专利名称：发光器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及发光器件及其制造方法。
背景技术：
发光二极管(LED)是将电流转化成光的半导体发光二极管。 由这种LED所发射的光的波长取决于制造LED所用的半导体材料。这是因为所发 射的光的波长取决于半导体材料的带隙，所述半导体材料的带隙代表价带电子和导电带电 子之间的能量差。 最近，其亮度逐渐增加的常规发光二极管(LED)用作显示器光源、车辆光源和照 明光源。此外，常规的LED可通过采用磷光体或组合具有不同颜色的LED来发出具有优异 光效率的白色光。 同时，常规发光二极管的亮度取决于各种条件，例如有源层的结构、可将光有效地 提取到外部的光提取结构、芯片尺寸、包围发光二极管的模制构件的种类等。
发明内容
本发明的一些实施方案提供一种具有新的改进结构的发光器件及其制造方法。
本发明的一些实施方案提供一种具有改善的光提取效率的发光器件及其制造方 法。 本发明的一些实施方案提供一种具有改善的发光效率的发光器件及其制造方法。
在一个实施方案中，提供一种发光器件，其包括第二电极层；在所述第二电极层 上的第二导电型半导体层；在所述第二导电型半导体层上的有源层；在所述有源层上的包 括第一光子晶体的第一导电型半导体层，所述第一光子晶体包括掩模层和气隙；和在所述 第一导电型半导体层上的第一电极层。 在另一实施方案中，提供一种发光器件，其包括第二电极层；在所述第二电极层 上的第二导电型半导体层；在所述第二导电型半导体层上的有源层；在所述有源层上的包 括第一光子晶体的第一导电型半导体层；在所述第一导电型半导体层上的包含第二光子晶 体的非导电半导体层；和在所述第一导电型半导体层上的第一电极层。
图1 5是说明根据第一实施方案的发光器件及其制造方法的图。
图6 10是说明根据第二实施方案的发光器件及其制造方法的图。
图11是从上方观察的第一实施方案的发光器件的视图。
具体实施例方式
在实施方案的说明中，当称每个层(膜)、区域、图案或结构在各层(膜)、区域、图 案或结构的"上/上方"或"下/下方"形成时，其可以理解为，每个层(膜)、区域、图案或
4结构通过直接接触所述各层(膜)、区域、图案或结构来形成，并且它还可理解为，在其间还 形成其它层(膜)、其它区域、其它图案或其它结构。而且，在每个层的"上/上方"或"下/ 下方"是基于附图来描述的。 在附图中，为了方便和解释清楚，每个层的厚度或尺寸被放大、省略或示意性示 出。此外，每个组成构件的尺寸不完全反映其实际尺寸。 图1 5是说明根据第一实施方案的发光器件及其制造方法的图，图11是从上方 观察的第一实施方案的发光器件的视图。 首先，参照图5，根据第一实施方案的发光器件包括第二电极层50、在第二电极层 50上形成的发光半导体层20、在发光半导体层20上形成的第一电极层60和在发光半导体 层20上形成的非导电半导体层24。 第二电极层50可包括欧姆接触层51、反射层52和导电衬底53。例如，导电衬底 53可由铜(Cu)、钛(Ti)、铬(Cr)、铝(Al)、钼(Pt)、金(Au)、钨(W)或注入杂质的半导体层 中的至少一种形成，反射层52可由包括具有高电阻的银(Ag)、铝(Al)、铜(Cu)和镍(Ni) 中至少一种的金属形成，欧姆接触层51可由透明电极层例如ITO、ZnO、RiA、T叫或IrOx中 的至少一种形成。 发光半导体层20包括第一导电型半导体层23、有源层22和第二导电型半导体层 21。发光半导体层23可由GaN基材料形成。在此，如果第一导电型半导体层23是n型半 导体层，则第二导电型半导体层21可以是p型半导体层，而如果第一导电型半导体层23是 p型半导体层，则第二导电型半导体层21可以是n型半导体层。 第一电极层60在第一导电型半导体层23上形成。第一电极层60与第二电极层 50 —起向有源层22供电。 非导电半导体层24是由电导率显著低于第一导电型半导体层23和第二导电型半 导体层21的电导率的材料形成的半导体层。例如，非导电半导体层24可以是未掺杂的GaN层。 同时，在第一导电型半导体层23中形成包括掩模层71和气隙72的第一光子晶体 70。气隙72设置在掩模层71下方，并且被掩模层71和第一导电型半导体层23包围。
