發光二極體的製作方法

2024-04-01 13:23:05

本公開涉及一種發光二極體(led)。

背景技術：

如在圖7中的示意性橫截面圖中示出的，發光二極體(led)通常包括：

柱狀層壓結構20，在該柱狀層壓結構20中，層壓有第一化合物半導體層21、由化合物半導體形成的發光層23、和第二化合物半導體層22；

第一電極31，該第一電極31電連接至第一化合物半導體層21；以及

第二電極32，該第二電極32形成在第二化合物半導體層22上。注意，附圖標記11表示襯底，並且附圖標記33表示絕緣層。進一步地，近年來，已經認真地研究了應用於印表機或者顯示器的發光二極體的小型化。在該領域中的發光二極體的發光層的面積為，例如，250μm2或者更小。

順便提及，隨著發光二極體的小型化發展，在靠近柱狀層壓結構20a中的發光層23的邊緣部分的區域40中的非發光複合對發光效率存在較大的影響。此處，非發光複合是以下現象：空穴和電子被組合併且載流子在不發光的情況下產生熱量，這種現象容易在靠近發光層23的端面的區域40中發生。非發光複合的發生是由於在製造步驟中損壞了發光層23的端面，或者由於發光層23本身包括的懸掛鍵或者發光層23的端面吸收到的雜質等。隨著發光二極體的小型化，造成了以下問題：由於在靠近發光層23的端面的區域40中的非發光複合引起的非發光部分的面積的比率相對增加並且發光效率降低。

從jp2013-110374a中已知有用於解決該問題的手段。在日本特開專利申請公開中公開的發光器件包括至少靠近發光層的端面設置的並且具有比發光層大的帶隙的複合抑制結構。

引文列表

專利文獻

專利文獻1：jp2013-110374a

技術實現要素：

技術問題

在jp2013-110374a中公開的技術是有效提高發光效率的手段。然而，存在要求以下步驟的問題：貫穿整個表面形成結晶膜並且使該結晶膜氧化；以及，在形成層壓有第一化合物半導體層、由化合物半導體形成的發光層、和第二化合物半導體層的柱狀層壓結構之後，對結晶膜進行圖案化。

因此，本發明的目的是提供一種發光二極體以使得能夠提高發光效率，而不管利用簡單的步驟來製造。

問題的解決方案

根據本公開，為了實現上述目的，提供了一種發光二極體，該發光二極體包括：柱狀層壓結構，在該柱狀層壓結構中，層壓有第一化合物半導體層、由化合物半導體形成的發光層、和第二化合物半導體層的第一部分；以及第一電極，該第一電極電連接至第一化合物半導體層。在第二化合物半導體層的第一部分上形成第二化合物半導體層的第二部分，該第二化合物半導體層的第二部分與第二化合物半導體層的第一部分的邊緣部分隔開，至少在第二化合物半導體層的第二部分的頂表面上形成第二電極，以及至少從第二化合物半導體層的第二部分的頂表面和側表面輸出光。

發明的有益效果

在本公開的發光二極體中，利用第二化合物半導體層的第二部分來配置所謂的臺面結構，至少在第二化合物半導體的第二部分的頂表面上形成第二電極。因此，當電流在第二電極與第一電極之間流動時，電流在位於柱狀層壓結構的側壁附近的層壓結構的區域中不流動(或者幾乎不流動)，並且在柱狀層壓結構中的發光層的邊緣部分處不發生非發光複合(或者不常發生)，並且增強發光效率，而不管實現利用簡單的步驟來製造。進一步地，在本公開的發光二極體中，至少從第二化合物半導體層的第二部分的頂表面和側表面向外部輸出光。因此，增加從發光二極體輸出光的面積，並且因此，可以提供大大改進了光輸出的發光二極體。注意，在描述中描述的效果僅僅是示例，而不是限制性的，並且可以存在附加效果。

附圖說明

[圖1]圖1a和1b分別是第一實施例及其修改例的發光二極體的示意性橫截面圖。

[圖2]圖2是第二實施例的發光二極體的示意性橫截面圖。

[圖3]圖3是用於解釋第一實施例的發光二極體的各種參數的示意性橫截面圖。

[圖4]圖4a是示意性地示出了通過使在圖3中示出的距離l1標準化而獲得的值與發光二極體的亮度之間的關係的曲線圖，並且圖4b是示意性地示出了第二化合物半導體層的第一部分的厚度t1與發光二極體的亮度之間的關係的曲線圖。

[圖5]圖5是示意性地示出了第二電極的大小w2與驅動電壓之間的關係的曲線圖。

[圖6]圖6是第三實施例及其修改例的發光二極體的示意性橫截面圖。

[圖7]圖7是過去的發光二極體的示意性橫截面圖，用於解釋過去的發光二極體的問題。

具體實施方式

在下文中，參照附圖基於實施例來描述本公開。然而，本公開不限於實施例，並且在實施例中的各種數值和材料是示例。注意，將按照以下順序進行描述。

1.對本公開的發光二極體的描述和一般事項

2.第一實施例(本公開的發光二極體和具有第一配置的發光二極體)

3.第二實施例(第一實施例的修改例和具有第二配置的發光二極體)

4.第三實施例(第一實施例和第二實施例的修改例)

5.其它

在本公開的發光二極體中，可以使用如下形式：從發光二極體的第二化合物半導體層側向外部輸出光。進一步地，在包括這種優選形式的本公開的發光二極體中，可以使用如下形式：從發光二極體的第一化合物半導體層側向外部輸出光。即，在本公開的發光二極體中，可以使用如下形式：從發光二極體的第二化合物半導體層側向外部輸出光、從第一化合物半導體層側向外部輸出光、以及從第二化合物半導體層側和第一化合物半導體層側向外部輸出光。

