專利名稱：發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的示例性實施例涉及一種發(fā)光二極管(LED)，更具體地講，涉及一種具有提高的光提取效率的LED。
背景技術(shù)：
氮化鎵(GaN)基LED廣泛用于顯示元件和背光。此外，與傳統(tǒng)的燈泡或熒光燈相t匕，LED可具有較低的電功耗和較長的壽命，從而它們的應(yīng)用在替代傳統(tǒng)的白熾燈泡和熒光燈的同時已經(jīng)擴(kuò)展到普通照明。具體地講，發(fā)射混合顏色的光(例如，白光)的各種類型的LED封裝件已經(jīng)進(jìn)入市場。白光LED封裝件可用在背光單元中、用于普通照明等。由于LED封裝件的發(fā)光效率可取決于LED的發(fā)光效率，所以一直持續(xù)致力于提高LED的發(fā)光效率。具體地講，已經(jīng)致力于提高LED的光提取效率。通常，可在諸如藍(lán)寶石或碳化硅的異質(zhì)基底上生長GaN基氮化物半導(dǎo)體。具體地講，氮化物半導(dǎo)體層可形成在圖案化的藍(lán)寶石基底(PSS)上，并且通?？墒褂肞SS來制造使用氮化物半導(dǎo)體層的LED。PSS可通過散射從活性層向基底發(fā)射的光來提高光提取效率。此夕卜，通過在諸如藍(lán)寶石基底的透明基底的底表面上形成金屬反射器來反射穿過藍(lán)寶石基底的光，從而可提高發(fā)光效率。然而，活性層中產(chǎn)生的光在氮化物半導(dǎo)體層中會行進(jìn)相當(dāng)一段的距離，直到所述光在藍(lán)寶石基底的表面上被散射。即使在所述光在藍(lán)寶石基底的表面上被散射之后，所述光還會向光發(fā)射表面行進(jìn)相當(dāng)一段距離。因此，由于光路可能被延長，所以會出現(xiàn)光損失，并且散射光的一部分由于全內(nèi)反射可能被捕獲在氮化物半導(dǎo)體層中。 反射金屬層可由鋁制成并形成在藍(lán)寶石基底的底表面上，并且它可表現(xiàn)出遍及可見光的幾乎全部波長區(qū)域的大約80%的反射率。這個反射率相對高，但是即使當(dāng)形成反射金屬層時仍然會出現(xiàn)光損失。同時，藍(lán)寶石是電絕緣體，因而將LED的結(jié)構(gòu)局限于側(cè)向型。因此，近來已研發(fā)了一種技術(shù)，即，在諸如藍(lán)寶石基底的異質(zhì)基底上生長諸如氮化物半導(dǎo)體層的外延層，將支撐基底結(jié)合到外延層，然后利用激光剝離技術(shù)等分離異質(zhì)基底，從而制造高效率的垂直型LED (例如，參見Fujii等人發(fā)布的第7，704，763號美國專利)。圖I是示出了傳統(tǒng)LED的剖視圖。參照圖1，通過下述工藝來制造傳統(tǒng)的垂直型LED，即，順序地在生長基底(未示出)上形成GaN基n型層23、GaN基活性層25和GaN基p型層27 ;在p型層27上形成p電極39 ;利用結(jié)合金屬43將p電極39倒裝結(jié)合到Si次基板(submount)41 ;去除生長基底；然后在暴露的n型層23上形成n電極37。然后，在Si次基板41的底表面上形成n電極45。此外，在第7，704，763號美國專利中，利用干蝕刻技術(shù)或光增強(qiáng)化學(xué)(PEC)蝕刻技術(shù)將暴露的n型層23的表面形成為粗糙的
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的不例性實施例提供了一種具有提聞的光提取效率的LED。本發(fā)明的示例性實施例還提供了一種通過提高反光率而具有提高的發(fā)光的LED。本發(fā)明的示例性實施例還提供了一種具有遍及可見光的整個波長區(qū)域表現(xiàn)出高反射率的反射器的LED。 將在接下來的描述中部分闡述本發(fā)明另外的特征，還有一部分通過描述將是清楚的，或者可以經(jīng)過本發(fā)明的實施而得知。技術(shù)方案本發(fā)明的示例性實施例公開了一種LED，所述LED包括基底；第一氮化物半導(dǎo)體層，布置在基底上；活性層，布置在第一氮化物半導(dǎo)體層上；第二氮化物半導(dǎo)體層，布置在活性層上；第三氮化物半導(dǎo)體層，設(shè)置在第一氮化物半導(dǎo)體層和活性層之間或者在第二氮化物半導(dǎo)體層和活性層之間，第三氮化物半導(dǎo)體層具有在第三氮化物半導(dǎo)體層內(nèi)的多個散射元件；分布式布拉格反射器(DBR)，具有多層結(jié)構(gòu)，所述基底布置在DBR和第三氮化物半導(dǎo)體層之間。