TWI825507B - 發光器件及其製備方法 - Google Patents
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Abstract
本公開提供了一種發光器件及發光器件的製備方法。該發光器件的製備方法包括：提供一外延基底，所述外延基底具有第一凹陷部，所述第一凹陷部的內表面為曲面；在所述外延基底上外延生長發光結構層，所述發光結構層包括相對的第一表面與第二表面，所述第二表面朝所述第一凹陷部凸起；在所述第一表面形成第一反射鏡層；去除所述外延基底，形成覆蓋所述第二表面的第二反射鏡層。本公開能夠形成曲面諧振腔。
Description
本公開涉及半導體技術領域，尤其涉及一種發光器件及發光器件的製備方法。
近年來，半導體發光器件作為新一代綠色光源，廣泛應用於照明、背光、顯示、指示等領域。
為了提高半導體發光器件的性能，常常在半導體發光器件中形成諧振腔。其中，具有該諧振腔的半導體發光器件的基本結構包括第一反射鏡層、第二反射鏡層、發光結構層等。該發光結構層位於第一反射鏡層和第二反射鏡層之間。然而，技術人員無法在實際產品中形成曲面諧振腔。
本公開的目的在於提供一種發光器件及發光器件的製備方法，能夠形成曲面諧振腔。
根據本公開的一個方面，提供一種發光器件的製備方法，包括：
提供一外延基底，所述外延基底具有第一凹陷部，所述第一凹陷部的內表面為曲面；
在所述外延基底上外延生長發光結構層，所述發光結構層包括相對的第一表面與第二表面，所述第二表面朝所述第一凹陷部凸起；
在所述第一表面形成第一反射鏡層；
去除所述外延基底，形成覆蓋所述第二表面的第二反射鏡層。
進一步地，所述外延基底包括襯底，所述第一凹陷部形成在所述襯底內。
進一步地，所述外延基底自下而上包括襯底與成核層，所述第一凹陷部形成在所述襯底內，所述成核層保形地形成在所述襯底上。
進一步地，所述外延基底自下而上包括襯底、介質層與成核層，所述第一凹陷部形成在所述介質層內，所述成核層保形地形成在所述介質層上。
進一步地，所述第一凹陷部的數量為多個。
進一步地，所述發光結構層還包括連接所述第一表面和所述第二表面的側壁，形成覆蓋所述第二表面的第二反射鏡層包括：
形成覆蓋所述發光結構層的側壁和所述第二表面的第二反射鏡層。
進一步地，所述第二反射鏡層的反射率為50%-80%。
進一步地，所述第二反射鏡層為絕緣材質。
進一步地，所述發光結構層包括主動層，所述主動層自上而下包括第一導電類型半導體層、發光層以及第二導電類型半導體層，所述製備方法還包括：
形成電連接所述第一導電類型半導體層的第一電極；
形成電連接所述第二導電類型半導體層的第二電極。
進一步地，所述第一電極和所述第二電極位於所述發光結構層的兩側。
進一步地，所述第一電極和所述第二電極均位於所述第一導電類型半導體層遠離所述第一反射鏡層的一側。
進一步地，所述發光結構層包括層疊設置的主動層和氧化層，所述氧化層包括低電阻區以及圍繞所述低電阻區的高電阻區，所述低電阻區的電阻小於所述高電阻區的電阻。
根據本公開的一個方面，提供一種發光器件，所述發光器件由上述的發光器件的製備方法製備而成。
本公開的發光器件及發光器件的製備方法，外延基底具有第一凹陷部，且第一凹陷部的內表面為曲面，從而使生長於外延基底的發光結構層的第二表面朝第一凹陷部凸起，進而使覆蓋第二表面的第二反射鏡層向外凸出，以形成曲面諧振腔，增大了諧振腔的腔體，增強了光約束，提高了發光器件的光電性能。
這裡將詳細地對示例性實施方式進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數字表示相同或相似的要素。以下示例性實施方式中所描述的實施方式並不代表與本公開相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權利要求書中所詳述的、本公開的一些方面相一致的裝置的例子。
實施例一
