专利名称：垂直基于氮化镓的发光二极管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种垂直基于氮化镓(GaN)的发光二极管(LED)，并且更具体地，涉及一种具有高外部量子效率的垂直基于GaN的LED。
背景技术：
通常，基于GaN的LED生长在蓝宝石衬底上。蓝宝石衬底为刚性且不导电，并具有低导热率。因此，难以减小基于GaN的LED的尺寸来降低成本或者提高光强度和芯片特性。具体地，散热对于LED非常重要，这是因为大电流将施加到基于GaN的LED，以增加基于GaN的LED的光强度。为了解决这些问题，提出了一种垂直基于GaN的LED。在垂直基于GaN的LED中，使用激光剥离(下文中，被称为LLO)技术来去除蓝宝石衬底。
然而，传统的垂直基于GaN的LED的问题在于从有源层产生的光子被发射到LED的外部。即，外部量子效率下降。
图1是用于解释传统垂直基于GaN的LED中外部量子效率降低的示图。参照图1，光子从GaN层入射到空气的入射角θ1应该小于临界角θc，使得从有源层产生的光子可穿过具有大于空气折射率N2的折射率N1的GaN层，随后逃逸到空气中。
当光子逃逸到空气中的逃逸角θ2为90°时，临界角θc被定义为θc＝sin-1(N2/N1)。当光从GaN层传播到具有折射率为1的空气时，临界角约为23.6°。
当入射角θ1大于临界角θc时，光子在GaN层与空气之间的界面处被全反射并且返回到LED中。随后，光子被限定在LED内部，使得外部量子效率大大降低。
为了解决外部量子效率的降低，U.S专利申请公开第20030222263号公开了在n型GaN层的表面上形成凸半球图案，以将从GaN层入射到空气的光子的入射角θ1减小到低于临界角θc。
下面，将参照图2至图4描述U.S专利申请公开第20030222263号中公开的垂直基于GaN的LED的制造方法。
图2A至图2C是示出在U.S专利申请公开第20030222263号中公开的垂直基于GaN的LED的制造方法的截面图，图3A至图3C是示出垂直基于GaN的LED的制造方法的放大截面图，以及图4是使用图2A至图2C和图3A至图3C的方法所制造的垂直基于GaN的LED的截面图。
参照图2A，在蓝宝石衬底24上形成包括GaN的LED结构16和正极(p电极)18，并且在P电极18上形成第一Pd层26和In层28。随后，在硅衬底20之下形成第二Pd层30。
参照图2B，形成有第二Pd层30的硅衬底20附着至形成有第一Pd层26以及In层28的p电极18。
参照图2C，使用LLO工艺来去除蓝宝石衬底24。
参照图3A，在露出的LED结构16表面(更具体地，n型GaN层的表面)的预定位置上形成光刻胶图案32。
参照图3B，光刻胶图案32通过回流工艺形成半球形。
参照图3C，使用各向异性蚀刻工艺来蚀刻LED结构16的表面，从而将其图案化成半球形。
参照图4，在LED结构16上形成负极(n电极)34。通过这些工序，完成了垂直基于GaN的LED，其具有表面被图案化的LED结构16。
然而，根据使用U.S专利申请公开第20030222263号中公开的方法制造的垂直基于GaN的LED，由于在LED结构的表面上形成了凸半球形的用于提高外部量子效率的图案，所以限制了可在其上形成有图案的LED结构的表面。因此，可通过应用凸半球图案来实现提高外部量子效率是不够的。因此，需要一种新方法可最大化地提高外部量子效率。
发明内容
本发明的优势在于提供了一种垂直基于GaN的LED，其可以通过在设置于发光侧的n型GaN层的表面以及设置于反光侧的p型GaN层的表面上形成不平坦的图案作为精细的光散射结构，来提高发光效率并且最大化地提高外部量子效率。
本发明总的发明构思的其他方面和优点将在接下来的描述中被部分地阐述，并且某种程度上，这些方面和优点将根据这些说明而变得显而易见，或通过总发明构思的实施而被理解。
