發(fā)光元件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠提高發(fā)光效率的發(fā)光元件及其制造方法。這種發(fā)光元件包括p型半導(dǎo)體層、活性層、n型半導(dǎo)體層、p型電極及n型電極。所述活性層形成于所述p型半導(dǎo)體層的上表面。所述n型半導(dǎo)體層形成于所述活性層的上表面。所述p型電極向所述p型半導(dǎo)體層提供空穴。所述n型電極向所述n型半導(dǎo)體層提供電子，其中所述n型電極的底面為中央部凸出的形狀。因此，所述n型電極的底面通過(guò)中央部凸出的形狀，向側(cè)部反射入射到n型電極的底面的光，被反射的光經(jīng)過(guò)再反射，因此能夠提高光提取效率。
【專利說(shuō)明】發(fā)光元件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)光元件及其制造方法，尤其涉及利用半導(dǎo)體的發(fā)光元件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一般來(lái)講,發(fā)光二極管(Light Emitting D1de:LED)之類的發(fā)光元件具有發(fā)光效率高、壽命長(zhǎng)、電量消耗少、環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此使用這種發(fā)光元件的【技術(shù)領(lǐng)域】在不斷增多。
[0003]發(fā)光元件根據(jù)其形態(tài)可分為水平型(Lateral Type)與垂直型(Vertical Type)。水平型結(jié)構(gòu)是在基板上層積η型半導(dǎo)體元件、量子阱、P型半導(dǎo)體元件，通過(guò)蝕刻露出η型半導(dǎo)體元件的一部分，然后在P型半導(dǎo)體元件上形成P型電極，在露出的η型半導(dǎo)體元件上形成η型電極的結(jié)構(gòu)。
[0004]垂直型發(fā)光二極管(以下簡(jiǎn)稱VLED)具有散熱板效率高、光學(xué)電力性能提高等優(yōu)點(diǎn)，從而受到廣泛關(guān)注。但是在目前情況下，若想制造應(yīng)用于固體照明的高效率的VLED，則必須提聞光提取效率。
[0005]LED的光效率，即夕卜部量子效率取決于內(nèi)部量子效率與光提取效率的乘積，而內(nèi)部量子效率則取決于電流注入效率。為此，必須從電極向半導(dǎo)體層有效地分散電流，并且向活性層有效地注入載流子。
[0006]并且，在LED內(nèi)部的活性層生成的光向外部照射時(shí)，由于半導(dǎo)體材料與空氣具有折射率差異，無(wú)法照射到外部，而是發(fā)生全反射和吸收，發(fā)生光損耗。為此，通過(guò)使VLED的上端表面具有一定的粗糙度(Roughness)，或者在η型電極上采用導(dǎo)電玻璃(ITO)等物質(zhì)，以提聞光提取效率。
[0007]但是VLED的η電極在高溫作業(yè)時(shí)可能會(huì)受到熱損傷(thermal damage),因此在改善光提取效率方面，對(duì)電極的研究具有局限性。這些問(wèn)題導(dǎo)致VLED的光提取效率下降，在降低LED光效率方面起到?jīng)Q定性作用。因此，為了解決這些問(wèn)題，需要研究能夠提高LED光效率的技術(shù)方案。
[0008]以下參照?qǐng)D1做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0009]圖1為概括顯示現(xiàn)有技術(shù)的垂直型發(fā)光元件的剖視圖。
[0010]如圖1所示，現(xiàn)有的垂直型發(fā)光元件是在基板110上依次形成P型電極120、P型半導(dǎo)體層130、活性層140、η型半導(dǎo)體層150，并在η型半導(dǎo)體層150的上表面形成η型電極160。此時(shí)，從活性層生成并垂直上升的光L再次垂直上升，并重復(fù)被基板110反射的過(guò)程后最終消失。因此，光損耗量為發(fā)光元件110的整個(gè)面積中η性電極160所占面積對(duì)應(yīng)的光量。并且，實(shí)質(zhì)上P型電極120與所述活性層140具有相同面積，實(shí)質(zhì)上從P型電極120均勻地向活性層140提供空穴，而η型電極160提供的電子I無(wú)法均勻地?cái)U(kuò)散到所述活性層140。因此，只有所述活性層140的部分區(qū)域生成光，降低光效率。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]技術(shù)問(wèn)題
[0012]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)提高光提取效率、分散電子的注入，以提高光效率的發(fā)光元件。
