CN1767223A

CN1767223A - 半导体发光组件及其制造方法

Info

Publication number: CN1767223A
Application number: CNA2004100898730A
Authority: CN
Inventors: 蔡宗良; 张智松; 陈泽澎
Original assignee: GUOLIAN PHOTOELECTRIC SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2004-10-28
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2006-05-03

Abstract

一种半导体发光组件及其制造方法。所述半导体发光组件至少包括位于具有凹凸不平表面的半导体层上的光散射偏折层。由于，光从光散射偏折层进入半导体层时，因折射率的不同会造成光的偏折，再加上光进入半导体层的凹凸不平的表面会形成散射。这样一来，可使所述半导体发光组件射出更多的光，而提升所述半导体发光组件的发光效率。

Description

半导体发光组件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种半导体发光组件(Semiconductor Light Emitting Device)及其制造方法，尤其涉及一种具有光散射偏折层(Light Scattering-deflecting Layer)的半导体发光组件及其制造方法。

背景技术

半导体发光组件，例如发光二极管(Light Emitting Diode；LED)，是利用半导体材料所制作而成的组件。半导体发光组件是一种可将电能转换为光能的微细固态光源。由于半导体发光组件不但体积小，且具有寿命长、驱动电压低、反应速率快，耐震等特性，更能够满足各种应用设备轻、薄、以及小型化的需求。因此，已成为目前日常生活中十分普及的电子产品。

参照图1，图1是显示现有的半导体发光组件的剖面图。制作所述半导体发光组件时，首先利用淀积方式在透光的基板100上形成半导体层102。再利用外延方式在半导体层102上形成n型半导体层104。接着，同样利用外延方式在n型半导体层104上形成发光结构106。再同样利用外延方式在发光结构106上形成p型半导体层108。其中，n型半导体层104、发光结构106、以及p型半导体层108构成半导体发光结构。

接下来，利用显影以及蚀刻技术进行定义，移除部分发光结构106与p型半导体层108，以暴露出部分n型半导体层104。然后，利用热蒸镀(Thermal Evaporation)、电子束蒸镀(E-beam Evaporation)、或离子溅镀(Sputtering)等方法，分别在p型半导体层108上形成电极110以及在暴露的n型半导体层104上形成电极112，而完成半导体发光组件的制作。

发明内容

本发明的目的就是提供一种半导体发光组件，例如发光二极管，至少包括具有凹凸不平的表面的半导体层以及折射率不同于半导体层的光散射偏折层。这样一来，光从光散射偏折层进入半导体层时，会产生偏折，再加上光进入到半导体层的凹凸不平的表面时，会造成光的散射。因此，可使半导体发光组件发出更多的光。

本发明的另一个目的是提供一种半导体发光组件的制造方法，先形成具有凹凸不平表面的半导体层，再在所述半导体层上形成折射率不同于半导体层的光散射偏折层。这样，光通过光散射偏折层的偏折以及半导体层的散射后，可提升半导体发光组件的发光效率。

根据本发明的上述目的，提出一种半导体发光组件，至少包括：一个透光基板，所述透光基板上至少包括一个半导体层，且所述半导体层至少包括一个凹凸不平的表面；一个位于上述半导体层凹凸不平表面上的光散射偏折层；以及一个位于上述光散射偏折层上的半导体发光外延结构。其中，光散射偏折层的折射率不同于半导体层的折射率。

依照本发明的一个较佳实施例，光散射偏折层可填平半导体层的凹凸不平的表面，也可与半导体层的凹凸不平的表面共形(Conformal)。

根据本发明的目的，提出一种半导体发光组件的制造方法，至少包括下列步骤：首先，提供一个透光基板，所述透光基板上至少包括一个半导体层，且所述半导体层至少包括一个凹凸不平的表面。接着，在上述的半导体层的凹凸不平的表面上形成一个光散射偏折层。然后，在上述的光散射偏折层上形成一个半导体发光外延结构。

依照本发明一个较佳实施例，形成光散射偏折层时，利用有机金属化学气相沉积法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition；MOCVD)来进行，将半导体层的凹凸不平表面填平。