在包括優選形式的本公開的發光二極體中，可以在第二化合物半導體層的第二部分的頂表面上設置第二電極，該第二電極與第二化合物半導體層的第二部分的頂表面的邊緣部分隔開。注意，為了方便起見，將具有該配置的發光二極體稱為『具有第一配置的發光二極體』。進一步地，在具有第一配置的發光二極體中，當電流在第二電極與第一電極之間流動時，至少在靠近層壓結構的側壁的區域中不發出光。

可替代地，在包括優選形式的本公開的發光二極體中，

在第二化合物半導體層的第一部分的頂表面上形成絕緣層。

第二電極由透明的導電材料形成，並且形成為從頂表面延伸至第二化合物半導體層的第二部分的側表面並且在絕緣層上。注意，為了方便起見，將具有這種配置的發光二極體稱為具『具有第二配置的發光二極體』。進一步地，在具有第二配置的發光二極體中，可以採用如下配置：第二化合物半導體層的第一部分設置有電阻增加效應結構。電阻增加效應結構指具有利用將在下面的(a)至(d)中描述的方法來形成的絕緣層(高電阻層)的結構。注意，同樣在具有第二配置的發光二極體中，可以採用如下配置：當電流在第二電極與第一電極之間流動時，至少在靠近層壓結構的側壁的區域中不發出光。進一步地，可以採用如下配置：將電流引入布線連接至在絕緣層上的第二電極的一部分。

作為形成絕緣層的材料，可以列舉出：基於siox的材料、基於siny的材料、基於sioxny的材料、ta2o5、zro2、以及al2o3。作為形成絕緣層的方法，此處可以列舉出：pvd方法(諸如，真空汽相沉積法和濺射法)、或者cvd方法。進一步地，還可以在第二化合物半導體層的第一部分的表面或者內部形成絕緣層(或者高電阻層)。具體地，例如，可以使用以下方法。

(a)在形成第二化合物半導體層時形成絕緣層(高電阻層)。

(b)在形成第二化合物半導體層時形成導電類型與第二化合物半導體層的導電類型相反的層(絕緣層或者高電阻層)。

(c)通過基於由於對第二化合物半導體層的離子注入等而造成的晶體破壞實現絕緣(具有高電阻)來形成絕緣層(高電阻層)。

(d)通過對導電類型與第二化合物半導體層的導電類型相反的材料的離子注入或者擴散(氣相擴散或者固體擴散)來形成絕緣層(高電阻層)。

進一步地，在包括優選形式和配置的本公開的發光二極體中，可以採用如下配置：在第二化合物半導體層的第一部分的頂表面上設置光提取增強效應結構。此處，光提取增強效應結構指通過向第二化合物半導體層的第一部分設置凹凸部分來提高從第二化合物半導體層的第一部分提取光的光提取效率的結構。第一部分的凹凸部分具有縮短第二化合物半導體層的電流路徑並且增加第二化合物半導體層的第一部分的電阻以及光提取效率的效果。即，可以採用以下配置：電流不流過或者幾乎不流過第一部分的凹凸部分，並且至少在靠近層壓結構的側壁的區域中不發出光。

在本公開的發光二極體中，當層壓結構的厚度方向為z方向時，在xy虛擬平面上的第二化合物半導體層的第二部分的橫截面可以具有任何形狀，並且例如，可以列舉出：圓形、方形、矩形、和多邊形。在xy虛擬平面上的柱狀層壓結構的橫截面可以是方形或者矩形。作為在xy虛擬平面上的柱狀層壓結構的橫截面面積，可以列舉出：2.5×103μm2或者更少，具體地，從1×102μm2至2.5×103μm2。

注意，根據基於另一表達的描述，本公開的發光二極體包括：

柱狀層壓結構單元，在該柱狀層壓結構單元中，層壓有第一化合物半導體層、由化合物半導體形成的發光層、和第二化合物半導體層；

第一電極，該第一電極電連接至第一化合物半導體層；以及

第二電極，在該第二電極中，

層壓結構單元具有臺面結構，

通過在厚度方向上部分地去除第二化合物半導體層來形成臺面結構，或者通過在厚度方向上選擇性地形成第二化合物半導體層來形成臺面結構，該臺面結構與柱狀層壓結構單元的邊緣部分隔開，以及

至少從形成臺面結構的第二化合物半導體層的頂表面和側表面輸出光。

在下面的描述中，為了方便起見，將層壓結構的位於第二化合物半導體層的第二部分下方的一部分稱為『層壓結構的第二部分』，並且為了方便起見，將層壓結構的位於層壓結構的第二部分外部的一部分稱為『層壓結構的第一部分』。

在包括上面提到的各種優選形式和配置的本公開的發光二極體中，當電流在第二電極與第一電極之間流動時，流過層壓結構的第二部分的電流的電流密度為j2，並且流過層壓結構的第一部分的電流的電流密度為j1，優選的是，滿足0≤j1/j2≤0.5。

注意，通過用於控制電氣特性的各種參數來控制j1/j2的值，諸如：

[a]各個化合物半導體層的電阻率、載流子密度、和載流子遷移率以及第二化合物半導體層與發光層之間的比電阻差。

[b]第二化合物半導體層的第二部分的厚度與第一部分的厚度之比(關於第二化合物半導體層的第一部分和第二部分的厚度，參考圖3中的t1和t2)。

[c]第二化合物半導體層的第二部分的邊緣部分到第一部分的投影圖像與第一部分的邊緣部分之間的距離(參考圖3中的l1)。

[d]第二電極的邊緣部分到第二化合物半導體層的第一部分的投影圖像與第一部分的邊緣部分之間的距離(參考圖3中的l2)。

[e]第二電極的大小(參考圖3中的w2)。

[f]通過向第二化合物半導體層的第一部分設置光提取增強效應結構或者電阻增加效應結構來使電流路徑變窄，即，第二化合物半導體層的第一部分的高電阻。注意，可以基於任何一個參數來實現對j1/j2的值的控制，並且還可以通過組合多個參數(包括所有組合)來實現對j1/j2的值的控制。

