CN102047446B - 发光器件和制造发光器件的方法 - Google Patents

发光器件和制造发光器件的方法 Download PDF

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Abstract

根据本发明的发光器件包括：第一导电半导体层；第一导电半导体层上的有源层；有源层上的第二导电半导体层；第一钝化层，该第一钝化层包围第一导电半导体层、有源层、以及第二导电半导体层；第二连接层，该第二连接层通过第一钝化层而被电气地连接到第二导电半导体层；第二连接层和第一钝化层上的第一光提取结构层；第一电极层，该第一电极层被电气地连接到第一导电半导体层；以及第一光提取结构层上的第二电极层。

Description

发光器件和制造发光器件的方法
技术领域
实施例涉及发光器件，和制造发光器件的方法。
背景技术
最近，作为发光器件的发光二极管(LED)得以被关注。由于LED能够高效率地将电能转换为光能，并且具有大约5年或更长的寿命，所以LED能够显著地减少能量消耗以及维修并且维护成本。因此，在下一代发光领域中关注LED。
将该种LED制备为包括第一导电半导体层、有源层、以及第二导电半导体层的发光半导体层，其中有源层根据通过第一和第二导电半导体层施加到其上的电流而产生光。
同时，由于组成发光半导体层的材料具有低于外部空气的折射率，所以从有源层产生的光没有被有效地发射到外部，而是被从边界表面全反射并且被压制在发光半导体层的内部。
为了解决此问题，凹凸光提取结构被形成在被提供在有源层的一侧处的第一导电半导体层或者第二导电半导体层上。然而，由于光提取结构可能导致降低LED的电气特性。
发明内容
[技术问题]
实施例提供具有新颖的结构的发光器件和制造发光器件的方法。
实施例提供能够提高电气特性和光提取效率的发光器件和制造发光器件的方法。
[技术解决方案]
根据实施例的发光器件可以包括：第一导电半导体层；第一导电半导体层上的有源层；有源层上的第二导电半导体层；第一钝化层，该第一钝化层包围第一导电半导体层、有源层、以及第二导电半导体层；第二连接层，该第二连接层通过第一钝化层而被电气地连接到第二导电半导体层；第二连接层和第一钝化层上的第一光提取结构层；第一电极层，该第一电极层被电气地连接到第一导电半导体层；以及第一光提取结构层上的第二电极层。
一种制造根据实施例的发光器件的方法可以包括下述步骤：在生长衬底上形成第一导电半导体层、在第一导电半导体层上形成有源层、以及在有源层上形成第二导电半导体层；选择性地移除第二导电半导体层、有源层、以及第一导电半导体层，使得第一导电半导体层被部分地暴露；形成包围第一导电半导体层、有源层、以及第二导电半导体层的第一钝化层；选择性地移除第一钝化层并且形成被电气地连接到第二导电半导体层的第二连接层；在第二连接层和第一钝化层上形成具有凹凸结构的第一光提取结构层；以及在第一光提取结构层上形成第二电极层并且形成被电气地连接到第一导电半导体层的第一电极层。
[有益效果]
实施例可以提供具有新颖的结构的发光器件和制造发光器件的方法。
实施例提供能够提高电气特性和光提取效率的发光器件和制造发光器件的方法。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的发光器件的截面图；
图2至图9是示出用于制造根据第一实施例的发光器件的程序的截面图；以及
图10是示出根据第二实施例的发光器件的截面图。
具体实施方式
在实施例的描述中，将会理解的是，当层(或膜)、区域、图案、或结构被称为在另一个衬底、另一个层(或膜)、另一个区域、另一个垫、或另一个图案“上”或“下”时，它能够“直接”或“间接”在另一个衬底上、层(或膜)、区域、垫、或图案上，或者也可以存在一个或多个中间层。已经参考附图描述了该种层的位置。
为了方便或清楚起见，附图所示的每个层的厚度和尺寸可以被夸大、省略、或示意性绘制。另外，元件的尺寸没有完全反映真实尺寸。
图1是示出根据第一实施例的发光器件的截面图。