[0013]本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問(wèn)題是提供制造這種發(fā)光元件的方法。
[0014]技術(shù)方案
[0015]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的發(fā)光元件包括P型半導(dǎo)體層、活性層、η型半導(dǎo)體層、P型電極及η型電極。所述活性層形成于所述P型半導(dǎo)體層的上表面。所述η型半導(dǎo)體層形成于所述活性層的上表面。所述P型電極向所述P型半導(dǎo)體層提供空穴。所述η型電極向所述η型半導(dǎo)體層提供電子，其中所述η型電極的底面為中央部凸出的形狀。
[0016]例如，所述η型電極的底面可以為V字形或U字形。
[0017]并且，所述發(fā)光元件還可以包括形成于所述反射層的底面的歐姆接觸層。
[0018]例如，所述η型電極可以包括鎳(Ni)及金(Au)中的至少任一種，所述反射層可以包括鋁(Al)及銀(Ag)中的至少任一種，所述歐姆接觸層可以包括鈦(Ti)及鉻(Cr)中的至少任一種。
[0019]另外，所述發(fā)光元件還可以包括形成于所述反射層的底面的絕緣層。
[0020]例如，所述η型電極可以包括鎳(Ni)、金(Au)及鈦(Ti)中的至少任一種，所述反射層可以包括鋁(Al)及銀(Ag)中的至少任一種，所述絕緣層可以包括氧化硅(Si02)或氮化硅(SiN)。
[0021]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的發(fā)光元件的制造方法包括:備由P型半導(dǎo)體層、所述P型半導(dǎo)體層的上表面的活性層及所述活性層的上表面的η型半導(dǎo)體層構(gòu)成的半導(dǎo)體層的步驟；在所述η型半導(dǎo)體層的上表面蝕刻出V字形或U字形槽的步驟；以及形成填充所述V字形或U字形槽的η型電極的步驟。
[0022]另外，本發(fā)明的制造方法還可以包括:在所述形成填充所述V字形或U字形槽的η型電極的步驟之前，在V字形或U字形槽的表面形成反射層的步驟。
[0023]另外，本發(fā)明的制造方法還可以包括:在所述V字形或U字形槽的表面形成反射層的步驟之前，在所述V字形或U字形槽的表面形成歐姆接觸層的步驟。
[0024]另外，本發(fā)明的制造方法還可以包括:在所述V字形或U字形槽的表面形成反射層的步驟之前，在所述V字形或U字形槽的表面形成絕緣層的步驟。
[0025]技術(shù)效果
[0026]根據(jù)本發(fā)明，η型電極的底面為中央部凸出的形狀，向側(cè)部反射入射到η型電極底面的光，被反射的光再次發(fā)生反射，因此能夠提高光提取效率。
[0027]并且，能夠把接入到活性層的電流的分布擴(kuò)大到更大范圍，在更廣范圍生成光，因此能夠提高光效率。
[0028]并且，由于η型電極與η型半導(dǎo)體層之間的接觸面積增大，使電流的流動(dòng)增多，因此能夠降低工作電壓。
[0029]并且，當(dāng)在η型電極的底部形成反射層時(shí)，能夠具有更高的光效率。
[0030]并且，當(dāng)在反射層的底部形成歐姆接觸層時(shí)，能夠提高半導(dǎo)體與金屬界面之間的電特性。
[0031]并且，當(dāng)在反射層的底部形成絕緣層時(shí)，能夠向更廣范圍分散電流的流動(dòng)，因此能夠提高光效率。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1為概括顯示現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光元件的剖視圖；
[0033]圖2為概括顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的垂直型發(fā)光元件的剖視圖；
[0034]圖3為概括顯示本發(fā)明另一實(shí)施例的垂直型發(fā)光元件的剖視圖；
[0035]圖4為概括顯示本發(fā)明又一實(shí)施例的垂直型發(fā)光元件的剖視圖；
[0036]圖5為概括顯示本發(fā)明又一實(shí)施例的垂直型發(fā)光元件的剖視圖；
[0037]圖6為概括顯示本發(fā)明又一實(shí)施例的垂直型發(fā)光元件的剖視圖。
[0038]附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0039]100、200、300、400、500、600:發(fā)光元件
[0040]110:基板120:p型電極
[0041]130:p型半導(dǎo)體層140:活性層
[0042]150:n型半導(dǎo)體層 160:n型電極
[0043]170:反射層180:歐姆接觸層
[0044]190:絕緣層
【具體實(shí)施方式】
