專利名稱：發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)使用化合物半導(dǎo)體將電信號轉(zhuǎn)化為光。因此，發(fā)光器件使用LED或者例如在小型手提式裝置如計算器、數(shù)字式表等中產(chǎn)生光。然而，LED通常僅僅輸出少量的光并因此僅僅用于小型電子器件中。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是解決相關(guān)技術(shù)的上述及其它問題。 本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有改善的發(fā)光效率的發(fā)光器件。 為實現(xiàn)這些及其他優(yōu)點并且根據(jù)本發(fā)明的目的，如本文所體現(xiàn)并且廣泛描述的那
樣，本發(fā)明一方面提供一種發(fā)光器件，所述發(fā)光器件包括襯底，在所述襯底上的第一導(dǎo)電
半導(dǎo)體層，在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的有源層，在所述有源層上的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層，和
在所述襯底下的并包括光反射圖案的反射層，所述光反射圖案設(shè)置為沿遠(yuǎn)離所述反射層的
方向反射由所述有源層發(fā)出的光。 另一方面，本發(fā)明提供一種發(fā)光器件，包括襯底，在所述襯底上的第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層，在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的有源層，在所述有源層上的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層，在所述襯底下的樹脂層，和在所述樹脂層下的反射層，所述反射層設(shè)置為沿遠(yuǎn)離所述反射層的方向反射由所述有源層發(fā)出的光。 通過以下給出的詳細(xì)說明，將使得本發(fā)明的可應(yīng)用性的其它范圍變得明顯。然而，應(yīng)理解表示本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的詳細(xì)描述和具體實例是僅僅作為舉例說明而給出的，這是因為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言很明顯，通過這些詳細(xì)的描述，可在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)做出各種改變和變化。


通過以下給出的詳細(xì)描述和附圖，可更全面地理解本發(fā)明，所述附圖僅僅是舉例說明性給出的，因此不限制本發(fā)明，其中 圖1是說明根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的發(fā)光器件的橫截面 圖2是說明根據(jù)本發(fā)明第二實施方案的發(fā)光器件的橫截面 圖3是說明根據(jù)本發(fā)明第三實施方案的發(fā)光器件的橫截面 圖4是說明根據(jù)本發(fā)明第四實施方案的發(fā)光器件的橫截面 圖5是說明根據(jù)本發(fā)明第五實施方案的發(fā)光器件的橫截面圖；禾口
圖6是說明根據(jù)本發(fā)明實施方案的發(fā)光器件的光提取效率的圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，附圖中舉例說明了其實例。
圖1是說明根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的發(fā)光器件的橫截面圖。如所示的，發(fā)光器件包括襯底10、在襯底10上形成的未摻雜的GaN層20、在未摻雜的GaN層20上形成的第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30、在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30上形成的有源層40、和在有源層40上形成的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層50。 發(fā)光器件還包括在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30上的第一電極層60、和在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層50上的第二電極層70。此外，第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30可為n-型半導(dǎo)體，第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層50可為p-型半導(dǎo)體層，反之亦然。因此，發(fā)光器件通過經(jīng)由電極60和70供電而由有源層40發(fā)出光。 此外，在圖1所示的實施方案中，襯底IO可由藍(lán)寶石(A1203)、 Si、 SiC、 GaAs、 ZnO或者M(jìn)gO中的至少一種形成。還可以在襯底10和未摻雜的GaN層20之間形成具有堆疊結(jié)構(gòu)的緩沖層，例如AlInN/GaN、 Ir^Ga卜xN/GaN、 AlxInyGai—x—yN/InxGai—xN/GaN等。此外，襯底10可為用于生長未摻雜的GaN層20、第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30、有源層40和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層50的生長襯底。 此外，通過與氮?dú)?、氫氣和氨氣一起將三甲基?TMGa)氣體注入室中，可生長未摻雜的GaN基層20。此外，第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30可為注入有第一導(dǎo)電雜質(zhì)離子的氮化物半導(dǎo)體層。例如，第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30可為其中注入有n-型雜質(zhì)離子的半導(dǎo)體層。此外，可通過與氫氣和氨氣一起將包含n-型雜質(zhì)(例如，硅)的三甲基鎵(TMGa)氣體和硅烷(SiH4)氣體注入室中，生長第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30。 