本發(fā)明的示例性實施例公開了一種LED，所述LED包括半導(dǎo)體堆疊件，布置在支撐基底上；第一電極，布置在支撐基底和半導(dǎo)體堆疊件之間，第一電極與半導(dǎo)體堆疊件歐姆接觸，第一電極具有暴露于半導(dǎo)體堆疊件的外部的第一區(qū)域；第一結(jié)合焊盤，布置在第一電極的第一區(qū)域上，第一結(jié)合焊盤電連接到第一電極；第二電極，布置在半導(dǎo)體堆疊件上。第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層中的至少一個包括多個彼此分隔開的散射元件。半導(dǎo)體堆疊件包括P型化合物半導(dǎo)體層、活性層和n型化合物半導(dǎo)體層。將理解的是，前面的一般性描述和下面的詳細(xì)描述均為示例性和解釋性的，并意圖對權(quán)利要求所述的本發(fā)明提供進(jìn)一步的解釋。


附圖示出了本發(fā)明的實施例，包括附圖是為了提供對本發(fā)明進(jìn)一步的理解且附圖被包含在說明書中并構(gòu)成說明書的一部分，附圖與描述一起來解釋本發(fā)明的原理。圖I是示出了傳統(tǒng)垂直型LED的剖視圖。圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的LED的剖視圖。圖3a是圖2中示出的LED的一部分的局部放大剖視圖，用于示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的LED。圖3b是圖2中示出的根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的LED的俯視圖,示出了具有島形的散射元件。圖3c是圖2中示出的根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的LED的俯視圖,示出了具有條形的散射元件。圖3d是圖2中示出的根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的LED的俯視圖，示出了具有網(wǎng)形的散射元件。圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的LED的DBR的局部放大剖視圖。圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的LED的DBR的局部剖視圖。圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的LED的剖視圖。
圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的LED的剖視圖。圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的LED的剖視圖。 圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的LED的透視圖。
具體實施例方式在下文中，將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。提供下面的實施例僅出于示出目的，從而本領(lǐng)域技術(shù)人員可充分地理解本發(fā)明的精神。因此，本發(fā)明不限于下面的實施例，而是可以以其它形式實施。在附圖中，為了便于示出，可夸大元件的寬度、長度和厚度等。在整個說明書和附圖中，相同的標(biāo)號表示相同的元件。將理解的是，當(dāng)元件或?qū)颖环Q作“位于”另一元件或另一層“上”或者“連接到”另一元件或另一層時，該元件或該層可直接位于所述另一元件或所述另一層上，或者直接連接到所述另一元件或所述另一層，或者可以存在中間元件或中間層。相反，當(dāng)元件被稱作“直接位于”另一元件或另一層“上”或者“直接連接到”另一元件或另一層時，不存在中間元件或中間層。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的LED的剖視圖。圖3a是圖2中的一部分的局部放大剖視圖。參照圖2，LED包括基底121、第一氮化物半導(dǎo)體層125、活性層127、第二氮化物半導(dǎo)體層131、第三氮化物半導(dǎo)體層126以及具有多層結(jié)構(gòu)的DBR145。第三氮化物半導(dǎo)體層126包括散射元件126a。LED還可包括緩沖層123、覆蓋層129、反射金屬層151和保護(hù)金屬層 153。只要基底121是透明基底，基底121并不受具體限制。例如，基底可為藍(lán)寶石基底或SiC基底。像圖案化的藍(lán)寶石基底(PSS) —樣，基底121還可以在其頂表面上具有預(yù)定的圖案。同時，基底121的面積確定了 LED芯片的整個面積。