根据本发明的一方面，垂直基于GaN的LED包括n电极；n型GaN层，形成在n电极之下；有源层，形成在n型GaN层之下；p型GaN层，形成在有源层之下，该p型GaN层具有在与有源层不接触的表面上形成的第一不平坦结构；p型反射电极，形成在具有第一不平坦结构的p型GaN层之下；以及支撑层，形成在p型反射电极之下。
根据本发明的另一方面，n型GaN层具有第二不平坦结构，该结构位于与n电极接触的表面上。
根据本发明的再一方面，第一和第二不平坦结构包括规则的不平坦结构和不规则的不平坦结构。
根据本发明的又一方面，规则的不平坦结构包括从由多边形结构、衍射结构、网状结构、以及它们组合构成的组中选取的结构。衍射结构和网状结构包括从由直线、曲线、以及单闭合曲线构成的组中选取的一条或多条线。
根据本发明的又一方面，多边形结构的相邻多边形以等于或大于从有源层发出光的波长的距离彼此隔开，以提高从LED发出的光的折射特性。
根据本发明的又一方面，衍射结构和网状结构中的线间宽度等于或大于从有源层发出的光的波长，以提高从LED发出的光的折射特性。
根据本发明的又一方面，n电极不与衍射结构的不平坦表面重叠。如果n电极与衍射结构重叠，则由于不平坦表面使得n电极的接触面粗糙。因此，电特性下降。即，产生了通过n电极引入n型GaN层的电流的电阻增加的问题。
根据本发明的又一方面，n电极位于n型GaN层的中心部分，用于使通过n电极传输到n型GaN层的电流均匀分布。
根据本发明的又一方面，垂直基于GaN的LED还包括在p型反射电极和支撑层之间的界面上形成的粘合层，以将它们更紧密地粘合。
根据本发明，在发光侧的GaN层以及反光侧的GaN层(即，在接触n电极的n型GaN层的表面以及接触p型反射电极的p型GaN层的表面)上设置有用于提高外部量子效率的不平坦结构。因此，可使LED的外部量子效率最大化。
本发明总的发明构思的这些和/或其他方面及优点将通过以下结合附图对具体实施方式
的描述而变得显而易见并更易于理解，附图中图1是用于解释传统垂直基于GaN的LED中外部量子效率降低的示图；图2A至图2C是示出U.S专利申请公开第20030222263号中所公开的垂直基于GaN的LED的制造方法的截面图；图3A至图3C是示出图2A至图2C的垂直基于GaN的LED的制造方法的放大截面图；
图4是使用图2A至图2C以及图3A至图3C的方法所制造的垂直基于GaN的LED的截面图；图5是根据本发明实施例的垂直基于GaN的LED的透视图；图6是示出在图5的垂直基于GaN的LED中不平坦图案的布置的平面图；图7是示出根据本发明的第一变更例的第一不平坦图案的布置的平面图；图8是示出根据本发明的第二变更例的第一不平坦图案的布置的平面图；图9是示出根据本发明的第三变更例的第一不平坦图案的布置的平面图；以及图10是示出根据本发明的第四变更例的第一不平坦图案的布置的平面图。
具体实施例方式
现在，将参照附图中所示的实例详细说明本发明总的发明构思的具体实施方式
，其中，在全文中相同的参考标号表示相同的元件。以下将通过参照附图来描述具体实施方式
，以解释本发明总的发明构思。在附图中，为了清楚起见，扩大了层和区域的厚度。
下文中，将参照图5至图10详细描述根据本发明实施例的垂直基于GaN的LED。
首先，将参照图5和图6描述根据本发明实施例的垂直基于GaN的LED。
图5是根据本发明实施例的垂直基于GaN的LED的透视图，并且图6是示出在图5的垂直基于GaN的LED中不平坦图案的布置的平面图。
参照图5和图6，在垂直基于GaN的LED的最上部表面上形成n电极106。n电极106可由Ti/Al构成。
在n电极106之下形成n型GaN层102。n型GaN层102可为n掺杂GaN层或n掺杂GaN/AlGaN层。
尽管n电极106可位于n型GaN层102的任一位置，但优选地，n电极106位于n型GaN层102的中心部分，以使通过n电极106传输至n型GaN层102的电流分布均匀。
