DE102011055715A1

DE102011055715A1 - Leuchtdiode und Verfahren zum Herstellen derselben

Info

Publication number: DE102011055715A1
Application number: DE102011055715A
Authority: DE
Inventors: Su-Hyoung Son
Original assignee: LG Display Co Ltd
Current assignee: LG Display Co Ltd
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2012-05-31
Anticipated expiration: 2031-11-26
Also published as: US20120132951A1; KR20120059200A; US8716692B2; US8889450B2; CN102479898B; US20140206120A1; KR101274651B1; CN102479898A; DE102011055715B4

Abstract

Die hierin offenbarte Licht-emittierende Diode weist auf: ein Substrat (200), das an einer seiner Oberfläche mit Vorsprüngen (200a) versehen ist, eine Pufferschicht (210, 220), die über die gesamte Oberfläche des Substrats (200) gebildet ist, eine über der Pufferschicht (210, 220) gebildete erste Halbleiterschicht (230), eine auf einem Bereich der ersten Halbleiterschicht (230) gebildete aktive Schicht (240), eine über der aktiven Schicht (240) gebildete zweite Halbleiterschicht (250), ein auf einem anderen Bereich der ersten Halbleiterschicht (230), außerhalb der Bereichs, in dem die aktive Schicht (240) gebildet ist, gebildetes erstes Elektroden-Pad (280) und ein auf der zweiten Halbleiterschicht (250) gebildetes zweites Elektroden-Pad (270). Jeder Vorsprung (200a) weist eine gegenüber der Oberfläche des Substrats (200) in einem ersten Winkel θ1 geneigte Seitenfläche und eine gegenüber der Oberfläche des Substrats (200) in einem von dem ersten Winkel θ1 verschiedenen zweiten Winkel θ2 geneigte andere Seitenfläche auf.

Description

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2010-0120848 , eingereicht in Korea am 30. November 2010, die hiermit vollständig durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchtdiode und betrifft insbesondere eine Leuchtdiode, die eine Steigerung der Lichtausbeute erzielen kann, und ein Verfahren zum Herstellen derselben.
Allgemein ist eine Leuchtdiode (LED) eine Vorrichtung, die Licht aussendet, wenn Strom hindurch fließt (d. h. wenn eine Spannung darüber angelegt wird). Eine derartige LED wandelt unter Ausnutzung der Eigenschaften eines Verbundhalbleiters elektrischen Strom in Licht um. Die LED ist bekannt dafür, mittels hoher Leuchtkraft bei geringer Spannung hervorragende Energieeinspareffekte aufzuweisen. In letzter Zeit wurden im Zusammenhang mit LEDs Probleme mit der Helligkeit in großem Maße reduziert. Als ein Ergebnis werden LEDs in verschiedenen Anwendungen verwendet, wie beispielsweise als Hintergrundbeleuchtungseinheiten von Flüssigkristallanzeigen, Reklameanzeigepaneelen, Anzeigevorrichtungen, elektrischen Haushaltsgeräten, etc.
Insbesondere werden LEDs auf GaN-Basis als eine Lichtquelle der nächsten Generation hervorgehoben, insofern als sie für verschiedene Zwecke verwendet werden können, da sie infrarotes Licht oder Licht in weiten Spektren inklusive infraroten Lichts erzeugen können und sie nicht die Umwelt schädigende Substanzen wie beispielsweise Arsen (As) und Quecksilber (Hg) enthalten.
1A zeigt eine perspektivische Darstellung einer herkömmlichen LED. 1B zeigt eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A' aus 1A. 2 zeigt in einer Querschnittansicht innerhalb einer herkömmlichen LED auftretende Totalreflektion.
Wie in 1A und 1B dargestellt, weist die herkömmliche LED ein Substrat 100, eine über dem Substrat 100 gebildete Pufferschicht 110, eine über der ersten Pufferschicht 110 gebildete Halbleiterschicht 130, eine auf einem Teilbereich der ersten Halbleiterschicht 130 gebildete aktive Schicht 140 und eine über der aktiven Schicht 140 gebildete zweite Halbleiterschicht 150 auf. Außerdem weist die LED ebenso eine auf der zweiten Halbleiterschicht 150 unter Verwendung eines transparenten leitfähigen Materials gebildete Ohm'sche Kontaktschicht 160, ein auf einem anderen Teilbereich der ersten Halbleiterschicht 130, in dem keine aktive Schicht 140 gebildet ist, gebildetes erstes Elektroden-Pad 180 und ein auf der Ohm'schen Kontaktschicht 160 gebildetes zweites Elektroden-Pad 170 auf.
Wenn ein Teil des von der aktiven Schicht 140 erzeugten Lichts auf eine andere Schicht einfällt, die einen bestimmten Brechungskoeffizienten aufweist, in einem Einfallswinkel, der nicht kleiner ist als ein kritischer Winkel, wird in der oben genannten herkömmlichen LED das einfallende Licht vollständig innerhalb der Schicht reflektiert, so dass es innerhalb der Vorrichtung eingeschlossen ist.
Wenn beispielsweise Licht in einem Einfallswinkel, der nicht kleiner als ein kritischer Winkel ist, auf das Substrat 100 einfällt, wird es in dem Substrat 100 vollständig reflektiert, so dass es nicht durch die Grenzflächen des Substrats 100 hindurchtreten kann (2). Als Folge davon kann das Licht innerhalb der Vorrichtung eingeschlossen sein. Das innerhalb der Vorrichtung eingeschlossene Licht verschwindet, nachdem es mehrfach zwischen den Schichten reflektiert wird. Als Konsequenz daraus ist die Lichtausbeute reduziert.
Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung eine Leuchtdiode und ein Verfahren zum Herstellen derselben, die eines oder mehrere der Probleme aufgrund von Begrenzungen und Nachteilen des Standes der Technik verhindert.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Leuchtdiode und ein Verfahren zum Herstellen derselben bereitzustellen, die geeignet ist, innerhalb der Vorrichtung auftretende Totalreflektion des Lichts zu minimieren und dadurch die Lichtausbeute zu steigern.
Zusätzliche Vorteile, Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung bekannt gemacht und sind teilweise dem Fachmann durch Studium des Folgenden ersichtlich oder können durch Anwendung der Erfindung erlernt werden. Diese Aufgaben und andere Vorteile der Erfindung können mittels der in der Beschreibung und den sich daraus ergebenden Ansprüchen sowie den angehängten Zeichnungen besonders hervorgehobenen Struktur realisiert und erreicht werden.
