專利名稱：具有垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管(LED)，并且更具體的，涉及具有用于提高發(fā)光效率的垂直結(jié)構(gòu)的LED及其制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)是公知的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其將電能轉(zhuǎn)換成光能。從1962年利用GaAsP半導(dǎo)體的紅光LED的商業(yè)化開始，連同利用GaP:N半導(dǎo)體的綠光LED，LED已被用作包括信息通信設(shè)備的電子設(shè)備的顯示圖像的光源。由這種LED發(fā)出的光的波長取決于在LED制造中所使用的半導(dǎo)體材料的種類。這是因?yàn)樗l(fā)出的光的波長取決于半導(dǎo)體材料的帶隙(band-gap)，其表示價(jià)帶電子和導(dǎo)帶電子間的能量差。氮化鎵(GaN)具有高的熱穩(wěn)定性和寬的帶隙(范圍從0. 8至6. 2eV)，并且因此在開發(fā)高功率輸出電子設(shè)備的領(lǐng)域中倍受關(guān)注。氮化鎵受到關(guān)注的原因之一是，通過與例如銦an)、鋁(Al)等其他元素結(jié)合來使用GaN，它能夠制造發(fā)出綠、藍(lán)和白光的半導(dǎo)體層。由于通過使用GaN能夠控制發(fā)射的波長，可以依照具體設(shè)備的特性，將發(fā)射的波長調(diào)節(jié)到期望的適合所使用的材料的本征屬性的范圍。例如，使用GaN使得能夠制造藍(lán)光 LED和白光LED，所述藍(lán)光LED有利于光學(xué)寫入，而所述白光LED能夠代替白熾燈。綠光LED最初使用GaP，它是一種間接躍遷材料且具有低的效率，因而不能發(fā)出純正的綠光。然而，由于hGaN薄膜生長的成功，獲得了具有高亮度的綠光LED。由于這種基于GaN的材料的上述和其他優(yōu)點(diǎn)，基于GaN的LED市場飛速增長。因此，從1994年其引入商用以來，基于GaN的光電器件的技術(shù)飛速前進(jìn)。如上所述，基于氮化物的半導(dǎo)體，如基于InGaN的半導(dǎo)體，是直接躍遷材料，因此其能夠形成具有高亮度的LED。然而，由于與不同種類的襯底的高的晶格失配和熱膨脹系數(shù)之差，基于氮化物的半導(dǎo)體在晶體上可能具有許多缺陷。這是待解決的一個問題。也就是說，因?yàn)橛苫贕aN的材料制成的襯底不易于制造并且昂貴，因此在制造諸如LED或LD的發(fā)光器件時(shí)，常常使用不同種類的襯底，例如藍(lán)寶石襯底。但是，當(dāng)在上述襯底上生長基于GaN的材料時(shí)，由于熱膨脹系數(shù)之差或晶體晶格常數(shù)之差，在生長的薄膜中可能出現(xiàn)多種缺陷，比如晶格失配或線位錯。因而，為了制造高質(zhì)量的基于GaN的LED，需要具有優(yōu)異晶體結(jié)構(gòu)的GaN襯底。近來，在商業(yè)上正使用一種利用氫化物氣相外延(HVPE)方法生成獨(dú)立的GaN襯底
4的技術(shù)。然而，這種技術(shù)仍然具有諸如襯底弓曲(bowing)和高生產(chǎn)成本之類的問題。于是，為了制造具有上述結(jié)構(gòu)的LED，需要降低晶格缺陷或晶體缺陷的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明針對具有垂直結(jié)構(gòu)的LED及其制造方法，其基本避免了由于現(xiàn)有技術(shù)的限制和缺點(diǎn)而引起的一個或多個問題。本發(fā)明的目的是提供一種具有垂直結(jié)構(gòu)的LED及其制造方法，其中在選擇的區(qū)域上在襯底上生長發(fā)光器件結(jié)構(gòu)，并且在襯底上有選擇地生長的用于形成該發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體層具有各種形狀，從而提高了光抽取效率。在下面的說明中將部分地闡明本發(fā)明另外的優(yōu)點(diǎn)、目的和特征，并且基于檢驗(yàn)下述內(nèi)容，這些優(yōu)點(diǎn)、目的和特征對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中學(xué)習(xí)。