專利名稱：具有橫向構(gòu)造的帶介質(zhì)鏡的發(fā)光二極管的制作方法
具有橫向構(gòu)造的帶介質(zhì)鏡的發(fā)光二極管
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管。發(fā)光二極管(LED)是一類這樣的光子半導(dǎo)體器件，其通過(guò)在適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體材料中激發(fā)電子空穴復(fù)合事件而將施加的電壓轉(zhuǎn)換為光。然后，在復(fù)合事件中釋放的一些能量或全部能量產(chǎn)生光子。當(dāng)復(fù)合事件產(chǎn)生光子時(shí)，它們?cè)谒械姆较蛏习l(fā)射光子。發(fā)光二極管與其他半導(dǎo)體固態(tài)器件具有相同的一些良好特征。這些良好特征包括耐用物理特征、長(zhǎng)壽命、高可靠性、以及取決于特殊材料的低成本。這些物理特征和相對(duì)低的功率需求使LED可期望作為光輸出器件。LED的一般理論和操作在本領(lǐng)域中是眾所周知的。關(guān)于發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)和操作的適當(dāng)參考資料包括S.M. SZE, PHYSICS OF SEMICONDUCTOR DEVICES(半導(dǎo)體器件物理)(1981 年第二版)和 E. FRED SCHUBERT,LIGHT-EMITTING DIODES (發(fā)光二極管)(2OO3)。氮化鎵(GaN)基LED典型地包括絕緣或半導(dǎo)體襯底，例如碳化硅(SiC)或藍(lán)寶石，多層GaN基外延層沉積于其上。這些外延層形成具有p_n結(jié)的有源區(qū)域(active region),當(dāng)通電時(shí),該區(qū)域發(fā)出光。LED能夠安裝在襯底側(cè)下的子底座(submount)或引線框架上,或者安裝在這兩者上?？商鎿Q地，倒裝芯片LED安裝在引線框架上，而襯底側(cè)面向上；8卩，襯底側(cè)不面向子底座。倒裝芯片安裝的LED常常包含豎直幾何形狀。術(shù)語(yǔ)“豎直(vertical) ”不需要描述整個(gè)器件的最終位置，而是描述器件中的方向，在該方向上用于引導(dǎo)電流通過(guò)器件及其p-n結(jié)的電接觸被定位成在器件中彼此相對(duì)(軸向上)。因而，在典型的形式中，豎直器件包括導(dǎo)電襯底；金屬接觸，其在襯底的一面上；兩層或更多層外延層，其在襯底的相對(duì)一面上，從而形成P-n發(fā)光結(jié)；以及頂部接觸，其在頂部外延層上，從而提供通過(guò)各層及其結(jié)和通過(guò)襯底至襯底接觸的電流路徑。很多LED使用反射層來(lái)提高其外部光輸出。這些反射層典型地被定位成使光子朝著期望的發(fā)光表面改變方向，并且遠(yuǎn)離任何光子吸收材料。反射層典型地由金屬制成，例如Ag或Al。金屬性反射層具有反射任何角度和偏振的光的優(yōu)點(diǎn)，但是具有比其他反射器更高的光學(xué)損失。也已使用介質(zhì)鏡作為反射器，例如分布布拉格反射器(DBR)。DBR具有低光學(xué)損失和高反射率，但是具有這樣的缺點(diǎn)，即只有效反射在接近垂直于DBR的方向上照射的光。已通過(guò)使用由TiO2和SiO2交替層組成的全方向反射器(ODR)例證了一種較好的介質(zhì)鏡。C. H. Lim 等人，Enhancement of INGaN-GaN Indium-Tin-0xideFlip-Chip Light-Emitting Diodes With TiO2-SiO2 Multilayer Stack OmnidirectionalReflector,18IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS 2050(2006)；也見 H. W. Huang 等人，High Performance GaN-Based Vertical-Injection Light-Emitting Diodes WithTiO2-SiO2 Omnidirectional Reflector and n-GaN Roughness,19IEEE PHOTONICSTECHNOLOGY LETTERS 565 (2007)。與DBR相比，ODR具有更好的反射率，因?yàn)镺DR反射任何入射角和偏振的光。當(dāng)金屬性反射層被包含在豎直倒裝芯片的LED中時(shí)，金屬性反射層也能夠包括另外的金屬層，從而用于將P層連接至導(dǎo)電襯底。建立該電連接典型地要求高溫處理。