發光二極體和用於製造該發光二極體的方法
2023-05-12 05:53:26
專利名稱：發光二極體和用於製造該發光二極體的方法
技術領域：
本發明涉及發光二極體，更具體而言，涉及能夠實現發光效能(luminous efficacy)的提高的發光二極體和用於製造該發光二極體的方法。
背景技術：
一般而言，發光二極體(LED)是被施以電流時發光的裝置。這種LED利用化合物半導體的特性將電轉換成光。已知LED通過低電壓時的高發光度而呈現極好的節能效果。 最近，LED中涉及的亮度問題已經大為減小。因此，LED正被應用於諸如液晶顯示裝置的背光單元、廣告顯示板、指示器、家用電器等各種用具。特別地，基於GaN的LED被強調為下一代光源，因為它們產生紅外光或包括紅外光的寬光發射譜，所以它們可以用於各種目的，並且它們不包括諸如砷(As)和汞(Hg)的對環境有害的物質。圖IA是例示普通LED的立體圖。圖IB是沿著圖IA中的線A-A'截取的橫斷面圖。圖2是例示在普通LED內發生的全反射的截面圖。如圖IA和IB所示，普通LED包括基板100、形成在基板100之上(over)的緩衝層110、形成在緩衝層110之上的第一半導體層130、形成在第一半導體層130的一部分上 (on)的有源層140、以及形成在有源層140之上的第二半導體層150。LED還包括利用透明導電材料形成在第二半導體層150上的歐姆接觸層160、形成在第一半導體層130的未形成有源層的另一部分的第一電極焊盤、以及形成在歐姆接觸層160上的第二電極焊盤170。當從有源層140產生的光的一部分以不小於臨界角的入射角入射到具有某一折射率的另一層上時，在上述普通LED中，入射光在該另一層中全反射，使得它局限在裝置內。例如，當光以不小於臨界角的入射角入射到基板100上時，光在基板100中全反射，使得它不能通過基板100的邊界表面。結果，光可能局限在裝置內。局限在裝置內的光在層之間重複反射之後逐漸消失。因此，發生發光效能的降低。
發明內容
因此，本發明致力於一種發光二極體和用於製造該發光二極體的方法，其基本上消除了因相關技術的限制和缺點帶來的一個或更多個問題。本發明的目的是提供一種發光二極體，其能夠最小化在裝置內發生的光的全反射，由此實現發光效能的提高，並且還提供用於製造該發光二極體的方法。本發明的附加優點、目的和特徵將在下面的描述中部分闡述，並且本領域技術人員在研究下文後部分將變得明顯，或可以通過本發明的實踐來獲知。通過書面的說明書及其權利要求以及附圖中特別指出的結構可以實現和獲得本發明的目的和其他優點。為了實現這些和其他優點，按照本發明的目的，如這裡實施和廣義描述的，一種發光二極體，所述發光二極體包括基板，所述基板在其表面設置有多個突起；形成在所述基板的整個表面之上的緩衝層；形成在所述緩衝層之上的第一半導體層；形成在所述第一半導體層的一部分上的有源層；形成在所述有源層之上的第二半導體層；形成在所述第一半導體層的除形成所述有源層的部分之外的另一部分上的第一電極焊盤；以及形成在所述第二半導體層上的第二電極焊盤，其中所述突起中的每個具有以第一角度從所述基板的表面傾斜的一側面、以及以不同於所述第一角度的第二角度從所述基板的表面傾斜的另一側面。所述突起中的每個可以具有這樣的橫斷面該橫斷面具有彎曲或多邊形狀。每個突起的側面可以是該突起的最鄰近所述基板的側面，並且所述第一角度和所述第二角度的範圍可以為45°至90°。所述第一角度可以大於所述第二角度。所述突起還可以形成在所述緩衝層的表面、所述第一半導體層的表面、以及所述第二半導體層的表面上。所述緩衝層和所述第一半導體層中的每個可以具有傾斜表面以具有向上增加的面積。所述緩衝層和所述第一半導體層中的每個的傾斜表面可以相對於所述基板的表面形成10°至90°的第三角度。