发光二极管的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种发光二极管。该发光二极管包括：基底；半导体层，形成在基底的一个表面上；以及抗反射元件，形成在基底的另一表面上，其中，抗反射元件包括纳米图案。抗反射元件置于基底和空气之间，以减少从半导体堆叠件穿过基底传播到空气的光的全反射，从而改善光提取效率。另外，由于抗反射元件以纳米图案形成，所以抗反射元件可以以蛾眼图案来形成，从而显著地减少在基底和半导体层之间的界面处的反射。
【专利说明】发光二极管
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种发光二极管，更具体地说，涉及一种具有改进了的光提取效率的发光二极管。
【背景技术】
[0002]通常，通过在蓝宝石基底上生长氮化镓半导体层来制造氮化镓发光二极管。具体地，主要使用图案化蓝宝石基底(PSS)作为生长基底，来改善光提取效率。氮化镓基底和蓝宝石基底之间的图案改变了有源层中产生的光传播所沿的路径，从而减少了由于全内反射而导致的光损失。
[0003]然而，由于折射率的差异，在有源层中产生的一些光可能在基底和空气之间的界面处全反射，因此在半导体层中损失。具体地，对于波长450nm的光，由于蓝宝石基底的折射率为大约1.7，空气的折射率为1.0，所以在它们之间具有相对大的折射率差异。因此，在基底和空气之间的界面处容易出现全反射。
实用新型内容
[0004]本实用新型致力于提供一种发光二极管，所述发光二极管能够减少在发光二极管中的光损失，同时改善光提取效率。
[0005]另外，本实用新型致力于提供一种发光二极管，所述发光二极管包括置于基底和空气之间的抗反射元件，以减少从半导体堆叠件穿过基底传播至空气的光的全反射，从而改善光提取效率。
[0006]根据本实用新型的一方面，一种发光二极管包括:基底；半导体层，形成在基底的一个表面上；以及抗反射元件，形成在基底的另一表面上，其中，抗反射元件包括纳米图案。
[0007]使用抗反射元件能够减少从半导体层穿过基底传播到空气的光的全反射，从而改善光提取效率。另外，由于抗反射元件以纳米图案形成，所以抗反射元件可以以蛾眼图案来形成，从而显著地减少在基底和半导体层之间的界面处的反射。
[0008]抗反射元件可以包括与基底相邻的基体以及形成在基体上的纳米图案，纳米图案可以包括柱和形成在柱之间的孔。
[0009]基体的折射率可以大于或等于基底的折射率。
[0010]纳米图案的折射率可以在基底的折射率与空气的折射率之间。
[0011]柱之间或孔之间的区域可以具有纳米级的宽度，所述宽度小于在有源层中产生的光的波长。
[0012]柱的宽度可以远离基体而逐渐减小。
[0013]纳米图案的折射率可以远离基体而逐渐减小。
[0014]纳米图案可以由折射率大于基底的折射率的氮化硅或氮氧化硅形成。
[0015]发光二极管可以是倒装芯片式发光二极管。
[0016]根据本实用新型的实施例，抗反射元件使得能够减少由从基底传播到空气的光的全反射导致的光损失。因此，能够改善发射穿过基底的光的发光二极管(例如倒装芯片式发光二极管)的光提取效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]通过下面结合附图进行的对实施例的详细描述，本实用新型的上述和其它方面、特征和优点将变得清楚，在附图中:
[0018]图1是根据本实用新型一个实施例的发光二极管的示意性剖视图；
[0019]图2A是图1中示出的发光二极管的详细平面图；
[0020]图2B是沿图2A中示出的线Ι-Γ截取的发光二极管的剖视图；
[0021]图3是根据本实用新型的一个实施例的在图1中示出的区域A的放大图；
[0022]图4是根据本实用新型的另一实施例的在图1中示出的区域A的放大图；
[0023]图5至图9是示出制造根据本实用新型的一个实施例的发光二极管的方法的剖视图；
[0024]图10是示出金属纳米图案的SEM图像；