當(dāng)介質(zhì)反射層(例如DBR)被包含進(jìn)豎直倒裝芯片的LED中時(shí)，由于介質(zhì)反射層電絕緣，所以必須通過(guò)其他手段來(lái)將P層連接至導(dǎo)電襯底?，F(xiàn)有器件通過(guò)在介質(zhì)層中產(chǎn)生通孔并以一種或更多種金屬填充這些孔作為導(dǎo)電接觸而形成該連接。雖然這些通孔提供期望的電流路徑，但是它們趨于吸收光并且減小周圍介質(zhì)反射層的反射優(yōu)點(diǎn)。因而，這些通孔可能限制使用介質(zhì)反射器的益處，并且可能降低包含該鏡和通孔的LED的整體外部量子效率。因此，對(duì)于具有介質(zhì)反射層的LED有這樣一種需求，避免或最小化這種光吸收結(jié)構(gòu)的使用。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明為一種發(fā)光二極管，其包括有源結(jié)構(gòu)、有源結(jié)構(gòu)上的第一歐姆接觸、以及有源結(jié)構(gòu)上與第一歐姆接觸相對(duì)的透明導(dǎo)電氧化物層。透明導(dǎo)電氧化物層具有比有源結(jié)構(gòu)更大的覆蓋區(qū)(footprint)。發(fā)光二極管進(jìn)一步包括在透明導(dǎo)電氧化物層上與有、源結(jié)構(gòu)相對(duì)的介質(zhì)鏡。第二接觸被定位于透明導(dǎo)電氧化物層上、與介質(zhì)鏡相對(duì)，并且與有源結(jié)構(gòu)分離。另一方面，本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管，其包括具有第一導(dǎo)電類型的第一第III族氮化物外延層。第二第III族氮化物外延層具有與第一層相反的導(dǎo)電類型，并且與第一層形成p-n結(jié)。發(fā)光二極管進(jìn)一步包括透明導(dǎo)電氧化物層，其鄰接第二第111族氮化物層并且與第一第III族氮化物層相對(duì)。透明導(dǎo)電氧化物層幫助電流越過(guò)P-n結(jié)擴(kuò)散。發(fā)光二極管還包括用于增加二極管的外部量子效率的介質(zhì)鏡，其鄰接透明導(dǎo)電氧化物層并與第III族氮化物層相對(duì)。另外，發(fā)光二極管包括至第一層的歐姆接觸和至透明導(dǎo)電氧化物層的接觸，其提供透明導(dǎo)電氧化物層和歐姆接觸之間并且通過(guò)第III族氮化物層從而產(chǎn)生輸出的電流流動(dòng)。另一方面，本發(fā)明是這樣一種方法，其形成具有增強(qiáng)的光提取的發(fā)光二極管。本方法包括以下步驟在發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的P類型外延層上形成透明導(dǎo)電氧化物層，該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)也至少包括鄰接P類型層的n類型層；將介質(zhì)反射器與p類型層相對(duì)的增加至透明導(dǎo)電氧化物層；利用蝕刻(etch)將n類型層和p類型層蝕刻成臺(tái)面(mesa)，所述蝕刻將去除n類型和p類型層的材料，但是不蝕刻透明導(dǎo)電氧化物材料；向n類型層增加n類型的歐姆接觸；以及向透明導(dǎo)電氧化物層增加歐姆接觸，用于連接至P類型層。


圖I是示出本發(fā)明第一實(shí)施例的橫截面示意圖。圖2是示出本發(fā)明第二實(shí)施例的橫截面示意圖。圖3是示出圖2中示出的本發(fā)明實(shí)施例的分解透視圖。圖4是示出圖2和圖3中示出的本發(fā)明實(shí)施例的頂部平面圖。圖5-11是示出本發(fā)明的方法步驟的橫截面示意圖。
具體實(shí)施例方式總體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明為具有提高的光輸出效率的發(fā)光二極管。該二極管設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了制造工藝并幫助降低成本。在附圖中示出本發(fā)明的許多方面。為了描述的目的，在第III族氮化物和碳化硅方面描述LED結(jié)構(gòu)，但是適當(dāng)時(shí)能夠包含其他材料。第III族氮化物、碳化硅以及其他材料在發(fā)光二極管中的使用在本領(lǐng)域總體上已被公認(rèn)，因此將不另外詳細(xì)描述。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟悉的，當(dāng)在一層或更多層半導(dǎo)體材料內(nèi)發(fā)生復(fù)合事件時(shí)，LED的有源區(qū)域產(chǎn)生光子。