通過在說明書及其權(quán)利要求以及附圖中具體指出的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)和獲得本發(fā)明的這些目的和其他優(yōu)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)這些目的和其他優(yōu)點(diǎn)，并根據(jù)本發(fā)明的目的，如在此實(shí)施并廣泛描述的，一種制造發(fā)光二極管(LED)的方法，包括在襯底上形成掩模層；在掩模層上形成導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；在該導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上形成多個半導(dǎo)體層；在該多個半導(dǎo)體層上形成第一電極；在該第一電極上形成支撐層；分離該襯底；以及在通過襯底的分離而暴露出的該導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的表面上形成第二電極。在本發(fā)明的另一方面，一種具有垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管(LED)包括支撐層；在該支撐層上形成的第一電極；在該第一電極上形成的多個半導(dǎo)體層；導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，其形成在該多個半導(dǎo)體層上，并且設(shè)置有具有指定角度的傾角的外表面；以及在該導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上形成的第二電極。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的前述一般性說明和下面的具體說明都是示例性的和解釋性的，并且意圖提供對如權(quán)利要求的本發(fā)明的進(jìn)一步解釋。


本申請包括附圖以提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且其被結(jié)合進(jìn)并構(gòu)成本申請的一部分，附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并與本說明書一起來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中圖1至圖10是用于說明根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的制造具有垂直結(jié)構(gòu)的LED的方法，更具體的圖1是示出其中形成了掩模層的狀態(tài)的剖面圖；圖2和3是示出其中形成該掩模層的過程的剖面圖；圖4是示出其中形成了氮化鎵的狀態(tài)的剖面圖；圖5是示出其中形成了半導(dǎo)體層的狀態(tài)的剖面圖；圖6是示出其中形成了反射歐姆電極(reflective ohmic electrodes)的狀態(tài)的剖面圖；圖7是示出其中形成了第一電極的狀態(tài)的剖面圖；圖8是示出其中形成了支撐層的狀態(tài)的剖面圖；圖9是示出其中襯底被從該半導(dǎo)體層分離并且在該半導(dǎo)體層上形成了第二電極的狀態(tài)的剖面圖；圖10是示出單個器件的剖面圖；以及圖11至圖17是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的制造具有垂直結(jié)構(gòu)的LED的方法， 并且更具體的圖11是示出其中形成掩模層的過程的剖面圖；圖12是示出其中形成了該掩模層的狀態(tài)的剖面圖；圖13是沿圖12的線A-A截取的剖面圖；圖14是示出導(dǎo)電型半導(dǎo)體層生長的一個示例的SEM圖像；圖15是示出導(dǎo)電型半導(dǎo)體層生長的另一示例的SEM圖像；圖16是示出LED的薄膜生長結(jié)構(gòu)的剖面圖；以及圖17是示出該LED結(jié)構(gòu)的剖面圖。
具體實(shí)施例方式盡管本發(fā)明易于進(jìn)行各種替換和修改，但是在附圖中以示例的方式示出了其具體實(shí)施例，并且在這里將詳細(xì)說明其實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解，沒有任何將本發(fā)明限制于所公開的具體形式的意圖，而是恰恰相反，本發(fā)明要覆蓋落在權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等效和替換。在附圖的說明中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的要件。在附圖中，出于清楚的目的， 對層的厚度和區(qū)域的大小進(jìn)行了放大。另外，將在此說明的每一實(shí)施例都包括多種補(bǔ)充實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，在將要件(element)，例如層、區(qū)域或襯底，被稱作在另一要件“上”時(shí)， 它可以直接在該另一要件上，或者也可以存在插入要件。還應(yīng)當(dāng)理解，如果要件的一部分， 例如表面，被稱作為“內(nèi)”時(shí)，這意味著對于該器件的外部，它比該要件的其他部分更遠(yuǎn)。另外，相關(guān)的術(shù)語“在...下”或“位于...