Zum Erreichen dieser Aufgaben und anderer Vorteile und in Übereinstimmung mit dem Ziel der vorliegenden Erfindung, wie hierin ausgeführt und allgemein beschrieben, weist eine Leuchtdiode auf: ein mit Vorsprüngen auf einer ihrer Oberflächen versehenes Substrat, eine über die gesamte Substratoberfläche gebildete Pufferschicht, eine über der Pufferschicht gebildete erste Halbleiterschicht, eine auf einem Teilbereich der ersten Halbleiterschicht gebildete aktive Schicht, eine über der aktiven Schicht gebildete zweite Halbleiterschicht, ein auf einem anderen Teilbereich der ersten Halbleiterschicht außerhalb des Teilbereichs, in dem die aktive Schicht gebildet ist, gebildetes erstes Elektroden-Pad und ein auf der zweiten Halbleiterschicht gebildetes zweites Elektroden-Pad, wobei jeder der Vorsprünge eine Seitenfläche aufweist, die in einem ersten Winkel gegenüber der Substratoberfläche geneigt ist, und eine andere Seitenfläche, die in einem von dem ersten Winkel verschiedenen zweiten Winkel gegenüber der Substratoberfläche geneigt ist. Jeder der Vorsprünge kann im Querschnitt eine Krümmung oder einen polygonalen Umriss aufweisen.
Die Seitenflächen jedes Vorsprungs können dem Substrat nächstliegende Seitenflächen des Vorsprungs sein, und der erste Winkel und der zweite Winkel können zwischen 45° und 90° betragen.
Der erste Winkel kann größer sein als der zweite Winkel.
Die Vorsprünge können ferner auf einer Oberfläche der Pufferschicht, einer Oberfläche der ersten Halbleiterschicht und einer Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht gebildet sein.
Sowohl die Pufferschicht als auch die erste Halbleiterschicht können derart geneigte Oberflächen aufweisen, dass ihr Flächeninhalt nach oben hin zunimmt.
Die geneigten Oberflächen sowohl der Pufferschicht als auch der ersten Halbleiterschicht können einen dritten Winkel von zwischen 10° und 90° gegenüber der Substratoberfläche aufweisen.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Herstellen einer Leuchtdiode auf: Ätzen einer Substratoberfläche zum Bilden einer Vielzahl von Vorsprüngen, Ätzen der Vorsprünge derart, dass jeder der Vorsprünge eine gegenüber der Substratoberfläche in einem ersten Winkel geneigte Seitenfläche und eine gegenüber der Substratoberfläche in einem von dem ersten Winkel unterschiedlichen zweiten Winkel geneigte andere Seitenfläche aufweist, Bilden einer Vielzahl von Nitrid-Halbleiterschichten über dem die Vorsprünge aufweisenden Substrat und Bilden von Elektroden-Pads auf mindestens einer der Vielzahl von Nitrid-Halbleiterschichten.
Das Ätzen der Vorsprünge kann mittels eines Trocken-Ätz-Verfahrens unter Verwendung einer Maske ausgeführt werden.
Das Trocken-Ätz-Verfahren kann unter Verwendung eines Cl aufweisenden Ätzgases, das aus Cl₂, BCl₃, HCl, CCl₄ und SiCl₄ ausgewählt wird, oder eines HBr aufweisenden Ätzgases ausgeführt werden.
Die Maske kann in ihrem zentralen Bereich einen offenen Bereich und eine zwischen dem zentralen Bereich und einem den zentralen Bereich umgebenden peripheren Bereich gebildete geneigte Oberfläche aufweisen.
Das Bilden der Vielzahl von Nitrid-Halbleiterschichten kann Bilden einer Pufferschicht auf der Gesamtheit der mit Vorsprüngen versehenen Substratoberfläche, Bilden einer ersten Halbleiterschicht über der Pufferschicht, Buden einer eine Multi-Quantentopfstruktur (Multi-Quantum Well structure, MQW-structure) aufweisenden aktiven Schicht auf der ersten Halbleiterschicht und Bilden einer zweiten Halbleiterschicht über der aktiven Schicht aufweisen.
Das Bilden der Elektroden-Pads kann Bilden einer Ohm'schen Kontaktschicht auf der zweiten Halbleiterschicht, Entfernen beispielsweise eines Bereichs der Ohm'schen Kontaktschicht sowie eines Bereichs der zweiten Halbleiterschicht und eines Bereichs der aktiven Schicht derart, dass ein Bereich der ersten Halbleiterschicht freigelegt wird, Bilden eines ersten Elektroden-Pads auf dem freigelegten Bereich der ersten Halbleiterschicht und Bilden eines zweiten Elektroden-Pads zum Kontaktieren eines Bereichs der Ohm'schen Kontaktschicht aufweisen.
Das Verfahren kann ferner Neigungs-Ätzen der Seitenflächen (d. h. Ätzen derart, dass geneigte Seitenflächen gebildet werden) der Vielzahl von Nitrid-Halbleiterschichten aufweisen, derart dass jede der Nitrid-Halbleiterschichten einen nach oben zunehmenden Flächeninhalt aufweist.
Das Neigungs-Ätzen kann unter Verwendung einer Kombination von induktiv gekoppeltem Plasma-Ätzverfahren (Inductively Coupled Plasma, ICP) und Plasma-unterstütztem Ätzverfahren (Reactive Ion Etching, RIE) ausgeführt werden, und die zum Durchführen des RIE-Verfahrens zugeführte elektrische Energie kann größer sein als die zum Durchführen des ICP-Verfahrens zugeführte elektrische Energie.
Das Neigungs-Ätzen kann ferner Bilden einer Passivierungsschicht zum Abdecken der Oberflächen der Vielzahl von Nitrid-Halbleiterschichten und der Oberflächen der Elektroden-Pads aufweisen.
Das Ätzen der Vorsprünge kann derart ausgeführt werden, dass jeder der Vorsprünge im Querschnitt eine Krümmung oder einen polygonalen Umriss aufweist.
Das Ätzen der Vorsprünge kann derart ausgeführt werden, dass die Seitenflächen jedes Vorsprungs dem Substrat nächstliegende Seitenflächen des Vorsprungs sind, und dass der erste Winkel und der zweite Winkel zwischen 45° und 90° betragen.
Das Ätzen der Vorsprünge kann derart ausgeführt werden, dass der erste Winkel größer ist als der zweite Winkel.
Die Leuchtdiode gemäß der vorliegenden Erfindung kann die folgenden Effekte aufweisen.
Erstens kann, da die Vorsprünge an dem Substrat gebildet sind, in einem Einfallswinkel, der nicht kleiner ist als ein kritischer Winkel, einfallendes Licht nach außen emittiert werden, nachdem es mittels der Vorsprünge durch eine Grenzfläche des Substrats hindurch gedrungen ist.
Dementsprechend kann eine Steigerung der Lichtausbeute erzielt werden. Insbesondere weist jeder Vorsprung eine in einem ersten Winkel gegenüber einer Oberfläche des Substrats geneigte Seitenfläche und eine in einem von dem ersten Winkel unterschiedlichen zweiten Winkel gegenüber der Oberfläche des Substrats geneigte andere Seitenfläche auf, derart dass durch den Vorsprung hindurch emittiertes Licht zu einer Seite hin konzentriert ist. Somit kann, selbst wenn von der aktiven Schicht emittiertes Licht in einem Einfallswinkel auf das Substrat einfällt, der nicht kleiner ist als ein kritischer Winkel, eine Steigerung der Lichtauskopplungseffizienz erzielt werden, da das Licht nach außen emittiert wird, nachdem es durch die Vorsprünge hindurch in Richtung einer Seite konzentriert wird.