在其中發(fā)生這種情況的最簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)是p-n結(jié)。這樣的p-n結(jié)能夠包括本發(fā)明中描述的LED結(jié)構(gòu)的有源區(qū)域(或有源層)。然而，將理解的是，該有源區(qū)域能夠包括更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，例如單一量子阱、多量子阱和超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。因而，雖然在此大多數(shù)討論和附圖都根據(jù)簡(jiǎn)單P-n結(jié)闡述，將理解的是，除了簡(jiǎn)單p-n結(jié)，本發(fā)明能夠包含復(fù)雜結(jié)構(gòu)及其變體。如在本領(lǐng)域中眾所周知的，在這樣的更復(fù)雜結(jié)構(gòu)中，有源層(或多層)通常定位在P和n類型外延層之間。在典型實(shí)施例中，該有源層是多量子阱。作為例子，這樣的量子阱通常包括氮化鎵(GaN)和氮化銦鎵((InGaN)的2至25周期(period)交替層。在其中的很多層中，講中的GaN和InGaN層不主動(dòng)摻雜(proactive doping)生長(zhǎng)。結(jié)果,各層(雖 然稱為“無(wú)摻雜”)從本質(zhì)上講為n類型。圖I是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)LED實(shí)施例的示意性橫截面圖，其由10大致標(biāo)示。分別以11和12不出n層和p層。n層11和p層12結(jié)合組成LED 10的p_n結(jié)(有源區(qū)域)，在應(yīng)用正向電流時(shí)其產(chǎn)生光子。n層11和p層12從至少一層或典型地多層第III族氮化物中形成。面向外部的層(圖中為n層11)可具有光增強(qiáng)特性，例如用于提高LED 10的光輸出效率的織構(gòu)化或透鏡狀表面。透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層13在p接觸16和p層12之間產(chǎn)生電連接。具體地，該TCO層13橫過(guò)n層11和p層12下面的所有(或基本所有)區(qū)域延伸。TCO層13用于將電流更有效地?cái)U(kuò)散到這些層，并且因而更有效地橫過(guò)P-n結(jié)(或其等價(jià)物)，因而產(chǎn)生外部效率明顯增加的結(jié)果。在典型實(shí)施例中，透明導(dǎo)電氧化物層13由氧化銦錫形成?？商鎿Q地，透明導(dǎo)電氧化物層13可由其他適當(dāng)?shù)耐该鲗?dǎo)電氧化物形成，例如摻氟氧化錫、摻鋁氧化鋅和氧化鋅錫。p接觸16定位在透明導(dǎo)電氧化物層13上，以便p接觸16與由n層11和p層12形成的有源結(jié)構(gòu)物理分離。歐姆接觸15提供與n層11的電連接。p接觸16和歐姆接觸15可由以下金屬形成，例如鉬、鎳、金、鈦、鉻、鋁和銀，包括這些金屬的合金以及兩種或兩種以上這些金屬的層。在操作中，電流流過(guò)P接觸16、透明導(dǎo)電氧化物層13、有源層11和12以及歐姆接觸15之間。介質(zhì)鏡14定位于TCO層13上，相對(duì)有源層11和12，用于增加二極管10的外部量子效率。使用鏡14，從而通過(guò)使光子轉(zhuǎn)向離開光吸收材料(例如承載襯底(carriersubstrate) 18)而提高LED的光輸出。根據(jù)定義，介質(zhì)鏡14電絕緣,其意味著沒(méi)有來(lái)自承載襯底18的電流能夠穿過(guò)介質(zhì)鏡14到達(dá)p層12。在本實(shí)施例中，介質(zhì)鏡14由SiO2和TiO2的交替層形成。雖然描述三層19、20和21，但是介質(zhì)鏡14可由任何數(shù)量的SiO2和TiO2的交替層形成。每層SiO2層都具有大約70至SOnm之間的厚度。在典型實(shí)施例中，每層TiO2層都具有大約50至60nm之間的厚度(基于波長(zhǎng))?？商鎿Q地，介質(zhì)鏡14可為分布布拉格反射器或其他任何類型的介質(zhì)反射器，只要其不干擾LED 10的結(jié)構(gòu)或操作。
