發(fā)光二極管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種發(fā)光二極管及其制造方法。所述發(fā)光二極管包括：氮化鎵基板，具有多個貫通孔；氮化鎵系半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體，位于所述基板上，并包含第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、活性層及第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；及第一電極，通過氮化鎵基板的多個貫通孔而電連接于所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層。據(jù)此，可提供晶體缺陷少且能夠防止發(fā)光面積減少的發(fā)光二極管。
【專利說明】發(fā)光二極管及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管及其制造方法，尤其涉及一種具有氮化鎵基板的發(fā)光二極管及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]通常，發(fā)光二極管通過在藍寶石基板上生長多個氮化鎵系半導(dǎo)體層來加以制造。然而，由于藍寶石基板和氮化鎵層的熱膨脹系數(shù)及晶格常數(shù)的差異大，因此所生長的氮化鎵層內(nèi)會出現(xiàn)穿線位錯(threading dislocat1n)之類的很多晶體缺陷。這種晶體缺陷使得發(fā)光二極管的光電特性難以得到提高。
[0003]進而，由于藍寶石基板具有電絕緣性，因此制造出電極位于基板上部的水平型結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管。對于水平型發(fā)光二極管而言，由于為了形成電極而去除活性區(qū)域的一部分，從而導(dǎo)致面積損失大，并且因電極而導(dǎo)致的光損失大。此外，為了解決水平型結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的問題而正在使用著倒裝芯片方式的發(fā)光二極管。倒裝芯片方式的發(fā)光二極管通過基板發(fā)射光，從而可減少因電極而導(dǎo)致的光損失。然而，倒裝芯片發(fā)光二極管為了形成電極而需要去除活性區(qū)域，因此發(fā)生面積損失。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種能夠通過減少晶體缺陷來改善發(fā)光效率的發(fā)光二極管及其制造方法。
[0006]本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題在于，提供一種能夠防止發(fā)光面積被減少的發(fā)光二極管及其制造方法。
[0007]本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題在于，提供一種能夠?qū)㈦娏骶鶆虻財U散到活性區(qū)域的發(fā)光二極管及其制造方法。
[0008]技術(shù)方案
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個方面的發(fā)光二極管包括:氮化鎵基板，具有多個貫通孔；氮化鎵系半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體，位于所述基板上，并包含第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層及位于所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層之間的活性層，并且所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層被布置為比所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層更靠近于所述基板；及第一電極，通過所述多個貫通孔而電連接于所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層。
[0010]此外，所述發(fā)光二極管還可包括:反射件，位于所述第一電極和所述氮化鎵基板之間。
[0011]進而，所述發(fā)光二極管還可包括:第二電極，電連接到第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層。所述第二電極可位于第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上而連接于所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，但不限于此。例如，所述第二電極可通過貫通所述氮化鎵基板、所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層及所述活性層的貫通孔來電連接于所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個方面的發(fā)光二極管制造方法包括如下步驟:在氮化鎵基板上生長第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、活性層及第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；在所述氮化鎵基板上形成使得所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層暴露的多個貫通孔；形成通過所述多個貫通孔電連接到所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的第一電極。
[0013]此外，所述發(fā)光二極管制造方法還可包括如下步驟:在形成所述第一電極之前，形成覆蓋所述氮化鎵基板的下部面的反射件。進而，所述反射件可覆蓋所述貫通孔的側(cè)壁。
[0014]此外，所述發(fā)光二極管制造方法還包括如下步驟:形成貫通所述氮化鎵基板、所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層及所述活性層的貫通孔；形成通過貫通所述活性層的貫通孔來電連接于所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的第二電極。
[0015]有益效果