圖1是本公開實施例一的發光器件的製備方法的流程圖。圖2是本公開實施例一中外延基底的示意圖。圖3是本公開實施例一中形成支撐層後的示意圖。圖4是本公開實施例一中對發光結構層進行圖案化後的示意圖。圖5是本公開實施例一中對發光結構層進行圖案化後的另一示意圖。圖6是本公開實施例一的發光器件的示意圖。
如圖1所示，本公開實施例一的發光器件的製備方法可以包括步驟S100至步驟S130：
步驟S100、提供一外延基底，外延基底具有第一凹陷部，第一凹陷部的內表面為曲面。
步驟S110、在外延基底上外延生長發光結構層，發光結構層包括相對的第一表面與第二表面，第二表面朝第一凹陷部凸起。
步驟S120、在第一表面形成第一反射鏡層。
步驟S130、去除外延基底，形成覆蓋第二表面的第二反射鏡層。
本公開實施例一的發光器件的製備方法，外延基底具有第一凹陷部，且第一凹陷部的內表面為曲面，從而使生長於外延基底的發光結構層的第二表面朝第一凹陷部凸起，進而使覆蓋第二表面的第二反射鏡層向外凸出，以形成曲面諧振腔，增大了諧振腔的腔體，增強了光約束，提高了發光器件的光電性能。
下面對本公開實施例一的發光器件的製備方法的各步驟進行詳細說明：
在步驟S100中，提供一外延基底，外延基底具有第一凹陷部，第一凹陷部的內表面為曲面。
如圖2所示，該第一凹陷部101可以呈擴口型，也就是說，第一凹陷部101在平行於外延基底1的方向上的截面的面積從第一凹陷部101的底部到頂部逐漸變大。該第一凹陷部101的數量可以一個、二個、三個或更多個。以第一凹陷部101的數量為多個
為例，多個凹陷部可以位於外延基底1的同一表面，且多個第一凹陷部101間隔設置。在本實施例中，該外延基底1可以包括襯底102，該第一凹陷部101可以形成在襯底102內。該襯底102可以為矽襯底，當然，也可以碳化矽襯底，但不限於此，還可以為藍寶石襯底。
在步驟S110中，在外延基底上外延生長發光結構層，發光結構層包括相對的第一表面與第二表面，第二表面朝第一凹陷部凸起。
如圖3所示，該發光結構層2可以生長於上述襯底102具有凹陷部的一側。該發光結構層2包括主動層20。該主動層20自上而下可以包括第一導電類型半導體層201、發光層202以及第二導電類型半導體層203。舉例而言，在外延基底1上外延生長發光結構層2可以包括：在外延基底1上依次外延生長第二導電類型半導體層203、發光層202以及第一導電類型半導體層201。該發光層202可以為單量子井結構、多量子井(MQW)結構、量子線結構和量子點結構中的至少一種。以發光層202為多量子井結構為例，該發光層202包括交替設置的勢井層和勢壘層。該第一導電類型與第二導電類型不同。該第一導電類型半導體層201可以為P型半導體層，該第二導電類型半導體層203可以為N型半導體層，但本公開對此不做特殊限定。該發光結構層2的第一表面204可以為第一導電類型半導體層201背向發光層202的表面。該發光結構層2的第二表面205可以為第二導電類型半導體層203面向發光層202的表面，且第二表面205貼合於第一凹陷部101的內表面。由於第一凹陷部101的內表面為曲面，從而使第二表面205朝第一凹陷部101凸起，也就是說，第二表面205貼合於第一凹陷部101的部分也為曲面。此外，該發光結構層2還可以包括連接第一表面204和第二表面205的側壁。
如圖3所示，上述的勢井層的材料、勢壘層的材料、第一導電類型半導體層201的材料以及第二導電類型半導體層203的材料均可以為Ⅲ-Ⅴ族半導體材料，但本公開實施例對此不做特殊限定。舉例而言，該勢井層的材料為InGaN，該勢壘層的材料為GaN，第一導電類型半導體層201的材料為GaN，第二導電類型半導體層203的材料為GaN。
步驟S120、在第一表面形成第一反射鏡層。
如圖3所示，該第一反射鏡層3可以形成於第一表面204對應於第一凹陷部101的區域。具體地，該第一反射鏡層3可以形成於上述的第一導電類型半導體層201對應於第一凹陷部101的區域。該第一凹陷部101的開口的邊界可以圍繞第一反射鏡層3，也就是說，第一反射鏡層3的面積小於第一凹陷部101的開口面積。該第一反射鏡層3可以透過蒸發鍍膜製備而成，當然，也可以透過濺射鍍膜製備而成，但本公開不限於此。該第一反射鏡層3的反射率可以為99%-100%，但本公開對此不做特殊限定。該第一反射鏡層3的數量可以為一個、二個、四個或更多個。以第一凹陷部101和第一反射鏡層3的數量均為多個為例，多個第一反射鏡層3與多個第一凹陷部101一一對應。