在例示性實(shí)施例中，使用包括介質(zhì)材料和金屬層的混合全方向反射器。與全布拉格反射器相比，混合設(shè)計(jì)使用更少介質(zhì)層，并且更兼容全方向光源。由于該混合結(jié)構(gòu)包括介質(zhì)層，其保持關(guān)于器件的豎直軸線的絕緣。因此，在此使用的術(shù)語(yǔ)介質(zhì)鏡包括這樣的混合結(jié)構(gòu)。在一個(gè)例子中，混合ODR形成有第一層大約590nm厚的二氧化娃(SiO2);第一層大約55nm厚的二氧化鈦(TiO2);第二層大約IOOnm厚的二氧化娃(SiO2);第二層大約75nm厚的二氧化鈦(TiO2);以及大約200nm厚的反射金屬層，例如銀(Ag)或鋁(Al)。在第二個(gè)例子中，混合ODR可為具有反射金屬層(例如銀或鋁)的大約0.5 的單一 SiO2層。其用于具有比SiO2指數(shù)更高的材料(例如GaN)尤其有效。如這些尺寸指出的，這樣的混合設(shè)計(jì)能夠包括以不同反射器周期(即，重復(fù)結(jié)構(gòu))的不同厚度層。傳統(tǒng)的分布布拉格反射器(DBR)通常具有這樣的周期，其中所有的層具有相同的厚度。介質(zhì)層使特定的波長(zhǎng)折射，而金屬層反射大多數(shù)(并且在很多情形下為全部)可見波長(zhǎng)。分布布拉格反射器(也稱為布拉格鏡)的性質(zhì)和操作在本領(lǐng)域中通常為眾所周知的。反射器是兩種不同光學(xué)材料的交替次序?qū)?，通常使用的設(shè)計(jì)是四分之一波長(zhǎng)鏡，其中每 個(gè)光學(xué)層的厚度對(duì)應(yīng)于設(shè)計(jì)該鏡所反射的波長(zhǎng)的四分之一。在示出實(shí)施例中，使用二氧化硅和二氧化鈦的交替層來(lái)形成該鏡。LED 10包括承載襯底18，在示出實(shí)施例中其通過(guò)粘合材料17附接至鏡14。因?yàn)長(zhǎng)ED的接觸15和16在橫向方向布置，所以承載襯底18能夠由導(dǎo)電或電絕緣材料形成。例如，承載襯底可由以下材料形成，SiC、藍(lán)寶石、娃、或金屬。此外,接觸15和16的橫向構(gòu)造避免對(duì)于通孔的這樣一種需求，即通過(guò)介質(zhì)鏡14構(gòu)造通孔，從而將承載襯底18電連接至由n層11和p層12形成的LED 10的有源區(qū)域。缺乏通孔降低LED 10中光子吸收材料的量，使介質(zhì)鏡14能夠比存在通孔時(shí)反射更多光，并且提高器件的外部量子效率。粘合材料17可為任何適合將LED 10粘合至承載襯底18的材料。例示性材料包括膠和金屬。作為L(zhǎng)ED橫向構(gòu)造的另外的益處，在承載襯底18和LED 10之間不再需要導(dǎo)電金屬粘合劑，其消除對(duì)高溫處理的需求。圖2、3和4示出本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖2是根據(jù)本發(fā)明的LED第二實(shí)施例的示意性橫截面圖，其大體由30標(biāo)示。圖3是LED 30的分解圖，而圖4描述LED 30的頂部平面圖。適當(dāng)時(shí),使用相同的參考數(shù)字標(biāo)示圖2、3和4中的相同元件。將理解的是，圖3的分解圖實(shí)際上是示意圖，而示出元件的精確式樣可與圖中示出的基本矩形形狀不同。LED 30具有由n層31和p層32形成的有源區(qū)域。歐姆接觸35提供與n層31的電連接。如圖3和圖4中所描述，歐姆接觸35可如格柵的形狀形成，其提供橫過(guò)和通過(guò)n層31的提高的電流擴(kuò)散。接觸35的格柵形狀是優(yōu)選的，以便簡(jiǎn)單地增大n-歐姆接觸墊，因?yàn)橛糜谛纬蛇@些接觸的金屬反射朝向承載襯底的光子并且吸收其他光子；這兩種因素都降低外部量子效率。本發(fā)明的格柵設(shè)計(jì)通過(guò)避免該損失同時(shí)仍提供提高的電流擴(kuò)散，來(lái)提高外部量子效率。透明導(dǎo)電氧化物層33在p接觸36和p層32之間產(chǎn)生電連接，并且如上所述增強(qiáng)電流擴(kuò)散。 在圖2、3和4示出的實(shí)施例中，二極管30也包括數(shù)字42所示的另外的電流擴(kuò)散格柵。如圖所示，格柵42定位在有源(外延)層之下，并在布拉格反射器34之上。在示出實(shí)施例中，格柵42在透明導(dǎo)電氧化物層33的底部側(cè)上；即與p層32和n層31的位置相對(duì)?？商鎿Q地，格柵42能夠在p層32上或TCO層33上；即在TCO層相對(duì)布拉格鏡34的一側(cè)上。在典型實(shí)施例中，格柵42為反射性的，并且由任何適當(dāng)?shù)慕饘傩纬?，只要其?dǎo)電良好，并且另外兼容器件的其他元件的結(jié)構(gòu)和功能。為了降低格柵42干擾二極管30的外部量子效率的程度，所以格柵的大多數(shù)部分(并且在有些情況下為全部)與P接觸36或與n-歐姆接觸35或與其兩者在幾何上疊合(congruent)。介質(zhì)鏡34由SiO2和TiO2的多個(gè)交替層(例如39、40和42)形成，并且起與上述相同的作用。