此外，有源層40可由單量子阱結(jié)構(gòu)、多量子阱結(jié)構(gòu)、量子線結(jié)構(gòu)和量子點結(jié)構(gòu)形成。例如，有源層40可由InGaN阱層/GaN勢壘層的疊層結(jié)構(gòu)形成。 第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層50也可為其中注入有第二導(dǎo)電雜質(zhì)離子的氮化物半導(dǎo)體層。例如，第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層50可為其中注入有p-型雜質(zhì)離子的半導(dǎo)體層?？赏ㄟ^與氫氣和氨氣一起將三甲基鎵(TMGa)氣體和包含p-型雜質(zhì)(例如，Mg)的雙乙基環(huán)戊二烯基鎂(EtCp2Mg) {Mg(C2H5C5H4)2}注入室中，生長第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層50。 此外，本發(fā)明的第一實施方案有利地形成在襯底10下的反射層80以及在第二導(dǎo)
電半導(dǎo)體層50的上表面上的光提取圖案51，以改善發(fā)光器件的光提取效率。 更詳細(xì)地，反射層80可由鈦(Ti)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鋁(Al)、鉬(Pt)、金(Au)或者
銀(Ag)中的至少一種形成。因此，由有源層40發(fā)出的并沿朝向襯底的方向傳播的光被反
射層80反射并從發(fā)光器件向上發(fā)出。因此，發(fā)光器件的光提取效率得到改善。 此外，在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層50的上表面上形成的光提取圖案51進(jìn)一步提高器件
的發(fā)光效率。即，由于第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層50的高折射率而不能發(fā)射至外部的光經(jīng)由光提取
圖案51提取至外部。 此外，在圖1所示的實施方案中，光提取圖案51為半球形。然而，圖案51可形成為突起或者凹槽的各種其它形狀，例如圓柱形、錐形、任意形狀等。在圖l所示的實施方案中，圖案51的半球形優(yōu)選具有1. 5 ii m的半徑。此外，可通過選擇性地移除第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層50或者選擇性地生長第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層50形成光提取圖案51。 因此，如上所述，第一實施方案的發(fā)光器件包括在襯底10下的反射層80和在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層50上的光提取圖案51，使得由有源層40產(chǎn)生的光可有效地提取到外部。
接下來，圖2是說明根據(jù)本發(fā)明第二實施方案的發(fā)光器件的橫截面圖。而且，在根據(jù)以下另外的實施方案的發(fā)光器件的描述中，將不會詳細(xì)地重復(fù)描述與第一實施方案中所述的相同的元件。 參考圖2，發(fā)光器件包括襯底10、在襯底10上形成的未摻雜的GaN層20、在未摻雜的GaN層20上形成的第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30、在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30上形成的有源層40、在有源層40上形成的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層50。此外，發(fā)光器件包括在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30上的第一電極層60、和在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層50上的第二電極層70。 而且，為改善光提取效率，在襯底10下形成反射層80，在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層50的上表面上形成光提取圖案51 。為進(jìn)一步改善器件的發(fā)光效率，在反射層80上形成光散射圖案81。而且，在該實施方案中，光散射圖案81在反射層80的上表面上形成。此外，散射圖案81示例性地形成為半球形，但是可形成為突起或者凹槽的各種形狀，例如圓柱形、錐形、任意形狀等。 光散射圖案81選擇性地蝕刻襯底10的下表面以形成突起和凹槽，并且可通過在襯底10下形成反射層80而在反射層80的上表面上幾乎自然地形成。光散射圖案81也可設(shè)置在與襯底10相同的水平面上。 接下來，圖3是說明根據(jù)本發(fā)明第三實施方案的發(fā)光器件的橫截面圖。參考圖3，發(fā)光器件包括襯底10、在襯底10上形成的未摻雜的GaN層20、在未摻雜的GaN層20上形成的第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30、在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30上形成的有源層40、和在有源層40上形成的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層50。 此外，發(fā)光器件包括在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30上的第一電極層60、和在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層50上的第二電極層70。在襯底10下還形成反射層80并且在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層50的上表面上形成光提取圖案51。此外，在襯底lO上形成光散射圖案ll以進(jìn)一步改善器件的發(fā)光效率。 光散射圖案11也在襯底10的上表面上形成，并且舉例說明性地形成為半球形，但是可形成為突起或者凹槽的各種形狀，例如圓柱形、錐形、任意形狀等。此外，光散射圖案11可通過選擇性地蝕刻襯底10的上表面來形成并且可設(shè)置在與未摻雜的GaN層20相同的水平面上。 接下來，圖4是說明根據(jù)本發(fā)明第四實施方案的發(fā)光器件的橫截面圖。