Zweitens kann, da jede der über dem Substrat gebildeten Pufferschicht und ersten Halbleiterschicht einen polygonalen Querschnitt mit einem nach oben zunehmenden Flächeninhalt aufweist, da ihre Seitenflächen derart geätzt sind, dass sie geneigte Oberflächen aufweisen, auf die Pufferschicht und die erste Halbleiterschicht einfallendes Licht nach außen emittiert werden, nachdem es in einem Winkel, der geringer ist als ein kritischer Winkel, reflektiert wurde. Somit kann eine Steigerung der Lichtausbeute der Leuchtdiode erzielt werden. Es ist zu bemerken, dass beide, die vorgehende allgemeine Beschreibung und die nachstehende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung exemplarisch und erläuternd sind und vorgesehen sind, weitere Erklärungen der Erfindung wie beansprucht bereitzustellen.
Die begleitenden Zeichnungen, die beigefügt sind, um ein weitergehendes Verständnis der Erfindung zu liefern, und die eingefügt sind in und einen Teil dieser Beschreibung darstellen, illustrieren Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung, um das Prinzip der Erfindung zu erklären. Es zeigen:
1A eine perspektivische Darstellung einer herkömmlichen Leuchtdiode (LED);
1B eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A' in 1A;
2 eine Querschnittansicht von in einer herkömmlichen LED auftretenden Totalreflektion;
3 eine Querschnittansicht einer LED gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 eine Querschnittansicht eines wie in 3 dargestellten Substrats mit Vorsprüngen zum Darstellen von Lichtreflexion;
5A eine Darstellung von Daten aus Messungen der Lichtausbeute in Bereichen des Substrats, in denen Vorsprünge verteilt sind;
5B eine Darstellung von Daten aus Messungen einer Licht-Wellenlänge in den jeweiligen Bereichen des Substrats, in denen Vorsprünge verteilt sind;
6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen der LED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7A bis 7E Querschnittansichten von verschiedenen aufeinander folgenden Vorgängen des LED-Herstellungsverfahrens aus 6;
8 eine perspektivische Darstellung einer LED gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A' in 8;
10 eine Querschnittansicht von Lichtreflexion eines Bereichs B der 9;
11 eine Darstellung der Lagewinkel-Verteilung einer Pufferschicht einer herkömmlichen LED und der Pufferschicht einer LED gemäß der vorliegenden Erfindung;
12 eine Tabelle der Lichtausbeute der herkömmlichen LED und der LED gemäß der vorliegenden Erfindung;
13 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen der LED gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
14A und 14B Querschnittansichten von verschiedenen aufeinander folgenden Vorgängen des LED-Herstellungsverfahrens aus 13.
Bezug wird nun im Detail genommen auf die dargestellten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, deren Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Wenn möglich, werden die gleichen Referenzzeichen zur Kennzeichnung gleicher oder ähnlicher Teile in allen Zeichnungen verwendet.
Erste Ausführungsform
3 zeigt eine Querschnittansicht einer Leuchtdiode (LED) gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 zeigt eine Querschnittansicht eines wie in 3 dargestellten Substrats mit Vorsprüngen zum Darstellen von Lichtreflexion. 5A zeigt eine Darstellung von Daten aus Messungen der Lichtausbeute in jeweiligen Bereichen des Substrats, in denen Vorsprünge verteilt sind, und 5B zeigt eine Darstellung von Daten aus Messungen einer Licht-Wellenlänge in den jeweiligen Bereichen des Substrats, in denen Vorsprünge verteilt sind.
Wie in 3 dargestellt, weist die LED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf: ein Substrat 200, das an einer seiner Oberflächen mit Vorsprüngen 200a versehen ist, erste Pufferschicht 210 und zweite Pufferschicht 220, die nacheinander über eine gesamte obere Oberfläche des Substrats 200 gebildet sind, eine über der zweiten Pufferschicht 220 gebildete erste Halbleiterschicht 230, eine auf einem Teilbereich der ersten Halbleiterschicht 230 gebildete aktive Schicht 240 und eine über der aktiven Schicht 240 gebildete zweite Halbleiterschicht 250. Die LED weist außerdem auf: eine über der zweiten Halbleiterschicht 250 gebildete Ohm'sche Kontaktschicht 260, ein auf einem Teilbereich der ersten Halbleiterschicht 230, in dem keine aktive Schicht 240 gebildet ist, gebildetes erstes Elektroden-Pad 280 und ein über der Ohm'schen Kontaktschicht 260 gebildetes zweites Elektroden-Pad 270.
Jeder Vorsprung 200a weist eine gegenüber der Oberfläche des Substrats 200 in einem spitzen Winkel, nämlich einem ersten Winkel θ1, geneigte Seitenfläche und eine gegenüber der Oberfläche des Substrats 200 in einem von dem ersten Winkel θ1 verschiedenen spitzen Winkel, nämlich einem zweiten Winkel θ2, geneigte andere Seitenfläche auf.
Das Substrat 200 ist aus einem transparenten isolierenden Material wie beispielsweise Saphir (Al₂O₃), Aluminiumnitrid (AlN), Galliumnitrid (GaN) oder Siliziumcarbid (SiC) hergestellt. Insbesondere kann das Substrat 200 aus Saphir hergestellt sein. Das Saphirsubstrat ist ein Kristallkörper mit Hexa-Rhombo-R3c-Symmetrie. Das Saphirsubstrat weist eine Gitterkonstante von 13,001 Å in der Richtung der c-Achse und eine Gitterkonstante von 4,765 Å in der Richtung der x-Achse auf, wobei es eine C-Ebene (0001), eine A-Ebene (1120) und eine R-Ebene (1102) aufweist. Die C-Ebene des Saphirsubstrats erlaubt es, relativ leicht eine Nitridschicht darüber wachsen zu lassen, und ist selbst bei hohen Temperaturen stabil.
Wie oben erwähnt, kann in einer herkömmlichen LED ein Problem dahingehend auftreten, dass Licht, wenn es in einem Einfallswinkel, der nicht kleiner ist als ein kritischer Winkel, auf ein Substrat einfällt, in dem Substrat vollständig reflektiert wird, so dass es nicht durch die Grenzflächen des Substrats hindurchtreten kann, und es somit innerhalb der Vorrichtung eingeschlossen ist. Das in der Vorrichtung eingeschlossene Licht verschwindet, nachdem es wiederholt zwischen Schichten reflektiert wurde. Folglich tritt eine Absenkung der Lichtausbeute auf.
Deswegen wird die LED gemäß der dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer auf der Oberfläche des Substrats 200 gebildeten Vielzahl von Vorsprüngen 200a ausgestattet, um eine Steigerung der Lichtausbeute der Vorrichtung zu erzielen. Obwohl die Vorsprünge 200a regelmäßig verteilt sind und dieselbe Form aufweisen, können sie auch unregelmäßig verteilt sein. Außerdem können benachbarte Vorsprünge 200a an einem Punkt oder einer Oberfläche verbunden sein.
Die Vorsprünge 200a reflektieren durch das Substrat 200 laufendes Licht, nachdem es in der aktiven Schicht 240 gebildet wurde, derart nach oben, dass das reflektierte Licht nach außen emittiert wird. Ebenso emittieren die Vorsprünge 200a in einem Winkel, der nicht kleiner ist als der kritische Winkel, auf das Substrat 200 einfallendes Licht aus der Vorrichtung heraus, um zu verhindern, dass das einfallende Licht innerhalb des Substrats 200 eingeschlossen wird.
