专利名称：发光器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光器件。
背景技术：
发光器件包括将电能转化为光能的P-N结二极管。所述二极管通过将元素 周期表 上的HI族和V族元素组合而形成。发光器件也通过控制化合物半导体的组成比例来发出 各种颜色的光。更具体地，当施加正向电压时，η-层的电子与ρ-层的空穴复合，以放出对应于导 带和价带之间的能隙的能量。然后该能量作为光发出。而且，氮化物半导体由于它们的高 热稳定性和宽带隙能而用于例如光学器件和高功率电子器件中。特别地，使用氮化物半导 体的蓝色LED、绿色LED和UV LED是可获得的。然而，发光器件仅仅输出少量的光。
发明内容
因此，本发明的一个目的三解决本发明的上述及其它目的。本发明的另一个目的是提供具有改善的提取效率的发光器件。为实现这些及其他优点并且根据本发明的目的，如本文所包含并且广泛描述的那 样，本发明一方面提供一种发光器件，包括具有第一导电半导体层、有源层和第二导电半 导体层的发光结构；在所述发光结构上的第一电极；和在所述发光结构上的光子逸出层。 此外，光子逸出层的折射率在发光结构的折射率和发光结构的封装材料的折射率之间，使 得由所述发光结构发出的光子的逸出概率得到提高。另一方面，本发明提供一种发光器件，包括在发光结构上的光子逸出层；在发光 结构上的第一电极；在第一电极上的垫；和在发光结构下的第二电极。此外，光子逸出层的 折射率在发光结构的折射率和发光结构的封装材料的折射率之间，使得由所述发光结构发 出的光子的逸出概率得到提高。通过以下给出的详细说明，将使得本发明的其它可应用的范围变得显而易见。然 而，应理解，详细描述和具体的实例表示本发明的优选实施方案，但是给出仅仅作为示例性 的，这是因为对于本领域技术人员来说，通过这些详细的描述，可在本发明的精神和范围内 显而易见地做出各种改变和变化。
通过以下给出的详细说明和附图，可更完全地理解本发明，所述附图仅仅通过示 例性地给出，因此本发明不限于此，其中图1和2分别是根据本发明第一实施方案的发光器件的截面图和平面图；图3 23是说明制造根据本发明第一实施方案的发光器件的方法的示意图；图24 26是说明制造根据本发明第一实施方案的发光器件的另一方法的 示意 图；和
图27和28分别是根据本发明第二实施方案的发光器件的截面图和平面图。
具体实施例方式现在将详细说明本公开的实施方案，在附图中对其实例进行说明。本发明的实施方案改善发光器件的发光效率。更具体地，本发明的实施方案改善 提取效率(其为外部量子效率)。即，本发明的实施方案提高由有源层产生的光发射到器件 外部的概率。现在将参考附图更详细地描述实施方案。具体地，图2是根据本发明一个实施方案的发光器件的平面图，图1是 沿着图2的 线Ι-Γ截取的横截面图。如图1和2所示，发光器件包括发光结构110、第二电极层120、 绝缘层130、第一电极142、光子逸出层150和垫160。发光结构110还包括第一导电半导体 层112、有源层114和第二导电半导体层116(见图4)。在图1和2中，在发光结构110周围还形成绝缘层130，并且在发光结构110上设 置第一电极142。在发光结构110上还设置光子逸出层150，并且在第一电极142和发光结 构上设置垫160。根据本发明该实施方案的发光器件通过在发光结构110上沉积或者再生长光子 逸出层150以扩展光子的逸出路径，从而改善器件的提取效率。更具体地，根据本实施方案 的发光器件通过使用光子逸出层不阻断光子的路径并且没有内部散射因子，并且不偏置光 子的逸出路径从而提供较宽角度逸出路径。即，作为内部散射因子的按照折射或者反射的 光子的逸出路径使得光子由于宽逸出角度而能够逸出。根据本实施方案的发光器件可通过沉积或者再生长工艺和通过选择性地应用与 折射率相关的物理性能来形成光子逸出层150。而且，当按照封装模制材料形成表面结单元 时，通过折射率差异确保光子逸出路径。因此，光子的逸出路径通过考虑到发光结构和背景 材料之间折射率的差异形成材料而变宽。因此，由有源层产生的光子的逸出路径增加以提 高提取效率。以下，将参考图3 23描述制造根据第一实施方案的发光器件的方法。