在本發明的另一方面中，一種用於製造發光二極體的方法，所述方法包括蝕刻基板的表面，以形成多個突起；蝕刻所述突起，使得所述突起中的每個具有以第一角度從所述基板的表面傾斜的一側面、以及以不同於所述第一角度的第二角度從所述基板的表面傾斜的另一側面；在形成有突起的基板之上形成多個氮化物半導體層；以及在所述多個氮化物半導體層中的至少一個上形成多個電極焊盤。所述蝕刻所述突起可以使用利用掩模的幹法蝕刻方法。所述幹法蝕刻方法可以使用選自Cl2、BC13、HCl、CCl4和SiCl4的含Cl蝕刻氣體、 或HBr蝕刻氣體。掩模可以具有位於其中央部分的開口區域以及形成在中央部分和環繞中央部分的外圍部分之間的傾斜表面。所述形成多個氮化物半導體層可以包括在所述基板的整個形成有突起的表面之上形成緩衝層；在所述緩衝層之上形成第一半導體層；在所述第一半導體層上形成具有多量子阱結構的有源層；以及在所述有源層之上形成第二半導體層。所述形成多個電極焊盤可以包括在所述第二半導體層上形成歐姆接觸層；去除所述第二半導體層的一部分和所述有源層的一部分，以露出所述第一半導體層的一部分； 在所述第一半導體層的露出部分上形成第一電極焊盤；以及形成第二電極焊盤以接觸所述歐姆接觸層的一部分。該方法還可以包括傾斜地蝕刻所述多個氮化物半導體層的側面，使得所述氮化物半導體層中的每個具有向上增加的面積。所述傾斜地蝕刻可以使用電感耦合等離子體(ICP)方法和反應離子蝕刻(RIE)方法的組合，並且被提供以執行RIE方法的電功率可以高於被提供以執行ICP方法的電功率。所述傾斜地蝕刻還可以包括形成鈍化膜以覆蓋所述多個氮化物半導體層的表面和所述電極焊盤的表面。
可以執行所述蝕刻所述突起，使得所述突起中的每個具有這樣的橫斷面該橫斷面具有彎曲或多邊形狀。可以執行所述蝕刻所述突起，使得每個突起的側面是該突起的最鄰近所述基板的側面，並且所述第一角度和所述第二角度的範圍為45°至90°。可以執行所述蝕刻所述突起，使得所述第一角度大於所述第二角度。根據本發明的發光二極體可以具有以下效果。首先，因為在基板處形成突起，所以以不小於臨界角的角度入射的光可以經由突起在通過基板的邊界表面之後向外發射。因此，可以實現發光效能的提高。特別地，每個突起具有以第一角度從基板的表面傾斜的一側面和以不同於第一角度的第二角度從基板的表面傾斜的另一側面，使得通過突起發射的光朝一側聚集。因而，即使當從有源層發射的光以不小於臨界角的入射角入射到基板上時，也可以實現光提取效率的提高，因為光在通過突起而朝一側聚集之後向外發射。其次，因為形成在基板之上的緩衝層和第一半導體層中的每個由於其側面蝕刻為具有傾斜表面而具有向上增加面積的多邊橫斷面，所以入射在緩衝層和第一半導體層上的光可以在以小於臨界角的角度反射之後向外發射。因而，可以實現發光二極體的發光效能的提高。應當理解，本發明的上述一般描述和下述詳細描述是示例性和說明性的，並且旨在提供所要求保護的本發明的進一步解釋。
附圖被包括以提供對本發明的進一步理解，並結合到本說明書中並且構成本說明書的一部分，附圖示出了本發明的實施方式，並且與說明書一起用於解釋本發明的原理。在附圖中圖IA是例示普通發光二極體(LED)的立體圖；圖IB是沿著圖IA中的線A-A'截取的橫斷面圖；圖2是例示在普通LED內發生的全反射的截面圖；圖3是例示根據本發明的第一實施方式的LED的截面圖；圖4是例示從圖3中示出的基板和突起反射光的截面圖；圖5A是示意在測量分布有突起的基板區域中的發光效能之後獲得的數據的圖示；圖5B是示意在測量分布有突起的基板區域中的光的波長之後獲得的數據的圖示；圖6是例示用於製造根據本發明的第一實施方式的LED的方法的流程圖；圖7A至7E分別是例示圖6中示出的LED製造方法的連續工藝的截面圖；圖8是例示根據本發明的第二實施方式的LED的截面圖；圖9是沿著圖8中的線A-A'截取的橫斷面圖；圖10是例示從圖9中的區域B反射光的截面圖；圖11是示意常規LED中的緩衝層和根據本發明的LED中的緩衝層的取向角分布的圖示；