Insbesondere können die Vorsprünge 200a einen Querschnitt mit einem polygonalen Umriss, wie beispielsweise einem dreieckigen Umriss oder einem quadratischen Umriss, aufweisen. Da der erste Winkel θ1, in welchem eine Oberfläche jedes Vorsprungs 200a gegenüber der Oberfläche des Substrats 200 spitzwinkelig geneigt ist, von dem zweiten Winkel θ2 verschieden ist, in welchem eine andere Oberfläche des Vorsprungs 200a gegenüber der Oberfläche des Substrats 200 spitzwinkelig geneigt ist, wird das durch den Vorsprung 200a hindurch emittierte Licht zu einer Richtung hin konzentriert, wie in 4 dargestellt.
Die in dem ersten Winkel θ1 bzw. dem zweiten Winkel θ2 gegenüber der Oberfläche des Substrats 200 geneigten Oberflächen der Vorsprünge 200a sind dem Substrat 200 nächstliegende Seitenflächen. Der erste Winkel θ1 und der zweite Winkel θ2 betragen zwischen 45° und 90°. Außerdem ist der erste Winkel θ1 größer als der zweite Winkel θ2.
Bezugnehmend auf 5A und 5B kann bemerkt werden, dass das Substrat maximale Lichtausbeute in einem Bereich zeigt, in dem die Vorsprünge verteilt sind, und dass Licht in dem Bereich, in dem in dem Substrat die Vorsprünge verteilt sind, eine Wellenlänge von nahezu 450 nm oder ungefähr 450 nm aufweist. Folglich kann es, in Übereinstimmung mit der dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, möglich sein, eine Steigerung der Lichtauskopplungseffizienz zu erzielen, da auf das Substrat 200 einfallendes Licht, nachdem es in der aktiven Schicht 240 erzeugt worden ist, nach außen emittiert wird, nachdem es mittels der Vorsprünge 200a zu einer Seite hin konzentriert worden ist.
Noch einmal bezugnehmend auf 3, ist die erste Pufferschicht 210 derart gebildet, dass angemessenes Wachstum von Schichten aus einem Nitrid-Halbleiter über dem Substrat 200 ermöglich ist, nämlich die zweite Pufferschicht 220, erste Halbleiterschicht 230, aktive Schicht 240 und zweite Halbleiterschicht 250. Die erste Pufferschicht 210 ist zwischen dem Substrat 200 und der zweiten Pufferschicht 220 eingefügt. Die erste Pufferschicht 210 ist aus einem Material hergestellt, das ähnliche Eigenschaften wie ein Nitrid-Halbleiter aufweist, beispielsweise aus Siliziumdioxid (SiO₂). Die zweite Pufferschicht 220 ist zwischen dem Substrat 200 und der ersten Halbleiterschicht 230 bereitgestellt, um durch unterschiedliche Gitterkonstanten und unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten des Substrats 200 und der aus einem n-Typ-Nitrid-Halbleiter (n-GaN) hergestellten ersten Halbleiterschicht 230 hervorgerufene Beeinträchtigungen zu beseitigen. Insbesondere ist es möglich, die Kristallinität des n-Typ-Nitrid-Halbleiters unter Verwendung eine Verfahrens zu steigern, bei dem die zweite Pufferschicht 220 mittels Wachsens eines undatierten Nitrid-Halbleiters gebildet wird, und ein n-Typ-Nitrid-Halbleiter dann über die zweite Pufferschicht 220 wachsen gelassen wird.
Die erste Halbleiterschicht 230 ist aus einem n-Typ-Nitrid-Halbleiter (n-GaN) hergestellt, das Leitfähigkeit aufgrund Zugabe einer Verunreinigung, wie beispielsweise Si, Ge, Se, Te oder C, aufweist. AlGaN und GaInN sind beispielhafte n-Typ-Nitrid-Halbleiter.
Die aktive Schicht 240 ist eine Schicht, in der Licht gemäß Rekombination von Elektronen und Löchern erzeugt wird. Die aktive Schicht 240 weist eine Multi-Quantentopfstruktur (MQW-Struktur) mit Sperrschicht und Quantentopf-Schichten (InGaN-GaN) auf, um Licht in einem Wellenlängenbereich von 350 nm bis 550 nm zu emittieren. Der Wellenlängenbereich des von der LED zu emittierenden Lichts ist in Übereinstimmung mit der Zusammensetzung des Nitrid-Halbleiters (InGaN und GaN) festgelegt. Die zweite Halbleiterschicht 250 ist aus einem p-Typ-Nitrid-Halbleiter (p-GaN) hergestellt, der mittels Zugabe von einer Verunreinigung, wie z. B. Mg, Zn oder Be, Leitfähigkeit aufweist. AlGaN und GaInN sind charakteristische p-Typ-Nitrid-Halbleiter.
Die Ohm'sche Kontaktschicht 260 kontaktiert die zweite Halbleiterschicht 250, die aus einem p-Typ-Nitrid-Halbleiter (p-GaN) hergestellt ist. Die Ohm'sche Kontaktschicht 260 ist aus einem transparenten leitfähigen Material wie beispielsweise ZnO oder Indium-Zinnoxid (ITO) hergestellt. Die Ohm'sche Kontaktschicht 260 erzielt eine Steigerung der Stromausbeute und erleichterte Auswärts-Emission des in der aktiven Schicht 240 erzeugten Lichts, da Strom mittels der Ohm'schen Kontaktschicht 260 in der zweiten Halbleiterschicht 250 weit verteilt werden kann.
Das erste Elektroden-Pad 280 ist aus einem Metall hergestellt, ausgewählt aus Ni, Au, Pt, Ti, Al und ihren Legierungen. Das erste Elektroden-Pad 280 ist derart gebildet, dass es einen Teilbereich der freigelegten ersten Halbleiterschicht 230 kontaktiert, in Übereinstimmung mit der teilweisen Entfernung der Ohm'schen Kontaktschicht 260, der zweiten Halbleiterschicht 250 und der aktiven Schicht 240. Das zweite Elektroden-Pad 270 ist aus einem Metall hergestellt, ausgewählt aus Ni, Au, Pt, Ti, Al und ihren Legierungen. Das zweite Elektroden-Pad 270 ist derart gebildet, dass es einen Teilbereich der Ohm'schen Kontaktschicht 260 kontaktiert.
In der LED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Steigerung der Lichtauskopplungseffizienz erzielt, selbst wenn von der aktiven Schicht 240 emittiertes Licht in einem Einfallswinkel auf das Substrat 200 einfällt, der nicht kleiner ist als ein kritischer Winkel, da das Licht auswärts emittiert wird, nachdem es durch die Vorsprünge 200a hindurch in Richtung einer Seite konzentriert wurde. Indessen können, obwohl nicht dargestellt, die Vorsprünge 200a ebenso auf den Oberflächen der ersten Pufferschicht 210, der zweiten Pufferschicht 220, der ersten Halbleiterschicht 230 und der zweiten Halbleiterschicht 250 gebildet sein.