参考图1，缓冲层201被形成在生长衬底10上，并且包括第一导电半导体层20、有源层30、以及第二导电半导体层40的发光半导体层被形成在缓冲层201上。
通过MESA蚀刻来部分地移除发光半导体层，并且第一电流扩展层401被形成在通过MESA蚀刻暴露的第一导电半导体层20上。另外，第二电流扩展层501被形成在第二导电半导体层40上。
形成第一钝化层502，以包围发光半导体层，以及第一和第二电流扩展层401和501。被形成在第一和第二电流扩展层401和501上的第一钝化层502被选择性地移除，使得导通孔被形成。第一连接层403和第二连接层503被形成在导通孔中。
第一光提取结构层504被形成在第一钝化层502和被形成在第二导电半导体层40上的第二连接层503上。
另外，第一电极层70被形成在第一连接层403上，并且第二电极层60被形成在第一光提取结构层504上。
此外，第二光提取结构层110被形成在生长衬底10下面，并且反射层120被形成在第二光提取结构层110下面。
更加详细地，例如，生长衬底10可以包括Al2O3、SiC、Si、AlN、GaN、AlGaN、玻璃、以及GaAs中的一个。
在第一导电半导体层20被生长之前，缓冲层201被形成在生长衬底10上。例如，缓冲层201可以包括InGaN、AlN、SiC、SiCN、以及GaN中的至少一个。
包括第一导电半导体层20、有源层30、以及第二导电半导体层40的发光半导体层可以包括III族氮化物基半导体材料。例如，第一导电半导体层20可以包括如下的氮化镓层，所述氮化镓层包括诸如Si的n型杂质，并且第二导电半导体层40可以包括如下的氮化镓层，所述氮化镓层包括诸如Mg的p型杂质。另外，通过电子和空穴的重组产生光的有源层30可以包括InGaN、AlGaN、GaN、以及AlInGaN中的一个。根据组成有源层30的材料的类型来确定从发光器件发射的光的波长。
有源层30和第二导电半导体层40被形成在第一导电半导体层20的一部分上。换言之，第一导电半导体层20的一部分接触有源层30，并且第一导电半导体层20的剩余部分被暴露在外部。
尽管未示出，界面修改层可以进一步被形成在第二导电半导体层40上。
界面修改层可以包括超晶格结构、被掺杂有第一导电杂质的InGaN、GaN、AlInN、AlN、InN、以及AlGaN中的一个、被掺杂有第二导电杂质的InGaN、GaN、AlInN、AlN、InN、以及AlGaN中的一个、或者具有氮极性表面的III族氮化物基元素中的一个。特别地，具有超晶格结构的界面修改层可以包括如下的氮化物或者氮化碳，所述氮化物或者氮化碳包括II、III、或者IV族元素。
第一电流扩展层401被部分地形成在第一导电半导体层20上，并且第二电流扩展层501被部分地或者整体地形成在第二导电半导体层40上。
没有必要要求同时具有第一和第二电流扩展层401和501。即，第一和第二电流扩展层401和501中的至少一个可以被省略。
第一和第二电流扩展层401和501能够被制备为包括从由ITO(氧化铟锡)、被掺杂的ZnO(被掺杂的氧化锌)、TiN(氮化钛)、IZO(氧化铟锌)、IZTO(铟锌锡氧化物)、NiO(氧化镍)、RuO2(氧化钌)、IrO2(氧化铱)、被掺杂的In2O3(被掺杂的氧化铟)、Au、Ag、被掺杂的SnO2(被掺杂的氧化锡)、GITO(镓铟锡氧化物)、PdO(氧化钯)、PtO(氧化铂)、Ag2O(氧化银)、以及被掺杂的TiO2(被掺杂的氧化钛)组成的组中选择的至少一个的多层结构或者单层结构。
第一和第二电流扩展层401和501均匀地扩展被施加到第一和第二导电半导体层20和40的电流，从而提高发光效率。另外，第一和第二电流扩展层401和501允许第一和第二电极层70和60以被充分地分别结合到第一和第二导电半导体层20和40。
第一钝化层502被形成在包括除了第一和第二电流扩展层401和501的一些部分之外的第一和第二电流扩展层401和501的发光半导体层上。第一钝化层502防止发光器件被物理地、化学地、或者电气地损坏。