上”可以被用來描述如附圖中所示的一個層或區(qū)域相對于襯底或基準(zhǔn)層的關(guān)系，或者一個層或區(qū)域?qū)α硪粚踊騾^(qū)域的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解，這些術(shù)語意圖在包括附圖中說明的定向外，還包括器件的不同定向。最后，術(shù)語“直接地”是指不存在插入層。如在此所使用的，術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)列舉項(xiàng)的任意和全部組合。應(yīng)當(dāng)理解，盡管可以使用術(shù)語第一、第二等來描述各種要件、組成、區(qū)域、層和/或剖面，這些要件、組成、區(qū)域、層和/或剖面不應(yīng)受這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語用來將一個要件、組成、區(qū)域、層或剖面與不同區(qū)域、層或剖面分開。因此，下面將說明的第一區(qū)域、層或剖面，可以被命名為第二區(qū)域、層或剖面。<第一實(shí)施例>下面，將參考

本發(fā)明的第一實(shí)施例。如圖1中所示，在襯底100的上表面上在除多個器件區(qū)域外的其余區(qū)域上形成掩模層110，從而露出器件區(qū)域。襯底100是從包括下列材料的組中選擇的一種藍(lán)寶石(Al2O3)襯底、硅(Si)襯底、碳化硅(SiC)襯底、其上形成有基于氮化物的半導(dǎo)體層的藍(lán)寶石襯底、其上形成有基于氮化物的半導(dǎo)體層的硅襯底；以及其上形成有基于氮化物的半導(dǎo)體層的碳化硅襯底。
通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)方法，或者利用淀積設(shè)備如濺射機(jī)來形成掩模層110。優(yōu)選的，掩模層110由其上沒有生長例如氮化鎵的基于氮化物的半導(dǎo)體層的材料制成。例如，掩模層110由氧化硅(例如，SiO2)或氮化硅(例如，Si3N4)制成。為了僅在選擇的區(qū)域上形成掩模層110，需要利用光刻技術(shù)的構(gòu)圖過程。首先，如圖2中所示，在襯底100的上表面上形成掩模材料111。該掩模材料111 通過PECVD方法或利用淀積設(shè)備如濺射機(jī)形成。之后，如圖3中所示，在掩模材料111的上表面上淀積光刻膠210，并且通過光刻將光刻膠刻蝕成器件圖案。光刻是指利用光形成圖案的過程，并且其需要作為光敏劑的光刻膠 (photoresist)材料。將光刻膠210施加到掩模材料111的上表面。光刻膠210的上表面通過另一具有器件圖案的掩模來曝光，并被顯影和刻蝕。從而，獲得光刻膠210的圖案。作為參考，為了顯影曝光的區(qū)域，使用正膠(positive photoresist)，以及為了顯影未曝光區(qū)域，使用負(fù)膠(negative photoresist)。在通過光刻膠210的器件圖案刻蝕掩模材料111之后，將光刻膠210去除。然后， 如圖1中所示，掩模層110保留在襯底100上。這里，掩模材料111的刻蝕可以通過干法刻蝕或濕法刻蝕來進(jìn)行。之后，如圖4中所示，在襯底100的上表面露出的區(qū)域上分別形成氮化鎵層120a 和 120b。優(yōu)選的，氮化鎵層120a和120b是導(dǎo)電的，并且是通過氫化物氣相外延(HVPE)方法形成的。另外，優(yōu)選的，氮化鎵層120a和120b具有1 300 μ m的厚度。之后，如圖5中所示，在氮化鎵層120a和120b的上表面上分別形成包括有源層 13 和132b的多個半導(dǎo)體層130a和130b。更具體的，通過順序?qū)盈Bη型(n-type)半導(dǎo)體層131a和131b、有源層13 和 132b以及P型(P-type)半導(dǎo)體層133a和13 來形成該半導(dǎo)體層130a和130b。優(yōu)選的，半導(dǎo)體層130a和130b是基于氮化鎵的半導(dǎo)體層(AlJIiyGii1 _x_yN層 0 ( (x,y) ( 1)。這些半導(dǎo)體層130a和130b通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積(MOCVD)方法生長。如圖6中所示，在半導(dǎo)體層130a和130b的上表面上分別形成反射歐姆電極140a 和 140b。之后，如圖7中所示，在該反射歐姆電極140a和140b的上表面上分別形成第一電極150a和150b，并且如圖8中所示，在該第一電極150a和150b的上表面上形成支撐層 160。根據(jù)情況，支撐層160可以直接形成在該反射歐姆電極140a和140b的上表面上， 而無需在該反射歐姆電極140a和140b的上表面上形成第一電極150a和150b (未示出)。優(yōu)選的，支撐層160由包括下列半導(dǎo)體襯底的組中選擇的一種制成例如硅(Si)、 砷化鎵(GaAs)或鍺(Ge)；金屬襯底，例如Cu或W ；包括金屬的襯底。并且該支撐層160被