在本發(fā)明的示例性實施例中，隨著LED的面積的相對增大,散射效果和發(fā)射效果增強(qiáng)。在一些情況下,基底121的面積可為90000ii m2以上。在其它情況下，基底121的面積可為Imm2以上。位于基底121頂部的是第一氮化物半導(dǎo)體層125、第三氮化物半導(dǎo)體層126、活性層127、覆蓋層129和第二氮化物半導(dǎo)體層131?；钚詫?27位于第一氮化物半導(dǎo)體層125和第二氮化物半導(dǎo)體層131之間。在本示例性實施例中，第一氮化物半導(dǎo)體層125和第二氮化物半導(dǎo)體層131分別具有彼此相反的導(dǎo)電類型。例如，它們的導(dǎo)電類型可分別為n型和P型，反之亦然。第一氮化物半導(dǎo)體層125、活性層127、覆蓋層129和第二氮化物半導(dǎo)體層131可由GaN基化合物半導(dǎo)體材料(S卩，(Al, In,Ga)N)形成。確定活性層127的組成元素和組成比例，以發(fā)射期望波長的光，例如，紫外光或藍(lán)光。盡管第一氮化物半導(dǎo)體層125和/或第二氮化物半導(dǎo)體層131可形成為具有如圖中所示的單層結(jié)構(gòu)，但是它們的結(jié)構(gòu)不限于此，而是可以形成為具有多層結(jié)構(gòu)。第一氮化物半導(dǎo)體層125和第二氮化物半導(dǎo)體層131可分別為n型接觸層和p型接觸層。另外，活性層127可形成為具有單量子阱結(jié)構(gòu)或多量子阱結(jié)構(gòu)。緩沖層123可置于基底121和第一氮化物半導(dǎo)體層125之間。
同時，第三氮化物半導(dǎo)體層126位于第一氮化物半導(dǎo)體層125和活性層127之間，并具有形成在其內(nèi)部的散射元件126a?？捎裳趸杌虻璧慕^緣層，然后利用光刻和蝕刻技術(shù)將絕緣層圖案化來形成散射元件126a。在散射元件126a形成在半導(dǎo)體層125上或第三半導(dǎo)體層126的一部分上之后，可利用諸如外延側(cè)向過生長(ELOG)法的方法來生長第三半導(dǎo)體層126?？蛇x地，如圖3a所示，可通過生長下氮化物半導(dǎo)體層126b、利用諸如納米壓印技術(shù)的光刻和蝕刻技術(shù)圖案化下氮化物半導(dǎo)體層126b，然后再生長上氮化物半導(dǎo)體層126c來形成諸如空氣間隙的散射元件126a?？梢砸园◢u形(如圖3b所示)、條形(如圖3c所示)、網(wǎng)形(如圖3d所示)等的各種形狀來形成散射元件126a。諸如空氣間隙的散射元件126a可防止活性層127中產(chǎn)生的光由于散射光而被捕獲在氮化物半導(dǎo)體層中，從而提高光提取效率。此外，散射元件126a可用作絕緣圖案，以防止電流在豎直方向上集中流動，從而使電流在水平方向上擴(kuò)展并提高電流擴(kuò)展。上氮化物半導(dǎo)體層126c位于散射元件126a上方的部分與下氮化物半導(dǎo)體層126b位于散射元件126a下方的部分通過沒有散射元件126a的區(qū)域相互電連接，從而提供電流通路。返回參照圖3a，諸如空氣間隙的散射元件126a被設(shè)置成彼此間隔開并距離活性 層127預(yù)定的距離D。例如，距離D可在IOOnm至IOOOnm的范圍內(nèi)。如果距離D小于lOOnm，則再生長的上氮化物半導(dǎo)體層126c的厚度會太薄，因此會難以生長高質(zhì)量的活性層127。如果距離D大于lOOOnm，則可能會降低通過利用散射元件126a散射光來提高光提取效率的效果。同時，散射元件126a的寬度W和高度H均可在50nm至IOOOnm的范圍內(nèi)。S卩，散射元件126a的尺寸具有活性層127中產(chǎn)生的光可被散射的納米級尺寸。如果散射元件126a的尺寸小于50nm或大于lOOOnm，則可能難以使光散射。散射元件126a之間的間隔L可在IOOnm至IOOOnm的范圍內(nèi)。如果間隔L小于lOOnm，則由于散射元件126a導(dǎo)致的電阻增大會過大地增大正向電壓。如果間隔L超過lOOOnm，則會降低散射元件126a的光散射效果。同時，DBR 145位于基底121的底表面上。DBR 145具有多層結(jié)構(gòu)，在該多層結(jié)構(gòu)中，具有互不相同的折射率的多個層交替地堆疊。例如，可通過交替堆疊由SiO2制成的多個第一層和由TiO2或Nb2O5制成的多個第二層來形成DBR?？蛇x擇第一層和第二層的厚度，從而對活性層127中產(chǎn)生的光的波長表現(xiàn)出高反射率，然而并不是所有的第一層或第二層必須具有相同的厚度。此外，可堆疊多個DBR 140和150，從而不僅遍及活性層127中產(chǎn)生的光的波長區(qū)域而且遍及可見光的寬波長區(qū)域具有相對高的反射率，例如，反射率在90%以上。