高效发光二极管的制作方法

文档序号:8529436阅读:462来源:国知局
高效发光二极管的制作方法
【专利说明】高效发光二极管
[0001]本申请要求于2010年5月18号提交的第10-2010-0046532号韩国专利申请、于2010年9月27号提交的第10-2010-0092991号韩国专利申请、于2010年9月29号提交的第10-2010-0094298号韩国专利申请和于2010年10月18号提交的第10-2010-0101227号韩国专利申请的优先权和权益。
技术领域
[0002]本发明的示例性实施例涉及一种发光二极管(LED),更具体地说,涉及一种使用基底分离工艺来去除生长基底的基于GaN的高效LED。
【背景技术】
[0003]通常,由于诸如氮化镓(GaN)和氮化铝(AlN)的III族元素氮化物具有良好的热稳定性和直接跃迀型的能带结构,所以近来它们作为可见区和紫外区的发光二极管(LED)的材料而受到关注。具体地说,已经在各种应用(例如,大尺寸全彩平板显示器、交通灯、室内照明器、高密度光源、高分辨率输出系统和光通讯)中使用利用氮化铟镓(InGaN)的蓝光发射器件和绿光发射器件。
[0004]由于会难以形成能够使III族元素氮化物半导体层在其上生长的均质基底,所以III族元素氮化物层可通过例如金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE)的工艺生长在具有与氮化物半导体层相似的晶体结构的异质基底上。具有六方晶系结构的蓝宝石基底可被用作异质基底。然而,由于蓝宝石为非导电体,所以使用蓝宝石基底的LED的结构会受到限制。因此,近来已经开发了这样的技术,即,在诸如蓝宝石基底的异质基底上生长诸如氮化物半导体层的外延层,将支撑基底结合到外延层上,然后利用激光剥离技术等分离异质基底,从而制造出高效垂直LED (例如,参见由Sano等人提交的第6,744,071号美国专利)。
[0005]通常,,垂直LED与传统的水平LED相比由于p型半导体层位于垂直LED的下部的结构而可具有优良的电流扩展性能,并且垂直LED通过应用导热性高于蓝宝石基底的导热性的支撑基底而可具有优良的散热性能。另外,朝向支撑基底发射的光能够通过在支撑基底和P型半导体层之间设置反射金属层而被反射,并且可通过光增强化学(PEC)蚀刻等对N面进行各向异性蚀刻而在η型半导体层上形成粗糙表面,从而可显著地提高向上的光提取效率。
[0006]然而,由于外延层的总厚度(大约4μηι)与发光面积(例如,350 μmX350 μm或Imm2)相比会非常薄,所以会非常难以实现电流扩展。为了解决这种问题,促进η型层中的电流扩展的技术涉及使用从η型电极焊盘延伸的电极延伸件,或者可通过在P型电极的对应于η型电极焊盘的位置处设置绝缘材料来防止电流从η型电极焊盘直接流向P型电极。然而,在防止电流从η型电极焊盘朝η型电极焊盘正下方的部分集中方面会存在限制。另夕卜,在将电流均匀地扩展在整个宽的发光区域方面会存在限制。
[0007]具体地说,电流集中会在LED的局部区域(即,电流集中的区域)中累积疲劳,因此,会在该区域中形成漏电流路径。为此,在电极焊盘正下方的区域中的电流集中会妨碍将具有垂直结构的LED用作用于需要高可靠性的照明的LED。具体地说,在照明使用的高亮度LED的情况下,微小的电流集中会使LED的发光效率劣化,并且会对LED的寿命产生不良影响。
[0008]同时,在相对高的温度下执行用于制造垂直LED的工艺,例如,在生长基底上生长外延层的工艺或将支撑基底结合到外延层的工艺。生长基底、外延层和支撑基底可具有彼此不同的热膨胀系数。因此,在高温下完成该工艺之后,应力作用于相对薄的外延层,从而引起残余应力。虽然可通过激光剥离工艺来分离生长基底,但是由于残余应力而容易在外延层中产生诸如裂纹的物理损坏。此外,在激光剥离工艺中,由于发射激光束导致激波会被传输到外延层,因此会损坏外延层。
[0009]另外,由于生长基底和外延层之间的热膨胀系数不同,导致外延层的表面会不平坦并且会具有局部凹陷或凸起部分。因此,当支撑基底被结合到外延层时,会在外延层和支撑基底之间形成微气泡。