Im Folgenden ist ein Verfahren zum Herstellen der LED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen der LED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 7A bis 7E zeigen Querschnittansichten von verschiedenen aufeinander folgenden Vorgängen des LED-Herstellungsverfahrens aus 6.
Wie in 6 dargestellt, weist das Verfahren zum Herstellen der LED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Vorgang zum Bilden einer Vielzahl von Vorsprüngen auf einer Substratoberfläche (S100), einen Vorgang zum Bilden einer Vielzahl von Nitrid-Halbleiterschichten über der mit Vorsprüngen versehenen Substratoberfläche (S110) und einen Vorgang zum Bilden von Elektroden-Pads auf einer obersten der Nitrid-Halbleiterschichten (S120) auf.
Der Vorgang S100 zum Bilden einer Vielzahl von Vorsprüngen auf der Substratoberfläche weist auf: Bilden von Vorsprüngen auf der Substratoberfläche und Ätzen der Vorsprünge derart, dass jeder der Vorsprünge eine Seitenfläche aufweist, die gegenüber der Substratoberfläche in einem ersten Winkel θ1 geneigt ist, und eine andere Seitenfläche aufweist, die gegenüber der Substratoberfläche in einem vom ersten Winkel θ1 verschiedenen zweiten Winkel θ2 geneigt ist.
In dem Vorgang zum Bilden der Vorsprünge auf der Substratoberfläche wird unter Verwendung eines Photolithographie-Verfahrens, eines Lift-off-Verfahrens oder eines Nano-Implantationsverfahrens eine Maske auf der Substratoberfläche gebildet. Danach wird die Substratoberfläche unter Verwendung der Maske geätzt. Ätzen wird unter Verwendung eines Trocken-Ätz-Verfahrens durchgeführt, in dem HBr oder ein auf Cl basierendes Ätzgas, wie beispielsweise Cl₂, BCl₃, HCl, CCl₄ oder SiCl₄ verwendet.
In dem Photolithographie-Verfahren wird ein Polymer, SiO_x oder Si_xN_y, oder ein Metall auf der Oberfläche abgeschieden und dann ein Photolack darauf geschichtet. Der Photolack wird Belichtungs- und Entwicklungsvorgängen unterworfen, um das über die Oberfläche gebildete Polymer, SiO_x oder Si_xN_y, oder Metall zu strukturieren. Danach wird das Substrat unter Verwendung des strukturierten Polymers, SiO_x oder Si_xN_y, oder Metalls als Maske zum Bilden der Vorsprünge geätzt.
In dem Lift-off-Verfahren wird erst ein Photolack über das Substrat geschichtet. Der Photolack wird dann strukturiert.
Danach wird ein Polymer, SiO_x oder Si_xN_y, oder ein Metall über dem Substrat abgeschieden, von dem dann der Photolack entfernt wird. Unter Verwendung des verbleibenden Polymers, SiO_x oder Si_xN_y, oder Metalls als Maske wird das Substrat dann zum Bilden der Vorsprünge geätzt.
In dem Nano-Implantationsverfahren wird erst ein Photolack über das Substrat geschichtet. Der Photolack wird dann zum Strukturieren mittels eines Formkörpers gepresst. Unter Verwendung des strukturierten Photolacks als Maske wird das Substrat dann zum Bilden der Vorsprünge geätzt.
Bezugnehmend auf 7A wird der Vorgang des Ätzens jedes Vorsprungs in Übereinstimmung mit einem Trocken-Ätzverfahren durchgeführt, in dem eine, in ihrem zentralen Bereich einen offenen Bereich 290b und eine zwischen dem zentralen Bereich und einem den zentralen Bereich umgebenden peripheren Bereich geneigt gebildete Oberfläche aufweisende, Maske 290a verwendet wird.
Bezugnehmend auf 7B wird an dem offenen Bereich 290b der Maske 290a ein turbulenter Fluss des auf HBr oder Cl basierenden Ätzgases gebildet. Der Vorsprung 200a wird mittels des Ätzgases derart geätzt, dass er einen zu einer Seite geneigten Umriss aufweist.
Als ein Ergebnis weist der Vorsprung 200a, wie in 7C dargestellt, eine gegenüber der Oberfläche des Substrats 200 in einem spitzen Winkel, nämlich einem ersten Winkel θ1, geneigte Seitenfläche und eine gegenüber der Oberfläche des Substrats 200 in einem von dem ersten Winkel θ1 verschiedenen spitzen Winkel, nämlich einem zweiten Winkel θ2, geneigte andere Seitenfläche auf. In diesem Fall sind die in dem ersten Winkel θ1 bzw. in dem zweiten Winkel θ2 gegenüber der Oberfläche des Substrats 200 geneigten Oberflächen des Vorsprungs 200a dem Substrat 200 nächstliegende Seitenflächen. Um Nebenprodukte des oben beschriebenen Trocken-Ätz-Vorgangs zu beseitigen, kann ferner ein Nass-Ätz-Vorgang unter Verwendung von HF, HI, H₂SO₄, HNO₃ oder H₃PO₄ ausgeführt werden. Bezugnehmend auf 7D werden in dem Vorgang S110 des Bildens einer Vielzahl von Nitrid-Halbleiterschichten über dem die Vielzahl von Vorsprüngen aufweisenden Substrat nacheinander erste Pufferschicht 210, zweite Pufferschicht 220, erste Halbleiterschicht 230, aktive Schicht 240 und zweite Halbleiterschicht 250 gebildet.
Die Vielzahl von Nitrid-Halbleiterschichten, nämlich zweite Pufferschicht 220, erste Halbleiterschicht 230, aktive Schicht 240 und zweite Halbleiterschicht 250, können unter Verwendung von metall-organischer Gasphasenabscheidung (MOCVD), Flüssigphasen-Epitaxie, Hydridgasphasen-Epitaxie oder Molekularstrahl-Epitaxie gebildet werden. Insbesondere können die Vielzahl von Nitrid-Halbleiterschichten unter Verwendung von MOCVD gebildet werden.
Beispielsweise kann die zweite Pufferschicht 220 aus einer undotierten Nitrid-Halbleiterschicht (beispielsweise einer undotierten GaN-Schicht) gebildet sein. Die erste Halbleiterschicht 230 kann aus einem mit Si dotierten n-Typ-Nitrid-Halbleiter gebildet sein (z. B. einer n-GaN-Schicht). Die aktive Schicht 240 kann aus einer eine MQW-Struktur mit beispielsweise fünf Schichten aufweisenden Nitrid-Halbleiterschicht gebildet sein (z. B. einer InGaN-GaN-Schicht). Die zweite Halbleiterschicht 250 kann aus einer mit Mg dotierten p-Typ-Nitrid-Halbleiterschicht gebildet sein (z. B. p-GaN).