[0016]通過采用氮化鎵基板來減少第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、活性層及第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的晶體缺陷，從而可改善發(fā)光效率。此外，由于所述第一電極通過氮化鎵基板而連接到第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，因此可防止因第一電極的形成而導(dǎo)致的發(fā)光面積的減少。進而，由于所述第一電極通過所述多個貫通孔電連接到所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，因此可將電流均勻地擴散到活性區(qū)域。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是用于說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的發(fā)光二極管的剖面圖。
[0018]圖2是用于說明根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的發(fā)光二極管的剖面圖。
[0019]圖3至圖8是用于說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的發(fā)光二極管制造方法的剖面圖。

【具體實施方式】
[0020]以下，將參照附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。以下描述的實施例作為示例而被提供以將本發(fā)明的構(gòu)思充分傳達給本領(lǐng)域技術(shù)人員。因此，本發(fā)明不限于以下所說明的實施例，并且可實現(xiàn)為其他的形態(tài)。并且，在附圖中，為了方便起見，可能會夸大示出構(gòu)成要素的寬度、長度、厚度等。貫穿整個說明書，相同的標號表示相同的構(gòu)成要素。
[0021]圖1是用于說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的發(fā)光二極管的剖面圖。
[0022]參照圖1，所述發(fā)光二極管包括:氮化鎵基板21、第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23、活性層25及第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層27。進而，所述發(fā)光二極管還可包括:反射件35、第一電極37、透明電極39、第二電極41。
[0023]所述氮化鎵基板21可具有約200?350 μ m的厚度。半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30位于所述氮化鎵基板21上。該半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30由包含第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23、活性層25及第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層27的多個半導(dǎo)體層構(gòu)成。這里，第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23及第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層27為P型，η型半導(dǎo)體層23比ρ型半導(dǎo)體層27更靠近于基板21。
[0024]所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23、活性層25及第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層27由氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層形成，所述活性層25可具有單量子阱結(jié)構(gòu)或者多量子阱結(jié)構(gòu)。
[0025]所述半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30由在氮化鎵基板21上生長的多個半導(dǎo)體層形成，因此位錯密度可以是5E6/cm2以下。據(jù)此，可提供發(fā)光效率優(yōu)異且適用于高電流驅(qū)動的發(fā)光二極管。
[0026]此外，所述氮化鎵基板具有使得所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23暴露的多個貫通孔21a。所述多個貫通孔21a可以以矩陣形狀或者條紋形狀排列。這些貫通孔21a可具有寬度從基板21上的上部側(cè)面到下部面越來越寬的形狀。
[0027]所述第一電極37通過所述多個貫通孔21a電連接到第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23。所述第一電極37可包含用于連接第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23的歐姆金屬層。
[0028]此外，反射件35位于所述第一電極37和基板21之間。所述反射件35還可覆蓋多個貫通孔21a的側(cè)壁。位于所述多個貫通孔21a內(nèi)部的反射件35與位于基板21下部面的反射件可通過相同的工藝來形成，但不限于此，并且也可以分別通過其他的工藝來形成。
[0029]所述反射件35反射生成于活性層27的光，從而防止因光被第一電極37所吸收而導(dǎo)致的損失。所述反射件35可以以Ag或者Al之類的反射金屬層形成，或者可被形成為全向反射件或分布式布拉格反射件。分布式布拉格反射件35可通過交替地層疊具有不同的折射率的介電層來形成，例如可通過交替地層疊S12和T12來形成。此時，第一層優(yōu)選為由S12形成以與基板21良好地接合，此外最后一層可以由S12形成以保護分布式布拉格反射件35。
[0030]在所述反射件35為導(dǎo)電性的情況下，所述反射件35可覆蓋暴露于貫通孔21a的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23。與此不同，所述反射件35為分布式布拉格反射件之類的絕緣性的情況下，形成開口部以使所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23暴露。