光學(xué)反射金屬終止層(metal terminating layer) 43鄰接介質(zhì)鏡34,并且與透明導(dǎo)電氧化物層33相對(duì)。反射金屬終止層33也改變光子遠(yuǎn)離光子吸收材料(例如承載襯底38)的方向。當(dāng)計(jì)劃使用二極管發(fā)出白光時(shí)，反射金屬終止層是有利的，因?yàn)榻饘賹⒈裙铝⒌姆植疾祭穹瓷淦?4反射更廣范圍的波長(zhǎng)。換句話說(shuō)，分布布拉格反射器34比金屬鏡反射特定波長(zhǎng)或窄范圍波長(zhǎng)更好，并且其為該目的而被包括在此。然而，對(duì)于更寬范圍的波長(zhǎng)，布拉格鏡的特異性幫助較少，并且因而反射金屬終止層43提供反射很多可見光波長(zhǎng)(并且在大多數(shù)情況下反射所有可見光波長(zhǎng))的能力。因而，當(dāng)(例如)LED是白色發(fā)光燈的部分時(shí)，反射金屬終止層43提高除被布拉格鏡34反射之外的頻率的外部量子效率。反射金屬層38可為Ag、Al或任何另外的適當(dāng)金屬形成的一層或更多層金屬。在示出實(shí)施例中，LED 30通過(guò)粘合材料37附接至承載襯底38。在其他實(shí)施例中，并且如本領(lǐng)域中眾所周知的，該襯底可為生長(zhǎng)襯底(growth substrate), 二極管30的示出層以適當(dāng)?shù)闹圃觳襟E增加在其上。然而，因?yàn)橥庋訉?1和32不直接接觸襯底38，而是(至少)由布拉格鏡34和反射金屬層43分離，所以在本發(fā)明的上下文中，生長(zhǎng)襯底較不相關(guān)。因而，襯底支持外延層生長(zhǎng)的能力在本二極管設(shè)計(jì)的上下文中相比其他二極管設(shè)計(jì)較不相關(guān)，在后者中襯底的晶體結(jié)構(gòu)必須兼容外延層的結(jié)構(gòu)。結(jié)果，因?yàn)槎O管的最終結(jié)構(gòu)不需要包括生長(zhǎng)襯底，能夠?yàn)榱似渌欣蚨x擇襯底38，例如成本、制造簡(jiǎn)單、熱優(yōu)點(diǎn)、或任何其他適當(dāng)?shù)母鶕?jù)。在很多情況下導(dǎo)熱襯底有利，因?yàn)槠鋷椭档投O管的運(yùn)行溫度，這進(jìn)而常常幫助增加其有效壽命。圖5至圖11示出本發(fā)明的方法方面。將理解的是，圖5-11為示意性和例示性的，而不是限制該方法的步驟。適當(dāng)時(shí)，圖5-11中的參考數(shù)字對(duì)應(yīng)于圖3中的參考數(shù)字。因此，圖5示出一種二極管前體(precursor)，即使這些圖中每一幅都示出另外的特征，但為了方便，貫穿圖5-11，該二極管前體都將使用參考數(shù)字30。碳化硅襯底51為以下元件提供生長(zhǎng)表面，即n類型外延層31、有源層52、以及p類型外延層32。將理解的是，二極管30能夠包括這樣一種結(jié)構(gòu)，其簡(jiǎn)單為p-n結(jié)，而不包括任何進(jìn)一步的有源層。然而，在例示性二極管中，一層或更多有源層(例如52示出的層)為典型的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將很好理解的是，有源層52典型地包括多量子阱，其具有氮化鎵和氮化銦鎵的2至25周期的交替層。在生長(zhǎng)步驟期間，在這些周期層中不執(zhí)行主動(dòng)摻雜，并且因而雖然這些層的特征是非摻雜的，其本質(zhì)上典型地為n類型。將理解的是，在此描述的本發(fā)明能夠具有這樣一種結(jié)構(gòu)，其簡(jiǎn)單至基本的P-n結(jié)，復(fù)雜至多量子阱的25 (或更多)周期、或其他不同復(fù)雜性的結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域中很好理解氮化鎵、氮化銦鎵以及其他相關(guān)的第III族氮化物材料在碳化硅生長(zhǎng)襯底上的生長(zhǎng)，并且在此不再進(jìn)一步詳細(xì)描述。圖6示出了該過(guò)程中的下一步驟，其中透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層33增加在p類型層32上。如上所述，透明導(dǎo)電氧化物層33典型地由氧化銦錫(ITO)或相關(guān)的透明氧化物形成。圖7示出該過(guò)程中的兩個(gè)進(jìn)一步步驟，即粗線42所示的電流擴(kuò)散格柵的增加，以及之后的介質(zhì)反射器(也稱為全方向反射器或“0DR”)34的增加。格柵42和介質(zhì)反射器