Der Vorgang S120 des Bildens von Elektroden-Pads weist auf: Bilden einer Ohm'schen Kontaktschicht unter Verwendung eines transparenten leitfähigen Materials, Bilden eines zweiten Elektroden-Pads zum Kontaktieren eines Teilbereichs der Ohm'schen Kontaktschicht, Entfernen von Teilbereichen von Ohm'scher Kontaktschicht, zweiter Halbleiterschicht und aktiver Schicht zum Freilegen eines Teilbereichs der ersten Halbleiterschicht, und Bilden eines ersten Elektroden-Pads auf dem freigelegten Teilbereich der ersten Halbleiterschicht. Bezugnehmend auf 7E wird die Ohm'sche Kontaktschicht 260 auf der zweiten Halbleiterschicht 250 unter Verwendung eines transparenten leitfähigen Materials, wie beispielsweise ZnO oder ITO, gebildet. Die zweite Halbleiterschicht 250 und die aktive Schicht 240 werden teilweise entfernt zum Freilegen eines Teilbereichs der ersten Halbleiterschicht 230. Danach wird das erste Elektroden-Pad 280 unter Verwendung eines Metalls, ausgewählt aus Ni, Au, Pt, Ti, Al und ihrer Legierungen gebildet zum Kontaktieren des freigelegten Teilbereichs der ersten Halbleiterschicht 230.
Ebenso wird das zweite Elektroden-Pad 270 unter Verwendung eines Metalls, ausgewählt aus Ni, Au, Pt, Ti, Al und ihrer Legierungen gebildet zum Kontaktieren eines Teilbereichs der Ohm'schen Kontaktschicht 260.
In der in Übereinstimmung mit dem oben beschriebenen Verfahren gebildeten LED ist eine Steigerung der Lichtauskopplungseffizienz erzielt, da durch die Vorsprünge 200a hindurchtretende Licht nach außen emittiert wird, nachdem es in Richtung einer Seite konzentriert wurde.
Zweite Ausführungsform
8 zeigt eine perspektivische Darstellung einer LED gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 9 zeigt eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A' in 8. 10 zeigt eine Querschnittansicht von Lichtreflexion eines Bereichs B der 9.
In der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die erste Pufferschicht, zweite Pufferschicht und erste leitfähige Schicht der LED gemäß der ersten Ausführungsform seitlich geätzt, um Licht, das innerhalb der Vorrichtung verschwinden kann, seitlich aufzufangen und somit eine Steigerung der Lichtausbeute der LED zu erzielen.
Wie in 8 und 9 dargestellt, weist die LED gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine Nitrid-Halbleiter-LED sein kann, auf: ein Substrat 300 mit einer mit Vorsprüngen 300a versehenen Oberfläche, eine erste Pufferschicht 310, einer zweiten Pufferschicht 320 und einer ersten Halbleiterschicht 330, die nacheinander über einer gesamten oberen Oberfläche des Substrats 300 gebildet sind, wobei diese jeweils an ihren Seitenflächen geneigte Oberflächen aufweisen, eine auf einem Teilbereich der ersten Halbleiterschicht 330 gebildeten aktive Schicht 340 und einer über der aktiven Schicht 340 gebildeten zweiten Halbleiterschicht 350. Die LED weist ebenso auf: eine über der zweiten Halbleiterschicht 350 gebildete Ohm'sche Kontaktschicht 360, eine auf einem Teilbereich der ersten Halbleiterschicht 330, in dem keine aktive Schicht 340 gebildet ist, gebildetes erstes Elektroden-Pad 380 und ein über der Ohm'schen Kontaktschicht 360 gebildetes zweites Elektroden-Pad 370.
Jeder Vorsprung 300a weist eine gegenüber der Oberfläche des Substrats 300 in einem spitzen Winkel, nämlich einem ersten Winkel θ1, geneigte Seitenfläche und eine gegenüber der Oberfläche des Substrats 300 in einem von dem ersten Winkel θ1 verschiedenen spitzen Winkel, nämlich einem zweiten Winkel θ2, geneigte andere Seitenfläche auf. Die in dem ersten Winkel θ1 bzw. dem zweiten Winkel θ2 gegenüber der Oberfläche des Substrats 300 geneigten Oberflächen des Vorsprungs 300a sind dem Substrat 300 nächstliegende Seitenflächen. Der erste Winkel θ1 und der zweite Winkel θ2 betragen zwischen 45° und 90°. Außerdem ist der erste Winkel θ1 größer als der zweite Winkel θ2.
In der LED gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist jede der nacheinander über dem Substrat 300 gebildeten ersten Pufferschicht 310, zweiten Pufferschicht 320 und ersten Halbleiterschicht 330 eine polygonale Struktur mit einem polygonalen Querschnitt mit einem nach oben zunehmenden Flächeninhalt auf, während ihre Seitenflächen geneigte Oberflächen aufweisen. Der von jeder Seitenfläche der ersten Pufferschicht 310, zweiten Pufferschicht 320 und ersten Halbleiterschicht 330 gegenüber dem Substrat 300 gebildete Winkel, nämlich dritter Winkel θ3, kann zwischen 10° und 90° betragen.
Wie in 10 dargestellt, kann auf die erste Pufferschicht 310 einfallendes Licht, nachdem es in der aktiven Schicht 340 erzeugt wurde (9), nach außen emittiert werden, nachdem es mittels der geneigten Oberflächen in einem Reflexionswinkel kleiner als ein kritischer Winkel reflektiert wurde. Obwohl nur die erste Pufferschicht 310 in 10 dargestellt ist, kann auf die über der ersten Pufferschicht gebildete zweite Pufferschicht 320 (9) und erste Halbleiterschicht 330 (9) einfallendes Licht ebenso nach außen emittiert werden, nachdem es mittels der geneigten Oberflächen der zweiten Pufferschicht 320 und der ersten Halbleiterschicht 330 reflektiert wurde.
Somit ist, obwohl Licht auf erste Pufferschicht 310, zweite Pufferschicht 320 und erste Halbleiterschicht 330 einfällt, eine Steigerung der Lichtausbeute der LED gemäß der dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzielt, da Licht nach außen emittiert wird, nachdem seine Richtung mittels der geneigten Oberflächen der ersten Pufferschicht 310, der zweiten Pufferschicht 320 und der ersten Halbleiterschicht 330 verändert wurde.
Insbesondere können, da die erste Pufferschicht 310, zweite Pufferschicht 320 und erste Halbleiterschicht 330 geneigte Oberflächen aufweisen, ein Teil der auf dem Substrat 300 gebildeten Vorsprünge 300a freigelegt sein. Dementsprechend kann durch die geneigten Oberflächen hindurch emittiertes Licht mittels der freigelegten Vorsprünge 300a derart reflektiert werden, dass eine weitere Steigerung der Lichtausbeute erzielt werden kann. Obwohl nicht dargestellt, können die Seitenflächen des Substrats 300 ebenfalls derart geätzt sein, dass sie geneigt sind.
11 zeigt eine Darstellung der Lagewinkel-Verteilung einer Pufferschicht einer konventionellen LED und der Pufferschicht einer LED gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 12 zeigt eine Tabelle der Lichtausbeute der konventionellen LED und der LED gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter der Annahme, dass Licht mit 1 W von der aktiven Schicht emittiert wird.
