[發明專利]具有改善的光提取的激光剝離發光二極管

有效

• 申請號: 200680025472.6
• 申請日: 2006-07-11
• 公開（公告）號: CN101438422A
• 公開（公告）日: 2009-05-20
• 發明（設計）人: 高翔;哈里·S·韋努高普蘭;伊萬·埃利亞舍維奇;邁克爾·薩克賴森
• 申請（專利權）人: 吉爾科有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 章社杲;吳貴明

技術領域

下述內容涉及照明技術。該內容尤其涉及包含有利用激光剝離技術從沉積基板轉移到宿主(host)基板或承載基板(sub-mount)的III族氮化物基發光二極管(LED)的發光器件以及制造該發光器件的方法，下面將對該內容進行描述。然而，下述內容還包括關于其他發光半導體器件的申請，這些發光半導體器件包括從沉積基板轉移到宿主基板或承載基板半導體層的半導體層。

背景技術

III族氮化物基LED用于產生綠、藍、紫和紫外線光發射。這些LED包括疊層，該疊層通常包括氮化鎵(GaN)層、氮化鋁(AlN)層、氮化銦(InN)層及其三元合金或四元合金層，這些層限定pn二極管。通過將這樣的一種LED與適當的磷光體耦合，可制作出白LED。例如，可用包含磷光體的密封劑來涂覆該LED芯片，并且可布置III族氮化物基LED陣列，以照射包含磷光體或涂覆有磷光體的光學鏡等。

用于外延生長III族氮化物層的沉積基板應當與外延沉積的III族氮化物層的晶格常數、生長溫度和化學性質基本一致。理想的基板是諸如GaN基板的III族氮化物基板；然而，在形成大面積III族氮化物晶片方面已經遇到一些困難。目前，大多數III族氮化物生長在由藍寶石(Al₂O₃)或碳化硅(SiC)制成的沉積基板上。

藍寶石和碳化硅具有在成品器件中可能不利的特性，諸如電絕緣、表現出有限的導熱性等。因此，對將外延生長的III族氮化物pn二極管疊層從沉積基板轉移至更有利的宿主基板或承載基板方面產生了關注，該宿主基板或承載基板對最終制作的LED器件提供結構支持(并且可選地還提供電連通性)。適當的宿主基板或承載基板可以包括例如硅或砷化鎵(GaAs)基板或承載基板、涂覆有電介質的金屬基板或承載基板等。為實現剝離，將外延生長的III族氮化物疊層的表面附著在宿主基板或承載基板上并與藍寶石、SiC或其他沉積基板分離。

用于分離III族氮化物半導體疊層的一種方法是應用激光剝離工藝。激光剝離分離工藝采用其能量在III族氮化物疊層與沉積基板之間的界面附近被吸收的激光器。例如，一些受激準分子激光器產生激光束，這些激光束很好的透過藍寶石，但被GaN有效地吸收。由于III族氮化物層結合于宿主基板，受激準分子激光沖擊(impinge)藍寶石基板。由于藍寶石對激光束是透明的，因此激光束在基本沒有削弱的情況下穿過該藍寶石基板，并在GaN/藍寶石界面處被吸收，從而造成該藍寶石基板的分離。

盡管激光剝離技術提供了具有有利特性的宿主基板或承載基板，但是來自分離后的III族氮化物疊層中的光提取由于該剝離而劣化。剝離后的III族氮化物疊層較薄(該疊層的典型厚度為約幾微米至約幾十微米)，但是卻具有基本更大的橫向尺寸(通常為幾百微米至一厘米或更大)。由激光剝離技術產生的新表面是光滑的。而且，III族氮化物材料的折射率較高。高縱橫比(aspect?ratio)尺寸、光滑的表面以及高折射率共同作用而造成在剝離后的III族氮化物疊層中產生的光的全內反射和波導，這基本上減少了光提取。

發明內容

根據一個方面，公開了一種發光器件，該發光器件包括限定pn結的半導體疊層以及設置在半導體疊層之上的介電層。該介電層具有與半導體疊層的折射率基本匹配的折射率。該介電層具有遠離半導體疊層的主表面。該遠端主表面包含有被構造成以便促進半導體疊層中所產生光的提取的圖案(patterning)、粗糙度(roughening)或紋理(texturing)。

根據另一方面，公開了一種制造發光器件的方法。形成限定發光pn結的半導體疊層。在該半導體疊層之上設置介電層。該介電層具有與半導體疊層的折射率基本匹配的折射率。該介電層具有遠離半導體疊層的主表面。該遠端主表面包含被構造成以便促進半導體疊層中所產生光的提取的圖案、粗糙度或紋理。

根據再一方面，公開了一種發光器件，其包括限定pn結的半導體疊層以及其上設置半導體疊層的宿主基板或承載基板。該宿主基板或承載基板與其上已形成有半導體疊層的沉積基板不同。被構造成以便促進半導體疊層中所產生光的提取的圖案、粗糙度或紋理形成于半導體疊層的遠離宿主基板或承載基板的遠端主表面上。

根據又一方面，公開了一種制造發光器件的方法。在沉積基板上形成限定發光pn結的半導體疊層。將所形成的半導體疊層從沉積基板轉移到宿主基板或承載基板。該轉移過程露出半導體疊層的新主表面，當在沉積基板上形成半導體疊層時該新主表面未露出。在半導體疊層的新主表面上形成被構造為以便促進半導體疊層中所產生光的提取的圖案、粗糙度或紋理。