作為在本公開的發光二極體中形成各種化合物半導體層的化合物半導體，此處可以列舉出：基於gan的化合物半導體(包括algan混晶、alingan混晶、或者ingan混晶)、基於inn的化合物半導體、基於inp的化合物半導體、基於aln的化合物半導體、基於gaas的化合物半導體、基於algaas的化合物半導體、基於algainp的化合物半導體、基於algainas的化合物半導體、基於alas的化合物半導體、基於gainas的化合物半導體、基於gainasp的化合物半導體、基於gap的化合物半導體、以及基於gainp的化合物半導體。作為添加至化合物半導體層的n型雜質，例如有：矽(si)、硒(se)、鍺(ge)、錫(sn)、碳(c)、以及鈦(t)。作為p型雜質，例如有：鋅(zn)、鎂(mg)、鈹(be)、鎘(cd)、鈣(ca)、鋇(ba)、以及氧(o)。作為用於形成層的方法(薄膜形成方法)，存在金屬有機化學汽相沉積法(mocvd方法或者movpe方法)、金屬有機分子束外延法(mombe方法)、滷素有助於過渡或者反應的氫化物汽相外延法(hvpe方法)、等離子體輔助物理汽相外延法(ppd方法)、以及lpe方法(液相外延法)。可以通過單個化合物半導體層來形成發光層，或者發光層可以具有單量子阱結構(sqw結構)或者多量子阱結構(mqw結構)。

作為在用於形成化合物半導體層的mocvd方法中的材料，此處可以引用熟知的材料：諸如，三甲基鎵(tmg)、三乙基鎵(teg)、三甲基鋁(tma)、三甲基銦(tmi)、以及胂(ash3)，並且該材料可以是例如，氨氣和肼，作為氮源氣體。此外，例如，作為n型雜質(n型摻雜劑)，在添加矽(si)的情況下，可以使用甲矽烷(sih4)氣體作為si源。在添加硒(se)的情況下，可以使用h2se作為se源。另一方面，在添加鎂(mg)作為p型雜質(p型摻雜劑)的情況下，可以使用環戊二烯基鎂、甲基環戊二烯基鎂、或者雙環戊二烯基鎂(cp2mg)作為mg源。在添加鋅(zn)的情況下，可以使用二甲基鋅(dmz)作為zn源。注意，作為n型雜質(n型摻雜劑)，除了si和se之外，此處還可以引用：ge、sn、c、以及ti。作為p型雜質(p型摻雜劑)，除了mg和zn之外，還可以引用：cd、be、ca、ba、以及o。此外，在製造紅光發光二極體的情況下，作為要使用的材料，此處可以列舉出：三甲基鋁(tma)、三乙基鋁(tea)、三甲基鎵(tmg)、三乙基鎵(teg)、三甲基銦(tmi)、三乙基銦(tei)、膦(ph3)、胂、二甲基鋅(dmz)、二乙基鋅(dez)、h2s、硒化氫(h2se)、以及雙環戊烷二甲基鋅。

作為用於製造發光二極體的襯底(用於製造的襯底)，此處可以引用：gaas襯底、gan襯底、sic襯底、氧化鋁襯底、藍寶石襯底、zns襯底、zno襯底、aln襯底、limgo襯底、ligao2襯底、mgal2o4襯底、inp襯底、si襯底、ge襯底、gap襯底、alp襯底、inn襯底、algainn襯底、algan襯底、alinn襯底、gainn襯底、algainp襯底、algap襯底、alinp襯底、gainp襯底，並且這些襯底中的每一個在其表面(主表面)上形成有底層或者緩衝層。首先，在用於製造的襯底上設置發光二極體。然而，作為發光二極體的最終形式，此處可以引用：在用於製造的襯底上形成發光二極體的形式、以及去除用於製造的襯底的形式。在後一種情況下，可以將發光二極體附接至支撐襯底(不管導電性、絕緣性能、以及半導體)，可以固定發光二極體或者接合發光二極體。

第一化合物半導體層具有第一導電類型，並且第二化合物半導體層具有與第一導電類型相反的第二導電類型。在第一導電類型是n型的情況下，第二導電類型為p型。在第一導電類型是p型的情況下，第二導電類型為n型。在本公開的發光二極體中，具體地，此處可以引用n型作為第一導電類型以及p型作為第二導電類型。

通過在形成層壓有第一化合物半導體層、由化合物半導體形成的發光層、和第二化合物半導體層的層壓結構之後，基於熟知的光刻技術和幹法蝕刻技術或者溼法蝕刻技術的組合在厚度方向上蝕刻第二化合物半導體層的一部分來形成第二化合物半導體層的第二部分(臺面結構的形成)。在蝕刻之後剩下的第二化合物半導體層的一部分是第二化合物半導體層的第一部分，並且未蝕刻的第二化合物半導體層的其餘部分是第二化合物半導體層的第二部分。然而，第二化合物半導體層的第二部分的形成(臺面結構的形成)不限於該方法。另外，例如，還可以通過在形成層壓有第一化合物半導體層、由化合物半導體形成的發光層、和第二化合物半導體層的第一部分的層壓結構之後，選擇性地添加和形成第二化合物半導體層的第二部分來形成第二化合物半導體層的第二部分(臺面結構的形成)。為了選擇性地形成第二化合物半導體層的第二部分，可以通過熟知的光刻技術和幹法蝕刻技術或者溼法蝕刻技術的組合以及剝離技術來在第二化合物半導體層的第一部分上形成晶體生長抑制層，諸如，sio2層，並且可以使要形成第二化合物半導體層的第二部分的第一部分暴露出來。然後，通過熟知的晶體生長方法來在要形成第二化合物半導體層的第二部分的暴露出來的第一部分上選擇性地生長第二化合物半導體層，從而獲得第二部分。