【发明内容】

[0010]本发明的示例性实施例提供一种具有改善了的电流扩展性能的高效发光二极管(LED)及其制造方法。
[0011]本发明的不例性实施例还提供一种具有提尚了的光提取效率的尚效LED及其制造方法。
[0012]本发明的示例性实施例还提供一种能够减少外延层在制造工艺期间的损坏的高效LED及其制造方法。
[0013]将在下面的描述中阐述本发明的附加特征,这些特征将通过描述而部分地清楚,或者可通过实践本发明而了解。
[0014]本发明的示例性实施例公开了一种有机发光二极管,所述有机发光二极管包括:基底;半导体堆叠件,布置在基底上,半导体堆叠件包括P型半导体层、有源层和η型半导体层;第一金属层,设置在基底和半导体堆叠件之间,第一金属层与半导体堆叠件欧姆接触;第一电极焊盘,布置在半导体堆叠件上;电极延伸件,从第一电极焊盘延伸,电极延伸件具有与η型半导体层接触的接触区;第一绝缘层,设置在基底和半导体堆叠件之间,第一绝缘层覆盖P型半导体层的在电极延伸件的接触区下方的第一区域;第二绝缘层,设置在第一电极焊盘和半导体堆叠件之间。
[0015]应该理解的是,上述一般描述和下面的详细描述是示例性和解释性的,并意图提供对请求保护的本发明的进一步解释。
【附图说明】
[0016]包括附图来提供对本发明的进一步理解,附图包含在本说明书中并构成本说明书的一部分,附图示出了本发明的实施例并与说明书一起用于解释本发明的原理。
[0017]图1是根据本发明示例性实施例的高效发光二极管(LED)的剖视图。
[0018]图2是示出图1中示出的高效LED的顶表面的平面图。
[0019]图3中的(a)和(b)是比较根据本发明的示例性实施例的电流流动与根据对比示例的电流流动的视图。
[0020]图4是根据本发明示例性实施例的高效LED的剖视图。
[0021]图5和图6是示出根据本发明示例性实施例的可用作反射结构的分布式布拉格反射器(DBR)的视图。
[0022]图7是根据本发明示例性实施例的LED的示意性布局。
[0023]图8是沿图7中的线A-A截取的剖视图。
[0024]图9是沿图7中的线B-B截取的剖视图。
[0025]图10是沿图7中的线C-C截取的剖视图。
[0026]图11、图12、图13、图14和图15是示出根据本发明示例性实施例的制造LED的方法的剖视图,图11、图12、图13、图14和图15均对应于沿图中7的线A-A截取的剖视图。
[0027]图16是根据本发明示例性实施例的LED的示意性布局。
[0028]图17是沿图16中的线A-A截取的剖视图。
[0029]图18是沿图16中的线B-B截取的剖视图。
[0030]图19是沿图16中的线C-C截取的剖视图。
[0031]图20、图21和图22是示出根据本发明示例性实施例的制造LED的方法的剖视图,图20、图21和图22均对应于沿图16中的线A-A截取的剖视图。
[0032]图23是示出反射金属层的边缘部分的扫描电系显微镜(SEM)剖面照片,以示出可在垂直LED的制造工艺中导致的问题。
[0033]图24是根据本发明示例性实施例的LED的示意性布局。
[0034]图25是沿图24中的线A-A截取的剖视图。
[0035]图26是沿图24中的线B-B截取的剖视图。
[0036]图27是沿图24中的线C-C截取的剖视图。
[0037]图28、图29、图30和图31是示出根据本发明示例性实施例的制造LED的方法的剖视图,图28、图29、图30和图31均对应于沿图24中的线A-A截取的剖视图。
【具体实施方式】
[0038]在下文中,将参照附图详细地描述本发明的示例性实施例。仅以示出的目的提供下面的实施例,使得本领域技术人员能够充分地理解本发明的精神。因此,本发明不限于下面的实施例,而是可以以其他形式实施。在附图中,为了便于示出,可夸大元件的宽度、长度和厚度等。相同的标号在说明书和附图中始终指示相同的元件。
[0039]图1是根据本发明示例性实施例的高效发光二极管(LED)的剖视图。
[0040]如图1所示,根据本示例性实施例的高效LED包括:支撑基底41,半导体堆叠件30,设置在支撑基底41上;中间层,设置在半导体堆叠件30和支撑基底41之间。中间层可包括用于欧姆接触、光反射以及支撑基底41和半导体堆叠件30之间的结合的多层金属层(例如,如图1中所示的31、35和43) ο
[0041]支撑基底41与用于生长化合物半导体层的生长基底(未示出)不同,支撑基底41是附着到在生长基底上生长的化合物半导体层的二次基底。生长基底可以是适于生长III族氮化物半导体的蓝宝石基底。在当前示例性实施例中,如果另一蓝宝石基底被用作支撑基底41,则生长基底和支撑基底41具有相同的热膨胀系数,从而可防止晶片在结合支撑基底41和去除生长基底时弯曲。
[0042]半导体堆叠件30设置在支撑基底41上,并且包括有源层27和分别设置在有源层27的两侧的P型化合物半导体层29和η型化合物半导体层25。与传统的垂直LED相似,在半导体堆叠件30中,P型化合物半导体层29定位成比η型化合物半导体层25更接近支撑基底41。在本示例性实施例中,半导体堆叠件30位于支撑基底41的部分区域上,P型结合焊盘70可设置在支撑基底41的其上没有半导体堆叠件30的其他区域上。由于支撑基底41是绝缘的,所以导电中间层的一部分沿半导体堆叠件30的横向延伸,使得中间层的延伸部分能够连接到P型结合焊盘70。
[0043]P型化合物半导体层29、有源层27和η型化合物半导体层25可由基于III族元素-N的化合物半导体(例如,(Al, Ga, In) N半导体)形成。η型化合物半导体层25和ρ型化合物半导体层29中的每个可具有单层结构或多层结构。例如,η型化合物半导体层25和/或P型化合物半导体层29可包括接触层和覆盖层,并且还可包括超晶格层。另外,有源层27可具有单个或多个量子阱结构。具有相对小的比电阻
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