在本实施例中，如图5所示，在接触n电极106的n型GaN层102的表面(即，设置在发光侧的GaN层的表面)中形成第一不平坦图案300a。即，形成n型GaN层102表面的一些部分，使其以预定形状突出，以形成第一不平坦图案300a。
第一不平坦图案300a提高从有源层产生的光子的散射特性(随后将对其进行描述)，并且将光子有效地发射到外部。第一不平坦图案300a可为规则的或不规则的。
当第一不平坦图案300a具有规则结构时，优选地，规则结构从由多边形结构、衍射结构、网状结构、以及它们组合构成的组中选取。此外，衍射结构和网状结构包括一条或多条线。该线可从由直线、曲线、以及单闭合曲线构成的组中选取。
尽管图5和图6的线为矩形，但是本发明并不限于矩形。即，线还可以为半球形、三角形等。
下文中，将参照图7至图10详细描述第一不平坦图案300a的结构。
变更例1下面，将参照图7详细描述根据本发明第一变更例的第一不平坦图案。
图7是示出根据本发明的第一变更例的第一不平坦图案的布置的平面图。
参照图7，第一不平坦图案300a为多边形结构，其中，一个或多个多边形周期性地排列在与n电极106接触的n型GaN层102的表面上，并且彼此隔开预定距离。
具体地，相邻多边形优选地以等于或大于从有源层发出的光的波长的距离隔开，以提高从LED发出的光的折射特性。例如，当从有源层103发出蓝光时，由于蓝光的波长在约400nm至约450nm的范围内，所以将线隔开约400-450nm以上。
如此，从有源层103发射到外部的光可具有极好的折射特性。因此，由于光的低折射，可最小化LED中不规则反射的光的量。
此外，具有多边形结构的第一平坦图案300a的多边形可为圆形、矩形、或六边形。即，如图7所示，第一不平坦图案300a可具有多种多边形结构。
变更例2下面，将参照图8详细描述根据本发明第二变更例的第一不平坦图案。
图8是示出根据本发明的第二变更例的第一不平坦图案的布置的平面图。
参照图8，第一不平坦图案300a具有衍射结构，其中，一条或多条线以相同的方向周期性地排列，并且彼此隔开预定距离。具体地，相邻的线优选地以等于或大于从有源层发出光的波长的距离隔开，以提高从LED发出的光的折射特性。
此外，包括具有衍射结构的第一不平坦图案300a的线可为直线、曲线、或单闭合曲线。即，如图8所示，第一不平坦图案300a可具有多种衍射结构。
变更例3下面，将参照图9详细描述根据本发明第三变更例的第一不平坦图案。
图9是示出根据本发明的第三变更例的第一不平坦图案的布置的平面图。
参照图9，第一不平坦图案300a具有网状结构，其中，两条或多条线在一点或多点交叉。与本发明的第二变更例相类似，包括具有网状结构的第一不平坦图案300a的线可为直线、曲线、或单闭合曲线。
实施例4下面，将参照图10详细描述根据本发明第四变更例的第一不平坦图案。
图10是示出根据本发明的第四变更例的第一不平坦图案的布置的平面图。
参照图10，不规则地排列第一不平坦图案300a。第一不平坦图案300a可为多边形、曲线、或单闭合曲线。
尽管未示出，但更优选地，第一不平坦图案300a形成在不与n电极106重叠的n型GaN层102的表面上。如果n电极106形成在与第一不平坦图案300a重叠的位置，则由于第一不平坦图案300a，使得n电极106的接触面很粗糙。由此，通过n电极106引入到n型GaN层102的电流的电阻将增加，导致电特性的下降。
其间，有源层103和p型GaN层104顺序地形成在n型GaN层102之下。p型GaN层104可为p掺杂GaN层或p掺杂GaN/AlGaN层。有源层103可具有由InGaN/GaN层构成的多量子阱结构。
p型反射电极107形成在p型GaN层104之下。尽管未示出，但优选地，在p型GaN层104和p型反射层107之间的界面还设置有粘合层，以将它们更紧密地粘合。由于粘合层可增加p型GaN层的有效载流子浓度，所以优选地，粘合层由金属构成，该金属与在p型GaN层的化合物中除氮之外的化合物很好地反应。