當第一導電類型是n型並且第二導電類型是p型時，作為形成第二電極的透明導電材料，此處可以列舉出：氧化銦、氧化銦錫(ito，包括：摻雜有sn的in2o3、晶體ito、以及非晶ito)、氧化銦鋅(izo)、氧化銦鎵(igo)、摻雜有銦的氧化鋅鎵(igzo、in-gazno4)、ifo(摻雜有f的in2o3)、氧化錫(sno2)、ato(摻雜有sb的sno2)、fto(摻雜有f的sno2)、氧化鋅(zno，包括：摻雜有al的zno、摻雜有b的zno、以及摻雜有ga的zno)、氧化銻、尖晶石型氧化物、以及具有ybfe2o4結構的氧化物。可替代地，作為第二電極，此處可以引用：具有諸如氧化鎵、氧化鈦、氧化鈮、和氧化鎳等母層的透明導電膜。作為形成第二電極的不透明導電材料，此處可以引用：選自由鈀(pd)、鉑(pt)、鎳(ni)、鋁(al)、鈦(ti)、金(au)、和銀(ag)組成的組的至少一種金屬。第二電極可以是單層配置或者多層配置(例如，ti/pt/au)。第一電極優選地具有單層配置或者多層配置，該多層配置包括選自由金(au)、銀(ag)、鈀(pd)、鉑(pt)、鎳(ni)、鋁(al)、鈦(ti)、鎢(w)、釩(v)、鉻(cr)、銅(cu)、鋅(zn)、和銦(in)組成的組的至少一種金屬(包括合金)。例如，此處可以列舉出：ti/au、ti/al、ti/pt/au、ti/al/au、ni/au、auge/ni/au、ni/au/pt、ni/pt、pd/pt、以及ag/pd。注意，在多層配置中的「/」的更靠前的一層更多地位於發光層側。而且，在下面的描述中，這種情況是相似的。將第一電極電連接至第一化合物半導體層。可以在第一化合物半導體層上形成第一電極。當用於製造的襯底具有導電性能時，可以在用於製造的襯底上形成第一電極。針對第一電極或者第二電極(包括電極的延伸部分)，若需要，例如，可以提供具有層壓配置的多層金屬層(諸如，[粘附層(ti層或者cr層等)]/[勢壘金屬層(pt層、ni層、tiw層或者mo層等)]/[具有高附著性的金屬層(例如，au層)])的連接部分(諸如，ti層/pt層/au層)，或者接觸部分(焊盤電極)。可替代地，接觸部分(焊盤電極)優選地具有單層配置或者多層配置，該多層配置包括選自由鈦(ti)、鋁(al)、鉑(pt)、金(au)、鎳(ni)、和鈀(pd)組成的組的至少一種金屬(例如，ti/au多層配置、ti/pd/au多層配置、ti/pd/au多層配置、ti/ni/au層結構、或者ti/ni/au/cr/au)。可以通過各種pvd方法(諸如，真空汽相沉積法和濺射法)、各種cvd方法、和電鍍方法來形成第一電極、第二電極、連接部分、和接觸部分(焊盤電極)。

進一步地，在本公開的發光二極體中，可以通過以下內容的組合來增加光輸出：

[a]表面紋理結構(用於提高在光輸出表面上的光提取效率的結構，具體地，通過使光輸出表面粗糙化來提高，更具體地，通過在形成在第二化合物半導體層的第一部分的頂表面上的絕緣層的表面上設置凹凸部分來提高)

[b]光反射結構(具體地，例如，用於在第一電極上形成反射電極層的結構)

[c]諧振腔結構(具體地，用於通過調整化合物半導體層的厚度和光反射率以形成包括發光層的諧振器結構來提高發光層的發光效率的結構)

[d]非反射塗層結構，或者，可以通過採用如下來進一步提高可靠性

[e]具有絕緣膜、樹脂等的外塗層結構(具體地，用於將發光二極體與通過覆蓋具有上面提到的絕緣層或者外塗層(聚醯亞胺層、聚醯胺層、或者丙烯酸樹脂層)的發光二極體來引起發光二極體的劣化的水、液體(諸如，酸或者鹼)、或者蒸汽隔離的結構。外塗層本身可以具有非反射塗層功能。)注意，非反射塗層結構是用於在光提取表面的前表面上抑制由發光二極體內部的折射率n1與發光二極體外部的折射率n2之差產生的光返回到發光二極體中的結構。具體地，添加基於光幹涉效應的結構。即，絕緣層是具有由sio2、sin等形成的高折射率控制性的透明層，並且控制絕緣層的厚度，從而提高在光輸出表面上的光提取效率。假設絕緣層的厚度為d，絕緣層的折射率為n1，由光輸出表面的法線與行進光形成的角度為自然數(包括0)為k，並且輸出光的波長為λ0，當絕緣層的厚度d滿足時，在傳播光時產生幹涉並且可以增加光的光輻射強度。

第一電極和第二電極中的每一個可以布置在發光二極體的上或者下面，或者第一電極和第二電極兩者可以聚合併且形成在第一化合物半導體層側和第二化合物半導體層側中的任一個上。此時，可以採用能夠從具有聚合了的電極的表面提取光的結構(面朝上結構)或者能夠從不具有聚合了的電極的表面(即，在電極的相對側上的表面)提取光的結構(倒裝晶片結構或者面朝下結構)。在後一種情況下，至少從第二化合物半導體層的第二部分的頂表面和側表面輸出光，進一步地，經由第二電極。然而，可以採用以下結構：設置用於反射光的反射結構以反射光，從而將光從第一化合物半導體層側向外輸出。