如圖3所示，該第一反射鏡層3為布拉格反射鏡(DBR)。該布拉格反射鏡的材質為選自於包括TiO
2/SiO
2、Ti
3O
5/SiO
2、Ta
2O
5/SiO
2、Ti
3O
5/Al
2O
3、ZrO
2/SiO
2或TiO
2/Al
2O
3等材料群組中的一組多週期材料，但本公開不限於此。進一步地，以第一反射鏡層3為布拉格反射鏡為例，在形成第一反射鏡層3之前，本實施例還可以包括：在第一表面204形成ITO層4。該第一反射鏡層3可以形成於ITO層4上。該ITO層4即為氧化銦錫層。
在步驟S130中，去除外延基底，形成覆蓋第二表面的第二反射鏡層。
如圖3所示，在去除外延基底1之前，本公開實施例還可以包括：形成包覆第一反射鏡層3的支撐層5。具體地，該支撐層5與ITO層4接觸，該第一反射鏡層3包覆於支撐層5與ITO層4之間。該支撐層5可以包括重摻雜矽襯底501和金屬鍵合層502。該外延基底1可以透過雷射剝離工藝去除。
如圖4和圖5所示，以第一反射鏡層3的數量為多個為例，在去除外延基底1之後且在形成第二反射鏡層8之前，本公開實施例可以包括：對發光結構層2進行圖案化，以形成隔離溝槽7，該發光結構層2被隔離溝槽7分成多個部分，各部分發光結構層2均設有一個第一反射鏡層3，該隔離溝槽7的深度可以小於或等於發光結構層2的厚度。其中，如圖4所示，在隔離溝槽7的深度等於發光結構層2的厚度時，上述的ITO層4透過隔離溝槽7曝露；如圖5所示，在隔離溝槽7的深度小於發光結構層2的厚度時，上述的第一導電類型層透過隔離溝槽7曝露。如圖6所示，該第二反射鏡層8可以覆蓋發光結構層2的第二表面205。進一步地，在第二反射鏡層8覆蓋發光結構層2的第二表面205的同時，該第二反射鏡層8也可以覆蓋發光結構層2的側壁。其中，該第二反射鏡層8可以覆蓋發光結構層2的全部側壁，當然，該第二反射鏡層8也可以覆蓋發光結構層2的部分側壁，本公開對此不做特殊限定。該第二反射鏡層8可以為布拉格反射鏡。該第二反射鏡層8的反射率可以大於第一反射鏡層3的反射率，當然，也可以小於第一反射鏡層3的反射率。舉例而言，該第二反射鏡層8的反射率可以為50%-80%。此外，該第二反射鏡層8可以為絕緣材質，基於此，以第二反射鏡層8覆蓋發光結構層2的側壁為例，該絕緣材質的第二反射鏡層6可以充當發光二極體保護層的作用，保護發光二極體的頂部和側壁，減少了製造絕緣保護層的步驟，節約了成本。
本公開實施例一還提供一種發光器件。該發光器件由上述的發光器件的製備方法製備而成，因此，其具有相同的有益效果，本公開在此不再贅述。
實施例二
圖7是本公開實施例二中外延基底的示意圖。本公開實施例二的發光器件及發光器件的製備方法與本公開實施例一的發光器件及發光器件的製備方法大致相同，區別僅在於外延基底的結構。如圖7所示，本公開實施例二的外延基底1自下而上包括襯底102與成核層103，該第一凹陷部101形成在襯底102內，該成核層103保形地形成在襯底102上。其中，該成核層103保形地形成在襯底102上，也就是說，該成核層103對應於第一凹陷部101的區域朝第一凹陷部101凸起，以在成核層103背向襯底102的一側形成凹陷結構。該發光結構層2生長于成核層103背向襯底102的一側。
實施例三
圖8是本公開實施例三中外延基底的示意圖。本公開實施例三的發光器件及發光器件的製備方法與本公開實施例一的發光器件及發光器件的製備方法大致相同，區別僅在於外延基底的結構以及外延基底的去除方法。如圖8所示，本公開實施例三的外延基底1自下而上包括襯底102、介質層104與成核層103，該第一凹陷部101形成在介質層104內，該成核層103保形地形成在介質層104上。其中，該介質層104的材料可以為SiO
2等，但本公開實施例對此不做特殊限定。本公開實施例三的外延基底1可以透過化學腐蝕工藝剝離。該化學腐蝕工藝所用的腐蝕液可以為氫氟酸等。
實施例四