[0025]图11是示出利用介电层形成的抗反射元件的纳米图案的SEM图像。
【具体实施方式】
[0026]在下文中，将参照附图详细地描述本实用新型的实施例。仅通过示例的方式来提供下面的实施例，以将本实用新型的精神充分地传达给本领域技术人员。因此，本实用新型不限于这里公开的实施例，而是也可以以不同的形式来实施。在附图中，为了方便起见，可以夸大元件的宽度、长度和厚度等。在整个说明书中，同样的标号指示具有相同或相似的功能的同样的元件。
[0027]图1是根据本实用新型的一个实施例的发光二极管的示意性剖视图，图2A是图1中示出的发光二极管的详细平面图，图2B是沿图2A中示出的线Ι-Γ截取的剖视图。图3是根据本实用新型的一个实施例的在图1中示出的区域A的放大图。
[0028]参照图1，根据本实用新型的一个实施例的发光二极管100可以包括基底111、半导体堆叠件113和电极焊盘37a、37b。
[0029]半导体堆叠件113位于基底111的一个表面上，抗反射元件120位于基底111的另一表面上。
[0030]发光二极管100是倒装片式发光二极管，其中，电极焊盘37a、37b位于片的下侧上。
[0031]基底111可以是用于生长半导体层的生长基底，例如，监宝石基底或氣化嫁基底。例如，基底111是适于生长氮化镓半导体层的非均质基底并具有第一折射率。基底111可以是例如在450nm的波长下的折射率为大约1.78的蓝宝石基底或者在450nm的波长下的折射率为大约2.72的SiC基底。
[0032]半导体堆叠件113位于基底111的一个表面上。半导体堆叠件113包括位于基底111上的第一导电类型半导体层23和多个台面M，多个台面Μ中的每个包括有源层25和第二导电类型半导体层27。有源层25置于第一导电类型半导体层23和第二导电类型半导体层27之间。反射电极30分别位于多个台面Μ上。
[0033]如附图中所示，多个台面Μ可以具有伸长的形状，并且沿一个方向彼此平行地延伸。这样的形状简化了在生长基底111上的多个片区域中的具有相同形状的多个台面Μ的形成。
[0034]虽然可以在形成台面Μ之后在各个台面Μ上形成反射电极30，但是应当理解的是，本实用新型不限于此。可选地，在形成第二导电类型半导体层27之后，反射电极30可以在形成台面Μ之前被形成在第二导电类型半导体层27上。反射电极30覆盖台面Μ的大部分上表面，并且在平面图中具有与台面Μ的形状基本相同的形状。
[0035]反射电极30包括反射层28，并且还可以包括阻挡层29。阻挡层29可以覆盖反射层28的上表面和侧表面。例如，形成反射层28的图案，然后在其上形成阻挡层29，由此使阻挡层29可以被形成为覆盖反射层28的上表面和侧表面。通过示例的方式，反射层28可以通过沉积Ag、Ag合金、Ni/Ag、NiZn/Ag或T1/Ag然后通过图案化来形成。阻挡层29可由N1、Cr、T1、Pt、Rd、Ru、W、Mo、Tiff或它们的组合来形成，并防止反射层中的金属材料的扩散或污染。
[0036]在形成多个台面Μ之后，还可以蚀刻第一导电类型半导体层23的边缘。结果，可以暴露基底111的上表面。第一导电类型半导体层23的侧表面还可以被倾斜地形成。
[0037]根据本实用新型，发光二极管芯片还包括覆盖多个台面Μ和第一导电类型半导体层23的下绝缘层31。下绝缘层31在其特定区域具有开口，以允许电连接到第一导电类型半导体层23和第二导电类型半导体层27。例如，下绝缘层31可以具有暴露第一导电类型半导体层23的开口和暴露反射电极30的开口。
[0038]开口可以位于台面Μ之间并且在基底111的边缘附近，并且可以具有沿台面Μ延伸的伸长的形状。另一方面，一些开口有限地位于台面Μ上，以朝台面的相同的端偏置。
[0039]根据本实用新型，发光二极管100还包括形成在下绝缘层31上的电流分散层33。电流分散层33覆盖多个台面Μ和第一导电类型半导体层23。电流分散层33具有位于各个台面Μ上的开口，从而通过开口暴露反射电极。电流分散层33可以通过下绝缘层31的开口与第一导电类型半导体层23形成欧姆接触。电流分散层33通过下绝缘层31与多个台面Μ和反射电极30绝缘。