堆疊多個DBR，從而可對可見光光譜中的寬波長區(qū)域表現(xiàn)出高反射率。例如，在通過安裝根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的LED來發(fā)射白光的LED封裝件的情況下，波長與活性層127中產(chǎn)生的光的波長不同的光可入射到LED上。在這種情況下，不同波長的光可被反射，從而提高LED封裝件的光提取效率。圖4和圖5是不出了遍及可見光光譜的寬波長區(qū)域具有聞反射率的DBR的局部放大剖視圖。參照圖4，DBR 145位于基底121下方。DBR 145包括第一 DBR 140和第二 DBR150。用多對第一材料層140a和第二材料層140b形成第一DBR 140，用多對第三材料層150a和第四材料層150b形成第二 DBR 150。與藍(lán)色波長區(qū)域內(nèi)的光相比，多對第一材料層140a和第二材料層140b可對綠色波長區(qū)域或紅色波長區(qū)域內(nèi)的光(例如，550nm或630nm的光)具有相對高的反射率，而與紅色波長區(qū)域或綠色波長區(qū)域內(nèi)的光相比，第二 DBR 150可對藍(lán)色波長區(qū)域內(nèi)的光(例如460nm的光)，具有相對高的反射率。在本示例性實施例中，第一 DBR 140中的第一材料層140a和第二材料層140b的光學(xué)厚度厚于第二 DBR 150中的第三材料層150a和第四材料層150b的光學(xué)厚度。然而，本發(fā)明不限于此，而是第二 DBR150中的材料層的光學(xué)厚度可厚于第一 DBR 140中的材料層的光學(xué)厚度。第一材料層140a可具有與第三材料層150a的材料相同的材料，因此它們具有相同的折射率，第二材料層140b可具有與第四材料層150b的材料相同的材料，因此它們具有相同的折射率。例如，第一材料層140a和第三材料層150a可由TiO2(折射率n為大約2. 5)形成，第二材料層140b和第四材料層150b可由Si02(折射率n為大約1.5)形成。
同時，在本示例性實施例中，第一材料層140a的光學(xué)厚度(折射率X實際厚度)基本為第二材料層140b的光學(xué)厚度的整數(shù)倍，并且它們的實際厚度可基本彼此相同。第三材料層150a的光學(xué)厚度基本為第四材料層150b的光學(xué)厚度的整數(shù)倍，并且它們的實際厚度可基本彼此相同。另外，第一材料層140a的光學(xué)厚度大于第三材料層150a的光學(xué)厚度，并且第二材料層140b的光學(xué)厚度大于第四材料層150b的光學(xué)厚度?？赏ㄟ^調(diào)整多個材料層中的每個材料層的折射率和/或?qū)嶋H厚度來控制第一材料層至第四材料層140a、140b、150a和150b的光學(xué)厚度。返回參照圖2，可在DBR 145下方形成可由例如Al、Ag或Rh制成的反射金屬層151，并且可形成用于保護(hù)DBR 145的保護(hù)層153。例如，保護(hù)層153可由Ti、Cr、Ni、Pt、Ta、Au、它們的合金或者這些金屬和合金的任意組合形成。保護(hù)層153保護(hù)DBR 145免于外部沖擊或污染。根據(jù)本示例性實施例，DBR 145具有這樣的結(jié)構(gòu)，S卩，對長波長的可見光具有相對較高的反射率的第一 DBR 140和對短波長的可見光具有相對較高的反射率的第二 DBR 150相互堆疊。DBR 145可通過第一 DBR 140和第二 DBR 150的組合提高對遍及可見光區(qū)域中的大部分區(qū)域的光的反射率。通常，DBR對特定波長范圍內(nèi)的光具有高反射率，而對其它波長范圍內(nèi)的光具有低反射率。因此，在提高發(fā)射白光的LED封裝件的光提取效率方面存在局限性。然而，根據(jù)本示例性實施例，由于DBR 145不僅對藍(lán)色波長區(qū)域內(nèi)的光具有高反射率，而且對綠色和紅色波長區(qū)域內(nèi)的光也具有高反射率，所以可以提高LED封裝件的發(fā)光效率。在本示例性實施例中，已描述了兩個反射器(即，第一 DBR 140和第二 DBR 150)，但是可以使用大量的反射器。當(dāng)使用大量的反射器時，對長波長的光具有相對高的反射率的反射器優(yōu)選地位于相對靠近發(fā)光結(jié)構(gòu)的位置處。在本示例性實施例中，第一 DBR 140中的第一材料層140a的厚度可彼此不同，并且第一 DBR 140中的第二材料層140b的厚度可彼此不同。第二 DBR 150中的第三材料層150a的厚度可彼此不同，并且第二DBR 150中的第四材料層150b的厚度可彼此不同?？