掩模71的上表面设置在与第一导电型半导体层23的上表面相同的水平面上。
掩模层71和气隙72可以以第一周期设置在第一导电型半导体层23内。在此，第 一周期是通过对从掩模层71中心到相邻掩模层71中心的距离进行平均而获得的值。气隙 72形成为与掩模层71对应，使得气隙72也以与掩模层71相同的方式设置为具有第一周 期。 在该实施方案中，第一周期设计为A/n至10A/n。在此，n是第一导电型半导体 层23的折射率，A是从有源层22发射的光的波长。为了使第一光子晶体70增加光提取 效率，第一周期设计为入/n至l(U/n。 形成第一光子晶体70的掩模层71和气隙72的折射率小于形成发光半导体层20 例如GaN衬底半导体层的材料的折射率，并且第一光子晶体70可允许从有源层22发射的 光通过衍射效应有效地传输到第一导电型半导体层23的上侧。 此外，为了提高光提取效率，还可以在非导电半导体层24上或在非导电半导体层 24中形成第二光子晶体40。
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第二光子晶体40包括在非导电半导体层24中的多个孔41 。在图5和11中，第二 光子晶体40显示为包括通过蚀刻非导电半导体层24形成的周期性孔41，然而，第二光子晶 体40还可以包括多个柱(未显示)来代替多个孔41。 在该实施方案中，多个孔41可以以第二周期来设置。例如，第二周期可以为入/n 至10A/n。在此，n是非导电半导体层24的折射率，A是从有源层22发射的光的波长。
第二光子晶体40可允许从有源层22发射的光通过衍射效应有效地传输到非导电 半导体层24的上侧。 在下文中，将参照图1 5描述根据第一实施方案的发光器件的制造方法。
参照图1 ，在衬底10上形成非导电半导体层24，并且在非导电半导体层24上形成 掩模层71。掩模层71在非导电半导体层24上选择性地形成，并且设置为具有第一周期。
例如，掩模层71可通过用等离子体增强的化学气相沉积(PEDVD)来沉积Si02并 随后使其图案化来形成，其中第一周期设计为入/n至10A/n。在此，n是第一导电型半导 体层23的折射率，A是从有源层22发射的光的波长。 参照图2，在其上形成有掩模层71的非导电半导体层24上生长第一导电型半导体 层23。第一导电型半导体层23不在掩模层71上生长，而是在其上未形成掩模层71的非导 电半导体层24上生长。 即使第一导电型半导体层23垂直和水平地生长，但是在水平方向上的生长速率 小于在垂直方向上的生长速率，使得第一导电型半导体层23不在掩模层71所在的位置和 掩模层71正上方的位置处形成。 因此，如图2所示，气隙72在掩模层71上形成，具有第一周期，并且第一光子晶体 70在第一导电型半导体层23中形成。 此时，气隙72上的第一导电型半导体层23具有几乎不包括位错的高品质结晶度。 因此，发光器件的内量子效率增加，使得可以制造高效发光器件。 参照图3，通过使有源层22和第二导电型半导体层21在第一导电型半导体层23 上生长来形成发光半导体层20。 并且，在发光半导体层20上形成包括欧姆接触层51、反射层52和导电衬底53的 第二电极层50。 参照图4，通过除去衬底10而露出非导电半导体层24。 参照图5，通过选择性除去非导电半导体层24而露出第一导电型半导体层23，并 且在第一导电型半导体层23上形成第一电极层60。 此外，在非导电半导体层24的上表面上形成包括多个孔41的第二光子晶体40。 包括多个孔41的第二光子晶体40通过选择性除去非导电半导体层24来形成。
因此，可以制造根据第一实施方案的发光器件。 图6 10是说明根据第二实施方案的发光器件及其制造方法的视图。在说明根 据第二实施方案的发光器件及其制造方法时，将省去与前述第一实施方案重复的说明。
参照图IO，根据第二实施方案的发光器件包括第二电极层150、在第二电极层150 上形成的发光半导体层120、在发光半导体层120上形成的第一电极层160和在发光半导体 层120上形成的非导电半导体层124。 第二电极层150可包括欧姆接触层151、反射层152和导电衬底153。