參考圖4，發(fā)光器件包括襯底10、在襯底10上形成的未摻雜的GaN層20、在未摻雜的GaN層20上形成的第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30、在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30上形成的有源層40、和在有源層40上形成的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層50。 此外，如所示的，發(fā)光器件包括在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30上的第一電極層60、和在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層50上的第二電極層70。而且，為進(jìn)一步改善發(fā)光效率，器件還包括具有光散射圖案81的反射層80、在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層50的上表面上形成的光提取圖案51、和在襯底10上形成的光散射圖案11。 接下來，圖5是說明根據(jù)本發(fā)明第五實施方案的發(fā)光器件的橫截面圖。參考圖5，發(fā)光器件包括襯底10、在襯底10上形成的未摻雜的GaN層20、在未摻雜的GaN層20上形成的第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30、在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30上形成的有源層40、和在有源層40上
6形成的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層50。 此外，發(fā)光器件包括在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層30上的第一電極層60、和在第二導(dǎo)電 半導(dǎo)體層50上的第二電極層70。還包括在襯底10下形成的具有光散射圖案81的反射 層80、在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層50的上表面上形成的光提取圖案51、和在襯底10上形成的光 散射圖案ll。 然而，根據(jù)第五實施方案的發(fā)光器件包括在襯底10下的樹脂層90例如環(huán)氧樹脂 層，并且將具有光散射圖案81的反射層80設(shè)置在樹脂層90下。樹脂層90可為折射率類 似于襯底10的材料。樹脂層90也可比襯底10更易于加工，使得突起或者凹槽在樹脂層90 的下表面上形成為具有期望的形狀，使得能夠容易地形成光散射圖案81 。光散射圖案81也 設(shè)置在與樹脂層90相同的水平面上。 然后，圖6是說明根據(jù)本發(fā)明實施方案的發(fā)光器件的光提取效率的圖。如圖6所
示，根據(jù)第二實施方案的發(fā)光器件的光提取效率高于根據(jù)第一實施方案的發(fā)光器件的光提
取效率。g卩，可看出在反射層80上形成的第二光散射圖案81改善了光提取效率。 此外，根據(jù)第三實施方案的發(fā)光器件的光提取效率高于根據(jù)第一實施方案的發(fā)光
器件的光提取效率。因此，可看出在襯底10上形成的第三光提取圖案11改善了光提取效率。 此外，根據(jù)第四實施方案的發(fā)光器件的光提取效率高于根據(jù)第一、第二和第三實 施方案的發(fā)光器件的光提取效率。因此，當(dāng)在襯底10上形成光散射圖案11并在反射層80 上形成光散射圖案81時，可看出光提取效率得到最大化。 而且，在圖6中，X軸表示在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層50上形成的光提取圖案51之間的 間隔。因此，可看出光提取效率隨著光提取圖案51而變化。同時，在發(fā)光器件中可形成光 提取圖案51、光散射圖案81或光散射圖案11中的至少一個。例如，在發(fā)光器件中可不形成 光提取圖案51和光散射圖案ll，而是在發(fā)光器件中僅僅形成光散射圖案81。
此外，在本發(fā)明的上述實施方案的描述中，當(dāng)各層(或膜)、區(qū)域、圖案或者結(jié)構(gòu)稱 為在各層(或膜)、區(qū)域、圖案或者結(jié)構(gòu)"上"或"下"形成時，各層(或膜)、區(qū)域、圖案或者 結(jié)構(gòu)可形成為直接接觸各層(或膜)、區(qū)域、圖案或者結(jié)構(gòu)，其它的層(或膜)、其它的區(qū)域、 其它的圖案或者其它的結(jié)構(gòu)可在其間額外地形成。而且，各層的"上"或者"下"參考附圖 進(jìn)行描述。 此外，在附圖中，對各層的厚度或者尺寸進(jìn)行放大或者示意地說明，以使得描述方 便和清楚。而且，各構(gòu)件的尺寸不必反映其實際尺寸。 雖然已經(jīng)參考本發(fā)明的大量說明性實施方案描述了一些實施方案，但是應(yīng)理解本 領(lǐng)域技術(shù)人員可設(shè)計很多其它的改變和實施方案，這些也在本公開原理的精神和范圍內(nèi)。 更具體地，在公開、附圖和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，在本發(fā)明的組合排列的構(gòu)件和/或結(jié)構(gòu) 中可能具有各種的變化和改變。除構(gòu)件和/或結(jié)構(gòu)的變化和改變之外，對本領(lǐng)域技術(shù)人員 而言，可替代的用途也是明顯的。
權(quán)利要求
一種發(fā)光器件，包括襯底；在所述襯底上的第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層；在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的有源層；在所述有源層上的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層；和在所述襯底下的并包括光反射圖案的反射層，所述光反射圖案設(shè)置為沿遠(yuǎn)離所述反射層的方向反射由所述有源層發(fā)出的光。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其還包括在所述襯底和所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層 之間的未摻雜的GaN基層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層包括在所述第二導(dǎo)電 半導(dǎo)體層的上表面上的具有突起或者凹槽形狀的光提取圖案，所述光提取圖案設(shè)置為從所 述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層提取由所述有源層發(fā)出的光。