虽然在第 一实施方案中描述了在第一衬底上形成发光结构110之后移除第一衬底的工艺，但是可应 用在导电衬底例如第二电极层120上形成发光结构110的方法。首先，如图3所示，在准备的第一衬底(未显示)上的发光结构110下形成第二电 极层120。第一衬底可为蓝宝石(Al2O3)单晶衬底或者SiC衬底，但是不限于此。还可对第 一衬底实施湿清洗工艺以移除杂质。如图4所示，发光结构110包括第一导电半导体层112、有源层114和第二导电半 导体层116。在第一导电半导体层112上可还形成未掺杂的半导体层。而且，发光结构110 可为GaN半导体层，但是不限于此。然后，将更详细地描述用于形成发光结构110和第二电极层120的工艺。第一导电 半导体层112可包括通过化学气相沉积(CVD)工艺、分子束外延(MBE)工艺、溅射工艺或者 氢化物气相外延(HVPE)工艺形成的N型GaN层。第一导电半导体层112也可通过注入包 含η型杂质例如硅(Si)的硅烷气体(SiH4)、三甲基镓气体(TMGa)、氨气(NH3)和氮气(N2) 进入腔室形成。此外，有源层114是当从第一导电半导体层112注入的电子与从第二导电半导体层116注入的空穴相遇时发射具有由有源层(发光层)材料的本征能带所决定的能量的光 的层。有源层114可还具有通过交替或者连续层叠具有不同能带的氮化物半导体薄层所形 成的量子阱结构。例如，有源层114可通过注入三甲基镓气体(TMGa)、氨气(NH3)、氮气(N2) 和三甲基铟气体(TMIn)形成为具有InGaN/GaN结构的多量子阱结构。此外，第二导电半导体层116可例如包括ρ型GaN层，所述ρ型GaN层通过注 入包含P型杂质例如镁(Mg)的双乙基环戊二烯镁EtCp2Mg{Mg(C2H5C5H4)2}、三甲基镓气体 (TMGa)、氨气(NH3)和氮气(N2)进入腔室而形成。
然后，如图5所示，第二电极层120包括欧姆层122、反射层124、粘合层126和 第二衬底(未显示)。欧姆层122可通过堆叠单一金属、金属合金和金属氧化物为多层 而形成，用于高效空穴注入。例如，欧姆层122可包括ITO、IZO(In-ZnO)、GZO(Ga-ZnO)、 AZO (Al-ZnO) ,AGZO (Al-Ga ZnO)、IGZO (In-Ga ZnO)、Ir0x、Ru0x、Ru0x/IT0、Ni/Ir0x/Au 和 Ni/ Ir0x/Au/IT0中的至少一种。也可使用其它材料。此外，反射层124可由包括Al、Ag或者其合金等的金属层形成。而且，当该实施 方案包括粘合层126时，反射层124可起到粘合层126的功能，或者粘合层126可使用Ni 或者Au形成。此外，第二电极层120可包括第二衬底。如果第一导电半导体层112具有约 50 μ m或更大的足够厚度，则可省略形成第二衬底的工艺。第二衬底也可由具有极好导电性 的材料例如金属、金属合金或者导电半导体形成，用于高效空穴注入。例如，第二衬底可由 Cu、Cu合金、Si、Mo和SiGe中的至少一种形成。第二衬底也可通过电化学金属气相沉积工 艺或者使用共晶金属的键合工艺形成。此外，移除第一衬底以暴露第一导电半导体层112。第一衬底可使用高功率激光或 者化学蚀刻方法移除或者可通过物理抛光方法移除。如图6和7所示，在发光结构110周围形成绝缘层130。例如，在移除第一导电半 导体层112、有源层114和第二导电半导体层116的外侧部分之后，可使用氧化物或者氮化 物形成绝缘层130以形成钝化层。如图8和9所示，在发光结构110上形成第一电极142。第一电极142可形成为接 触发光结构Iio的较宽区域而不干扰发出的光。例如，第一电极142可形成为翼型或者栅 格图案。如图10和11所示，在发光结构110上形成光子逸出层150。光子逸出层150也由 考虑发光结构110和背景材料之间折射率差异的材料形成，以扩展光子逸出路径。因此，由 有源层114产生的光子的逸出路径增加以提高器件的提取效率。第一实施方案说明使用沉积方法形成光子逸出层150的方法。然而，也可使用如 以下第二实施方案中所述的生长方法。而且，根据第一实施方案，因为光子逸出层150通过沉积方法形成，所以在第一电 极142和绝缘层130上也可形成光子逸出层150。光子逸出层150也可由具有发光结构110 的折射率和背景(例如封装材料、空气等)的折射率之间的折射率的介电膜或者导电膜形 成。