第一钝化层502包括透明电绝缘材料。例如，第一钝化层502包括SiO2(二氧化硅)、SiNx(氮化硅)、MgF2(氟化镁)、Cr2O3(氧化铬)、Al2O3(氧化铝)、TiO2、ZnS(硫化锌)、ZnO(氧化锌)、CaF2(氟化钙)、AlN(氮化铝)、以及CrN(氮化铬)中的至少一个。
第一和第二连接层403和405分别被形成在第一和第二电流扩展层401和501上，同时经过第一钝化层502。详细地，被形成在第一和第二电流扩展层401和501上的第一钝化层502具有导通孔，并且导通孔被填充有导电材料以形成第一和第二连接层403和405。
根据实施例，多个导通孔被形成在第一钝化层502中，所述第一钝化层502被形成在第二电流扩展层501上，但是实施例不限于此。例如，可以在被形成在第二电流扩展层501上的第一钝化层502中仅仅形成一个导通孔，以形成第一连接层403。
没有必要要求第一连接层403。即，第一连接层403能够被省略。
通过使用包括从由ITO(氧化铟锡)、被掺杂的ZnO(被掺杂的氧化锌)、TiN(氮化钛)、IZO(氧化铟锌)、IZTO(铟锌锡氧化物)、NiO(氧化镍)、RuO2(氧化钌)、IrO2(氧化铱)、被掺杂的In2O3(被掺杂的氧化铟)、Au、Ag、被掺杂的SnO2(被掺杂的氧化锡)、GITO(镓铟锡氧化物)、PdO(氧化钯)、PtO(氧化铂)、Ag2O(氧化银)、以及被掺杂的TiO2(被掺杂的氧化钛)组成的组中选择的至少一个的透明导电材料，能够将第一和第二链接层403和503制备为单层结构或者多层结构。
第一光提取结构层504被设置在第一钝化层502和被形成在第二导电半导体层40上的第二连接层503上。能够在形成第一光提取结构层504的同时，使其接触多个第二连接层503。
第一光提取结构层504可以包括具有高的光透射率的导电材料，并且能够被形成为在其表面上带有具有圆柱形或者圆锥形的凹凸结构504a。
例如，第一光提取结构层504可以包括如下的II-VI族化合物或者III-V族化合物，其中，所述II-VI族化合物包括ZnO或者MgZnO，所述III-V族化合物包括GaN或者AlN。第一光提取结构层504可以包括六边形的晶体材料。另外，第一光提取结构层504可以包括TiO2或者Al2O3。
第一电极层70被形成在第一连接层403的一部分上。如果第一连接层403和第一电流扩展层501被省略，那么第一电极层70可以接触第一导电半导体层20。
为了形成相对于第一导电半导体层20具有优秀的粘合性能的界面，第一电流扩展层401、或者第一连接层403、第一电极层70可以包括如下的材料，所述材料形成相对于第一导电半导体层20、第一电流扩展层401、或者第一连接层403的欧姆接触界面。例如，第一电极层70可以包括Ti、Al、Cr、V、Au、以及Nb中的一个。另外，通过使用硅化物能够形成第一电极70。
第二电极层60被形成在第一光提取结构层504的一部分上。
第二电极层60可以包括如下的材料，所述材料形成相对于第一光提取结构504表现出优秀的粘合性能的界面或者肖特基接触界面。例如，第二电极层60可以包括Ni、Al、Cr、Cu、Pt、Au、Pd、ITO、ZnO、ZITO、TiN、以及IZO中的至少一个。另外，通过使用硅化物能够形成第二电极层60。
第二光提取结构层110被形成在生长衬底10的下面。与第一光提取结构层504相类似，第二光提取结构层110可以具有凹凸结构110a。
通过使用具有高的反射率的材料，反射层120被形成在第二光提取结构层110下面。例如，反射层120可以包括Ag、Al、Rh、Pd、Ni、Au、DBR(分布布喇格反射器)、以及ODR(全方位反射镜)中的至少一个。
图2至图9是示出用于制造根据第一实施例的发光器件的程序的截面图。
参考图2，缓冲层201被形成在生长衬底10上，并且包括第一导电半导体层20、有源层30、以及第二导电半导体层40的发光半导体层被形成在缓冲层201上。尽管在附图中没有示出，界面修改层能够进一步被形成在第二导电半导体层40上。
参考图3，通过MESA蚀刻工艺部分地移除发光半导体层，使得能够部分地暴露第一导电半导体层20。