[0040]电流分散层33的开口具有比下绝缘层31的开口大的面积，以防止电流分散层33与反射电极30接触。
[0041]电流分散层33形成在基底111的除了开口之外的基本整个上部区域上方。因此，电流能够通过电流分散层33被容易地分散。电流分散层33可以包括高反射金属层(例如Α1层)，并且高反射金属层可以形成在结合层(例如T1、Cr或Ni等)上。另外，具有N1、Cr或Au的单层或复合层结构的保护层可以被形成在高反射金属层上。电流分散层33可以具有例如Ti/Al/Ti/Ni/Au的多层结构。
[0042]根据本实用新型的发光二极管100还包括形成在电流分散层33上的上绝缘层35。上绝缘层35具有暴露反射电极30的开口以及暴露电流分散层33的开口。
[0043]上绝缘层35可以由氧化物绝缘层、氮化物绝缘层、这些绝缘层的混合层或交替层或者诸如聚酰亚胺、聚四氟乙烯和聚对二甲苯等的聚合物形成。
[0044]第一焊盘37a和第二焊盘37b形成在上绝缘层35上。第一焊盘37a通过上绝缘层35的开口连接到电流分散层33，第二焊盘37b通过上绝缘层35的开口连接到反射电极30。第一焊盘37a和第二焊盘37b可以用作用于SMT或者凸块连接的焊盘，以将发光二极管安装在电路板等之上。
[0045]第一焊盘37a和第二焊盘37b可以通过同一工艺(例如，光刻和蚀刻工艺或者剥离工艺)同时形成。第一焊盘37a和第二焊盘37b可以包括由例如T1、Cr和Ni等形成的结合层以及由Al、Cu、Ag和Au等形成的高导电金属层。第一焊盘37a和第二焊盘37b可以被形成为使得电极焊盘的末端位于同一平面上，由此发光二极管芯片可以被倒装芯片结合到在电路板上被形成为相同厚度的导电图案。
[0046]然后，生长基底111被分为单独的发光二极管芯片单元，从而提供完成后的发光二极管芯片。在分为单独的发光二极管芯片单元之前或之后，可以从发光二极管芯片去除基底111。
[0047]抗反射元件120位于基底111的另一表面上。即，抗反射元件120可以与基底111直接相邻。抗反射元件120置于基底111和空气之间。抗反射元件120位于基底111和空气之间的界面处，并且包括具有第一折射率的基体121和具有第二折射率的纳米图案，第一折射率大于基底111的折射率，第二折射率在基底111的折射率与空气的折射率之间。抗反射元件120防止从基底111入射的光的全反射，并且借助于第二折射率来改善基底111与空气之间的折射率差异，从而增强光提取效率。
[0048]抗反射元件120包括基体121和纳米图案。纳米图案包括柱123和孔125。柱123和孔125可以被形成为纳米尺寸。柱123或孔125之间的区域具有小于在有源层中产生的光的波长的纳米级宽度。另外，柱123或孔125的高度大于有源层中产生的光的λ/4。
[0049]抗反射元件120具有大于基底111的折射率的第一折射率以及在基底111的折射率和空气的折射率之间的第二折射率。例如，当基底111是蓝宝石基底时，基体121可以由折射率大于或等于蓝宝石基底的折射率的氮化硅或氮氧化硅形成。因此，抗反射元件120可以减少在基底111和基体121之间的第一界面al处的全反射，从而改善光提取效率。
[0050]纳米图案可以由折射率大于或等于蓝宝石基底的折射率的氮化硅或氮氧化硅形成。
[0051]因此，形成有纳米图案的区域a3的折射率在基底111的折射率与空气的折射率之间，以减少全内反射，从而改善光提取效率。
[0052]根据实施例，基底111在其一个表面上设置有半导体堆叠件113，并且在其另一个表面上设置有抗反射元件120，在抗反射元件120中，具有大于基底111的折射率的第一折射率的基体121改善了基底111和抗反射元件120之间的第一界面al处的全反射，并且具有在基底111的折射率和空气的折射率之间的第二折射率的纳米图案减少了在抗反射元件120与空气之间的第二界面a2处的全反射，从而改善光提取效率。
[0053]另外，根据本实用新型的发光二极管通过倒装芯片结合来直接结合到电路板，并且与普通的封装式的发光器件相比具有效率高和尺寸小的优点。