由于，光散射偏折层与半导体层的折射率不同，再加上半导体层具有凹凸不平的表面。因此，当光从光散射偏折层进入半导体层时，不仅会产生偏折，而且会产生散射。这样一来，半导体发光组件可发出更多的光，从升发光效率的目的。

附图说明

图1是显示现有的半导体发光组件的剖面图。

图2显示的是依照本发明一个较佳实施例的一种半导体发光组件的剖面图。

图3显示的是依照本发明另一个较佳实施例的一种半导体发光组件的剖面图。

具体实施方式

本发明公开了一种半导体发光组件及其制造方法。所述半导体发光组件至少包括具有凹凸不平表面的半导体层以及位于半导体层上的光散射偏折层。因此，光从光散射偏折层进入半导体层时，会产生偏折与散射，可使半导体发光组件发出更多的光，进而有效提升发光效率。为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照下列描述并结合图2与图3的附图标记。

参照图2，图2是显示依照本发明的一个较佳实施例的一种半导体发光组件的剖面图。所述半导体发光组件的制作，首先利用例如有机金属化学气相沉积法(Metal OrganicChemical Vapor Deposition；MOCVD)的方式形成覆盖在透光的基板200上的半导体缓冲层202，其中半导体缓冲层202的材料可例如为III-V族半导体。接下来，利用例如有机金属化学气相沉积法的方式形成覆盖在半导体缓冲层202上的半导体薄膜(仅显示其中的半导体层204)。待上述的半导体薄膜形成后，利用例如显影以及蚀刻的方式对此半导体薄膜进行定义，以移除部分的半导体薄膜，而形成具有凹凸不平的表面206的半导体层204。其中，形成半导体层204的凹凸不平的表面206时，可利用湿法蚀刻(WetEtching)、干法蚀刻(Dry Etching)、或其它的方式。此外，半导体层204的凹凸不平的表面206可具有长条突状、圆形突状、八角形突状、六角形突状、四角形突状、三角形突状、长条凹状、圆形凹状、八角形凹状、六角形凹状、四角形凹状、或三角形凹状等图案。

接着，利用例如蒸镀法、电镀法(Plating)，有机金属化学气相沉积法、分子束外延法(Molecular Beam Epitaxy；MBE)、或氢化物气相外延生长法(Hydride Vapor Phase Epitaxy；HVPE)等方式形成覆盖在半导体层204的凹凸不平的表面206上的光散射偏折层208。其中，光散射偏折层208的折射率不同于半导体层204的折射率，且光散射偏折层208的材料为透光材料。光散射偏折层208的材料可为硅(Si)，锗(Ge)、或III-V族半导体，例如砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)，磷化铝镓铟(AlGaInP)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)、氮化铝铟镓(AlInGaN)等。光散射偏折层208的材料也可为绝缘材料，例如二氧化硅(SiO₂)、氮化硅(Si₃N₄)、氮化钛(TiN)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化镁(MgO)、氟化钙(CaF₂)、硫化锌(ZnS)、以及碳化硅(SiC)等。光散射偏折层208的材料更可为金属材料，例如铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、锌(Zn)、铬(Cd)、镁(Mg)、铝(Al)、镓(Ga)、以及铟(In)等。

值得注意的一点是，在此较佳实施例中，如图2所示，光散射偏折层208填平半导体层204的凹凸不平的表面206。然而，请参照图3，图3显示依照本发明另一个较佳实施例的一种半导体发光组件的剖面图，光散射偏折层220与半导体层204凹凸不平的表面206共形。

光散射偏折层208或光散射偏折层220形成后，即可生长半导体发光外延结构。首先，利用例如外延方式生长n型半导体层210，覆盖在光散射偏折层208或光散射偏折层220上。接着，利用例如外延方式形成发光结构212，覆盖在n型半导体层210上。其中发光结构212可例如为多重量子阱(Multiple Quantum Well；MQW)结构。然后，利用例如外延方式生长p型半导体层214覆盖在发光结构212上，而完成半导体发光外延结构。