例如，可以將本公開的發光二極體應用於用於接收和傳輸光信號的裝置、設備、和部件。具體地，發光二極體可以用於光耦合器、感光鼓印表機的光源、掃描器的光源、光纖的光源、光碟的光源、光學遙控器、光學測量裝置等。要安裝在安裝襯底上的發光二極體的數量為一個或者多個，並且可以根據具有發光二極體的裝置所需的規格、應用、功能等來確定安裝(布置)、間隔等。除了這些裝置之外，作為通過將發光二極體安裝在安裝襯底上而獲得的裝置，例如，此處可以引用圖像顯示裝置、背光源、以及照明裝置。作為紅光發光二極體、綠光發光二極體、和藍光發光二極體，可以使用採用了基於氮化物的iii-v族化合物半導體的二極體。作為紅光發光二極體，還可以使用採用了基於algainp的化合物半導體的二極體。進一步地，此處可以引用：用於運動傳感器等的不可見區域的紫外發光二極體(由基於氮化物的iii-v族化合物半導體形成)和紅外發光二極體(由基於algaas的或者基於gaas的化合物半導體形成)。進一步地，還可以將在布置有多個顯示裝置單元的平鋪形式的顯示裝置中的顯示裝置單元包括在通過將發光二極體安裝在安裝襯底上而獲得的裝置中。

作為安裝襯底，此處可以列舉出：半導體襯底、包括剛性印刷布線板和柔性印刷布線板的印刷襯底、以及引線框架。可替代地，作為安裝襯底，此處可以引用：在玻璃襯底上形成布線的襯底和薄膜電晶體襯底(tft襯底)(在該襯底上，形成有薄膜電晶體(tft))。進一步地，可以通過例如，粘合劑、導電漿料、焊接、或者電鍍來安裝發光二極體。

[第一實施例]

第一實施例涉及本公開的發光二極體，並且具體地涉及具有第一配置的發光二極體。

第一實施例的發光二極體，如在圖1a的示意性橫截面圖中示出的，包括：

柱狀層壓結構20，在該柱狀層壓結構20中，層壓有第一化合物半導體層21、由化合物半導體形成的發光層(有源層)23、和第二化合物半導體層22的第一部分22a；以及

第一電極31，該第一電極31電連接至第一化合物半導體層21。

進一步地，在第二化合物半導體層22的第一部分22a上形成第二化合物半導體層22的第二部分22b，該第二化合物半導體層22的第二部分22b與第二化合物半導體層22的第一部分22a的邊緣部分22a3隔開。

至少在第二化合物半導體層22的第二部分22b的頂表面22b1上形成第二電極32。

至少從第二化合物半導體層22的第二部分22b的頂表面22b1和側表面22b2輸出光。

可替代地，根據基於另一表達的描述，第一實施例的發光二極體包括：

柱狀層壓結構單元，在該柱狀層壓結構單元中，層壓有第一化合物半導體層21、由化合物半導體形成的發光層(有源層)23、和第二化合物半導體層22；

第一電極31，該第一電極31電連接至第一化合物半導體層21；以及

第二電極32。

層壓結構單元具有臺面結構。

通過在厚度方向上去除第二化合物半導體層22的一部分或者通過在厚度方向上選擇性地形成第二化合物半導體層22來形成臺面結構，並且使臺面結構與柱狀層壓結構單元的邊緣部分隔開。

至少從形成臺面結構的第二化合物半導體層22的頂表面和側表面輸出光。

第一化合物半導體層21具有第一導電類型(具體地，n型)，並且第二化合物半導體層22具有作為與第一導電類型相反的導電類型的第二導電類型(具體地，p型)。

在第一實施例的發光二極體中，從發光二極體的第二化合物半導體層側向外部輸出光。第二電極32由透明的導電材料形成，並且經由第二電極32來進一步輸出光。在發光二極體上/下面布置第一電極31和第二電極32中的每一個。

在第一實施例的發光二極體中，當層壓結構20的厚度方向為z方向時，在xy虛擬平面上的第二化合物半導體層22的第二部分22b的截面形狀為，例如，圓形。進一步地，在xy虛擬平面上的柱狀層壓結構20的橫截面形狀為一條邊為l0(例如，l0＝50μm)的方形。在xy虛擬平面上的柱狀層壓結構20的橫截面面積為50μm×50μm＝2500μm2。

進一步地，在第二化合物半導體層22的第二部分22b的頂表面22b1上設置第二電極32，該第二電極32與第二化合物半導體層22的第二部分22b的頂表面22b1的邊緣部分22b3隔開。當電流在第二電極32與第一電極31之間流動時，至少在位於層壓結構20的側壁20a附近的區域20b中不發出光。將電流引入布線連接至第二電極32，但是未示出電流引入接線。

當電流在第二電極32與第一電極31之間流動時，電流主要流過層壓結構20的第二部分20b(層壓結構20的位於第二化合物半導體層22的第二部分22b下方的一部分)。電流不流過或者少量電流流過層壓結構20的第一部分20a(層壓結構20的位於層壓結構20的第二部分20b外部的一部分)。假設流過層壓結構20的第二部分20b的電流的電流密度為j2並且流過層壓結構20的第一部分20a的電流的電流密度為j1，則優選的是滿足

0≤j1/j2≤0.5。

在附圖中，通過空箭頭來表示流過層壓結構20的第二部分20b的電流。進一步地，通過黑色箭頭來表示要輸出到外部的光輸出方向。

在第一實施例的發光二極體中，在由gaas襯底形成的襯底11上形成由基於algaas的化合物半導體形成的層壓結構20。具體地，層壓結構20等具有下面的表1的配置。

第二電極ito

第二化合物半導體層p-algaas

發光層i-algaas

第一化合物半導體層n-algaas

襯底n-gaas

第一電極auge/ni/au

此外，在第二化合物半導體層22的第二部分22b的頂表面22b1的一部分上、其側表面22b2上、第二化合物半導體層22的第一部分22a的頂表面22a1上、以及層壓結構20的側壁20a上形成由厚度為250nm的sin形成的絕緣層33。