34能夠具有上述及圖3中示出的相同形式。圖8示出該過(guò)程中的下一步驟，其中子底座結(jié)構(gòu)增加在反射器34上。如上所述及關(guān)于圖3所示，該子底座能夠包括一層或更多適當(dāng)?shù)牟牧蠈樱⑶乙虼司哂袇⒖紨?shù)字37、38和43指示各層。能夠使用另外的金屬、粘合劑或(取決于材料)熱和壓力而方便地將子底座粘結(jié)至反射器34。圖9示出該過(guò)程中的下一步驟，其中移除生長(zhǎng)襯底51，并且二極管30倒裝，以便子底座37、38、43起結(jié)構(gòu)襯底的作用。圖10示出在下一步驟中，蝕刻二極管30從而形成臺(tái)面，其包括n類型層31、有源層52、和p類型層32。在本發(fā)明的方法中，選擇透明導(dǎo)電氧化物層33和蝕刻技術(shù)以相互補(bǔ)充，從而透明導(dǎo)電氧化物層33起蝕刻停止的作用。因而，蝕刻將去除n類型和p類型層中的材料，但是將高度選擇性地到達(dá)TCO材料。這特別適當(dāng)，因?yàn)閷?duì)于用于蝕刻氮化鎵和相關(guān)的第III族氮化物的濕化學(xué)蝕刻(例如氫氧化鉀)和干蝕刻(例如鹵素基蝕刻，典型地為氯基)兩者，氧化銦錫和其他適當(dāng)?shù)耐该鲗?dǎo)電氧化物層都為適合的蝕刻停止。圖11示出最后兩個(gè)步驟執(zhí)行后的二極管30的結(jié)構(gòu)，即增加n-歐姆接觸35和P-歐姆接觸36。這些接觸典型地在單獨(dú)的步驟中增加，雖然這是傳統(tǒng)技術(shù)的結(jié)果而不是對(duì)于本方法本身的任何限制。如果適當(dāng)?shù)慕饘倌軌蛟趩我徊襟E中沉積，n-歐姆接觸35和P-歐姆接觸36兩者能夠在單一步驟或緊接的組合步驟中增加。通過(guò)在制造過(guò)程期間增加歐姆接觸，本方法消除了對(duì)于金屬/導(dǎo)電粘結(jié)劑的需求。圖11也示出這樣的情況，在優(yōu)選實(shí)施例中，二極管30包括延伸進(jìn)p類型層32中的降低導(dǎo)電率區(qū)域53。這樣的降低導(dǎo)電率區(qū)域的制造和設(shè)計(jì)在例如美國(guó)專利申請(qǐng)公開No. 20080217635中詳細(xì)描述。簡(jiǎn)要描述，降低導(dǎo)電率區(qū)域53在制造期間生產(chǎn)。優(yōu)選地，該區(qū)域的幾何形狀總體上(或特定的)與n-歐姆接觸35和電流擴(kuò)散格柵42的相關(guān)部分兩者相疊合。降低導(dǎo)電率區(qū)域53的存在促進(jìn)更多電流流過(guò)p類型層32的其他部分。當(dāng)然，歐姆接觸35典型地將阻滯二極管產(chǎn)生的一些光。降低導(dǎo)電率區(qū)域53的幾何形狀和接觸35幾何形狀的匹配促進(jìn)更多的電流流過(guò)p類型層32的這樣的部分，即不被歐姆接觸35光學(xué)阻滯的部分。結(jié)果，p類型層32的剩余部分發(fā)出更多的光，其中降低導(dǎo)電率區(qū)域的凈損失量小或者沒(méi)有。這幫助增加二級(jí)管30的外部效率(在本領(lǐng)域中這是很好理解的，P類型層將典型地具有比n類型層更低的導(dǎo)電率)。
二極管30的外部表面還能夠包括光提取和增強(qiáng)特性。在附圖和說(shuō)明書中，已闡述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并且雖然使用了特定的術(shù)語(yǔ)，但是它們只用于一般的和描 述性的意義而非限制性目的，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，包括 有源結(jié)構(gòu)； 第一歐姆接觸，在所述有源結(jié)構(gòu)上； 透明導(dǎo)電氧化物層，在所述有源結(jié)構(gòu)上與所述第一歐姆接觸相對(duì)，所述透明導(dǎo)電氧化物層具有比所述有源結(jié)構(gòu)更大的覆蓋區(qū)； 介質(zhì)鏡，在所述透明導(dǎo)電氧化物層上與所述有源結(jié)構(gòu)相對(duì)；以及第二接觸，所述第二接觸被定位在所述透明導(dǎo)電氧化物層上與所述介質(zhì)鏡相對(duì)，并且與所述有源結(jié)構(gòu)分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管，進(jìn)一步包括在所述介質(zhì)鏡上與所述透明導(dǎo)電氧化物層相對(duì)的反射金屬層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管，進(jìn)一步包括位于所述透明導(dǎo)電氧化物層和所述 介質(zhì)鏡之間的電流擴(kuò)散格柵。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管，其中 所述第一歐姆接觸包括格柵；并且 所述電流擴(kuò)散格柵與所述第一歐姆接觸的一些部分并且與所述第二接觸的一些部分堂口 o