[0054]虽然已经在本实施例中将抗反射元件120示出为利用诸如氮化硅或氮氧化硅的介电层形成，但是本实用新型不限于此。可选地，抗反射元件120也可以通过蚀刻基底111的表面来直接地形成在基底111上。
[0055]图4是根据本实用新型的另一实施例的在图1中示出的区域A的放大图。
[0056]参照图4，在根据本实用新型的该实施例的发光二极管中，位于基底111上的抗反射元件220可以与基底111直接相邻。抗反射元件220被设置在基底111和空气之间。抗反射元件220位于基底111和空气之间的界面处，并且包括具有第一折射率的基体221和具有第二折射率的纳米图案，第一折射率大于基底111的折射率，第二折射率在基底111的折射率与空气的折射率之间。抗反射元件220借助于第一折射率来防止从基底111入射的光的全反射，并且借助于第二折射率来改善基底111与空气之间的折射率差异，从而增强光提取效率。
[0057]抗反射元件220包括基体221和纳米图案。纳米图案包括柱223和孔225。柱223和孔225可被形成为纳米尺寸。柱223之间的区域或孔225之间的区域具有比在有源层中产生的光的波长小的纳米级宽度。另外，柱223或孔225的高度大于有源层中产生的光的波长。
[0058]抗反射元件220具有大于基底111的折射率的第一折射率以及在基底111的折射率与空气的折射率之间的第二折射率。例如，当基底111是蓝宝石基底时，基体221可以由折射率大于或等于蓝宝石基底的折射率的氮化硅或氮氧化硅形成。因此，抗反射元件220可以减少在基底111和基体221之间的界面al处的全反射，从而改善光提取效率。
[0059]纳米图案可以由折射率大于或等于蓝宝石基底的折射率的氮化硅或氮氧化硅形成。纳米图案中的空间，即，柱223之间的区域或至少一些孔225可以填充有氮化镓半导体层或者在其中形成有空气间隙。
[0060]具体地说，当纳米图案中的空间填充有氮化镓半导体层时，纳米图案的柱223可以被形成为具有从其底部至其顶部逐渐减小的宽度。另外，纳米图案可以由具有与蓝宝石基底的折射率相同或相似的折射率的氮氧化硅形成。在这种情况下，纳米图案的折射率从空气到基底111逐渐增大。即，在形成纳米图案的区域a3中，纳米图案在基底111附近具有接近于第一折射率的折射率，并且在空气附近具有接近于第二折射率的折射率。结果，可以在抗反射元件220的两个界面处减少全内反射。
[0061]根据该实施例，基底111在其一个表面上设置有半导体堆叠件(未示出)，并且在其另一表面上设置有抗反射元件220，在抗反射元件220中，具有大于基底111的折射率的第一折射率的基体221改善了基底111和抗反射元件220之间的第一界面al处的全反射，并且具有在基底111的折射率和空气的折射率之间的第二折射率的纳米图案减少了在抗反射元件220与空气之间的第二界面a2处的全反射，从而改善光提取效率。
[0062]另外，根据本实用新型的发光二极管通过倒装芯片结合来直接结合到电路板，并且与普通的封装式的发光器件相比具有效率高和尺寸小的优点。
[0063]虽然已经在本实施例中将抗反射元件220示出为利用诸如氮化硅或氮氧化硅的介电层形成，但是本实用新型不限于此。可选地，抗反射元件220也可以通过蚀刻基底111的表面来直接地形成在基底111上。
[0064]图5至图9是示出制造根据本实用新型的一个实施例的发光二极管的方法的剖视图。
[0065]参照图5，在制造根据本实用新型的实施例的发光二极管的方法中，首先，在基底111上形成介电层150。基底111可以是蓝宝石基底或SiC基底。介电层150可以利用等离子增强化学气相沉积(PECVD)由氮化硅或氮氧化硅形成。介电层150可以被形成为大于在有源层中产生的光的波长的厚度，例如，500nm或更大的厚度。
[0066]然后，参照图6，在介电层150上形成金属层，并且通过对金属层进行热处理来形成金属纳米图案151。金属层可由例如Au、Pt或Ni形成为lnm至lOOnm的厚度。另外，金属层可以在200°C至900°C的温度下热处理，从而使金属材料可以聚集，以形成金属纳米图案 151。