此外，光子逸出层150 可由 TiO2, A1203、ZnO、MgF2, In2O3> SnO2, TiNx、Ga2O3> ITO、 In-Zn-O和ZnO :A1中的至少一种形成，以防止光子量损失。而且，因为光子逸出层150的折 射率在发光结构110和背景材料的折射率之间，所以光子逸出层150提供由有源层114所产生的量的光子的逸出路径。此外，可用作光子逸出层150的材料可为符合朗伯定律(LambertianLaw)的传输 层，并且可设置在发光结构110的发光面的上部上以提供光子逸出路径。此外，光子逸出层 150除了介电膜之外还可包括导电膜。导电膜可为氧化物膜、氟化物膜或者氮化物膜，并且 可具有在发光结构Iio和背景材料之间的折射率，作为形成光子逸出层150的材料。如图12和13所示，形成第一图案310以暴露垫区域。例如，第一图案310可由光 敏膜或者绝缘膜形成，但是不限于此。此外，如所示的，第一图案310暴露光子逸出层150 的外侧部分。如图14和15所示，使用第一图案310作为掩模，通过湿蚀刻或者干蚀刻工艺，部 分移除垫区域中的光子逸出层150，从而部分暴露第一电极142。在此情况下，垫区域中的 发光结构110也被部分暴露，光子逸出层150的外 侧部分部分被移除。如图16和17所示，移除第一图案310。例如，如果第一图案310是光敏膜，则第一 图案310可通过灰化工艺移除。如果第一图案310是绝缘膜，则第一图案310可通过湿蚀 刻或者其它工艺移除。如图18和19所示，使用掩模图案或者绝缘膜在除了暴露的第一电 极142之外的区域上形成第二图案320。在此情况下，除了第一电极142之外的垫区域中的 发光结构110通过第二图案320也被部分暴露。如图20和21所示，在包括第二图案320的发光结构110上形成垫材料160a和 160b。在该实例中，垫材料包括在第二图案320上形成的垫材料160b和在暴露的第一电 极142上形成的垫材料160a。如图22和23所示，通过移除第二图案320在第一电极142 上形成垫160。例如，因为垫材料160b和第二图案320 —起移除，所以垫材料106a保留在 第一电极142上以形成垫160。然后，图24 26是说明制造根据第一实施方案的发光器件的另一方法的示意图。 如图24所示，形成第三图案330以暴露垫区域。例如，第三图案330可由光敏膜或者绝缘 膜形成。第三图案330还在光子逸出层150的外侧部分处形成。如图25所示，通过湿蚀刻或者干蚀刻工艺部分移除垫区域中的光子逸出层150以 部分暴露第一电极142。而且，垫区域中的发光结构110也可被部分暴露。如图26所示，在 包括第三图案330的发光结构110上形成垫材料。垫160也可通过移除第三图案330在第 一电极142上形成。因此，在根据本发明上述实施方案的发光器件中，光子逸出路径通过考虑发光结 构和背景材料之间折射率差异形成材料而变宽。因此，由有源层产生的光子的逸出路径增 加以提高器件提取效率。然后，图27和28分别是根据本发明第二实施方案的发光器件的截面图和平面图。 具体地，图27是沿图28的线II-II'截取的横截面图。更具体地，第一实施方案涉及一种使用沉积工艺制造光子逸出层150的方法。如 图27和28所示，第二实施方案涉及一种使用生长工艺制造光子逸出层152的方法。例如， 光子逸出层152可通过外延生长工艺形成。而且，在第二实施方案中，因为光子逸出层152 通过生长工艺形成，所以光子逸出层152可不形成在第一电极142和绝缘层130上，如图27 和28所示。在本说明书中对〃 一个实施方案〃、“实施方案〃、“示例性实施方案〃等的任何引用，表示与实施方案相关描述的具体的特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实 施方案中。在说明书不同地方出现的这些措词不必都涉及相同的实施方案。此外，当结合 任何实施方案描述具体的特征、结构或特性时，认为将这种特征、结构或特性与其它的实施 方案关联均在本领域技术人员的范围之内。此外，在实施方案的以上描述中，当层(或膜)称为在另一层或衬底“上/上方” 时，其可直接在所述另一层或者衬底上/上方，或者也可存在中间层。此外，当层称为在另 一层‘下/下方’时，其可直接在所述另一层的下/下方，或者也可存在一个或更多个中间 层。此外，当层称为在两层‘之间’时，其可以是所述两层之间仅有的层，或者也可存在一个 或更多个中间层。虽然已经参考大量说明性实施方案描述了实施方案，但是应理解本领域技术人员 可设计很多的其它改变和实施方案，这些也将落入本公开内容的原理的精神和范围内。更 具体地，在说明书、附图和所附的权利要求的范围内，在本发明主题组合的构件和/或结构 中可能具有各种的变化和改变。除构件和/或结构的变化和改变之外，对本领域技术人员 而言，可替代的用途也会是显而易见的。