蛇x擇每個材料層的厚度，以遍及可見光光譜的整個波長區(qū)域具有至少90%的反射率。盡管在本示例性實施例中已經(jīng)描述了材料層140a、140b、150a和150b由SiO2或TiO2形成，但是它們不限于此，并可由例如Si3N4、Nb205或化合物半導(dǎo)體等形成。優(yōu)選地，第一材料層140a和第二材料層140b的折射率之間的差大于0. 5,第三材料層150a和第四材料層150b的折射率之間的差大于0. 5。此外，DBR 145的第一層和最后一層可由SiO2形成。SiO2層可設(shè)置成DBR 145的第一層和最后一層，從而能夠?qū)⒌谝?DBR 140穩(wěn)定地附于基底121并保護(hù)第二 DBR 150。
圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例的DBR 155的剖視圖。圖4顯示并示出了 DBR 145具有第一 DBR 140和第二 DBR 150的堆疊件。在根據(jù)本示例性實施例的DBR 155中，多對第一材料層140a和第二材料層140b以及多對第三材料層150a和第四材料層150b相互混合。即，至少一對第三材料層150a和第四材料層150b位于多對第一材料層140a和第二材料層140b之間，至少一對第一材料層140a和第二材料層140b也位于多對第三材料層150a和第四材料層150b之間。這里，控制第一材料層至第四材料層140a、140b、150a和150b的光學(xué)厚度，以對遍及可見光光譜的寬范圍的光具有高反射率。盡管上面已經(jīng)描述了遍及可見光光譜的寬波長區(qū)域具有高反射率的DBR的一些示例，但是可通過重復(fù)堆疊具有不同折射率的層來形成具有各種結(jié)構(gòu)的DBR?？煽刂七@些層的光學(xué)厚度，從而形成遍及可見光光譜內(nèi)的整個波長區(qū)域具有高反射率的DBR。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例的LED的剖視圖。 參照圖6，根據(jù)本示例性實施例的LED與參照圖2描述的LED大體相似。然而，根據(jù)本示例性實施例的LED與圖2中的LED的不同之處在于在其中形成有散射元件130a(例如，空氣間隙)的第三氮化物半導(dǎo)體層130位于第二氮化物半導(dǎo)體層131和活性層127之間。S卩，第三氮化物半導(dǎo)體層130位于的覆蓋層129上，覆蓋層129相應(yīng)地位于活性層127上，并且第二氮化物半導(dǎo)體層131位于第三氮化物半導(dǎo)體層130上。與散射元件126a類似，散射元件130a通過散射活性層127內(nèi)產(chǎn)生的光來提高光提取效率，并通過增大第三氮化物半導(dǎo)體層130的電阻有助于電流擴(kuò)展。圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例的LED的剖視圖。參照圖7，根據(jù)本示例性實施例的LED與參照圖6描述的LED大體相似。然而，根據(jù)本示例性實施例的LED與圖6中的LED的不同之處在于在其中形成有散射元件130a(例如，空氣間隙)的第三氮化物半導(dǎo)體層130位于覆蓋層129和活性層127之間。根據(jù)本示例性實施例，與參照圖6討論的示例性實施例中的散射元件130a相比，散射元件130a可位于更靠近活性層127的位置處。在圖6和圖7的示例性實施例中，由于在生長活性層127之后，在第三氮化物半導(dǎo)體層130中形成散射元件130a，所以與第三氮化物半導(dǎo)體層126位于第一氮化物半導(dǎo)體層125和活性層127之間的情況相比，散射元件130a可位于更靠近活性層127的位置處。例如，散射元件130a可位于距離活性層12750nm至IOOOnm的范圍內(nèi)。在前述示例性實施例中，已經(jīng)描述了散射元件130a位于活性層127下方或上方的LED。然而，散射元件130a可位于活性層127的兩側(cè)。在前面涉及的描述中，已經(jīng)描述了空氣間隙的寬度W和高度H的范圍以及空氣間隙之間的間隔L和空間距離D的范圍。然而，這些尺寸的范圍可等同地應(yīng)用于除了空氣間隙之外由氮化硅或氧化硅形成的絕緣圖案。圖8和圖9是分別示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的LED的剖視圖和透視圖。