更具体地，与在接触n电极106的n型GaN层104表面上形成的第一不平坦图案(图6至图9中的300a)相类似，第二不平坦图案300b形成在与p型反射电极107接触的p型GaN层104的表面上。即，形成p型GaN层104表面的一些部分，使其以预定形状突出，以形成第二不平坦图案300b。与第一平坦图案300a相类似，第二平坦图案300b提高从有源层103产生的光子的散射特性。由于将光子有效地发射向发光侧，所以可显著地提高外部量子效率。
支撑层100设置在p型反射电极107之下，以支撑垂直基于GaN的LED。在p型反射电极107和支撑层100之间的界面还可以设置有粘合层(未示出)，以使它们更紧密地粘合。
在上述垂直基于GaN的LED中，在与n电极接触的n型GaN层的表面以及与p型反射电极接触的p型GaN层的表面上均形成不平坦图案。然而，根据垂直基于GaN的LED的特性和制造工艺，可省略在n型GaN层的表面上形成的不平坦图案。
如上所述，可以通过在设置于发光侧的GaN层的表面以及设置于反光侧的GaN层的表面上形成不平坦的图案，来提高从有源层产生的光子的散射特性。从而，可以最大化外部量子效率。
显著提高垂直基于GaN的LED的外部量子效率可有助于提高垂直基于GaN的LED及其产品的质量。
尽管已经示出和描述了本发明总的发明构思的一些具体实施例，但是本领域的技术人员应该理解，在不背离本发明总的发明构思的原则和精神的条件下可以对这些具体实施例作出改变，本发明总的发明构思的范围由所附的权利要求书及其等同物所限定。
权利要求
1.一种垂直基于氮化镓(GaN)的发光二极管(LED)，包括n电极；n型GaN层，形成在所述n电极之下；有源层，形成在所述n型GaN层之下；p型GaN层，形成在所述有源层之下，所述p型GaN层具有在不与所述有源层接触的表面上形成的第一不平坦结构；p型反射电极，形成在具有所述第一不平坦结构的所述p型GaN之下；以及支撑层，形成在所述p型反射电极之下。
2.根据权利要求1所述的垂直基于GaN的LED，其中，所述n型GaN层具有位于与所述n电极接触的表面上的第二不平坦结构。
3.根据权利要求2所述的垂直基于GaN的LED，其中，所述第一和第二不平坦结构包括规则的不平坦结构和不规则的不平坦结构。
4.根据权利要求3所述的垂直基于GaN的LED，其中，所述规则的不平坦结构包括从由多边形结构、衍射结构、网状结构、以及它们组合构成的组中选取的结构。
5.根据权利要求4所述的垂直基于GaN的LED，其中，所述多边形结构的相邻多边形以等于或大于从所述有源层发出光的波长的距离彼此隔开。
6.根据权利要求4所述的垂直基于GaN的LED，其中，所述衍射结构和所述网状结构包括从由直线、曲线、以及单闭合曲线构成的组中选取的一条或多条线。
7.根据权利要求6所述的垂直基于GaN的LED，其中，在所述衍射结构和所述网状结构中的线间宽度等于或大于从所述有源层发出的光的波长。
8.根据权利要求2所述的垂直基于GaN的LED，其中，所述n电极不与所述第二不平坦表面重叠。
9.根据权利要求1所述的垂直基于GaN的LED，其中，所述n电极位于所述n型GaN层的中心部分。
10.根据权利要求1所述的垂直基于GaN的LED，还包括粘合层，形成在所述p型反射电极和所述支撑层之间的界面处。
全文摘要
本发明提供了一种垂直基于GaN的LED。该垂直基于GaN的LED包括n电极；n型GaN层，形成在n电极之下；有源层，形成在n型GaN层之下；p型GaN层，形成在有源层之下，该p型GaN层具有在不与有源层接触的表面上形成的第一不平坦结构；p型反射电极，形成在具有第一不平坦结构的p型GaN之下；以及支撑层，形成在p型反射电极之下。
文档编号H01L33/00GK1971955SQ200610144850
公开日2007年5月30日 申请日期2006年11月23日 优先权日2005年11月24日
发明者金东佑, 吴邦元, 吴正铎, 白亨基, 金旼柱 申请人:三星电机株式会社