参考图4，第一电流扩展层401被形成在第一导电半导体层20上，并且第二电流扩展层501被形成在第二导电半导体层40上。第一和第二电流扩展层401和501能够通过物理气相沉积(PVD)或者化学气相沉积(CVD)来形成。
参考图5，第一钝化层502被形成在包括第一和第二电流扩展层401和501的发光半导体层上。第一钝化层502能够通过物理气相沉积(PVD)或者化学气相沉积(CVD)来形成。
参考图6，第一钝化层502被选择性地移除，使得导通孔被形成以暴露第一和第二电流扩展层401和501。
另外，第一和第二连接层403和405被形成在导通孔中。
参考图7，第一光提取结构层504被形成在第一钝化层502和第二连接层503上。
通过诸如MOCVD(金属有机化学气相沉积)、MBE(分子束外延)、PLD(脉冲激光沉积)、溅射、ALD(原子层沉积)、或者CVD(化学气相沉积)的沉积或者生长方案，能够形成第一光提取结构层504。
参考图8，在形成第一光提取结构层504和第二电极层60之后，第一电极层70被形成在第一连接层403上。
参考图9，第二光提取结构层110和反射层120被最终地形成在生长衬底10下面。
与第一光提取结构层504相类似，通过沉积或者生长方案能够形成第二光提取结构层110。通过PVD或者CVD能够形成反射层120。
图10是示出根据第二实施例的发光器件的视图。
根据第二实施例的发光器件具有与根据第一实施例的发光器件相类似的结构。因此，下面的描述将会集中于与根据第一实施例的发光器件的不同之处，以避免重复。
参考图10，缓冲层201被形成在生长衬底10上，并且包括第一导电半导体层20、有源层30、以及第二导电半导体层40的发光半导体层被形成在缓冲层201上。
通过MESA蚀刻工艺来部分地移除发光半导体层，并且第一电流扩展层401被形成在通过MESA蚀刻工艺而暴露的第一导电半导体层20上。另外，第二电流扩展层501被形成在第二导电半导体层40上。
第一钝化层502被形成，以包围发光半导体层以及第一和第二电流扩展层401和501。被形成在第一和第二电流扩展层401和501上的第一钝化层502被选择性地移除以形成导通孔，并且第一和第二连接层403和503被形成在导通孔中。
第一光提取结构层504被形成在第一钝化层502和被形成在第二导电半导体层40上的第二连接层503上。
另外，第二钝化层90被形成在第一光提取结构层504上，并且第三光提取结构层100被形成在第二钝化层90上。
此外，第一电极层70被形成在第一连接层403上，并且第二电极层60被形成在第二钝化层90和第三光提取结构层100被选择性地移除的区域上，使得第二电极层60被电气地连接到第一光提取结构层504。
另外，第二光提取结构层110被形成在生长衬底110下面，并且反射层120被形成在第二光提取结构层110下面。
第二钝化层90包括透明电绝缘材料。例如，第二钝化层90包括SiO2(二氧化硅)、SiNx(氮化硅)、MgF2(氟化镁)、Cr2O3(氧化铬)、Al2O3(氧化铝)、TiO2、ZnS(硫化锌)、ZnO(氧化锌)、CaF2(氟化钙)、AlN(氮化铝)、以及CrN(氮化铬)中的至少一个。
第三光提取结构层100具有凹凸结构100a。第三光提取结构层100可以包括诸如Zn0的II-VI族化合物，或者诸如GaN的III-V族化合物。另外，第三光提取结构层100可以包括六边形的晶体材料。
另外，第三光提取结构层100可以包括TiO2、Al2O3、SiO2、SiNx、MgF2(氟化镁)、Cr2O3(氧化铬)、ZnS(硫化锌)、ZnO(氧化锌)、CaF2(氟化钙)、AlN(氮化铝)、以及CrN(氮化铬)中的一个。
尽管未示出，制造根据第二实施例的发光器件的方法与第一实施例的相类似。
详细地，在执行图2至图7中所示的工艺之后，第二钝化层90和第三光提取结构层100被形成在图7中所示的第一光提取结构层504上。然后，第二钝化层90和第三光提取结构层100被选择性地移除以暴露第一光提取结构层504。
另外，在形成第一光提取结构层504和第二电极层60之后，第一电极层70被形成在第一连接层403上。