參照圖8和圖9，LED包括支撐基底271、結(jié)合金屬273、半導(dǎo)體堆疊件250、p電極260、n電極269和p結(jié)合焊盤265。支撐基底271與用于生長化合物半導(dǎo)體層的生長基底不同，它是附于在先生長了化合物半導(dǎo)體層的二次基底。支撐基底不需要導(dǎo)電，且支撐基底可為例如藍(lán)寶石基底。盡管支撐基底271可為藍(lán)寶石基底，但是不限于此并且支撐基底271可為另一種類的絕緣或?qū)щ娀住＞唧w地講，在使用藍(lán)寶石基底作為支撐基底271的情況下，支撐基底271可具有與藍(lán)寶石生長基底的熱膨脹系數(shù)相同的熱膨脹系數(shù)。因此，當(dāng)結(jié)合支撐基底并去除生長基底時，可防止晶片卷曲。此外，可使用剛性基底作為支撐基底，從而能夠防止LED變型，因此半導(dǎo)體堆疊件250可由支撐基底271支撐。半導(dǎo)體堆疊件250位于支撐基底271上方，并包括p型化合物半導(dǎo)體層257、活性層255和n型化合物半導(dǎo)體層253。在半導(dǎo)體堆疊件250中，相比于n型化合物半導(dǎo)體層253，p型化合物半導(dǎo)體層257位于更靠近支撐基底271的位置處，以形成垂直型LED。半導(dǎo)體堆疊件250位于支撐基底271的部分區(qū)域中。即，支撐基底271具有比半導(dǎo)體堆疊件250相對較寬的面積，并且半導(dǎo)體堆疊件250位于由支撐基底271的邊緣圍繞的區(qū)域內(nèi)。n型化合物半導(dǎo)體層253、活性層255和p型化合物半導(dǎo)體層257可由III-N基化合物半導(dǎo)體(例如，(Al，Ga，In)N半導(dǎo)體)形成。n型化合物半導(dǎo)體層253和p型化合物半導(dǎo)體層257中的每個可具有單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。例如，n型化合物半導(dǎo)體層253和/或p型化合物半導(dǎo)體層257可包括接觸層和覆蓋層，并且還可包括超晶格層。另外，活性層255可具有單量子阱結(jié)構(gòu)或多量子阱結(jié)構(gòu)。具有相對低電阻的n型化合物半導(dǎo)體層253設(shè)置成與支撐基底271相對，從而可在n型化合物半導(dǎo)體層253的上表面上形成粗糙表面。該粗糙表面提高了在活性層255中產(chǎn)生的光的提取效率。n型化合物半導(dǎo)體層253可在其上具有粗糙表面。即，利用干蝕刻技術(shù)或光增強(qiáng)化學(xué)(PEC)蝕刻技術(shù)對n型化合物半導(dǎo)體層253的表面進(jìn)行粗糙化，從而提高光提取效率。同時，n型化合物半導(dǎo)體層253可具有在n型化合物半導(dǎo)體層253內(nèi)部彼此分隔開形成的的多個散射元件263。散射元件263可包括與參照圖2、圖3a、圖6和圖7中示出的示例性實施例描述的散射元件126a和130a的特征相同的特征。散射元件263通過散射活性層255內(nèi)產(chǎn)生的光增大了全內(nèi)反射的臨界角。通過經(jīng)散射元件263散射光，然后還經(jīng)形成在n型化合物半導(dǎo)體層253的表面上的粗糙表面散射光，全內(nèi)反射臨界角增大兩倍，從而可進(jìn)一步提高光提取效率。散射元件263可具有各種形狀，諸如島的矩陣、多條線和網(wǎng)形。散射元件263散射光的結(jié)果導(dǎo)致了散射元件263和n型化合物半導(dǎo)體層253的折射率之間的差異。因此，可使用折射率與n型化合物半導(dǎo)體層253的折射率不同的材料來形成散射元件263。例如，散射元件263可為氧化物或空氣層。散射元件263可為DBR?？赏ㄟ^交替堆疊兩層或更多層具有彼此不同的折射率的絕緣層來形成散射元件263。例如，可交替堆疊SiO2層和Si3N4層。可通過局部生長n型化合物半導(dǎo)體層253、交替堆疊兩個或更多個具有不同折射率的絕緣層作為多個層，然后利用光刻技術(shù)對堆疊的絕緣層進(jìn)行圖案化和蝕刻，從而形成 散射元件263。散射元件263的絕緣層被交替地堆疊成反射層的形式。例如，絕緣層可被堆疊成SiO2層和Si3N4層交替的多個層。
如上所述，散射元件263形成在局部生長的n型化合物半導(dǎo)體層253上，然后，形成剩余的n型化合物半導(dǎo)體層253。當(dāng)通過交替堆疊兩個或更多個具有彼此不同的折射率的絕緣層作為多個層來形成散射元件263時，散射元件263可用作DBR。因此，在活性層255內(nèi)產(chǎn)生的具有各種波長的光可被散射元件263反射，從而可有效地發(fā)生光散射，如參照前面的示例性實施例所述。p電極260位于p型化合物半導(dǎo)體層257和支撐基底271之間，并與p型化合物半導(dǎo)體層257歐姆接觸。p電極260可包括反射層259和保護(hù)金屬層261。