圖9是本公開實施例四的發光器件的示意圖。本公開實施例四的發光器件及發光器件的製備方法與本公開實施例一至實施例三種任一實施例的發光器件及發光器件的製備方法大致相同，區別僅在於第一反射鏡層。如圖9所示，本公開實施例四的第一反射鏡層3為金屬反射鏡。該金屬反射鏡的材質可以為Ag、Ni/Ag/Ni等。進一步地，為了避免第一反射鏡層3被氧化，本公開實施例四還可以形成包覆第一反射鏡層3的金屬保護層6。該金屬保護層6的材質可以為Ni、TiW、Pt等。上述的支撐層5可以包覆該金屬保護層6。
實施例五
圖10是本公開實施例五的發光器件的示意圖。本公開實施例五的發光器件及發光器件的製備方法與本公開實施例一至實施例四中任一實施例的發光器件及發光器件的製備方法大致相同，區別僅在於：如圖10所示，還形成電連接第一導電類型半導體層201的第一電極9以及電連接第二導電類型半導體層203的第二電極10。其中，該第一電極9和第二電極10可以位於發光結構層2的兩側。具體地，該第一電極9可以設於支撐層5遠離發光結構層2的一側，該第二電極10可以穿設於第二反射鏡層8，並與發光結構層2接觸。本公開實施例五的發光器件為諧振腔LED，以第一導電類型半導體層201為P型半導體層且第二導電類型半導體層203為N型半導體層為例，該第一電極9為P型電極，該第二電極10為N型電極。該第一電極9的材料和第二電極10的材料均可以選自金、銀、鋁、鉻、鎳、鉑、鈦中的至少一種。
實施例六
圖11是本公開實施例六的發光器件的示意圖。本公開實施例六的發光器件及發光器件的製備方法與本公開實施例五的發光器件及發光器件的製備方法大致相同，區別僅在於：如圖11所示，第一電極9和第二電極10均位於第一導電類型半導體層201遠離第一反射鏡層3的一側。具體地，該第一電極9可以設於第一導電類型半導體層201背向第一反射鏡層3的表面，該第二電極10可以穿設於第二反射鏡層8，並與發光結構層2接觸。本公開實施例六中的發光器件為諧振腔LED，在第一反射鏡層3為布拉格反射鏡時，第一反射鏡層3與第一導電類型半導體層201之間無需設置ITO層。
實施例七
圖12是本公開實施例七的發光器件的示意圖。圖13是本公開實施例七的發光器件的另一示意圖。本公開實施例七的發光器件及發光器件的製備方法與本公開實施例一至實施例五中任一實施例的發光器件及發光器件的製備方法大致相同，區別僅在於發光結構層。如圖12和圖13所示，本公開實施例七的發光結構層2可以包括層疊設置的主動層20和氧化層21。該氧化層21可以包括低電阻區211和高電阻區212。該高電阻區212圍繞低電阻區211，該低電阻區211形成電流孔徑，即內部電流窗，從而使本公開實施例七的發光器件構成垂直腔面發射雷射器(VCSEL)。其中，該低電阻區211也形成了垂直腔面發射雷射器的光通路。
如圖12和圖13所示，該主動層20可以包括層疊設置的第一導電類型半導體層201、發光層202以及第二導電類型半導體層203。如圖12所示，該氧化層21也可以位於第二導電類型半導體層203遠離發光層202的一側，即發光結構層2的第二表面為氧化層21背向第二導電類型半導體層203的表面。當然，如圖13所示，該氧化層21可以位於第一導電類型半導體層201遠離發光層202的一側，即發光結構層2的第一表面為氧化層21背向第一導電類型半導體層201的表面。另外，該氧化層21也可以位於發光層202中。其中，該氧化層21的數量可以為多個。以氧化層21的數量為兩個為例，一個氧化層21可以位於發光層202中，另一氧化層21可以位於第一導電類型半導體層201遠離發光層202的一側。本公開實施例的氧化層21可以透過對AlInN、AlGaAs、AlAs或者AlN的單層結構進行氧化後得到，或者對AlInN/GaN、AlN/GaN、AlGaAs/GaN或者AlAs/GaN進行氧化後得到。