圖12是示出常規LED和根據本發明的LED的光效率的表格；圖13是例示用於製造根據本發明的第二實施方式的LED的方法的流程圖；圖14A和14B分別是例示圖13中示出的LED製造方法的連續工藝的截面圖。
具體實施例方式下面將詳細參照本發明的優選實施方式，在附圖中例示了這些優選實施方式的示例。在可能的情況下，在整個附圖中將使用相同的附圖標記表示相同或類似的部件。第一實施方式圖3是例示根據本發明的第一實施方式的發光二極體(LED)的截面圖。圖4是例示從圖3中示出的基板和突起反射光的截面圖。圖5A和5B分別是示意在測量分布有突起的基板區域中的發光效能之後獲得的數據和在測量分布有突起的基板區域中的光的波長之後獲得的數據的圖示。如圖3所示，根據本發明的第一實施方式的LED包括基板200，在其表面設置有突起200a ；第一緩衝層210和第二緩衝層220，順序形成在基板200的整個上表面之上；第一半導體層230，形成在第二緩衝層220之上；有源層M0，形成在第一半導體層230的一部分上；以及第二半導體層250，形成在有源層240之上。該LED還包括形成在第二半導體層 250之上的歐姆接觸層沈0、形成在第一半導體層230的除形成有源層240的部分之外的部分上的第一電極焊盤觀0、以及形成在歐姆接觸層260之上的第二電極焊盤270。每個突起200a具有以銳角(即第一角度θ 1)從基板200的表面傾斜的一側面、 以及以不同於第一角度θ 1的銳角(即第二角度θ 2)從基板200的表面傾斜的另一側面。基板200由諸如藍寶石(Al2O3)、氮化鋁(AlN)、氮化鎵(GaN)或碳化矽(SiC)的透明絕緣材料製成。特別地，基板200可以由藍寶石製成。藍寶石基板是具有六角菱形 (Hexa-Iihombo) R3c對稱性的晶體。藍寶石基板具有C面(0001)、A面(1120)和R面(1102)， 並且在c軸取向上具有13.001A的晶格常數而在a軸取向上具有4.765A的晶格常數。藍寶石基板的C面允許在其之上相對容易地生長氮化物膜，並且即使在高溫下也較穩定。如上所述，在普通LED中，可能存在以下問題當光以不小於臨界角的入射角入射到基板上時，它在基板中全反射，使得它不能通過基板的邊界表面，因而被局限在裝置內。 包含在裝置內的光在層之間重複反射之後逐漸消失。因此，發生發光效能的降低。為此，根據本發明的所述實施方式的LED設置有形成在基板200的表面上的多個突起200a，以實現裝置的發光效能的提高。儘管突起200a規則地分布並且具有相同的形狀，但它們可以不規則地分布。而且，相鄰的突起200a可以在一個點或一個表面處結合。突起200a向上反射在從有源層240產生之後朝基板200行進的光，使得反射的光向外發射。突起200a還使以不小於臨界角的入射角入射到基板200上的光向裝置的外部發射，以防止入射光被局限在基板200內。特別地，突起200a可以具有這樣的橫斷面該橫斷面具有諸如三角形或方形的多邊形狀。因為每個突起200a的一個表面從基板200的表面成銳角傾斜的第一角度θ 1不同於突起200a的另一表面從基板200的表面成銳角傾斜的第二角度θ 2，所以通過突起200a 發射的光朝一側聚集，如圖4所示。突起200a的相對於基板200的表面分別以第一角度θ 1和第二角度θ 2傾斜的表面是最鄰近基板200的側面。第一角度θ 1和第二角度θ 2的範圍為45°至90°。而且，第一角度θ 1大於第二角度θ 2。參考圖5Α和5Β，可以看出，基板在其分布有突起的部分處呈現最大發光效能，並且在基板的分布有突起的部分處，光呈現最接近450nm的波長。