发光半导体层120可包括第一导电型半导体层123、有源层122和第二导电型半导 体层121，发光半导体层120可由GaN基材料形成。 在第一导电型半导体层123上形成第一电极层160。第一电极层160与第二电极 层150 —起向有源层122供电。 非导电半导体层124是由电导率显著低于第一导电型半导体层123和第二导电型 半导体层121的电导率的材料形成的半导体层，其中非导电半导体层124可以是未掺杂的 GaN层。 同时，在第一导电型半导体层123中形成包括掩模层171和气隙172的第一光子
晶体170。气隙172被掩模层171和第一导电型半导体层123包围。掩模层171的上表面
和侧表面接触第一导电型半导体层123，气隙172设置在掩模层171下方。掩模层171和气隙172以第一周期来设置。在此，第一周期是通过对从掩模层171
的中心到相邻掩模层171的中心的距离进行平均而获得的值。气隙172形成为与掩模层
171对应，使得气隙172也以与掩模层171相同的方式设置为具有第一周期。 在该实施方案中，第一周期设计为A/n至10A/n。在此，n是第一导电型半导体
层123的折射率，A是从有源层122发射的光的波长。 第一光子晶体170可允许从有源层122发射的光通过衍射效应有效地引导至第一 导电型半导体层123的上侧。 此外，第一光子晶体170设置在第一电极层160和第二电极层150之间以改变从 第二电极层150向第一电极层160流动的电流200的方向。换言之，第一光子晶体170允 许电流200不仅在垂直方向(即从第一电极层160的下侧)上流动，而且在垂直方向和水 平方向上宽泛地流动，由此允许从宽的有源层122区域产生光。因此，可以改善发光器件的 发光效率。 此时，第一光子晶体170设置在相比第一电极层160而言靠近第二电极层150的 位置处上。 此外，为了提高光提取效率，还可以在非导电半导体层124上或非导电半导体层 124中形成第二光子晶体140。 第二光子晶体140包括在非导电半导体层124中的多个孔141。在该实施方案中，
多个孔141可设置为具有第二周期。例如，第二周期可设计为A/n至10A/n。在此，n是
非导电型半导体层124的折射率，A是从有源层122发射的光的波长。 第二光子晶体140可允许从有源层122发射的光通过衍射效应有效地传输至非导
电半导体层124的上侧。 在下文中，将参照图6 10描述根据第二实施方案的发光器件的制造方法。
参照图6，在衬底110上形成非导电半导体层124，并且在非导电半导体层124上 形成第一导电型半导体层123。并且在第一导电型半导体层123上形成掩模层171。掩模 层171在第一导电型半导体层123上选择性地形成，并且设置为具有第一周期。
例如，掩模层171可通过用等离子体增强的化学气相沉积(PEDVD)来沉积Si02并 随后使其图案化来形成，其中第一周期设计为入/n至10A/n。在此，n是第一导电型半导 体层123的折射率，A是从有源层122发射的光的波长。 参照图7，在其上形成有掩模层171的第一导电型半导体层123上另外生长第一导
7电型半导体层123。第一导电型半导体层123不在掩模层171上生长，而是在其上未形成掩 模层171的第一导电型半导体层123上生长。 即使第一导电型半导体层123在垂直方向和水平方向上生长，但是在水平方向上 的生长速率小于在垂直方向上的生长速率，使得第一导电型半导体层123不在掩模层171 所在的位置和掩模层171正上方的位置处形成。 因此，如图7所示，气隙172在掩模层171上形成，具有第一周期，并且第一光子晶 体170在第一导电型半导体层123中形成。 此时，气隙172上的第一导电型半导体层123具有几乎不包括位错的高品质结晶 度，因此，发光器件的内量子效率增加，使得可以制造高效发光器件。 参照图8，通过使有源层122和第二导电型半导体层121在第一导电型半导体层 123上生长来形成发光半导体层120。 并且，在发光半导体层120上形成包括欧姆接触层151、反射层152和导电衬底 153的第二电极层150。 参照图9，通过除去衬底110而露出非导电半导体层124。 参照图IO，通过选择性除去非导电半导体层124而露出第一导电型半导体层123， 并且在第一导电型半导体层123上形成第一电极层160。