In 11 ist die Verteilung des Lagewinkels der Pufferschicht der konventionellen LED mittels einer gepunkteten Linie (1101) dargestellt, während die Verteilung des Lagewinkels der Pufferschicht der LED gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mittels einer durchgezogenen Linie (1102) dargestellt ist. In der konventionellen LED ist es schwierig, den Winkel des Lichts zu verändern, da die Lagewinkel der Pufferschicht in der Form eines Halbkreis-Umrisses verteilt sind, wie in 11 dargestellt. Andererseits kann in der LED gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Winkel des Lichts leicht verändert werden, da die Lagewinkel der Pufferschicht unregelmäßig verteilt sind, da die Seitenflächen der Pufferschicht geneigt sind.
Somit kann in der LED gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung selbst auf die Pufferschicht einfallendes Licht leicht nach außen emittiert werden. Ähnlich wie bei der Pufferschicht ist es auch möglich, auf einfache Weise den Winkel des Lichts in der ersten Halbleiterschicht zu verändern, da die Seitenflächen der ersten Halbleiterschicht geneigt sind. Wie in 12 dargestellt, zeigt die LED gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Zunahme der Lichtausbeute von etwa 3% und eine Zunahme der Lichtabgabe um etwa 69% im Vergleich zu der konventionellen LED, unter der Annahme, dass Licht mit 1 W von der aktiven Schicht emittiert wird.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen der LED gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben werden.
13 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen der LED gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 14A und 14B zeigen Querschnittansichten von verschiedenen aufeinander folgenden Vorgängen des LED-Herstellungsverfahrens aus 13.
Wie in 13 dargestellt, weist das Verfahren zum Herstellen der LED gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Vorgang zum Bilden einer Vielzahl von Vorsprüngen auf einer Substratoberfläche (S200), einen Vorgang zum Bilden einer Vielzahl von Nitrid-Halbleiterschichten über der mit Vorsprüngen versehenen Substratoberfläche (S210), einen Vorgang zum Bilden von Elektroden-Pads auf einer obersten der Nitrid-Halbleiterschichten (S220) und einen Vorgang zum seitlichen Ätzen eines Teils der Nitrid-Halbleiterschichten, nämlich einer Pufferschicht und einer ersten Halbleiterschicht, auf.
Der Vorgang S200 zum Bilden einer Vielzahl von Vorsprüngen auf einer Substratoberfläche, der Vorgang S210 zum Bilden einer Vielzahl von Nitrid-Halbleiterschichten über der mit Vorsprüngen versehenen Substratoberfläche und der Vorgang S220 zum Bilden von Elektroden-Pads auf einer obersten der Nitrid-Halbleiterschichten sind zu denen des Herstellungsverfahrens der LED gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung identisch und werden als solches nicht noch einmal beschrieben.
Der Vorgang S230 des seitlichen Ätzens der Pufferschicht und der ersten Halbleiterschicht weist auf: Bilden einer Passivierungsschicht, seitliches Ätzen der Pufferschicht und der ersten Halbleiterschicht und Entfernen der Passivierungsschicht.
Der Vorgang des Ätzens der Pufferschicht und der ersten Halbleiterschicht wird unter Verwendung einer Kombination aus induktiv gekoppeltem Plasma-Ätzverfahren (Inductively Coupled Plasma, ICP) und Plasma-unterstütztem Ätzverfahren (Reactive Ion Etching, RIE), nämlich einem RIE-ICP-Verfahren, durchgeführt. Indessen kann die LED mittels des Ätzgases beschädigt werden. Deswegen ist eine Passivierungsschicht über der gesamten Oberfläche der LED unter Verwendung von SiO₂ gebildet, wie in 14A dargestellt.
Die Passivierungsschicht 390 ist in einer Dicke von 1.000 Å bis 3.000 Å unter Verwendung eines Plasma-gestützten Gasphasen-Abscheidungsverfahrens (PECVD) gebildet. Danach wird eine Maske (nicht dargestellt) auf der Passivierungsschicht 390 mittels Abscheidens von einem oder mehreren von Ni, Cr, Al, Au und Ti gebildet und die resultierende Struktur dann einem RIE-ICP-Verfahren unterworfen.
In Übereinstimmung mit dem RIE-ICP-Verfahren können die Seitenflächen von Pufferschicht 310, Pufferschicht 320 und erster Halbleiterschicht 330 nicht nur isotrop, sondern auch vertikal derart geätzt werden, dass sie geneigte Oberflächen aufweisen. Wenn die elektrische Energie für RIE zum isotropen Ätzen der Seitenflächen größer ist als die elektrische Energie für ICP zum vertikalen Ätzen der Seitenflächen, werden die Seitenflächen derart geätzt, dass sie geneigt sind, so dass ein Teil der Vorsprünge 300a des Substrats 300 freigelegt sind. Danach werden die Passivierungsschicht 390 (14A) und die Maske (nicht dargestellt) entfernt.
Es ist möglich, die Winkel der Seitenflächen von Pufferschicht 310, Pufferschicht 320 und erster Halbleiterschicht 330 gegenüber dem Substrat 300 mittels Einstellens der ICP-Energie zum vertikalen Ätzen der Seitenflächen und der RIE-Energie zum isotropen Ätzen der Seitenflächen einzustellen.
Wie aus der obenstehenden Beschreibung ersichtlich, ist es in der LED gemäß jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, eine Steigerung der Lichtauskopplungseffizienz zu erzielen, da auf der Substratoberfläche Vorsprünge gebildet sind und jeder der Vorsprünge Seitenflächen aufweist, die gegenüber der Substratoberfläche in verschiedenen Winkeln derart geneigt sind, dass durch die Vorsprünge hindurch emittiertes Licht in Richtung einer Seite konzentriert ist. Ebenso weisen die Pufferschichten und die erste Halbleiterschicht geneigte Oberflächen an ihren Seitenflächen auf, so dass auf die Pufferschichten und die erste Halbleiterschicht einfallendes Licht nach außen emittiert wird, nachdem es in einem Reflexionswinkel kleiner als ein kritischer Winkel reflektiert wurde. Dementsprechend ist eine Steigerung der Lichtausbeute der LED erzielt.
Es ist offensichtlich für den Fachmann, dass verschiedene Modifikationen und Variationen in der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von dem Grundgedanken oder dem Anwendungsbereich der Erfindungen abzuweichen. Folglich ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung die Modifikationen und Variationen dieser Erfindung abdeckt, sofern sie sich innerhalb des Anwendungsbereiches der beigefügten Ansprüche und ihren Äquivalenten befinden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 10-2010-0120848 [0001]

Claims

Licht-emittierende Diode, aufweisend: ein Substrat (200), das an einer seiner Oberfläche mit Vorsprüngen (200a) versehen ist; eine Pufferschicht (210, 220), die über die gesamte Oberfläche des Substrats (200) gebildet ist; eine über der Pufferschicht (210, 220) gebildete erste Halbleiterschicht (230); eine auf einem Bereich der ersten Halbleiterschicht (230) gebildete aktive Schicht (240); eine über der aktiven Schicht (240) gebildete zweite Halbleiterschicht (250); ein auf einem anderen Bereich der ersten Halbleiterschicht (230), außerhalb des Bereichs, in dem die aktive Schicht (240) gebildet ist, gebildetes erstes Elektroden-Pad (280); und ein auf der zweiten Halbleiterschicht (250) gebildetes zweites Elektroden-Pad (270), wobei jeder der Vorsprünge (200a) eine gegenüber der Substratoberfläche in einem ersten Winkel θ1 geneigte Seitenfläche und eine gegenüber der Substratoberfläche in einem von dem ersten Winkel θ1 verschiedenen zweiten Winkel θ2 geneigte andere Seitenfläche aufweist.