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管，其中，所述電流擴(kuò)散格柵包括由鈦、金、鋅、銦、鎳、和鈹組成的組中的至少一種金屬。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管，其中，所述有源結(jié)構(gòu)包括由第III族氮化物材料體系形成的多個(gè)外延層。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管，其中，所述透明導(dǎo)電氧化物層由銦錫氧化物形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管，其中，所述介質(zhì)鏡由TiO2和SiO2的交替層形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管，進(jìn)一步包括在所述有源結(jié)構(gòu)的至少一些部分上的透鏡狀表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管，其中 所述有源結(jié)構(gòu)包括第一第III族氮化物外延層和第二第III族氮化物外延層，所述第一第III族氮化物外延層具有第一導(dǎo)電類型，所述第二第III族氮化物外延層鄰接所述第一第III族氮化物層并且具有與所述第一層相反的導(dǎo)電類型，用于與所述第一層形成p-n結(jié)；并且 其中，所述透明導(dǎo)電氧化物層鄰接所述第二第III族氮化物層并且與所述第一第III族氮化物層相對(duì)；并且 其中，所述介質(zhì)鏡鄰接所述透明導(dǎo)電氧化物層并且與所述第III族氮化物層相對(duì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極管，其中，TiO2層具有大約50nm至60nm之間的厚度，并且其中，SiO2層具有大約70nm至80nm之間的厚度。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管，進(jìn)一步包括位于所述外延層和所述介質(zhì)鏡之間的電流擴(kuò)散格柵。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光二極管，其中 針對(duì)所述第一第III族氮化物層的所述歐姆接觸包括格柵；并且所述電流擴(kuò)散格柵與所述歐姆的針對(duì)所述第一第III族氮化物層的一些部分以及與所述接觸的針對(duì)所述透明導(dǎo)電氧化物層的一些部分疊合。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光二極管，其中，所述電流擴(kuò)散格柵由一種或更多種金屬形成。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光二極管，其中，所述電流擴(kuò)散格柵包括由鈦、金、鋅、銦、鎳和鈹組成的組中的至少一種金屬。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光二極管，其中，所述電流擴(kuò)散格柵被定位于所述透明導(dǎo)電氧化物層和所述介質(zhì)鏡之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光二極管，其中，所述電流擴(kuò)散格柵被定位在所述第二第III族氮化物外延層上。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管，其中，所述透明導(dǎo)電氧化物層由摻雜氟的氧化錫形成。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管，其中，所述透明導(dǎo)電氧化物層由摻雜鋁的氧化鋅形成。
20.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管，其中，所述透明導(dǎo)電氧化物層由鋅錫氧化物形成。
21.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管，包括從由SiC、藍(lán)寶石、硅、和金屬組成的組中選擇的承載襯底。
