[發明專利]氮化鎵化合物半導體發光元件及其制造方法

有效

• 申請號: 200580041110.1
• 申請日: 2005-10-21
• 公開（公告）號: CN101084583A
• 公開（公告）日: 2007-12-05
• 發明（設計）人: 李鐘覽
• 申請（專利權）人: 首爾OPTO儀器股份有限公司;浦項工科大學校產學協力團
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 北京中原華和知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 壽寧

技術領域

本發明涉及一種基于氮化鎵(gallium?nitride，GaN)的藍光發光二極管(light?emitting?diode，LED)及其制造方法。更明確地說，本發明涉及一種垂直GaN?LED元件及其制造方法。

背景技術

最近，使用GaN半導體的LED已被主要希望用來取代現有光源(例如，白熾燈、熒光燈和汞燈)。因此，已集中進行了對高功率GaN?LED的研究。一般來說，用于制造GaN?LED的襯底以這樣一種方式來配置：n型GaN?12、未摻雜InGaN(作用層(active?layer14)和p型GaN?16依次生長在藍寶石襯底10上，如圖1所示。由于藍寶石襯底10為非導電性的，因而LED元件通常具有水平結構，如圖2所示。此處，參考標號18、20、22和24分別表示P型透明電極、P型墊(pad)、N型電極和N型墊。

在此類情況下，當處于高功率操作中時，電流擴展電阻較高，且因此其光學輸出降級。另外，不能平穩地移除在操作元件時生成的熱量，且因此元件的熱穩定性降級，借此造成與高功率操作有關的問題。為了克服此問題并實施高功率GaN?LED，已提議一種使用倒裝芯片(flip-chip)封裝方法的倒裝芯片LED，且當前進行了使用。在圖3所示的倒裝芯片LED的情況下，從作用層14發射的光發射穿過藍寶石襯底10。因此，由于可使用厚p型歐姆電極19來代替透明電極18，因而可降低其電流擴展電阻。此處，參考標號25、30及32分別表示焊料(solder)、散熱片(heat?sink)及導電座(conducting?mount)。然而，由于倒裝芯片結構必須以倒裝芯片的形式進行包裝，因而制造過程較復雜。另外，由于在光發射穿過藍寶石襯底10時，從作用層14發射的大量光吸收在藍寶石中，因而其光學效率也被降級。

發明內容

技術問題

因此，構思本發明以解決以上問題。本發明的一目的在于提供一種氮化鎵(gallium?nitride，GaN)化合物半導體發光元件(LED)及其一種制造方法，其中在垂直GaN?LED下側形成多層金屬支撐件，以借此實現容易的芯片分離，且絕緣膜和金屬保護膜層依次形成在元件側表面上，以借此實現對于外延生長的GaN襯底的保護。

本發明的另一目的在于提供一種GaN化合物半導體LED及其一種制造方法，其中p型反射膜電極以網格形式部分地形成在p-GaN上，且反射層插入在其間，以使得作用層中所形成的光子可最大程度地朝向n-GaN層發射。

本發明的又一目的在于提供一種GaN化合物半導體LED及其一種制造方法，其中使用金屬襯底、導電層襯底或導電陶瓷襯底來代替藍寶石襯底，以有效地將在操作元件時生成的熱量釋放到外部，以使得所述LED能適于高功率應用。

本發明的再一目的在于提供一種GaN化合物半導體LED及其一種制造方法，其中InGaN層中所生成的光子發射穿過n-GaN層，以向光子提供短路徑，使得可降低在發射時吸收的光子數目。

本發明的再一目的在于提供一種GaN化合物半導體LED及其一種制造方法，其中可獲得到達n-GaN層中的高摻雜濃度(＞10¹⁹/cm³)，以借此改進n-GaN層的導電性，且使得能夠增強其光學輸出特性。

技術解決方案

根據用于達成所述目的的本發明的一方面，提供一種發光元件，其包括：金屬支撐層；P型反射膜電極，其處于所述金屬支撐層上；P型半導體層、作用層和N型半導體層，其依次形成在所述P型反射膜電極上；N型電極，其形成在所述N型半導體層上；絕緣膜，其至少形成在N型半導體層的側面上；和金屬保護層，其用于保護P型和N型半導體層。

根據本發明的另一方面，提供一種發光元件，其包括：金屬支撐層；反射層，其形成在所述金屬支撐層上；P型反射膜電極，其以網格形式形成在所述反射層上；P型半導體層、作用層和N型半導體層，其依次形成在包含P型反射膜電極的反射層之上；N型電極，其形成在N型半導體層上的所需區域處；絕緣膜，其至少形成在N型半導體層的側面上；和金屬保護層，其用于保護P型和N型半導體層。

優選地，金屬支撐層具有多層支撐結構。

所述發光元件可進一步包括保護層，所述保護層形成在N型半導體層、作用層和P型半導體層的側面和/或底面的一部分上。所述發光元件可進一步包括抗反射層，所述抗反射層覆蓋在P型半導體層、作用層和N型半導體層周圍。