[0031]此外，所述透明電極39位于第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層27上。透明電極39可由ITO或ZnO之類的透明氧化物或者Ni/Au之類的金屬層形成。所述透明電極39可歐姆接觸于第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層27。所述第二電極41可位于透明電極39上以被電連接到所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層27。
[0032]在本實施例中，所述第一電極37通過多個貫通孔21a連接到第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23。因此，無需為了形成所述第一電極37而去除活性層25，據(jù)此可防止發(fā)光面積的減少。
[0033]圖2是用于說明根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的發(fā)光二極管的剖面圖。
[0034]參照圖2，根據(jù)本實施例的發(fā)光二極管大致類似于參照圖1說明的發(fā)光二極管，但是區(qū)別在于，第二電極41a通過貫通基板21、第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23及活性層25的貫通孔21b來電連接到第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層27。
[0035]即，所述第二電極41a與第一電極37a —起在下部面通過貫通孔21b而連接到第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層27。此時，絕緣性反射件35可位于所述第二電極41a和基板21之間。如圖2所示，所述第一電極37a和第二電極41a可在所述反射件35上彼此分離。
[0036]與此不同，在反射件35為導(dǎo)電性的情況下，反射件35也被分離以使第二電極41a從第一電極37a絕緣,此外,連接于第二電極41a的反射件35從絕緣層(未不出)、第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23及活性層25分離。
[0037]根據(jù)本實施例，如同第一電極37a，第二電極41a可形成于基板21下部，因此可防止因第二電極41a而導(dǎo)致的光吸收。此外,將第一電極37a和第二電極41a形成于基板21下部，由此可在沒有接合線的情況下貼裝發(fā)光二極管，從而可簡化封裝制造工序。
[0038]圖3至圖8是用于說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的發(fā)光二極管制造方法的剖面圖。
[0039]參照圖3，在氮化鎵基板21上生長包含第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23、活性層25及第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層27的多個氮化鎵系半導(dǎo)體層的層疊結(jié)構(gòu)體30。
[0040]之后，可平坦化基板21的下部面。基板21的下部面可通過磨削、研磨及拋光工藝而得以平坦化。由于氮化鎵基板21比藍寶石基板屬于軟質(zhì)，因此相對易于去除基板21的下部。因此，可通過利用平板和鉆石研磨液的機械拋光來去除基板下部的一部分。大體上，平坦化之后的基板21的厚度可以是250?300 μ m范圍內(nèi)，基板21的被去除的部分的厚度可以是20?50μπι范圍內(nèi)。此外，還可通過化學(xué)機械拋光(CMP)來磨光表面，但可省略該工序。
[0041]通常，在現(xiàn)有的發(fā)光二極管制造過程中，在使基板下部面平坦化之前，執(zhí)行通過部分去除所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層27及活性層25來暴露第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23的工序(例如，臺面工序)。然而，在本實施例中，通過去除所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層27及活性層25來暴露第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23的工序被省略。
[0042]參照圖4，在基板21的下部面形成蝕刻掩模層31。蝕刻掩模層31可由硅氧化膜形成。此外，在所述蝕刻掩模層31上可形成有光刻膠圖案33。所述光刻膠圖案33具有使得蝕刻掩模層31暴露的多個開口部33a。
[0043]參照圖5，通過將所述光刻膠圖案33用作蝕刻掩模層來對所述蝕刻掩模層31進行蝕刻。蝕刻掩模層31可通過利用了諸如氫氟酸或BOE的濕法刻蝕技術(shù)被蝕刻。據(jù)此，形成蝕刻掩模圖案31p。所述蝕刻掩模圖案31p具有與所述光刻膠圖案33對應(yīng)的多個開口部31a。所述基板21的下部面通過所述多個開口部31a被暴露。
[0044]參照圖6，通過將所述蝕刻掩模圖案31p用作蝕刻掩模而對所述氮化鎵基板21進行蝕刻，由此形成使得第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23暴露的多個貫通孔21a。氮化鎵基板21可通過干法蝕刻或者利用硫酸、磷酸、硝酸或它們的混合溶液的濕法刻蝕或者一同使用干法蝕刻技術(shù)和濕法刻蝕技術(shù)而被蝕刻。
[0045]所述多個貫通孔21a可具有寬度從基板21a的下部側(cè)面到上部面越來越窄的形狀。此外，在對所述氮化鎵基板21進行蝕刻期間，第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23的一部分也可以一起被蝕刻。
[0046]參照圖7，在形成所述多個貫通孔21a之后，光刻膠圖案33及蝕刻掩模圖案31p被去除。所述光刻膠圖案33可利用有機溶劑去除，蝕刻掩模圖案31p可利用BOE去除。所述光刻膠圖案33可在形成所述多個貫通孔21a之前預(yù)先被去除。
[0047]參照圖8，在所述蝕刻掩模圖案31p被去除之后，在基板21的下部面形成反射件35。所述反射件35還可形成于多個貫通孔21a內(nèi)部以覆蓋多個貫通孔21a的側(cè)壁。在所述反射件35為絕緣性的情況下，如圖所示，所述反射件35被形成為具有使得第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23暴露的多個開口部。這些開口部可利用光刻和蝕刻工藝來形成。
[0048]如上所述，所述反射件35可以是反射金屬層或全向反射件或分布式布拉格反射件。
[0049]在形成所述反射件35之后,形成第一電極37。所述第一電極37被電連接于第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23。