因而，根據本發明的所述實施方式，可以實現光提取效率的提高，因為在有源層240中產生之後入射到基板200上的光在通過突起200a朝一側聚集之後向外發射。再次參考圖3，形成第一緩衝層210，以使得能夠在基板200之上合適地生長由氮化物半導體製成的層，即，第二緩衝層220、第一半導體層230、有源層240和第二半導體層 250。第一緩衝層210介於基板200和第二緩衝層220之間。第一緩衝層210由與氮化物半導體具有類似特性的材料(例如二氧化矽(SiO2))製成。第二緩衝層220設置在基板200和第一半導體層230之間，以便消除由基板200 和由η型氮化物半導體(n-GaN)製成的第一半導體層230的不同晶格常數和不同熱膨脹係數造成的不利影響。特別地，利用通過無摻雜氮化物半導體的生長形成第二緩衝層220、然後在第二緩衝層220之上生長η型氮化物半導體的方法，可以提高η型氮化物半導體的結晶性。第一半導體層230由通過添加諸如Si、Ge、Se、Te或C的雜質而具有導電性的η型氮化物半導體(n-GaN)製成。AWaN和(ialnN是代表性η型氮化物半導體。有源層240是其中根據電子和空穴的複合產生光的層。有源層240具有包括勢壘和阱層的多量子阱(MQW)結構(InGaN-GaN)，以發射350至550nm的波長帶的光。LED發射的光的波長帶根據氮化物半導體的成分(InGaN和GaN)確定。第二半導體層250由通過添加諸如Mg、Zn或Be的雜質而具有導電性的ρ型氮化物半導體(p_GaN)製成。AWaN和 GaInN是代表性ρ型氮化物半導體。歐姆接觸層260接觸由ρ型氮化物半導體(P-GaN)製成的第二半導體層250。歐姆接觸層沈0由諸如ZnO或氧化銦錫(ITO)的透明導電材料製成。歐姆接觸層260實現了電流效率的提高以及有源層MO中產生的光的容易的向外發射，因為電流可以通過歐姆接觸層260廣泛地分布在第二半導體層250中。第一電極焊盤觀0由選自Ni、Au、Pt、Ti、Al及其合金的金屬製成。第一電極焊盤 280形成為接觸根據歐姆接觸層沈0、第二半導體層250和有源層240的部分去除而露出的第一半導體層230的一部分。第二電極焊盤270由選自Ni、Au、Pt、Ti、Al及其合金的金屬製成。第二電極焊盤270形成為接觸歐姆接觸層沈0的一部分。在根據本發明的第一實施方式的LED中，即使當從有源層240發射的光以不小於臨界角的入射角入射到基板200上時，也能實現光提取效率的提高，因為光在通過突起 200a朝一側聚集之後向外發射。同時，儘管沒有示出，但突起200a也可以形成在第一緩衝層210、第二緩衝層220、第一半導體層230和第二半導體層250的表面上。此後，將參考附圖詳細描述用於製造根據本發明的第一實施方式的LED的方法。圖6是例示用於製造根據本發明的第一實施方式的LED的方法的流程圖。圖7A 至7E分別是例示圖6中示出的LED製造方法的連續工藝的截面圖。如圖6所示，用於製造根據本發明的第一實施方式的LED的方法包括在基板的表面上形成多個突起的工藝(S100)、在基板的形成有突起的表面之上形成多個氮化物半導體層的工藝(SllO)、以及在氮化物半導體層的最上面一層上形成電極焊盤的工藝(S120)。在基板的表面上形成多個突起的工藝SlOO包括在基板的表面上形成突起，以及蝕刻突起，使得每個突起具有以第一角度θ 1從基板的表面傾斜的一側面、以及以不同於第一角度θ 1的第二角度θ 2從基板的表面傾斜的另一側面。在基板的表面上形成突起的工藝中，首先利用光刻方法、剝離方法或納米注入方法在基板的表面上形成掩模。此後，利用掩模蝕刻基板的表面。利用幹法蝕刻方法執行蝕亥丨J，在幹法蝕刻中，使用HBr或諸如C12、BC13、HCl、CCl4或SiCl4的Cl基蝕刻氣體。在光刻方法中，在基板之上沉積聚合物、SiOx, SixNy或金屬，然後在其上塗覆光致抗蝕劑。