待p型半导体层214形成后，利用例如显影与蚀刻方式定义p型半导体层214以及发光结构212，移除部分p型半导体层214以及发光结构212，并暴露出部分n型半导体层210。随后，利用例如电镀方式在部分的p型半导体层214上形成p型电极216，以及在暴露出的n型半导体层210上形成n型电极218，而完成半导体发光组件，例如发光二极管的制作。

在本发明的一个较佳实施例中，首先利用有机金属化学气相沉积的方法，在550℃的温度下，在透光的基板200上形成厚度25nm的半导体缓冲层202，其中基板200的材料为氧化铝，而半导体缓冲层202的材料为氮化镓。再利用有机金属化学气相沉积的方式，在1100℃的温度下，在半导体缓冲层202上形成厚度2um的半导体层204，其中半导体层204的材料为氮化镓。接着，利用显影方式在半导体层204表面上形成至少包括有几个直径2um的饼图案的光阻层，并暴露出部分的半导体层204，其中相邻的两个饼图案之间相距2um。再利用反应性离子蚀刻(Reactive Ion Etching；RIE)的方式在半导体层204上蚀刻出深度约为1um的圆形凹洞。

接下来，利用有机金属化学气相沉积的方式生长厚度约1.5um的氮化铝来作为光散射偏折层208，其中光散射偏折层208填平半导体层204的表面206的圆形凹洞。再利用外延方式成长厚度2um的硅掺杂n型氮化镓层来作为n型半导体层210。待n型半导体层210形成后，利用外延方式生长五对氮化铟镓(InGaN)/氮化镓所构成的多重量子阱结构来作为发光结构212。再利用外延方式，在1000℃的温度下，生长厚度0.5um的镁掺杂p型氮化镓层来作为p型半导体层214。

然后，利用反应性离子蚀刻方式进行定义，而去除部分p型半导体层214与部分发光结构212，用以暴露出部分的n型半导体层210。再利用电镀方式在p型半导体层214上形成镍(Ni)/金属作为p型电极216，以及在n型半导体层210上形成钛/铝层作为n型电极218，从而完成半导体发光组件。

根据实验结果可知，利用上述制作过程所完成的具有光散射偏折层的半导体发光组件的发光亮度可增加5％到15％。

本发明的一个特征就是本发明的半导体发光组件至少包括具有凹凸不平的表面206的半导体层204以及折射率不同于半导体层204的光散射偏折层208(图2)或光散射偏折层220(图3)。光从发光结构212经由n型半导体层210进入光散射偏折层208或光散射偏折层220，再从光散射偏折层208或光散射偏折层220进入半导体层204时，由于半导体层204与光散射偏折层208或光散射偏折层220的折射率不同，光会产生偏折现象。再加上，由于半导体层204与光散射偏折层208或光散射偏折层220接合的表面206凹凸不平，因此光在进入此凹凸不平的表面206时，会产生散射。这样一来，光在从光散射偏折层208进入半导体层时，会同时产生偏折与散射，而增加所发出的光，进而可提高半导体发光组件的发光效率。

由上述的本发明较佳实施例可知，本发明的优点之一就是因为本发明的半导体发光组件至少包括具有凹凸不平表面的半导体层以及折射率不同于半导体层的光散射偏折层。因此，光从光散射偏折层进入半导体层时，不仅会产生偏折，也在光进入半导体层的凹凸不平表面时，会造成光的散射。因此，可使半导体发光组件发出更多的光，有效增加半导体发光组件的亮度，进而达到提升半导体发光组件的发光效率的目的。

虽然本发明已在上文中由一个较佳实施例揭示得到详细的描述，然而它并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可做各种的修改与变化，因此本发明的保护范围应当以权利要求书所界定的为准。