[0050]此外，在所述半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30上形成透明電極39，在透明電極39上形成第二電極41，從而可制造出如圖1所示的發(fā)光二極管。所述透明電極39可由Ni/Au之類的透明金屬層或者ITO或ZnO之類的透明氧化物形成。
[0051]在本實施例中，雖然圖示并說明為第二電極41形成于半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體30上，但是如圖2所示，第二電極41a也可形成于氮化鎵基板21的下部。例如，除多個貫通孔21a之外，還可形成通過貫通氮化鎵基板21、第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23及活性層25來使第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層27暴露的多個貫通孔(圖2的21b)。貫通孔21b可形成多個。之后，反射件35形成于氮化鎵基板21下部，彼此電隔離的第一電極37a和第二電極41a可形成于反射件35上。這里，所述第一電極37a通過多個貫通孔21a來連接到第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23，所述第二電極41a通過多個貫通孔21b來連接到第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層。
[0052]以上對本發(fā)明的多種實施例進行了說明，但是本發(fā)明并不限于這些實施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思的范圍內(nèi)，可進行各種變形。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)光二極管，包括: 氮化鎵基板，具有多個貫通孔； 氮化鎵系半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)體，位于所述基板上，并包含第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層及位于所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層之間的活性層，并且所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層被布置為比所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層更靠近于所述基板；及第一電極，通過所述多個貫通孔而電連接于所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中，還包括:位于所述第一電極和所述氮化鎵基板之間的反射件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管，其中， 所述反射件延伸至所述貫通孔內(nèi)部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管，其中， 所述反射件是金屬反射件、全向反射件或分布式布拉格反射件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中， 所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層是η型半導(dǎo)體層。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管，其中，還包括:第二電極，所述第二電極通過貫通所述氮化鎵基板、所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層及所述活性層的貫通孔來電連接于所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管，其中，還包括:位于所述氮化鎵基板和所述第二電極之間的反射件。
8.一種發(fā)光二極管制造方法，包括如下步驟: 在氮化鎵基板上生長第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、活性層及第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層； 在所述氮化鎵基板上形成使得所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層暴露的多個貫通孔； 形成通過所述多個貫通孔電連接到所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的第一電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極管制造方法，其中，還包括如下步驟: 在形成所述第一電極之前，形成覆蓋所述氮化鎵基板的下部面的反射件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管制造方法，其中， 所述反射件覆蓋所述貫通孔的側(cè)壁。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管制造方法，其中， 所述反射件是金屬反射件、全向反射件或分布式布拉格反射件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光二極管制造方法，其中，還包括如下步驟: 形成貫通所述氮化鎵基板、所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層及所述活性層的貫通孔； 形成通過貫通所述活性層的貫通孔來電連接于所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的第二電極。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光二極管制造方法，其中，還包括如下步驟: 在形成所述第二電極之前，形成覆蓋所述氮化鎵基板的下部面的反射件。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管制造方法，其中， 所述第一電極和第二電極通過同一個工藝同時形成。
【文檔編號】H01L33/20GK104170100SQ201380014329
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月14日
【發(fā)明者】徐德壹, 金京完, 尹余鎮(zhèn), 金智惠 申請人:首爾偉傲世有限公司