光致抗蝕劑經受曝光和顯影工藝，以對形成在基板之上的聚合物、SiOx、SixNY或金屬進行構圖。此後，利用經構圖的聚合物、SiOx, SixNY或金屬作為掩模蝕刻基板，以形成突起。在剝離方法中，首先在基板之上塗覆光致抗蝕劑。然後對光致抗蝕劑進行構圖。此後，在基板之上沉積聚合物、SiOx, SixNY或金屬，然後從其去除光致抗蝕劑。利用剩餘的聚合物、SiOx, SixNy或金屬作為掩模，蝕刻基板以形成突起。在納米注入方法中，首先在基板之上塗覆光致抗蝕劑。然後通過模具擠壓光致抗蝕劑以對其進行構圖。利用經構圖的光致抗蝕劑作為掩模，蝕刻基板的表面，以形成突起。參考圖7A，根據幹法蝕刻方法執行蝕刻每個突起的工藝，在幹法蝕刻方法中，掩模 290a具有位於其中央部分的開口區域以及形成在中央部分和環繞中央部分的外圍部分之間的傾斜表面。參考圖7B，在掩模^Oa的開口區域^Ob處形成HBr或Cl基蝕刻氣體的湍流。通過蝕刻氣體蝕刻突起200a，使得它具有朝向一側傾斜的形狀。因此，如圖7C所示，突起200a具有以銳角(即第一角度θ 1)從基板200的表面傾斜的一側面、以及以不同於第一角度θ 1的銳角(即第二角度θ 2)從基板200的表面傾斜的另一側面。在這種情況下，突起200a的相對於基板200的表面分別以第一角度Θ1和第二角度θ 2傾斜的表面是最鄰近基板200的側面。為了在上述幹法蝕刻工藝之後去除副產品(by-products)，可以進一步執行利用HF、HKH2SO4, HNO3或H3PO4的溼法蝕刻工藝。參考圖7D，在包括多個突起的基板之上形成多個氮化物半導體層的工藝SllO中， 順序形成第一緩衝層210、第二緩衝層220、第一半導體層230、有源層240和第二半導體層 250。可以利用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、液相外延、氫化物氣相外延或分子束外延形成多個氮化物半導體層，即第二緩衝層220、第一半導體層230、有源層240和第二半導體層250。特別地，可以利用MOCVD形成多個氮化物半導體層。例如，第二緩衝層220可以由無摻雜氮化物半導體層(例如，無摻雜GaN層)形成。 第一半導體層230可以由摻雜有Si的η型氮化物半導體層(例如n-GaN層)形成。有源層240可以由具有例如包括5層的MQW結構的氮化物半導體層(例如，InGaN-GaN層)形成。第二半導體層250可以由摻雜有Mg的ρ型氮化物半導體層(例如p-GaN)形成。形成電極焊盤的工藝S120包括利用透明導電材料形成歐姆接觸層，形成第二電極焊盤以接觸歐姆接觸層的一部分，去除歐姆接觸層、第二半導體層和有源層的一部分以露出第一半導體層的一部分，以及在第一半導體層的露出部分上形成第一電極焊盤。
參考圖7E，利用諸如ZnO或ITO的透明導電材料在第二半導體層250上形成歐姆接觸層沈0。部分地去除第二半導體層250和有源層MO以露出第一半導體層230的一部分。此後，利用選自Ni、Au、Pt、Ti、Al及其合金的金屬形成第一電極焊盤觀0，以接觸第一半導體層130的露出部分。而且，利用選自Ni、Au、Pt、Ti、Al及其合金的金屬形成第二電極焊盤270，以接觸歐姆接觸層沈0的一部分。在根據上述方法形成的LED中，因為通過突起200a的光在朝一側聚集之後向外發射，所以實現了光提取效率的提高。第二實施方式圖8是例示根據本發明的第二實施方式的LED的立體圖。圖9是沿著圖8中的線 A-A'截取的橫斷面圖。圖10是例示從圖9的區域B反射光的截面圖。在本發明的第二實施方式中，根據第一實施方式的LED的第一緩衝層、第二緩衝層和第一導電層被橫向蝕刻，以使得能夠橫向提取可能消失在裝置內的光，因而實現LED 的發光效能的提高。