权利要求
一种发光器件，包括包括第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层的发光结构；在所述发光结构上的第一电极；和在所述发光结构上的光子逸出层，其中所述光子逸出层具有在所述发光结构的折射率和所述发光结构的封装材料的折射率之间的折射率，使得由所述发光结构发射的光子的逸出概率提高。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述光子逸出层仅仅在所述发光结构的上表 面上形成。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第一电极具有翼型或者栅格图案。
4.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述光子逸出层还在所述第一电极上。
5.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述光子逸出层包括介电膜或者导电膜。
6.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述光子逸出层包括Ti02、A1203、ZnO、MgF2、 In203、Sn02、TiNx、Ga203、ITO、In-Zn-O 和 ZnO:Al 中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的发光器件，还包括在所述第一电极上的垫。
8.根据权利要求7所述的发光器件，其中所述垫接触所述光子逸出层。
9.根据权利要求1所述的发光器件，还包括在所述发光结构周围的绝缘层。
10.根据权利要求9所述的发光器件，其中所述光子逸出层在所述绝缘层上。
11.一种发光器件，包括 在发光结构上的光子逸出层； 在所述发光结构上的第一电极； 在所述第一电极上的垫；和 在所述发光结构下的第二电极，其中所述光子逸出层具有在所述发光结构的折射率和所述发光结构的封装材料的折 射率之间的折射率，使得由所述发光结构发射的光子的逸出概率提高。
12.根据权利要求11所述的发光器件，其中所述光子逸出层仅仅在所述发光结构的上 表面上形成。
13.根据权利要求11所述的发光器件，其中所述第一电极具有翼型或者栅格图案。
14.根据权利要求11所述的发光器件，其中所述光子逸出层还在所述第一电极上。
15.根据权利要求11所述的发光器件，其中所述光子逸出层包括介电膜或者导电膜。
16.根据权利要求11所述的发光器件，其中所述光子逸出层包括Ti02、Al203、Zn0、MgF2、 In203、Sn02、TiNx、Ga203、ITO、In-Zn-O 和 ZnO:Al 中的至少一种。
17.根据权利要求11所述的发光器件，还包括在所述第一电极上的垫。
18.根据权利要求17所述的发光器件，其中所述垫接触所述光子逸出层。
19.根据权利要求11所述的发光器件，还包括在所述发光结构周围的绝缘层。
20.根据权利要求19所述的发光器件，其中所述光子逸出层在所述绝缘层上。
全文摘要
一种发光器件，包括具有第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层的发光结构；在所述发光结构上的第一电极；和在所述发光结构上的光子逸出层。此外，光子逸出层的折射率在发光结构的折射率和发光结构的封装材料的折射率之间，使得由所述发光结构发出的光子的逸出概率得到提高。
文档编号H01L33/00GK101834242SQ20101000441
公开日2010年9月15日 申请日期2010年1月15日 优先权日2009年3月13日
发明者宋炫暾 申请人:Lg伊诺特有限公司