附图符号说明

100：基板

102：半导体层

104：n型半导体层

106：发光结构

108：p型半导体层

110：电极

112：电极

200：基板

202：半导体缓冲层

204：半导体层

206：表面

208：光散射偏折层

210：n型半导体层

212：发光结构

214：p型半导体层

216：电极

218：电极

220：光散射偏折层

Claims

1.一种半导体发光组件，至少包括：

透光基板，其中所述透光基板包括半导体层，所述半导体层至少包括一个凹凸不平表面；

位于所述半导体层所述凹凸不平表面上的光散射偏折层位于所述半导体层所述凹凸不平表面上；以及

位于所述光散射偏折层上的半导体发光外延结构位于所述光散射偏折层上。

2.如权利要求1所述的半导体发光组件，其特征在于，所述光散射偏折层的折射率与所述半导体层的折射率不同。

3.如权利要求1所述的半导体发光组件，其特征在于，所述光散射偏折层的材料为透光材料。

4.如权利要求1所述的半导体发光组件，其特征在于，所述光散射偏折层的材料选自于硅、锗、III-V族半导体、绝缘材料、或金属材料之一；其中III-V族半导体是由砷化镓、磷化铟、磷化铝镓铟、氮化镓、氮化铝、氮化铟、氮化铝铟镓等所组成的族群，绝缘材料是由二氧化硅、氮化硅、氮化钛、氧化铝、氧化镁、氟化钙、硫化锌、以及碳化硅等所组成的族群，金属材料是由铜、银、金、锌、铬、镁、铝、镓、以及铟等所组成的族群。

5.如权利要求1所述的半导体发光组件，其特征在于，所述光散射偏折层与所述半导体层共形。

6.如权利要求1所述的半导体发光组件，其特征在于，所述光散射偏折层填平所述半导体层的所述凹凸不平表面。

7.如权利要求1所述的半导体发光组件，其特征在于，所述半导体层的所述凹凸不平表面的图案选自于由长条突状、圆形突状、八角形突状、六角形突状、四角形突状、三角形突状、长条凹状、圆形凹状、八角形凹状、六角形凹状、四角形凹状、以及三角形凹状所组成的族群。

8.如权利要求1所述的半导体发光组件，其特征在于，所述半导体发光外延结构至少包括依次堆栈的n形半导体层、发光结构、以及p形半导体层。

9.一种半导体发光组件的制造方法，至少包括：

提供透光基板，其中所述透光基板至少包括半导体层，且所述半导体层至少包括一个凹凸不平的表面；

在该半导体层的所述凹凸不平表面上形成光散射偏折层；以及

在所述光散射偏折层上形成半导体发光外延结构。

10.如权利要求9所述的半导体发光组件的制造方法，其特征在于，所述光散射偏折层的折射率与所述半导体层的折射率不同。

11.如权利要求9所述的半导体发光组件的制造方法，其特征在于，所述光散射偏折层的材料选自于硅、锗、III-V族半导体、绝缘材料、或金属材料之一；其中III-V族半导体选自砷化镓、磷化铟、磷化铝镓铟、氮化镓、氮化铝、氮化铟、氮化铝铟镓等所组成的族群，绝缘材料选自二氧化硅、氮化硅、氮化钛、氧化铝、氧化镁、氟化钙、硫化锌、以及碳化硅等所组成的族群，金属材料选自由铜、银、金、锌、铬、镁、铝、镓、以及铟等所组成的族群。

12.如权利要求9所述的半导体发光组件的制造方法，其特征在于，所述光散射偏折层与所述半导体层共形。

13.如权利要求9所述的半导体发光组件的制造方法，其特征在于，所述光散射偏折层填平所述半导体层的凹凸不平表面。

14.如权利要求9所述的半导体发光组件的制造方法，其特征在于，形成该光散射偏折层的步骤是利用选自于由蒸镀法、电镀法、有机金属化学气相沉积法、分子束外延法、以及氢化物气相外延成长法所组成的族群。

15.如权利要求9所述的半导体发光组件的制造方法，其特征在于，所述半导体层的凹凸不平表面的形状选自于由长条突状、圆形突状、八角形突状、六角形突状、四角形突状、三角形突状、以及其凹状所组成的族群。

16.如权利要求9所述的半导体发光组件的制造方法，其特征在于，所述半导体发光外延结构至少包括依次堆栈的n形半导体层、发光结构、以及p形半导体层。

17.如权利要求9所述的半导体发光组件的制造方法，其特征在于，形成所述半导体发光外延结构的步骤后，还包括：

移除部分p半导体层以及部分发光结构，以暴露出部分的n型半导体；

在所述p型半导体层上形成p形电极；以及

在所暴露出的n型半导体层上形成n形电极。