22.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管，包括電絕緣的承載襯底。
23.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管，進(jìn)一步包括以粘結(jié)材料粘結(jié)至所述反射金屬層的承載襯底。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的發(fā)光二極管，其中，所述粘結(jié)材料從由金屬和膠組成的組中選擇。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的發(fā)光二極管，其中，所述承載襯底從由SiC、藍(lán)寶石、硅、和金屬組成的組中選擇。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的發(fā)光二極管，其中，所述承載襯底是電絕緣的。
27.一種形成具有增強(qiáng)的光提取的發(fā)光二極管的方法，所述方法包括 在發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的P類型外延層上形成透明導(dǎo)電氧化物層，所述發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)也至少包括鄰接P類型層的n類型層； 向所述透明導(dǎo)電氧化物增加與所述P類型層相對(duì)的介質(zhì)反射器； 利用蝕刻將所述n類型層和p類型層蝕刻成臺(tái)面，所述蝕刻將去除n類型和p類型層材料，但是不蝕刻所述透明導(dǎo)電氧化物材料； 向所述n類型層增加n類型歐姆接觸；以及 向所述透明導(dǎo)電氧化物層增加歐姆接觸，用于連接至所述P類型層。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，包括在形成所述TCO層步驟之后和增加介質(zhì)反射層之前形成電流擴(kuò)散格柵。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，包括 在所述P類型層中產(chǎn)生降低導(dǎo)電率區(qū)域；以及 向所述n類型層增加具有與所述降低導(dǎo)電率區(qū)域的幾何形狀疊合的幾何形狀的歐姆接觸。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，包括在向所述p類型層增加所述透明導(dǎo)電氧化物之前形成所述降低導(dǎo)電率區(qū)域。
31.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，在將所述n類型層和p類型層蝕刻成臺(tái)面的步驟之前，進(jìn)一步包括以下步驟 在生長(zhǎng)襯底上生長(zhǎng)n類型層和p類型層； 將所述介質(zhì)反射器層粘結(jié)至承載襯底；以及 去除所述生長(zhǎng)襯底以暴露所述n類型外延層。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，包括在碳化硅生長(zhǎng)襯底上生長(zhǎng)第III族氮化物的n類型層和P類型層。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，進(jìn)一步包括在n類型和p類型第III族氮化物層之間生長(zhǎng)至少一層未摻雜的第III族氮化物層。
全文摘要
在此公開一種發(fā)光二極管(10)，其包括有源結(jié)構(gòu)(11，12)、該有源結(jié)構(gòu)上的第一歐姆接觸(15)、以及該有源結(jié)構(gòu)上與第一歐姆接觸相對(duì)的透明導(dǎo)電氧化物層(13)。透明導(dǎo)電氧化物層(13)具有比所述有源結(jié)構(gòu)(11，12)更大的覆蓋區(qū)。介質(zhì)鏡(14)被定位于該透明導(dǎo)電氧化物層(13)上，與所述有源結(jié)構(gòu)(11，12)相對(duì)，并且第二接觸(16)被定位于透明導(dǎo)電氧化物層(13)上，與介質(zhì)鏡(14)相對(duì)并且從該有源結(jié)構(gòu)(11，12)分離。
文檔編號(hào)H01L33/42GK102742038SQ200980149205
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月8日
發(fā)明者約翰·埃德蒙, 詹姆斯·伊貝斯頓, 酈挺, 馬修·多諾弗里奧 申請(qǐng)人:克利公司