如圖8和9所示，根據本發明的第二實施方式的LED(可以是氮化物半導體LED)包括基板300，在其表面設置有突起300a ；第一緩衝層310、第二緩衝層320和第一半導體層 330，分別順序形成在基板300的整個上表面之上並且在其側面具有傾斜表面；有源層340， 形成在第一半導體層330的一部分上；以及第二半導體層350，形成在有源層340之上。該 LED還包括形成在第二半導體層350之上的歐姆接觸層360、形成在第一半導體層330的除形成有源層340的部分之外的部分上的第一電極焊盤380、以及形成在歐姆接觸層360之上的第二電極焊盤370。每個突起300a具有以銳角(即第一角度θ 1)從基板300的表面傾斜的一側面、 以及以不同於第一角度θ 1的銳角(即第二角度θ 2)從基板300的表面傾斜的另一側面。 突起300a的相對於基板300的表面分別以第一角度θ 1和第二角度θ 2傾斜的表面是最鄰近基板300的側面。第一角度θ 1和第二角度θ的範圍為45°至90°。而且，第一角度θ 1大於第二角度θ 2。在根據本發明的第二實施方式的LED中，順序形成在基板300之上的第一緩衝層 310、第二緩衝層320和第一半導體層330中的每個具有多邊形結構，該多邊形結構具有向上增加面積的多邊形橫斷面，並且在其側面具有傾斜表面。第一緩衝層310、第二緩衝層 320和第一半導體層330中的每個的每個側面相對於基板300形成的角度(即第三角度 θ 3)可以是10°至90°。如圖10所示，在有源層340中產生(圖9)之後入射到第一緩衝層310的光可以在以小於臨界角的反射角被傾斜表面反射之後向外發射。儘管在圖10中僅示出第一緩衝層310，但是入射到順序形成在第一緩衝層310之上的第二緩衝層320 (圖9)和第一半導體層330 (圖9)的光也可以在被第二緩衝層320和第一半導體層330的傾斜表面反射之後向外發射。因而，儘管光入射在第一緩衝層310、第二緩衝層320和第一半導體層330上，但是因為光在通過第一緩衝層310、第二緩衝層320和第一半導體層330的傾斜表面而在方向上變化之後向外發射，所以實現了根據本發明的所示實施方式的LED的發光效能的提高。
特別地，因為第一緩衝層310、第二緩衝層320和第一半導體層330具有傾斜表面， 所以可以露出形成在基板300上的突起300a的一部分。因此，通過傾斜表面發射的光可以被露出的突起300a反射，使得可以實現發光效能的進一步提高。儘管沒有示出，基板300 的側面也可以被蝕刻為傾斜的。圖11例示了示意常規LED中的緩衝層和根據本發明的第二實施方式的LED中的緩衝層的取向角分布的圖示。圖12是示出常規LED和根據本發明的第二實施方式的LED 在假設從有源層發射IW的光時呈現的光效率的表格。在圖11中，常規LED中的緩衝層的取向角分布由虛線示意，而根據本發明的第二實施方式的LED中的緩衝層的取向角分布由實線示意。在常規LED中，難以改變光的角度， 因為緩衝層的取向角以半圓形的形式分布，如圖11所示。另一方面，在根據本發明的第二實施方式的LED中，光的角度可以容易地改變，因為由於緩衝層的側面是傾斜的，所以緩衝層的取向角不規則地分布。因而，在根據本發明的第二實施方式的LED中，甚至入射到緩衝層上的光也可以容易地向外發射。類似於緩衝層，還可以容易地改變第一半導體層中的光的角度，因為第一半導體層的側面是傾斜的。如圖12所示，假設從有源層發射IW的光，與常規LED相比，根據本發明的第二實施方式的LED呈現約3%的發光效能增加和約69%的光輸出增加。此後，將參考附圖詳細描述用於製造根據本發明的第二實施方式的LED的方法。圖13是例示用於製造根據本發明的第二實施方式的LED的方法的流程圖。圖14A 和14B分別是例示圖13中示出的LED製造方法的連續工藝的截面圖。