[0067]然后，参照图7，通过使用金属纳米图案151作为掩模来蚀刻介电层150 (在图6中示出)，形成包括介电纳米图案的抗反射元件120。可以通过电感耦合等离子体反应离子刻蚀(ICPRIE)对介电层150进行蚀刻。因此，在抗反射元件120中，可以形成包括柱123和孔125的介电纳米图案。
[0068]然后，参照图8，去除位于介电纳米图案上的金属纳米图案151 (在图7中示出)。可以通过湿蚀刻去除金属材料。
[0069]通过蚀刻金属纳米图案151 (在图7中示出)来暴露柱123的上表面。
[0070]参照图9，在基底111的一个表面上形成抗反射元件120，并且在基底111的另一个表面上生长包括第一导电类型半导体层23、有源层25和第二导电类型半导体层27的半导体堆叠件113。可以通过金属有机化学气相沉积(M0CVD)或分子束外延(MBE)来生长半导体堆叠件113。
[0071]在半导体堆叠件113中，可以通过蚀刻第二导电类型半导体层27和有源层25的一些区域来暴露第一导电类型半导体层23，并且可以通过形成反射层28、阻挡层29以及第一焊盘37a和第二焊盘37b来制造倒装芯片式发光二极管。
[0072]由于半导体堆叠件113的构造与如图2中示出的构造相同，所以将省略对它的详细描述。
[0073]虽然在图5至图9中示出的该实施例中已经将介电层150示出为利用金属纳米图案151来进行蚀刻，但是也可以利用扫描器或电子束雕刻设备来对介电层150进行图案化。
[0074]图10是示出由Ni形成的纳米图案的SEM图像。可以看出，Ni团粒的尺寸为大约lOOnm或更小，在团粒之间的间隙的尺寸为lOOnm或更小。
[0075]图11是示出在去除金属纳米图案之后的抗反射元件的纳米图案的SEM图像。
[0076]如上所述，根据本实用新型，抗反射元件120或220位于基底111上，以减少由在空气和基底111之间的界面处的折射率之差而导致的全反射，从而改善光提取效率。
[0077]另外，根据本实用新型的发光二极管通过倒装芯片结合直接结合到电路板，并且与普通的封装式的发光器件相比具有效率高和尺寸小的优点。
[0078]尽管已经在上面描述了本实用新型的不同的实施例和特征，但是本实用新型不限于此，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以进行许多修改和改变。
【权利要求】
1.一种发光二极管，所述发光二极管包括: 基底； 半导体层，形成在基底的一个表面上；以及 抗反射兀件，形成在基底的另一表面上， 其中，抗反射元件包括纳米图案。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其中，抗反射元件包括: 基体，与基底相邻；以及 形成在基体上的纳米图案， 其中，纳米图案包括柱以及形成在柱之间的孔。
3.如权利要求2所述的发光二极管，其中，基体的折射率大于或等于基底的折射率。
4.如权利要求1所述的发光二极管，其中，纳米图案的折射率在基底的折射率与空气的折射率之间。
5.如权利要求2所述的发光二极管，其中，柱之间或孔之间的区域具有纳米级的宽度，所述宽度小于在有源层中产生的光的波长。
6.如权利要求2所述的发光二极管，其中，柱的宽度远离基体而逐渐减小。
7.如权利要求6所述的发光二极管，其中，纳米图案的折射率远离基体而逐渐减小。
8.如权利要求1所述的发光二极管，其中，纳米图案由折射率大于基底的折射率的氮化硅或氮氧化硅形成。
9.如权利要求1所述的发光二极管，其中，发光二极管是倒装芯片式发光二极管。
【文档编号】H01L33/44GK204167349SQ201420517945
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】蔡钟炫, 韩釉大, 李俊燮, 卢元英, 姜珉佑, 徐大雄, 张锺敏, 金贤儿 申请人:首尔伟傲世有限公司