最后，第二光提取结构层110和反射层120被形成在生长衬底10上。
尽管参考大量的示例性实施例已经描述实施例，但是应理解的是，本领域的技术人员能够设计将落入本公开的原理的范围和精神内的其它的修改和实施例。
工业实用性
实施例可应用于被用作光源的发光器件。

Claims (13)

1.一种发光器件，包括：
第一导电半导体层；
有源层，所述有源层在所述第一导电半导体层上；
第二导电半导体层，所述第二导电半导体层在所述有源层上；
第一钝化层，所述第一钝化层包围所述第一导电半导体层、所述有源层、以及所述第二导电半导体层；
第一电流扩展层，所述第一电流扩展层形成在所述第一导电半导体层上；
第一连接层，所述第一连接层形成在所述第一电流扩展层上；
第二连接层，所述第二连接层通过所述第一钝化层而被电气地连接到所述第二导电半导体层；
第一光提取结构层，所述第一光提取结构层在所述第一钝化层和所述第二连接层上；
第一电极层，所述第一电极层形成在所述第一连接层上；以及
第二电极层，所述第二电极层在所述第一光提取结构层上，以及
其中，所述第一电流扩展层允许所述第一电极层被结合到所述第一导电半导体层。
2.根据权利要求1所述的发光器件，进一步包括第二电流扩展层，所述第二电流扩展层被电气地连接到所述第二导电半导体层上的第二连接层。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其中，在所述第一钝化层中形成多个第二连接层。
4.根据权利要求1所述的发光器件，其中，在所述第一光提取结构层的顶表面上形成有凹凸结构。
5.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第一连接层通过所述第一导电半导体层上的第一钝化层而被电气地连接到所述第一电极层。
6.根据权利要求1所述的发光器件，进一步包括所述第一导电半导体层下面的生长衬底。
7.根据权利要求6所述的发光器件，进一步包括所述生长衬底下面的具有凹凸结构的第二光提取结构层。
8.根据权利要求6所述的发光器件，进一步包括所述生长衬底下面的反射层。
9.根据权利要求1所述的发光器件，进一步包括所述第一光提取结构层上的第二钝化层。
10.根据权利要求9所述的发光器件，进一步包括所述第二钝化层上的第三光提取结构层。
11.根据权利要求2所述的发光器件，其中，通过使用从由ITO（氧化铟锡）、被掺杂的ZnO（被掺杂的氧化锌）、TiN（氮化钛）、IZO（氧化铟锌）、IZTO（铟锌锡氧化物）、NiO（氧化镍）、RuO2（氧化钌）、IrO2（氧化铱）、被掺杂的In2O3（被掺杂的氧化铟）、Au、Ag、被掺杂的SnO2（被掺杂的氧化锡）、GITO（镓铟锡氧化物）、PdO（氧化钯）、PtO（氧化铂）、Ag2O（氧化银）、以及被掺杂的TiO2（被掺杂的氧化钛）组成的组中选择的至少一个，将所述第二电流扩展层制备为单层结构或者多层结构。
12.根据权利要求1所述的发光器件，其中，通过使用从由ITO（氧化铟锡）、被掺杂的ZnO（被掺杂的氧化锌）、TiN（氮化钛）、IZO（氧化铟锌）、IZTO（铟锌锡氧化物）、NiO（氧化镍）、RuO2（氧化钌）、IrO2（氧化铱）、被掺杂的In2O3（被掺杂的氧化铟）、Au、Ag、被掺杂的SnO2（被掺杂的氧化锡）、GITO（镓铟锡氧化物）、PdO（氧化钯）、PtO（氧化铂）、Ag2O（氧化银）、以及被掺杂的TiO2（被掺杂的氧化钛）组成的组中选择的至少一个，将所述第二连接层制备为单层结构或者多层结构。
13.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述第一光提取结构层包括如下的II-VI族化合物、III-V族化合物、TiO2、以及Al2O3的中的一个，其中所述II-VI族化合物包括ZnO或者MgZnO，所述III-V族化合物包括GaN或者AlN。
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