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光器件，其中所述襯底包括在所述襯底的上表面上的具有 突起或者凹槽形狀的光散射圖案，所述光散射圖案設(shè)置為散射由所述有源層發(fā)出的光。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述光反射圖案包括在所述反射層的上表面 上的多個突起或者凹槽。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述光反射圖案包括在所述襯底的下表面上 的多個突起或者凹槽。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述光反射圖案設(shè)置在與所述襯底相同的水 平面上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中所述襯底是在其上生長所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體 層、所述有源層和所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層的生長襯底。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)光器件，其中所述襯底包括藍(lán)寶石(Al203)、Si、SiC、GaAs、 Zn0和Mg0中的至少一種。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)光器件，其中所述反射層包括鈦(Ti)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、 鋁(Al)、鉬(Pt)、金(Au)和銀(Ag)中的至少一種。
11. 一種發(fā)光器件，包括 襯底；在所述襯底上的第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層； 在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的有源層； 在所述有源層上的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層； 在所述襯底下的樹脂層；禾口在所述樹脂層下并且設(shè)置為沿遠(yuǎn)離所述反射層的方向反射由所述有源層發(fā)出的光的 反射層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光器件，其中所述反射層的上表面和所述樹脂的下表面 中的至少一個包括設(shè)置為沿遠(yuǎn)離所述反射層的方向反射由所述有源層發(fā)出的光的光反射 圖案。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光器件，還包括在所述襯底和所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層之 間的未摻雜的GaN基層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光器件，其中所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層包括在所述第二導(dǎo) 電半導(dǎo)體層的上表面上的具有突起或者凹槽形狀的光提取圖案，所述光提取圖案設(shè)置為從 所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層提取由所述有源層發(fā)出的光。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光器件，其中所述襯底包括在所述襯底的上表面上的具 有突起或者凹槽形狀的光散射圖案，所述光散射圖案設(shè)置為散射由所述有源層發(fā)出的光。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光器件，其中所述光反射圖案包括在所述反射層的上表 面上的多個突起或者凹槽。
17. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光器件，其中所述光反射圖案包括在所述襯底的下表面 上的多個突起或者凹槽。
18. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光器件，其中所述光反射圖案設(shè)置在與所述襯底相同的 水平面上。
19. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光器件，其中所述襯底為在其上生長所述第一導(dǎo)電半導(dǎo) 體層、所述有源層和所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層的生長襯底。
20. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的發(fā)光器件，其中所述襯底包括藍(lán)寶石(Al203)、Si、SiC、 GaAs、 Zn0和Mg0中的至少一種，其中所述反射層包括鈦(Ti)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鋁(Al)、鉬(Pt)、金(Au)和銀(Ag)中 的至少一種。
全文摘要
一種發(fā)光器件，包括襯底，在所述襯底上的第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層，在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的有源層，在所述有源層上的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層，和在所述襯底下的并且包括光反射圖案的反射層，所述光反射圖案設(shè)置為沿遠(yuǎn)離所述反射層的方向反射由所述有源層發(fā)出的光。
文檔編號H01L33/00GK101740700SQ20091022638
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月26日
發(fā)明者任正淳 申請人:Lg伊諾特有限公司