在第一實施例的發光二極體中，基於熟知的mocvd方法來將第一化合物半導體層21、發光層23、和第二化合物半導體層22按順序設置在襯底11上。隨後，在第二化合物半導體層22上形成抗蝕劑層，並且將該抗蝕劑層用作蝕刻掩模以基於熟知的光刻技術和幹法蝕刻技術或者溼法蝕刻技術的組合來在厚度方向上部分地蝕刻第二化合物半導體層22，之後去除抗蝕劑層。因此，可以獲得第二化合物半導體層22的第二部分22b(臺面結構)。在蝕刻之後剩下的第二化合物半導體層22的一部分成為第二化合物半導體層22的第一部分22a。未蝕刻的第二化合物半導體層22的其餘部分成為第二化合物半導體層22的第二部分22b。

然後，通過進行蝕刻來將層壓結構製成柱狀。隨後，在整個表面上形成絕緣層33。之後，去除頂表面的要在其上形成第二化合物半導體層22的第二部分22b的第二電極的這部分的絕緣層33，並且通過熟知的方法來形成第二電極32。進一步地，若需要，將襯底11製成薄襯底，並且在襯底11的未形成有層壓結構20的表面側上形成第一電極31。分別選擇第二化合物半導體層22的第二部分22b到第一電極31的投影圖像的大小和第一電極31的大小以獲得電流集中效應。當從第二化合物半導體層側輸出光時，可以將附加金屬(諸如，ag、al、au、pd、或者cu)層或者布拉格反射結構(化合物半導體的多層膜或者具有不同折射率的透明材料)添加至第一電極31以反射朝向第一化合物半導體行進的光。

順便提及，如上所述，當電流在第二電極32與第一電極31之間流動時，通過用於控制電氣特性的各種參數(諸如，上面提到的[a]至[f])來控制電流密度j2/j2的值。圖3示出了用於解釋第一實施例的發光二極體的各種參數的示意性橫截面圖。

圖4a示意性地示出了通過使第二化合物半導體層22的第二部分22b的邊緣部分22b3到第一部分22a的投影圖像與第一部分22a的邊緣部分22a3之間的距離l1標準化(按照前面提到的l0)而獲得的值(l1/l0)與發光二極體的亮度之間的關係。當l1/l0的值從l1/l0＝0的情況增加時，即，從僅由第二化合物半導體層22的第一部分22a形成整個第二化合物半導體層22的情況增加時，亮度增加。然而，當進一步增加l1/l0的值時，即，減小第二化合物半導體層22的第二部分22b的大小時，亮度降低。在第一實施例中，當亮度處於峰值時，l1/l0的值具體為0.1至0.4。

利用層壓結構20的第一部分20a的電阻值與層壓結構20的第二部分20b的電阻值之間的平衡來確定注入層壓結構的第一部分20a的電流量。通過第二化合物半導體層22的第二部分22b的厚度與其第一部分22a的厚度之比、第二化合物半導體層22的載流子密度和載流子遷移率、第二化合物半導體層22與發光層23之間的比電阻差、由於離子注入量而引起的比電阻增加等，來確定電阻值的平衡。

圖4b示意性地示出了第二化合物半導體層22的第一部分22a的厚度t1與發光二極體的亮度之間的關係。圖4b中的曲線圖的右端示出了與在圖7中的結構相同的結構。即，這意味著第二化合物半導體層22的第二部分22b不存在。當使第一部分22a的厚度t1更薄時，第二化合物半導體層22a的第一部分22a的電阻增加，流過第一部分22a的電流減少，並且流向非發光部分的電流減少，從而提高亮度。隨著第一部分22a的厚度t1減小，發光二極體的亮度增加，並且在顯示出最大值之後，亮度急劇降低，接近t1＝0。t1＝0意味著發光層23暴露於表面，即，使位於第二化合物半導體層22的第一部分22a下方的發光層23暴露出來，並且靠近端面重新形成非發光部分。因此，亮度降低。

圖5示意性地示出了第二電極32的大小w2與驅動電壓之間的關係。通過第二電極32與第二化合物半導體層22之間的接觸電阻率和接觸面積以及第二化合物半導體層22的第二部分22b的體積電阻值來確定驅動電壓的變化。當第二電極32由透明的導電材料形成時，第二電極32可以形成為幾乎覆蓋第二化合物半導體層22的整個第二部分22b。因此，通過第二化合物半導體層22的第二部分22b的面積來改變接觸電阻值。通常，透明的導電材料具有較高的接觸電阻率。因此，如在圖5中示出的，當第二化合物半導體層22的第二部分22b的面積減小時，第二電極32的接觸電阻分量無法忽略並且其急劇增加。

例如，在發光二極體的設計中，可以基於在圖4a、圖4b、和圖5中示出的結果根據發光二極體的規格來適當地確定發光二極體的各種參數。

在第一實施例的發光二極體中，第二化合物半導體層22的第二部分22b形成臺面結構。至少在第二化合物半導體層22的第二部分22b的頂表面22b1上形成第二電極32。因此，當電流在第二電極32與第一電極31之間流動時，電流不流過(或者幾乎不流過)層壓結構20的位於柱狀層壓結構20的側壁20a附近的區域20b。在柱狀層壓結構20的邊緣部分處不發生(或者不常發生)非發光複合。儘管利用簡單的步驟來製造，但是可以提高發光效率。進一步地，至少從第二化合物半導體層22的第二部分22b的頂表面22b1和側表面22b2輸出光，進一步地經由第二電極32。因此，從發光二極體將光輸出的區域增加，從而為發光二極體提供了極大的光輸出改善。注意，取決於具體的情況，還從與第二化合物半導體層22a的第二部分22b相鄰的第一部分22a輸出光。