如圖13所示，用於製造根據本發明的第二實施方式的LED的方法包括在基板的表面上形成多個突起的工藝(S200)、在基板的形成有突起的表面之上形成多個氮化物半導體層的工藝(S210)、在氮化物半導體層的最上面一層上形成電極焊盤的工藝(S220)、以及橫向蝕刻氮化物半導體層(即緩衝層和第一半導體層)的一部分的工藝(S230)。在基板的表面上形成多個突起的工藝S200、在基板的形成有突起的表面之上形成多個氮化物半導體層的工藝S210、以及在氮化物半導體層的最上面一層上形成電極焊盤的工藝S220與用於製造根據本發明的第一實施方式的LED的方法的工藝相同，因此，將不給出其描述。橫向蝕刻緩衝層和第一半導體層的工藝S230包括形成鈍化膜、橫向蝕刻緩衝層和第一半導體層、以及去除鈍化膜。利用電感耦合等離子體(ICP)方法和反應離子蝕刻(RIE)方法的組合、即RIE-ICP 方法執行蝕刻緩衝層和第一半導體層的工藝。同時，LED可能由於蝕刻氣體而損壞。為此， 如圖14A所示，利用SiO2，在LED的整個表面之上形成鈍化膜。利用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)方法形成厚度為1000至3000A的鈍化膜 390。此後，通過沉積Ni、Cr、Al、Au和Ti中的一種或更多種在鈍化膜390上形成掩模(未示出)，所得的結構然後經受RIE-ICP方法。根據RIE-ICP方法，緩衝層310和320以及第一半導體層330的側面不僅可以被各向同性蝕刻，還可以被垂直蝕刻，使得它們可以具有傾斜表面。當用於RIE以各向同性蝕刻側面的電功率高於用於ICP以垂直蝕刻側面的電功率時，側面被蝕刻為傾斜的，使得露出基板300的突起300a的一部分。隨後，去除鈍化膜390(圖14A)和掩模(未示出)。
可以通過調整用於垂直蝕刻側面的ICP功率和用於各向同性蝕刻側面的ICP功率來調整緩衝層310和320以及第一半導體層320的側面相對於基板300的角度。從上面的描述顯見，在根據本發明的每個實施方式的LED中，可以實現光提取效率的提高，因為在基板的表面上形成突起，並且突起中的每個具有以不同角度從基板的表面傾斜的側面，使得通過突起發射的光朝一側聚集。而且，緩衝層和第一半導體層在其側面具有傾斜的表面，使得入射到緩衝層和第一半導體層的光在以小於臨界角的反射角反射之後向外發射。因此，實現了 LED的發光效能的提高。對於本領域技術人員而言很明顯，在不偏離本發明的精神或範圍的條件下，可以對本發明做出各種修改和變型。因而，本發明旨在涵蓋落入所附權利要求及其等同物的範圍內的本發明的修改和變型。本申請要求2010年11月30日提交的韓國專利申請No. 10-2010-0120848的優先權，此處以引證的方式併入其全部內容，如通在此進行了完整闡述一樣。
權利要求
1.一種發光二極體，所述發光二極體包括 基板，所述基板在其表面設置有多個突起； 形成在所述基板的整個表面之上的緩衝層； 形成在所述緩衝層之上的第一半導體層；形成在所述第一半導體層的一部分上的有源層； 形成在所述有源層之上的第二半導體層；形成在所述第一半導體層的除形成所述有源層的部分之外的另一部分上的第一電極焊盤；以及形成在所述第二半導體層上的第二電極焊盤，其中所述突起中的每個具有以第一角度從所述基板的表面傾斜的一側面、以及以不同於所述第一角度的第二角度從所述基板的表面傾斜的另一側面。
2.根據權利要求1所述的發光二極體，其中所述突起中的每個具有這樣的橫斷面該橫斷面具有彎曲或多邊形狀。
3.根據權利要求1所述的發光二極體，其中每個突起的側面是該突起的最鄰近所述基板的側面，並且所述第一角度和所述第二角度的範圍為45°至90°。
4.根據權利要求3所述的發光二極體，其中所述第一角度大於所述第二角度。
5.根據權利要求1所述的發光二極體，其中所述突起還形成在所述緩衝層的表面、所述第一半導體層的表面、以及所述第二半導體層的表面上。