Licht-emittierende Diode gemäß Anspruch 1, wobei jeder der Vorsprünge (200a) im Querschnitt eine Krümmung oder einen polygonalen Umriss aufweist.
Licht-emittierende Diode gemäß Anspruch 1, wobei die Seitenflächen jedes Vorsprungs (200a) dem Substrat (200) nächstliegende Seitenflächen des Vorsprungs (200a) sind, und der erste Winkel θ1 und der zweite Winkel θ2 zwischen 45° und 90° betragen.
Licht-emittierende Diode gemäß Anspruch 3, wobei der erste Winkel θ1 größer ist als der zweite Winkel θ2.
Licht-emittierende Diode gemäß Anspruch 1, wobei die Vorsprünge (200a) ferner auf einer Oberfläche der Pufferschicht (210, 220), einer Oberfläche der ersten Halbleiterschicht (230) und einer Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht (250) gebildet sind.
Licht-emittierende Diode gemäß Anspruch 1, wobei jede der Pufferschicht (210, 220) und der ersten Halbleiterschicht (230) derart geneigte Oberflächen aufweist, dass ihr Flächeninhalt nach oben zunimmt.
Licht-emittierende Diode gemäß Anspruch 6, wobei die geneigten Oberflächen von jeder der Pufferschicht (210, 220) und der ersten Halbleiterschicht (230) einen dritten Winkel θ3 von zwischen 10° und 90° gegenüber der Oberfläche des Substrats (200) aufweisen.
Verfahren zum Herstellen einer Licht-emittierenden Diode, aufweisend: Ätzen einer Oberfläche eines Substrats (200) zum Bilden einer Vielzahl von Vorsprüngen (200a); Ätzen der Vorsprünge (200a) derart, dass jeder der Vorsprünge (200a) eine bezüglich der Oberfläche des Substrats (200) in einem ersten Winkel θ1 geneigte Seitenfläche und eine bezüglich der Oberfläche des Substrats (200) in einem von dem ersten Winkel θ1 unterschiedlichen zweiten Winkel θ2 geneigte andere Seitenfläche; Bilden einer Vielzahl von Nitrid-Halbleiterschichten über dem die Vorsprünge (200a) aufweisenden Substrat (200); und Bilden von Elektroden-Pads (270, 280) auf mindestens einer der Vielzahl von Nitrid-Halbleiterschichten.
Verfahren zum Herstellen einer Licht-emittierenden Diode gemäß Anspruch 8, wobei das Ätzen der Vorsprünge (200a) mittels eines Trocken-Ätz-Verfahrens unter Verwendung einer Maske (290a) durchgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen einer Licht-emittierenden Diode gemäß Anspruch 9, wobei das Trocken-Ätz-Verfahren unter Verwendung eines Cl aufweisenden Ätzgases, das aus Cl₂, BCl₃, HCl, CCl₄ und SiCl₄ ausgewählt wird, oder eines HBr aufweisenden Ätzgases durchgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen einer Licht-emittierenden Diode gemäß Anspruch 9, wobei die Maske (290a) in ihrem zentralen Bereich einen offenen Bereich (290b) und eine zwischen dem zentralen Bereich und einem den zentralen Bereich umgebenden peripheren Bereich gebildete geneigte Oberfläche aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer Licht-emittierenden Diode gemäß Anspruch 8, wobei das Bilden der Vielzahl von Nitrid-Halbleiterschichten aufweist: Bilden einer Pufferschicht (210, 220) über der Gesamtheit der mit Vorsprüngen (200a) versehenen Oberfläche des Substrats (200); Bilden einer ersten Halbleiterschicht (230) über der Pufferschicht (210, 220); Bilden einer eine Multi-Quantentopfstruktur aufweisenden aktiven Schicht (240) auf der ersten Halbleiterschicht (230); und Bilden einer zweiten Halbleiterschicht (250) über der aktiven Schicht (240).
Verfahren zum Herstellen einer Licht-emittierenden Diode gemäß Anspruch 12, wobei das Bilden der Elektroden-Pads (270, 280) aufweist: Bilden einer Ohm'schen Kontaktschicht (260) auf der zweiten Halbleiterschicht (250); Entfernen eines Bereichs der zweiten Halbleiterschicht (250) und eines Bereichs der aktiven Schicht (240) derart, dass ein Bereich der ersten Halbleiterschicht (230) freigelegt wird; Bilden eines ersten Elektroden-Pads (280) auf dem freigelegten Bereich der ersten Halbleiterschicht (230); und Bilden eines zweiten Elektroden-Pads (270) zum Kontaktieren eines Bereichs der Ohm'schen Kontaktschicht (260).
Verfahren zum Herstellen einer Licht-emittierenden Diode gemäß Anspruch 8, ferner aufweisend: Neigungs-Ätzen der Vielzahl von Nitrid-Halbleiterschichten derart, dass jede der Nitrid-Halbleiterschichten einen nach oben zunehmenden Flächeninhalt aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer Licht-emittierenden Diode gemäß Anspruch 14, wobei das Neigungs-Ätzen unter Verwendung einer Kombination von induktiv gekoppeltem Plasma-Ätzverfahren (ICP) und Plasma-unterstütztem Ätzverfahren (RIE) ausgeführt wird, und die zum Durchführen des RIE-Verfahrens zugeführte elektrische Energie größer ist als die zum Durchführen des ICP-Verfahrens zugeführte elektrische Energie.
Verfahren zum Herstellen einer Licht-emittierenden Diode gemäß Anspruch 14, wobei das Neigungs-Ätzen ferner Bilden einer Passivierungsschicht (390) zum Abdecken der Oberflächen der Vielzahl von Nitrid-Halbleiterschichten und der Oberflächen der Elektroden-Pads (270, 280) aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer Licht-emittierenden Diode gemäß Anspruch 8, wobei das Ätzen der Vorsprünge (200a) derart ausgeführt wird, dass jeder der Vorsprünge (200a) im Querschnitt eine Krümmung oder einen polygonalen Umriss aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer Licht-emittierenden Diode gemäß Anspruch 8, wobei das Ätzen der Vorsprünge (200a) derart ausgeführt wird, dass die Seitenflächen jedes Vorsprungs (200a) dem Substrat (200) nächstliegende Seitenflächen des Vorsprungs (200a) sind, und dass der erste Winkel θ1 und der zweite Winkel θ2 zwischen 45° und 90° betragen.
Verfahren zum Herstellen einer Licht-emittierenden Diode gemäß Anspruch 18, wobei das Ätzen, der Vorsprünge (200a) derart ausgeführt wird, dass ein erster Winkel θ1 größer ist als ein zweiter Winkel θ2.