7接合到該第一電極150a和150b的上表面。另外，支撐層160可以通過在第一電極150a和150b的上表面鍍上金屬(比如鎳 (Ni)或銅(Cu))來形成。之后，如圖9中所示，將襯底100去除，從而使氮化鎵層120a和120b的下表面露出。在氮化鎵層120a和120b露出的下表面上分別形成第二電極170a和170b。該襯底100是通過激光剝離過程或濕法刻蝕過程來去除的。之后，如圖10中所示，將支撐層160從第一電極150a和150b去除。從而，將連接的發(fā)光器件180a和180b分割成分開的單元芯片。在通過本發(fā)明的上述過程制造的具有垂直結(jié)構(gòu)的LED中，通過HVPE方法生長的氮化鎵層的邊緣，根據(jù)生長位置或條件與襯底的表面垂直或成指定的角度傾斜。因此，LED有效地將光發(fā)射到外部，因此具有提高的光抽取效率。因?yàn)樵摰墝觾H在器件區(qū)域的上表面上有選擇地生長，而該半導(dǎo)體層生長在該氮化鎵層上，因此能夠使該發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的弓曲(bowing)以及該結(jié)構(gòu)的晶格缺陷和晶體缺陷最小化。因此，具有垂直結(jié)構(gòu)的該LED具有改善的可靠性。另外，省略了用于將發(fā)光器件結(jié)構(gòu)分割成單獨(dú)的二極管的干法刻蝕過程。因而，簡化了制造該LED的過程。由于該氮化鎵層較厚，線位錯被降低至5X IO8CnT2或更低，并且，當(dāng)利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積(MOCVD)方法生長發(fā)光器件結(jié)構(gòu)時(shí)，晶體缺陷被最小化。因而，能夠提高LED 的內(nèi)部效率和可靠性。類似于具有垂直結(jié)構(gòu)的公知LED，上述制造的具有垂直結(jié)構(gòu)的該LED，利用由具有高熱傳導(dǎo)率的硅(Si)、鍺(Ge)或砷化鎵(GaAs)制成的金屬和半導(dǎo)體襯底，代替具有低熱傳導(dǎo)率的藍(lán)寶石襯底，具有高的電流散布(current spreading)，S卩，高的電流均勻性，以及改善的熱學(xué)特性，而不增加發(fā)光面積。另外，該LED具有減小的尺寸，并因而每晶片的LED的數(shù)量得以增加。<第二實(shí)施例>下面將參考

本發(fā)明第二實(shí)施例。如圖11中所示，在襯底10的上表面上，形成利用例如二氧化硅(SiO2)或氮化硅 (SiNx)的介質(zhì)材料的介質(zhì)層30。襯底10可以是由藍(lán)寶石(Al2O3)、硅(Si)、碳化硅(SiC)或鋁酸鋰(LiAlO2)制成的不同種類的襯底，或者也可以是由氮化鎵(GaN)制成的相同種類的襯底。該氮化鎵襯底10利用氫化物氣相外延(HVPE)方法來形成。利用HVPE方法，獲得具有適當(dāng)厚度的高質(zhì)量氮化鎵襯底10?？梢栽谝r底10上直接生長介質(zhì)層31，或者可以在緩沖層20上生長該介質(zhì)層31， 而該緩沖層20通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相外延(MOCVD)、分子束外延(MBE)或氫化物氣相外延 (HVPE)方法生*hxAlyGaa_y_x)N(0彡(x，y) ( 1)至指定的厚度而得到。下面，將說明在緩沖層20上形成的介質(zhì)層31的結(jié)構(gòu)。該介質(zhì)材料層31是通過利用等離子增強(qiáng)氣相淀積(PECVD)方法或者利用淀積設(shè)備如濺射機(jī)，淀積介質(zhì)材料，比如二氧化硅(SiO2)或者氮化硅(SiNx),在襯底10或緩沖層 20上來形成的。
將光刻膠33施加到介質(zhì)層31的上表面。由此，如圖12中所示，介質(zhì)層31具有圖 32 ο具有圖案32的介質(zhì)層31形成掩模層30，其允許在具體選擇的區(qū)域上生長氮化鎵半導(dǎo)體。這里，介質(zhì)層31的圖案32是通過光刻形成的。如圖12中所示，圖案32可以具有從下列圖形構(gòu)成的組中選擇的一種平面圖形圓形和包括矩形、六邊形、八邊形、十二邊形、二十四邊形的多邊形等等。圖13示出掩模層30的圖案32的剖面結(jié)構(gòu)。掩模30的多邊形圖案32用作來根據(jù)圖案32的形狀，在緩沖層20上形成具有特定多邊形柱(pillar)形狀的氮化鎵半導(dǎo)體模板(template)。圖案32是通過干法刻蝕或濕法刻蝕形成的。在通過將部分的介質(zhì)層31從發(fā)光器件區(qū)域去除而形成圖案32后，通過HVPE方法利用導(dǎo)電半導(dǎo)體在圖案32上生長具有厚度1 300 μ m的模板結(jié)構(gòu)。用作為模板結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40使用η-型氮化鎵半導(dǎo)體層，并且優(yōu)選具有 10 100 μ m的厚度。