6.根據權利要求1所述的發光二極體，其中所述緩衝層和所述第一半導體層中的每個具有傾斜表面以具有向上增加的面積。
7.根據權利要求6所述的發光二極體，其中所述緩衝層和所述第一半導體層中的每個的傾斜表面相對於所述基板的表面形成10°至90°的第三角度。
8.一種用於製造發光二極體的方法，所述方法包括 蝕刻基板的表面，以形成多個突起；蝕刻所述突起，使得所述突起中的每個具有以第一角度從所述基板的表面傾斜的一側面、以及以不同於所述第一角度的第二角度從所述基板的表面傾斜的另一側面； 在形成有突起的基板之上形成多個氮化物半導體層；以及在所述多個氮化物半導體層中的至少一個上形成多個電極焊盤。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述蝕刻所述突起使用利用掩模的幹法蝕刻方法。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述幹法蝕刻方法使用選自C12、BC13、HC1、CC14 和SiCl4的含Cl蝕刻氣體、或HBr蝕刻氣體。
11.根據權利要求9所述的方法，其中所述掩模具有位於其中央部分的開口區域以及形成在該中央部分和環繞該中央部分的外圍部分之間的傾斜表面。
12.根據權利要求8所述的方法，其中所述形成多個氮化物半導體層包括 在所述基板的整個形成有突起的表面之上形成緩衝層；在所述緩衝層之上形成第一半導體層；在所述第一半導體層上形成具有多量子阱結構的有源層；以及在所述有源層之上形成第二半導體層。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述形成多個電極焊盤包括在所述第二半導體層上形成歐姆接觸層；去除所述第二半導體層的一部分和所述有源層的一部分，以露出所述第一半導體層的一部分；在所述第一半導體層的露出部分上形成第一電極焊盤；以及形成第二電極焊盤以接觸所述歐姆接觸層的一部分。
14.根據權利要求8所述的方法，該方法還包括傾斜地蝕刻所述多個氮化物半導體層的側面，使得所述氮化物半導體層中的每個具有向上增加的面積。
15.根據權利要求14所述的方法，其中所述傾斜地蝕刻使用電感耦合等離子體(ICP) 方法和反應離子蝕刻(RIE)方法的組合，並且被提供以執行RIE方法的電功率高於被提供以執行ICP方法的電功率。
16.根據權利要求14所述的方法，其中所述傾斜地蝕刻還包括形成鈍化膜以覆蓋所述多個氮化物半導體層的表面和所述電極焊盤的表面。
17.根據權利要求8所述的方法，其中執行所述蝕刻所述突起，使得所述突起中的每個具有這樣的橫斷面該橫斷面具有彎曲或多邊形狀。
18.根據權利要求8所述的方法，其中執行所述蝕刻所述突起，使得每個突起的側面是該突起的最鄰近所述基板的側面，並且所述第一角度和所述第二角度的範圍為45°至 90° 。
19.根據權利要求18所述的方法，其中執行所述蝕刻所述突起，使得所述第一角度大於所述第二角度。
全文摘要
發光二極體和用於製造該發光二極體的方法。公開的一種發光二極體包括基板，所述基板在其表面設置有多個突起；形成在所述基板的整個表面之上的緩衝層；形成在所述緩衝層之上的第一半導體層；形成在所述第一半導體層的一部分上的有源層；形成在所述有源層之上的第二半導體層；形成在所述第一半導體層的除形成所述有源層的部分之外的另一部分上的第一電極焊盤；以及形成在所述第二半導體層上的第二電極焊盤。每個突起具有以第一角度從所述基板的表面傾斜的一側面、以及以不同於所述第一角度的第二角度從所述基板的表面傾斜的另一側面。
文檔編號H01L33/20GK102479898SQ201110380770
公開日2012年5月30日 申請日期2011年11月25日 優先權日2010年11月30日
發明者孫秀亨 申請人:樂金顯示有限公司