[0045]參照附圖及以下詳細(xì)說(shuō)明，可進(jìn)一步明確所述本發(fā)明的特征及效果，從而本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的一般技術(shù)人員能夠容易實(shí)施本發(fā)明。本發(fā)明不限于以下的實(shí)施例，還可以通過(guò)其他形態(tài)實(shí)現(xiàn)。其中，所說(shuō)明的實(shí)施例使得公開(kāi)內(nèi)容更加完整，使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠更加充分地理解本發(fā)明的技術(shù)思想與特征。為了本發(fā)明的明確性，在附圖中放大顯示了各裝置或膜(層)及區(qū)域的厚度，另外除各裝置之外還可以具備本說(shuō)明書(shū)中未說(shuō)明的多種附加裝置。
[0046]以下參照附圖進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0047]圖2為概括顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的垂直型發(fā)光元件的剖視圖。
[0048]如圖2所示，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的垂直型發(fā)光元件200包括P型半導(dǎo)體層130、活性層140、η型半導(dǎo)體層150、P型電極120及η型電極160。
[0049]所述P型電極120上可以粘貼基板110。例如，所述基板110可以采用金屬基板。并且，所述P型電極120可以由金屬構(gòu)成，當(dāng)由金屬構(gòu)成時(shí)，向上部再反射從所述活性層140生成并向下部傳播的光。所述P型電極120向所述P型半導(dǎo)體層130提供空穴。
[0050]所述P型半導(dǎo)體層130形成于所述P型電極120的上表面。例如，所述P型半導(dǎo)體層130可以是注入P-型摻雜物的氮化物半導(dǎo)體層。
[0051]所述活性層140形成于所述P型半導(dǎo)體層130的上表面。例如，所述活性層140可以是氮化物半導(dǎo)體層。
[0052]所述活性層140具有多層量子阱結(jié)構(gòu)，從而所述P型半導(dǎo)體層130注入的空穴與所述η型半導(dǎo)體層150注入的電子通過(guò)結(jié)合生成光。
[0053]所述η型半導(dǎo)體層150形成于所述活性層140的上表面。例如，所述η型半導(dǎo)體層150可以是注入η-型摻雜物的氮化物半導(dǎo)體層。此時(shí)所述η型半導(dǎo)體層150的上表面形成如圖所示的V-字形槽，或者形成如圖6所示的U-字形槽。
[0054]所述η型電極160形成于所述η型半導(dǎo)體層150上形成有V-字形槽的位置，填充所述V-字形槽。因此，所述η型電極160的底部的中央部凸出成V-字形。但是，圖2所示V-字形槽的形態(tài)及與其對(duì)應(yīng)的η型電極160底部的凸出部的形狀并不限定于此，可做多種變更。例如，其形狀可以是多角形的凸出部，還可以具有環(huán)形曲線的結(jié)構(gòu)。所述η型電極160向所述η型半導(dǎo)體層150提供電子。例如，所述η型電極160可以包括鎳(Ni)及金(Au)中的至少任一種，但并不限定于此。
[0055]參照顯示本實(shí)施例的發(fā)光元件200的圖2，以及顯示現(xiàn)有發(fā)光元件100的圖1可知，從所述活性層140生成并垂直上升的光L在圖1中通過(guò)重復(fù)被所述η型電極160反射后再次垂直下降，被P型電極120或基板110反射后再次垂直上升的過(guò)程后最終消失。
[0056]但根據(jù)圖2所示的本發(fā)明，從所述活性層140生成后垂直上升的光L被反射到側(cè)部，從而在各層的界面上重復(fù)反射后向上部射出。因此，能夠提高光效率。
[0057]并且，就現(xiàn)有發(fā)光元件100而言，相比于從所述η型電極160注入所述活性層140的電子的流動(dòng)I，在本發(fā)明的發(fā)光元件200中，從η型電極160注入活性層140的電子的流動(dòng)I分散得更為廣泛。因此活性層140生成光的范圍更廣，從而能夠進(jìn)一步提高光效率。
[0058]并且，由于η型電極160與η型半導(dǎo)體層150之間的接觸面積增大，使電流的流動(dòng)增多，因此能夠降低工作電壓。
[0059]圖3為概括顯示本發(fā)明另一實(shí)施例的垂直型發(fā)光元件的剖視圖。圖3所示的垂直型發(fā)光元件300除反射層170之外，實(shí)質(zhì)上與圖2所示垂直型發(fā)光元件200相同。因此，對(duì)于相同的構(gòu)成要素用相同的附圖標(biāo)記表示，并省略重復(fù)說(shuō)明。