利用HVPE方法的上述薄膜生長具有大約每小時(shí)50 μ m的生長速度，并且有利于生長相對厚的層，例如導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40。一般的，導(dǎo)電型半導(dǎo)體層(conductive semiconductor layer)40具有與掩模層30 的圖案32的平面形狀相同的水平剖面形狀。然而，通過改變導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40的生長條件，導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40可以具有與掩模層30的圖案32的平面形狀不同的水平剖面形狀。在生長期間，通過改變生長速度、壓力、成分的混合比、V/III比(即，V族材料例如氮(N)與III族材料例如鎵(Ga)的比)、生長時(shí)間以及生長溫度。例如，如圖14中所示，導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40(其生長在具有比六邊形更少的多邊形平面形狀的圖案32上)可以具有比八邊形更多的多邊形剖面形狀。進(jìn)而，如圖15中所示，導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40(生長在具有六邊形平面形狀的圖案32 上的)可以具有十二邊形的剖面形狀。圖14和15是分別生長在掩模層30上的導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40的掃描電鏡(SEM)圖像。與導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40的矩形或六邊形剖面形狀(sectional shape)相比，當(dāng)LED 發(fā)光時(shí)，導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40的上述比八邊形更多的多邊形剖面形狀降低了光的內(nèi)部全反射的概率，從而提高了光抽取效率。在導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40具有比八邊形更多的多邊形剖面形狀的情況下，其能夠提高LED的光抽取效率。更優(yōu)選的，導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40具有圓形剖面形狀或橢圓形狀。然而， 優(yōu)選的，考慮到導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40的形成過程，導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40具有在八邊形到二十四邊形的范圍內(nèi)的多邊形剖面形狀。在具有比矩形更多的多邊形剖面形狀的導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40上形成的結(jié)構(gòu)具有與導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40的剖面形狀基本相同的剖面形狀。在作為氮化物模板的導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40生長在受限的圖案32上的情況下，導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40的側(cè)表面由于其晶體特性而形成傾角。該傾角被確定在35 65°的范圍內(nèi)。通過改變上述生長條件可以調(diào)節(jié)該傾角。如圖16中所示，利用MOCVD方法在導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40上生長包括多個半導(dǎo)體層的發(fā)光器件結(jié)構(gòu)。如圖16中所示，用作為氮化物模板的導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40的側(cè)表面具有大約35 65°的傾角(θ )，并且優(yōu)選地與水平面成53 56°。之后，在導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40上順序地形成采用GaN的η_型半導(dǎo)體層51、有源層 52以及ρ-型半導(dǎo)體層53。這里，該η-型半導(dǎo)體層51、有源層52以及ρ-型半導(dǎo)體層53可以以相反的次序形成。也就是說，可以在導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40上順序地形成ρ-型半導(dǎo)體層53、有源層52以及 η-型半導(dǎo)體層51。