反射層259可嵌入在位于半導(dǎo)體堆疊件250和支撐基底271之間的保護(hù)金屬層261中。反射層259可由例如反射金屬(諸如Ag)形成，并且保護(hù)金屬層261可由例如Ni形成。保護(hù)金屬層261可位于支撐基底271的整個表面上。因此，保護(hù)金屬層261具有暴露于半導(dǎo)體堆疊件250的外部的區(qū)域。p型結(jié)合焊盤265可位于保護(hù)層261的暴露部分上。p型結(jié)合焊盤265通過p電 極260電連接到p型化合物半導(dǎo)體層257。同時，結(jié)合金屬273位于支撐基底271和p電極260之間，以結(jié)合半導(dǎo)體堆疊件250和支撐基底271。結(jié)合金屬273可利用共晶結(jié)合等由例如Au-Sn形成。p電極260通過結(jié)合金屬273倒裝結(jié)合到支撐基底271，并且通過去除生長基底來暴露n型化合物半導(dǎo)體層253。同時，n電極269位于半導(dǎo)體堆疊件250上，并電連接到n型化合物半導(dǎo)體層253。利用干蝕刻技術(shù)活PEC蝕刻技術(shù)對暴露的n型化合物半導(dǎo)體層253的表面進(jìn)行粗糖化，從而提聞光提取效率。在上述的示例性實施例中，已經(jīng)描述了與n型化合物半導(dǎo)體層253相比，p型化合物半導(dǎo)體層257位于更靠近支撐基底271的位置處。然而，本發(fā)明不限于此，并且它們也可以反向地布置。在這種情況下，n電極269與p電極260和p型結(jié)合焊盤265的極性彼此相反。根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，可通過采用能夠散射活性層內(nèi)產(chǎn)生的光的絕緣圖案來提高光提取效率。此外，可通過形成絕緣圖案作為低折射率的空氣間隙來提高光散射特性。另外，由于絕緣圖案，電流可在水平方向上均勻地擴(kuò)散，從而能夠提高發(fā)光效率和靜電放電特性。進(jìn)一步講，具有多層結(jié)構(gòu)的DBR位于基底的底表面上，使得從基底向下傳播并穿過基底的光可被反射，從而提高光提取效率。更進(jìn)一步講，可通過采用遍及可見光光譜的整個波長區(qū)域具有高反射率的DBR來提供適于白光LED封裝件的LED。另外，可通過一起采用散射圖案和粗糙表面來減少由全內(nèi)反射導(dǎo)致的光損失，從而可將光提取效率最大化。盡管出于示出目的描述了本發(fā)明的示例性實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚的是，在不脫離本發(fā)明的本質(zhì)特征的情況下，可在本發(fā)明的范圍內(nèi)對本發(fā)明做出各種修改和改變。因此，前面提及的示例性實施例應(yīng)該被解釋為不限于本發(fā)明的技術(shù)精神，而是為了示出的目的而提供，從而本領(lǐng)域技術(shù)人員可以充分地理解本發(fā)明的精神。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管包括 基底； 第一氮化物半導(dǎo)體層，布置在基底上； 活性層，布置在第一氮化物半導(dǎo)體層上； 第二氮化物半導(dǎo)體層，布置在活性層上； 第三氮化物半導(dǎo)體層，設(shè)置在第一氮化物半導(dǎo)體層和活性層之間或者在第二氮化物半導(dǎo)體層和活性層之間，第三氮化物半導(dǎo)體層包括在第三氮化物半導(dǎo)體層內(nèi)的多個散射元件； 分布式布拉格反射器，具有多層結(jié)構(gòu)，所述基底布置在分布式布拉格反射器和第三氮化物半導(dǎo)體層之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管，其中，散射元件包括被第三氮化物半導(dǎo)體層包圍的空氣間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管，其中，空隙間隙布置在距離活性層50nm至IOOOnm的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管，其中，空氣間隙之間的間隔在IOOnm至IOOOnm的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管，其中，空氣間隙的寬度和高度均在50nm至IOOOnm的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管，其中，第三氮化物半導(dǎo)體層布置在第一氮化物半導(dǎo)體層和活性層之間，空氣間隙布置在距離活性層IOOnm至IOOOnm的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管，其中，第三氮化物半導(dǎo)體層布置在第二氮化物半導(dǎo)體層和活性層之間，空氣間隙布置在距離活性層50nm至IOOOnm的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管還包括設(shè)置在空氣間隙和活性層之間的覆蓋層。