取決於具體的情況，例如，第二電極32可以由不透明的導電材料(諸如，ti/pt/au)形成。在這種情況下，在第二化合物半導體層22的第二部分22b的頂表面22b1上設置第二電極32，該第二電極32與第二化合物半導體層的第二部分22b的頂表面22b1的邊緣部分22b3隔開。因此，從第二化合物半導體層22的第二部分22b的頂表面22b1的未被第二電極32覆蓋的一部分和第二化合物半導體層22的第二部分22b的側表面22b2向外部輸出光。

可替代地，可以通過去除層壓結構20的第一部分20a的一部分並且使第一化合物半導體層21暴露出來，來在第一化合物半導體層21的暴露出來的部分上形成第一電極31。即，可以在第二化合物半導體層側上聚合和形成第一電極31和第二電極32兩者。在這種情況下的第一實施例發光二極體還具有以下結構(面朝上結構)：從具有聚合了的電極的表面(第二化合物半導體層側)提取光。

如上面提到的，在本公開的發光二極體中，通過向發光二極體(led)應用端面發光類型的脊條型半導體雷射器件的結構來實現電流集中結構。儘可能抑制在發光二極體的層壓結構的側壁上的非發光載流子的消耗，從而改善光輸出。根據過去的發光二極體，如在圖7中示出的，電流均勻地分散在發光層中，並且整個發光二極體都發光。然而，根據本公開的發光二極體，如在圖1a和圖1b中示出的，第二化合物半導體層具有雙層結構(即，使化合物半導體層的在光提取表面側上的一部分的厚度變薄以靠近發光層)，僅在發光二極體的中心部分處的發光才是成功的。因此，即使具有相同的驅動電流，在第一實施例的發光二極體中，與在圖7中示出的過去的發光二極體相比較，也能夠成功獲得大約兩倍或者更多倍的光輸出。

為了獲得第二化合物半導體層的第二部分，只可以在厚度方向上蝕刻第二化合物半導體層。因此，可以使用用於製造普通發光二極體的器件或者工藝，而不管發光二極體的材料。即，可以利用在保持優選的生產率的同時改善光輸出來製造發光二極體。

注意，如上面提到的各種配置還可以適當地應用於以下實施例。

[第二實施例]

第二實施例涉及具有第二配置的發光二極體，作為第一實施例的修改例。因為在圖2中示出了示意性截面圖，所以在第二實施例的發光二極體中，

在第二化合物半導體層22的第一部分22a的頂表面22a1上形成絕緣層33，

第二電極32由透明的導電材料形成，並且形成為從第二化合物半導體層22的第二部分22b的頂表面22b1延伸至側表面22b2並且在所述絕緣層33上。進一步地，當電流在第二電極32與第一電極31之間流動時，至少在位於層壓結構20的側壁20a附近的區域20b中不發出光。將電流引入布線34連接至在絕緣層33上的第二電極32的一部分。在第二電極32中，可以在除了第二部分22b的用作主要光提取表面的頂表面22b1之外的部分上設置接觸部分(焊盤電極)。上面描述的結構還可以應用於在圖1b中示出的第一實施例的發光二極體的修改例。

[第三實施例]

第三實施例是第一實施例至第二實施例的修改例。然而，因為在圖6中示出了示意性橫截面圖，所以在第三實施例的發光二極體中，從發光二極體的第一化合物半導體層側向外部輸出光。

同樣，在第三實施例的發光二極體中，第二化合物半導體層22由第一部分22a和第二部分22b(臺面結構)形成。進一步地，在第二化合物半導體層22的第二部分22b的頂表面22b1的一部分上、側表面22b2上、第二化合物半導體層22的第一部分22a的頂表面22a1上、以及層壓結構20的側壁20a上形成由厚度為250nm的sin形成的絕緣層33。

同樣，在第三實施例的發光二極體中，基於熟知的mocvd方法來將第一化合物半導體層21、發光層23、和第二化合物半導體層22按順序設置在襯底11上。針對基底11，使用對從發光層23輸出的光透明的材料。接下來，在第二化合物半導體層22上形成抗蝕劑層，並且通過將抗蝕劑層用作蝕刻掩模來基於熟知的光刻技術和幹法蝕刻技術或者溼法蝕刻技術的組合在厚度方向上蝕刻第二化合物半導體層22的一部分。之後，去除抗蝕劑層。因此，可以獲得第二化合物半導體層22的第二部分22b(臺面結構)。在蝕刻之後剩下的第二化合物半導體層22的一部分成為第二化合物半導體層22的第一部分22a，並且未蝕刻的第二化合物半導體層22的其餘部分成為第二化合物半導體層22的第二部分22b。

之後，將層壓結構蝕刻為具有柱狀形狀。隨後，在整個表面上形成絕緣層33之後，去除要形成第二化合物半導體層22的第二部分22b的第二電極的頂表面的一部分的絕緣層33，並且利用熟知的方法來形成第二電極32。

此外，去除層壓結構20的第一部分20a的一部分，從而使第一化合物半導體層21暴露出來，並且將第一電極31形成在第一化合物半導體層21的暴露出來的部分上。即，在第二化合物半導體層側上聚合和形成第一電極31和第二電極32兩者。因此，可以獲得具有在圖6中示出的結構的第三實施例的發光二極體。

注意，至少從第二化合物半導體層的第二部分22b的頂表面22b1和側表面22b2輸出光。然而，可以採用以下結構：通過設置用於反射光的反射結構來反射光並且經由第一化合物半導體層21來將光向外部輸出。即，獲得一種結構(倒裝晶片結構或者面朝下結構)以從未聚合有第一電極31和第二電極32的一側(第一化合物半導體層側)提取光。第二電極32可以由透明的導電材料或者不透明的導電材料形成。在前一種情況下，經由第二電極32來進一步輸出光。