在此情況下，導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40采用ρ-型半導(dǎo)體層。特別的，發(fā)光器件結(jié)構(gòu)50使用基于氮化鎵的半導(dǎo)體。在此情況下，有源層52具有 hfeiN/feiN量子阱(QW)結(jié)構(gòu)。另外，也使用其他材料來作為有源層52，例如MGaN和AlInGaN。當(dāng)將電場施加到有源層52時(shí)，基于電子-空穴對復(fù)合從有源層52產(chǎn)生光。另外，有源層52可以具有多量子阱(QW)結(jié)構(gòu)，其具有多個上述的量子阱(QW)。在發(fā)光器件結(jié)構(gòu)50上形成ρ-型電極60。這里，該ρ-型電極60是歐姆電極。在該P(yáng)-型電極60上，形成用于發(fā)射從有源層52產(chǎn)生的光來將該光發(fā)射到外部的反射電極 70。根據(jù)對該ρ-型電極60以及反射電極70的材料的選擇，一個電極可以作為該ρ-型電極60和反射電極70兩者。在反射電極70上，形成用于在分離襯底10期間支持該發(fā)光器件結(jié)構(gòu)50的支撐層 80?？梢酝ㄟ^將一半導(dǎo)體襯底(如硅(Si)、砷化鎵(GaAs)或鍺(Ge)，或者金屬襯底， 例如Cu或W)接合到反射電極70的上表面來形成支撐層80。另外，可以通過將反射電極 70的上表面鍍以金屬(比如鎳(Ni)或銅(Cu))來形成該支撐層80。在支撐層80由金屬制成的情況下，為了增加支撐層80對反射電極70的粘合力， 可以使用籽晶(seed)金屬。從而，獲得如圖16中所示的發(fā)光器件結(jié)構(gòu)50。之后，去除襯底10、緩沖層20以及掩模層30。在襯底10、緩沖層20和掩模層30被去除的條件下，整個結(jié)構(gòu)被保留，并且在經(jīng)過上述去除過程而露出的導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40的外表面上形成η-型電極90。從而，獲得如圖 17中所示的具有垂直結(jié)構(gòu)的LED。由于如上所述，整個結(jié)構(gòu)被保留，因此導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40的上表面和側(cè)表面以 53 56°相交?？梢酝ㄟ^激光剝離過程利用激光去除襯底10，或者可以通過刻蝕來化學(xué)地去除襯底10。在襯底10的去除期間，支撐層80支撐發(fā)光器件結(jié)構(gòu)50。通過干法刻蝕或濕法刻蝕去除緩沖層20和掩模層30。之后，對露出的導(dǎo)電型半導(dǎo)
10體層40化學(xué)地或機(jī)械地進(jìn)行表面拋光。如上制造的具有垂直結(jié)構(gòu)的LED，與常規(guī)的具有水平結(jié)構(gòu)的LED相比，通過利用金屬和由具有高熱傳導(dǎo)率的硅(Si)、鍺(Ge)或砷化鎵(GaAs)制成的半導(dǎo)體襯底，代替具有低熱傳導(dǎo)率的藍(lán)寶石襯底，從而具有改善的電流分布，即，改善的電流均勻性，以及改善的發(fā)光特性。如上所述，在利用由例如二氧化硅(Sit)》或氮化硅(SiNx)的介質(zhì)薄膜制成的掩模層30的采用選擇區(qū)域生長(SAG)的晶體生長中，根據(jù)生長條件和晶向(crystal orientation)利用模板的形狀而獲得上述截頂式倒金字塔結(jié)構(gòu)。作為該模板的導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40具有越多的多邊剖面形狀，LED的光抽取效率就越高。在將具有矩形剖面形狀的半導(dǎo)體層的LED與具有六邊形形狀的半導(dǎo)體層的LED相互比較的實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)證明了這一事實(shí)。優(yōu)選的，作為模板的導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40，考慮到有關(guān)的條件，例如GaN材料的反射系數(shù)和空氣中的反射系數(shù)，具有大約55°的角度。當(dāng)導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40的上表面和側(cè)表面以53 56°角度相交時(shí)，如上所述，顯著地提高了 LED的光抽取效率。因此，利用掩模層30的圖案32的形狀以及上述各種生長變量參數(shù)，可以調(diào)節(jié)導(dǎo)電型半導(dǎo)體層40的晶面的生長速率和生長方向。其結(jié)果是，能夠生成具有各種形狀的模板。 