[0060]如圖3所示，本發(fā)明另一實(shí)施例的發(fā)光元件300包括P型半導(dǎo)體層130、活性層140、η型半導(dǎo)體層150、P型電極120、η型電極160及反射層170。
[0061]所述反射層170形成于所述η型電極160的底面。具體來(lái)講，所述反射層170形成于所述η型電極160中央部的底面凸出部與所述η型半導(dǎo)體層150之間。
[0062]所述反射層170通過(guò)提高從所述活性層140生成并垂直上升的光的反射效率，可進(jìn)一步提高所述發(fā)光元件300的光效率。為此，所述反射層170可以包括反射率高的金屬，例如鋁及銀中的至少任一種。
[0063]圖4為概括顯示本發(fā)明又一實(shí)施例的垂直型發(fā)光元件的剖視圖。圖4所示的垂直型發(fā)光元件400除歐姆接觸層180之外，實(shí)質(zhì)上與圖3所示垂直型發(fā)光元件300相同。因此，對(duì)于相同的構(gòu)成要素用相同的附圖標(biāo)記表示，并省略重復(fù)說(shuō)明。
[0064]如圖4所示，本發(fā)明又一實(shí)施例的發(fā)光元件400包括P型半導(dǎo)體層130、活性層140、η型半導(dǎo)體層150、P型電極120、η型電極160、反射層170及歐姆接觸層180。
[0065]所述歐姆接觸層180形成于所述反射層170的底面。所述歐姆接觸層180例如包括鈦(Ti)及鉻(Cr)，其厚度為能夠透過(guò)光的極其薄的厚度。
[0066]所述歐姆接觸層180提高包括半導(dǎo)體的所述η型半導(dǎo)體層150與包括金屬的反射層170之間的界面的電特性。即，通過(guò)縮小半導(dǎo)體層與金屬層之間的帶隙差異，可以提高電特性。
[0067]圖5為概括顯示本發(fā)明又一實(shí)施例的垂直型發(fā)光元件的剖視圖。圖5所示的垂直型發(fā)光元件500除絕緣層190之外，實(shí)質(zhì)上與圖3所示垂直型發(fā)光元件300相同。因此，對(duì)于相同的構(gòu)成要素用相同的附圖標(biāo)記表示，并省略重復(fù)說(shuō)明。
[0068]如圖5所示，本發(fā)明又一實(shí)施例的發(fā)光元件500包括P型半導(dǎo)體層130、活性層140、η型半導(dǎo)體層150、P型電極120、η型電極160、反射層170及絕緣層190。
[0069]所述絕緣層190形成于所述反射層170的底面。具體來(lái)講，所述絕緣層190只覆蓋所述η型電極160的底面的凸出部。因此優(yōu)選的是使凸出部的寬度小于圖4中凸出部的覽度。
[0070]所述絕緣層190例如可以包括氧化硅(Si02)或氮化硅(SiN)。
[0071]如上所述，當(dāng)包括絕緣層190時(shí)，電流不通過(guò)所述η型電極160的底面凸出部注入。但是，通過(guò)所述η型半導(dǎo)體層150與所述η型電極160之間的接觸面流動(dòng)的電流量上升，而向η型電極160垂直方向底部的活性層140注入的電流則相對(duì)減少。但是，所述η型電極160垂直方向的底部生成的提取到外部的光量相對(duì)少于側(cè)部，因此能夠從整體上提高光提取效率。
[0072]圖6為概括顯示本發(fā)明又一實(shí)施例的垂直型發(fā)光元件的剖視圖。圖6所示的垂直型發(fā)光元件600除η型電極底部凸出部的形狀之外，實(shí)質(zhì)上與圖2所示垂直型發(fā)光元件200相同。因此，對(duì)于相同的構(gòu)成要素用相同的附圖標(biāo)記表示，并省略重復(fù)說(shuō)明。
[0073]如圖6所示，本發(fā)明又一實(shí)施例的發(fā)光元件600包括P型半導(dǎo)體層130、活性層140、η型半導(dǎo)體層150、P型電極120及η型電極160。所述η型半導(dǎo)體層150的上表面形成例如U-字形槽。
[0074]所述η型電極160形成于所述η型半導(dǎo)體層150的有U-字形槽的位置，并填充所述U-字形槽。因此，所述η型電極160的底部具有中央部凸出成U-字形的形狀。
[0075]如上所述，具有U-字形凸出部的η型電極160適用到圖4及圖5的實(shí)施例，這對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是容易想到的。
[0076]另外，在本實(shí)施例中舉例說(shuō)明了垂直型發(fā)光元件，但也能夠適用于水平型發(fā)光元件，這對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是容易想到的。
[0077]以下說(shuō)明制造圖2至圖6所示發(fā)光元件200、300、400、500、600的方法。