以上所述僅是本公開的較佳實施方式而已，並非對本公開做任何形式上的限制，雖然本公開已以較佳實施方式揭露如上，然而並非用以限定本公開，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本公開技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施方式，但凡是未脫離本公開技術方案的內容，依據本公開的技術實質對以上實施方式所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本公開技術方案的範圍內。
1:外延基底
101:第一凹陷部
102:襯底
103:成核層
104:介質層
2:發光結構層
20:主動層
201:第一導電類型半導體層
202:發光層
203:第二導電類型半導體層
204:第一表面
205:第二表面
21:氧化層
211:低電阻區
212:高電阻區
3:第一反射鏡層
4:ITO層
5:支撐層
501:重摻雜矽襯底
502:金屬鍵合層
6:金屬保護層
7:隔離溝槽
8:第二反射鏡層
9:第一電極
10:第二電極
圖1是本公開實施例一的發光器件的製備方法的流程圖；
圖2是本公開實施例一中外延基底的示意圖；
圖3是本公開實施例一中形成支撐層後的示意圖；
圖4是本公開實施例一中對發光結構層進行圖案化後的示意圖；
圖5是本公開實施例一中對發光結構層進行圖案化後的另一示意圖；
圖6是本公開實施例一的發光器件的示意圖；
圖7是本公開實施例二中外延基底的示意圖；
圖8是本公開實施例三中外延基底的示意圖；
圖9是本公開實施例四的發光器件的示意圖；
圖10是本公開實施例五的發光器件的示意圖；
圖11是本公開實施例六的發光器件的示意圖；
圖12是本公開實施例七的發光器件的示意圖；
圖13是本公開實施例七的發光器件的另一示意圖。
S100~S130:步驟
Claims (12)
- 一種發光器件的製備方法，其特徵在於，包括：提供一外延基底，所述外延基底具有第一凹陷部，所述第一凹陷部的內表面為曲面；在所述外延基底上外延生長發光結構層，所述發光結構層包括相對的第一表面與第二表面，所述第二表面朝所述第一凹陷部凸起，所述發光結構層還包括連接所述第一表面和所述第二表面的側壁；在所述第一表面形成第一反射鏡層；去除所述外延基底，形成覆蓋所述第二表面的第二反射鏡層，形成覆蓋所述第二表面的第二反射鏡層包括：形成覆蓋所述發光結構層的側壁和所述第二表面的第二反射鏡層。
- 如請求項1所述的發光器件的製備方法，其特徵在於，所述外延基底包括襯底，所述第一凹陷部形成在所述襯底內。
- 如請求項1所述的發光器件的製備方法，其特徵在於，所述外延基底自下而上包括襯底與成核層，所述第一凹陷部形成在所述襯底內，所述成核層保形地形成在所述襯底上。
- 如請求項1所述的發光器件的製備方法，其特徵在於，所述外延基底自下而上包括襯底、介質層與成核層，所述第一凹陷部形成在所述介質層內，所述成核層保形地形成在所述介質層上。
- 如請求項1所述的發光器件的製備方法，其特徵在於，所述第一凹陷部的數量為多個。
- 如請求項1所述的發光器件的製備方法，其特徵在於，所述第 二反射鏡層的反射率為50%-80%。
- 如請求項1所述的發光器件的製備方法，其特徵在於，所述第二反射鏡層為絕緣材質。
- 如請求項1所述的發光器件的製備方法，其特徵在於，所述發光結構層包括主動層，所述主動層自上而下包括第一導電類型半導體層、發光層以及第二導電類型半導體層，所述製備方法還包括：形成電連接所述第一導電類型半導體層的第一電極；形成電連接所述第二導電類型半導體層的第二電極。
- 如請求項8所述的發光器件的製備方法，其特徵在於，所述第一電極和所述第二電極位於所述發光結構層的兩側。
- 如請求項8所述的發光器件的製備方法，其特徵在於，所述第一電極和所述第二電極均位於所述第一導電類型半導體層遠離所述第一反射鏡層的一側。
- 如請求項1所述的發光器件的製備方法，其特徵在於，所述發光結構層包括層疊設置的主動層和氧化層，所述氧化層包括低電阻區(211)以及圍繞所述低電阻區的高電阻區。
- 一種發光器件，其特徵在於，所述發光器件由請求項1-11中任一項所述的發光器件的製備方法製備而成。
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