進(jìn)而，將LED開發(fā)成用于使光抽取效率最大化的結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，本發(fā)明中可以進(jìn)行各種修改和變化，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明意圖覆蓋落在所附權(quán)利要求和其等效范圍內(nèi)的本發(fā)明的修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種制造發(fā)光二極管的方法，包括在襯底上形成具有第一表面的基于GaN的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有多層結(jié)構(gòu)，其中，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括具有帶傾角的側(cè)表面的導(dǎo)電半導(dǎo)體層； 在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第二表面上形成第一電極； 在所述第一電極上形成支撐層； 分離所述襯底；以及在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的所述第一表面上形成第二電極， 其中，通過氫化物氣相外延方法形成所述導(dǎo)電半導(dǎo)體層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在所述襯底上形成掩模層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，形成所述掩模層包括 在所述襯底上形成介電層；以及將所述介電層圖案化為圓形或者多邊形形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述導(dǎo)電半導(dǎo)體層的水平截面形狀基本上與所述介電層的所述圓形或者多邊形形狀相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述導(dǎo)電半導(dǎo)體層的水平截面形狀與所述介電層的多邊形形狀相比具有更多的邊。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述介電層包括氧化硅或者氮化硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成所述第一電極包括 在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成電觸點(diǎn)；以及在所述電觸點(diǎn)上形成反射電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在所述第一電極上形成籽晶金屬。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括多個半導(dǎo)體層，所述多個半導(dǎo)體層包括在所述導(dǎo)電半導(dǎo)體層上的η-型半導(dǎo)體層； 在所述η-型半導(dǎo)體層上的發(fā)光層；以及在所述發(fā)光層上的P-型半導(dǎo)體層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述多個半導(dǎo)體層是通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積方法形成的。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述導(dǎo)電半導(dǎo)體層用作用于形成所述多個半導(dǎo)體層的模板結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述導(dǎo)電半導(dǎo)體層具有1 300μ m的厚度。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述導(dǎo)電半導(dǎo)體層的所述側(cè)表面被配置為降低從所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)發(fā)出的光的內(nèi)部全反射的概率，從而提高所述二極管的光抽取效率。