此外，在未設置這種結構的情況下，不僅經由第一化合物半導體層21來向外部輸出光，而且從第二化合物半導體層22的第二部分22b的頂面22b1及其側表面22b2向外部輸出光。進一步地，在第二電極32由透明的導電材料形成的情況下，經由第二電極32來將光向外部輸出。此外，取決於具體的情況，從與第二化合物半導體層22a的第二部分22b相鄰的第一部分22a輸出光。即，不僅從第一化合物半導體層側輸出在發光層23中產生的光，而且從第二化合物半導體層側輸出在發光層23中產生的光。

同樣，在第三實施例的發光二極體中，第二化合物半導體層22的第二部分22b形成臺面結構，並且第二電極32至少形成在第二化合物半導體層22的第二部分22b的頂表面22b1上。因此，當電流在第二電極32與第一電極31之間流動時，電流不流過(或者幾乎不流過)層壓結構20的位於柱狀層壓結構20的側壁20a附近的區域20b。在柱狀層壓結構20中發光層23的邊緣部分處不發生(或者不常發生)非發光複合。儘管利用簡單的步驟來製造，但是可以改善對發光效率的提高。另外，至少從第二化合物半導體層22的第二部分22b的頂表面22b1和側表面22b2輸出光，進一步地，取決於具體的情況，經由第二電極32。因此，從發光二極體將光輸出的區域增加，並且可以提供光輸出得到極大改善的發光二極體。注意，取決於具體的情況，還從與第二化合物半導體層22a的第二部分22b相鄰的第一部分22a輸出光。

除了上述點之外，第三實施例的發光二極體的配置和結構與在第一實施例至第二實施例中描述的發光二極體的配置和結構相似。因此，省略具體描述。

上面根據優選實施例描述了本公開。然而，本公開不限於這些實施例。在實施例中描述的發光二極體的配置和結構以及發光二極體的製造方法是示例，並且可以適當地改變。

例如，在第二實施例中描述的發光二極體中，可以在第二化合物半導體層22的第一部分22a的整個表面上或者一部分上設置電阻增加效應結構來代替絕緣層33。該電阻增加效應結構可以具有通過在上面提到的(a)至(d)中描述的方法形成的絕緣層(高電阻層)。

可替代地，在第一實施例至第二實施例中描述的發光二極體中，可以在第二化合物半導體層22的第一部分22a的頂表面22a1的整個表面上或者一部分上設置光提取增強效應結構。具體地，可以貫穿從第二化合物半導體層22的第一部分22a的頂表面22a1開始的深度設置凹凸部分。可替代地，可以貫穿從第一部分22a的頂表面22a1開始的深度在二化合物半導體層22的第一部分22a的頂表面22a1的整個表面上或者一部分上設置大量凹陷部分(非通孔)。

此外，本技術還可以如下配置。

[a01]<>

一種發光二極體，其包括：

柱狀層壓結構，在該柱狀層壓結構中，層壓有第一化合物半導體層、由化合物半導體形成的發光層、和第二化合物半導體層的第一部分；以及

第一電極，該第一電極電連接至第一化合物半導體層，

其中，在第二化合物半導體層的第一部分上形成第二化合物半導體層的第二部分，該第二化合物半導體層的第二部分與第二化合物半導體層的第一部分的邊緣部分隔開，

至少在第二化合物半導體層的第二部分的頂表面上形成第二電極，以及

至少從第二化合物半導體層的第二部分的頂表面和側表面輸出光。

[a02]根據[a01]的發光二極體，

其中，從發光二極體的第二化合物半導體層側向外部輸出光。

[a03]根據[a01]或者[a02]的發光二極體，

其中，從發光二極體的第一化合物半導體層側向外部輸出光。

[a04]根據[a01]至[a03]中任一項的發光二極體，

其中，第二電極設置在第二化合物半導體層的第二部分的頂表面上，與第二化合物半導體層的第二部分的頂表面的邊緣部分隔開。

[a05]根據[a01]至[a04]中任一項的發光二極體，

其中，在第二化合物半導體層的第一部分的頂表面上形成絕緣層，以及

第二電極由透明的導電材料形成，並且形成為從頂表面延伸至第二化合物半導體層的第二部分的側表面並且在絕緣層上。

[a06]根據[a05]的發光二極體，

其中，第二化合物半導體層的第一部分設置有電阻增加效應結構。

[a07]根據[a05]或者[a06]的發光二極體，

其中，將電流引入布線連接至在絕緣層上的第二電極的一部分。

[a08]根據[a01]至[a07]中任一項的發光二極體，

其中，在第二化合物半導體層的第一部分的頂表面上設置光提取增強效應結構。

[a08]根據[a01]至[a08]中任一項的發光二極體，

其中，當電流在第二電極與第一電極之間流動時，至少在靠近層壓結構的側壁的區域中不發出光。

[a10]根據[a01]至[a09]中任一項的發光二極體，

其中，當層壓結構的厚度方向為z方向時，在xy虛擬平面上的第二化合物半導體層的第二部分的橫截面形狀為圓形、方形或者矩形。

附圖標記列表

11襯底

20層壓結構

20a層壓結構的側壁

20b層壓結構的位於層壓結構的側壁附近的區域

20a層壓結構的第一部分

20b層壓結構的第二部分

21第一化合物半導體層

22第二化合物半導體層

22a第二化合物半導體層的第一部分

22a1第二化合物半導體層的第一部分的頂表面

22a3第二化合物半導體層的第一部分的邊緣部分

22b第二化合物半導體層的第二部分

22b1第二化合物半導體層的第二部分的頂表面

22b2第二化合物半導體層的第二部分的側表面

22b3第二化合物半導體層的第二部分的頂表面的邊緣部分

23發光層(有源層)

31第一電極

32第二電極

33絕緣層

34電流引入布線

40靠近發光層的端面的區域。