[0078]首先，準(zhǔn)備包括P型半導(dǎo)體層130、所述P型半導(dǎo)體層130上的活性層140及所述活性層上的η型半導(dǎo)體層150的半導(dǎo)體層。這種過(guò)程與制造現(xiàn)有的垂直型發(fā)光元件的方法相同，因此省略對(duì)其詳細(xì)說(shuō)明。
[0079]然后，在所述η型半導(dǎo)體層150的上表面蝕刻V字形或U字形的槽。在所述η型半導(dǎo)體層150的上表面蝕刻如上所述V字形或U字形的槽，可通過(guò)感應(yīng)耦合式蝕刻機(jī)(ICP-RIE)來(lái)實(shí)現(xiàn)?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整工程條件，例如射頻電源(RF power)、氣體流量(BC13, C12, H2等)、作業(yè)壓力等，在η型半導(dǎo)體層150的上表面蝕刻V字形或U字形的槽。
[0080]然后形成填充所述V字形或U字形的槽的η型電極。為此通過(guò)鍍鎳、金等金屬形成所述η型電極160。
[0081]另外，在形成填充所述V字形或U字形的槽的η型電極160之前，可以在V字形或U字形的槽的表面形成反射層170。
[0082]并且，在所述V字形或U字形的槽的表面形成反射層之前，可以在所述V字形或U字形的槽的表面形成歐姆接觸層180或絕緣層190。
[0083]所述反射層170、歐姆接觸層180、絕緣層190等可以通過(guò)濺鍍機(jī)(sputteringdevice)或電子束設(shè)備(e_bean device)形成。
[0084]最后應(yīng)說(shuō)明的是:以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)光元件，其特征在于，包括: P型半導(dǎo)體層； 活性層，其形成于所述P型半導(dǎo)體層的上表面； η型半導(dǎo)體層，其形成于所述活性層的上表面； P型電極，其向所述P型半導(dǎo)體層提供空穴；以及 η型電極，其向所述η型半導(dǎo)體層提供電子， 其中，所述η型電極的底面為中央部凸出的形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其特征在于: 所述η型電極的底面為V字形或U字形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光元件，其特征在于，還包括: 反射層，其形成于所述η型電極的底面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光元件，其特征在于，還包括: 歐姆接觸層，其形成于所述反射層的底面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光元件，其特征在于: 所述η型電極包括鎳及金中的至少任一種，所述反射層包括鋁及銀中的至少任一種，所述歐姆接觸層包括鈦及鉻中的至少任一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光元件，其特征在于，還包括: 絕緣層，其形成于所述反射層的底面。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光元件，其特征在于: 所述η型電極包括鎳、金及鈦中的至少任一種，所述反射層包括鋁及銀中的至少任一種，所述絕緣層包括氧化硅或氮化硅。
8.一種發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，包括: 準(zhǔn)備由P型半導(dǎo)體層、所述P型半導(dǎo)體層的上表面的活性層及所述活性層的上表面的η型半導(dǎo)體層構(gòu)成的半導(dǎo)體層的步驟； 在所述η型半導(dǎo)體層的上表面蝕刻出V字形或U字形槽的步驟；以及 形成填充所述V字形或U字形槽的η型電極的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，還包括: 在所述形成填充所述V字形或U字形槽的η型電極的步驟之前，在V字形或U字形槽的表面形成反射層的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，還包括: 在所述V字形或U字形槽的表面形成反射層的步驟之前，在所述V字形或U字形槽的表面形成歐姆接觸層的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，還包括: 在所述V字形或U字形槽的表面形成反射層的步驟之前，在所述V字形或U字形槽的表面形成絕緣層的步驟。
【文檔編號(hào)】H01L33/10GK104078543SQ201410105968
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月25日
【發(fā)明者】金泰根, 樸相永 申請(qǐng)人:英迪股份有限公司