14.一種具有垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，包括 支撐層；在所述支撐層上的第一電極，所述第一電極包括電觸點(diǎn)和在所述電觸點(diǎn)上的反射電極；在所述第一電極上的具有第一表面的基于GaN的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有多層結(jié)構(gòu)，其中，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括具有帶傾角的側(cè)表面的導(dǎo)電半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第二表面上的第二電極，其中，所述導(dǎo)電半導(dǎo)體層的所述側(cè)表面被配置為降低從所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)發(fā)出的光的內(nèi)部全反射的概率，從而提高所述二極管的光抽取效率。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光二極管，其中，所述導(dǎo)電半導(dǎo)體層的所述傾角是所述導(dǎo)電半導(dǎo)體層的上表面和所述側(cè)表面之間的夾角，其在35 65°的范圍之內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光二極管，其中，所述導(dǎo)電半導(dǎo)體層的所述傾角是所述導(dǎo)電半導(dǎo)體層的上表面和所述側(cè)表面之間的夾角，其在53 56°的范圍之內(nèi)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光二極管，其中，所述基于GaN的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括多個半導(dǎo)體層，所述多個半導(dǎo)體層包括在所述第一電極上的P-型半導(dǎo)體層； 在所述P-型半導(dǎo)體層上的有源層；和在所述有源層上的η-型半導(dǎo)體層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的發(fā)光二極管，其中，所述導(dǎo)電半導(dǎo)體層的所述傾角使所述導(dǎo)電半導(dǎo)體層的上表面大于所述導(dǎo)電半導(dǎo)體層的接觸所述多個半導(dǎo)體層的表面。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光二極管，其中，所述導(dǎo)電半導(dǎo)體層具有1 300μπι的厚度。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光二極管，其中，所述導(dǎo)電半導(dǎo)體層具有10 100μ m的厚度。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光二極管，其中，所述支撐層包括硅、砷化鎵、鍺、金屬襯底以及包括金屬的襯底中的至少一種。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光二極管，其中，所述支撐層包括鎳或者銅。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光二極管，進(jìn)一步包括布置在所述支撐層和所述第一電極之間的籽晶金屬。
24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光二極管，其中，所述導(dǎo)電半導(dǎo)體層被配置為將來自所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的光發(fā)射穿過所述導(dǎo)電半導(dǎo)體層的上表面。
25.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光二極管，其中，所述支撐層、所述第一電極、所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和所述第二電極中的至少一個具有矩形或者多邊形的水平截面形狀，所述多邊形具有多于4個角。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管及其制造方法，本發(fā)明公開一種具有垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管(LED)及其制造方法。該具有垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管(LED)包括支撐層；在該支撐層上形成的第一電極；在該第一電極上形成的多個半導(dǎo)體層；導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，其形成在該多個半導(dǎo)體層上，并且設(shè)置有具有指定角度的傾角的外表面；以及在該導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上形成的第二電極。
文檔編號H01L33/32GK102157644SQ20111009468
公開日2011年8月17日 申請日期2006年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月15日
發(fā)明者崔在完, 張峻豪, 曹賢敬, 羅鐘浩, 金鐘旭 申請人:Lg伊諾特有限公司, Lg電子株式會社