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管，其中，分布式布拉格反射器具有對藍(lán)色波長區(qū)域內(nèi)的第一波長的光、綠色波長區(qū)域內(nèi)第二波長的光以及紅色波長區(qū)域內(nèi)第三波長的光的至少90 %的反射率。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管還包括反射金屬層，分布式布拉格反射器布置在基底和反射金屬層之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管，其中，散射兀件包含氧化娃或氮化娃。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極管，其中，散射元件包括島形的矩陣、多條線或網(wǎng)形。
13.—種發(fā)光二極管,所述發(fā)光二極管包括 半導(dǎo)體堆疊件，布置在支撐基底上，半導(dǎo)體堆疊件包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、活性層和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層； 第一電極，布置在支撐基底和半導(dǎo)體堆疊件之間，第一電極與半導(dǎo)體堆疊件歐姆接觸，第一電極包括暴露于半導(dǎo)體堆疊件的外部的第一區(qū)域； 第一結(jié)合焊盤，布置在第一電極的第一區(qū)域上，第一結(jié)合焊盤電連接到第一電極； 第二電極，布置在半導(dǎo)體堆疊件上，其中，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層中的至少一個包括多個彼此分隔開的散射兀件。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管,其中，散射兀件包括分布式布拉格反射器或空氣層。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管，其中，第一電極包括反射層和保護(hù)層，其中，反射層設(shè)置在半導(dǎo)體堆疊件和保護(hù)層之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光二極管，其中，反射層被半導(dǎo)體堆疊件和保護(hù)層完全覆蓋。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管，其中，散射元件包括空氣層并布置在距離活性層50nm至IOOOnm的范圍內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管，其中，每個散射元件的寬度和高度在50nm至IOOOnm的范圍內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的發(fā)光二極管，其中，散射元件之間的間隔在IOOnm至IOOOnm的范圍內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管，其中，散射元件包括島形的矩陣、多條線或網(wǎng)形。
全文摘要
本發(fā)明的示例性實施例涉及一種發(fā)光二極管(LED)，該LED包括基底；第一氮化物半導(dǎo)體層，布置在基底上；活性層，布置在第一氮化物半導(dǎo)體層上；第二氮化物半導(dǎo)體層，布置在活性層上；第三氮化物半導(dǎo)體層，布置在第一氮化物半導(dǎo)體層和活性層之間或者在第二氮化物半導(dǎo)體層和活性層之間，第三氮化物半導(dǎo)體層包括在第三氮化物半導(dǎo)體層內(nèi)的多個散射元件；分布式布拉格反射器(DBR)，具有多層結(jié)構(gòu)，所述基底布置在DBR和第三氮化物半導(dǎo)體層之間。
文檔編號H01L33/46GK102668135SQ201180005026
公開日2012年9月12日 申請日期2011年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者李俊熙, 林弘澈, 柳宗均, 金華睦, 金彰淵 申請人:首爾Opto儀器股份有限公司