因此，可以制造根据第二实施方案的发光器件。 虽然已经参照本发明的多个示例性实施例描述了一些实施方案，但是应理解，本 领域的技术人员可以设计多种其它修改方案和实施方案，它们也在本公开原理的精神和范 围内。更具体地，可以在说明书、附图和所附权利要求的范围内，对主题组合布置的组成部 件和/或结构进行各种变化和修改。除了对组成部件和/或结构进行变化和修改之外，可 替代的用途对本领域的技术人员而言也是明显的。
权利要求
一种发光器件，包括第二电极层；在所述第二电极层上的第二导电型半导体层；在所述第二导电型半导体层上的有源层；在所述有源层上的包括第一光子晶体的第一导电型半导体层，所述第一光子晶体包括掩模层和气隙；和在所述第一导电型半导体层上的第一电极层。
2. 根据权利要求l所述的发光器件，其中所述第一光子晶体的周期为入/n至10入/ n，其中n是指所述第一导电型半导体层的折射率，并且A是指从所述有源层发射的光的波 长。
3. 根据权利要求1所述的发光器件，其中所述气隙被所述掩模层和所述第一导电型半 导体层包围。
4. 根据权利要求1所述的发光器件，其中所述掩模层的上表面设置在与所述第一导电 型半导体层的上表面相同的水平面上。
5. 根据权利要求1所述的发光器件，其中所述气隙设置为与所述第一电极层相比靠近 所述第二电极层。
6. 根据权利要求1所述的发光器件，其中所述掩模层的上表面和侧表面接触所述第一 导电型半导体层，并且所述掩模层的下表面面向所述气隙。
7. 根据权利要求1所述的发光器件，其中所述掩模层包含Si02。
8. —种发光器件，其包括 第二电极层；在所述第二电极层上的第二导电型半导体层； 在所述第二导电型半导体层上的有源层；在所述有源层上的包括第一光子晶体的第一导电型半导体层； 在所述第一导电型半导体层上的包括第二光子晶体的非导电半导体层；禾口 在所述第一导电型半导体层上的第一 电极层。
9. 根据权利要求8所述的发光器件，其中所述非导电半导体层由电导率低于所述第一 导电型半导体层和所述第二导电型半导体层的电导率的材料形成。
10. 根据权利要求9所述的发光器件，其中所述非导电半导体层包含未掺杂的GaN层。
11. 根据权利要求8所述的发光器件，其中所述第二光子晶体包含多个孔或多个柱。
12. 根据权利要求8所述的发光器件，其中所述第一光子晶体设置在所述第一导电型 半导体层中，且其折射率低于所述第一导电型半导体层的折射率。
13. 根据权利要求8所述的发光器件，其中所述第一光子晶体部分设置在所述第一导 电型半导体层中，且其折射率低于所述第一导电型半导体层的折射率。
14. 根据权利要求8所述的发光器件，其中所述第一光子晶体的周期为A/n至10入/ n，其中n是指所述第一导电型半导体层的折射率，并且A是指从所述有源层发射的光的波 长。
15. 根据权利要求8所述的发光器件，其中所述第二光子晶体的周期为A/n至10入/ n，其中n是指所述第一导电型半导体层的折射率，并且A是指从所述有源层发射的光的波长。
16. 根据权利要求8所述的发光器件，其中所述第一光子晶体包括掩模层和气隙。
17. 根据权利要求16所述的发光器件，其中所述气隙被所述掩模层和所述第一导电型 半导体层包围。
18. 根据权利要求16所述的发光器件，其中所述掩模层的上表面设置在与所述第一导 电型半导体层的上表面相同的水平面上。
19. 根据权利要求16所述的发光器件，其中所述掩模层的上表面和侧表面接触所述第 一导电型半导体层，并且所述掩模层的下表面面向所述气隙。
20. 根据权利要求16所述的发光器件，其中所述掩模层包含Si02。
全文摘要
发光器件和相应的制造方法，所述发光器件包括第二电极层；所述第二电极层上形成的第二导电型半导体层；所述第二导电型半导体层上形成的有源层；所述有源层上形成的具有第一光子晶体的第一导电型半导体层，所述第一光子晶体包括掩模层和气隙；和在所述第一导电型半导体层上的第一电极层。
文档编号H01L33/26GK101752486SQ20091025137
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月3日 优先权日2008年12月4日
发明者曹贤敬, 朴京根, 金鲜京 申请人:Lg伊诺特有限公司