[發明專利]具有異質材料結構的發光元件及其制造方法

有效

• 申請號: 201210458130.0
• 申請日: 2012-11-14
• 公開（公告）號: CN103811614B
• 公開（公告）日: 2020-03-03
• 發明（設計）人: 金相默;白宗協
• 申請（專利權）人: 韓國光技術院
• 主分類號: H01L33/22
• 分類號: H01L33/22;H01L33/02;H01L33/00
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 金光軍

本發明提供具有異質材料結構的發光元件及其制造方法。本發明的具有異質材料結構的發光元件包含：基板；形成在基板上的n型半導體層；形成在n型半導體層上的活性層；形成在活性層上的p型半導體層；形成在p型半導體層上的透明電極層；形成在透明電極層上的第一電極；以及形成在透明電極層、p型半導體層和活性層被蝕刻而露出n型半導體層的區域的第二電極，其中基板包含由具有互不相同的折射率的至少兩種材料構成的突出部。本發明制造具有異質材料結構的發光元件，由此減小半導體發光元件的缺陷并增大發光層的面積，且通過增加光的散射而具有提高發光元件的亮度的效果。

技術領域

本發明涉及具有異質材料結構的發光元件及其制造方法，尤其涉及為了提高光提取效率而在基板上的半導體材料形成之前或形成途中形成由互不相同的異質材料構成的凹凸結構，由此增加光的外部提取效率的具有異質材料結構的發光元件及其制造方法。

背景技術

最近，因為由LED(Light Emitting Diode，發光元件)構成的照明器具等相比于以往的白熾燈或熒光燈具有壽命長、耗電相對較低、在制造工藝中不排出污染物的優點等原因，其需求火爆地增加，且發光元件的應用領域漸漸多樣化，如其不僅應用于利用發光的顯示裝置，而且還應用于照明裝置或LED顯示裝置的背光元件等。

發光元件是將電能轉換為光的固體元件的一種，通常包含介于兩個相反的摻雜層之間的半導體材料活性層，當上述兩個摻雜層兩端接通偏壓時，空穴和電子被注入到活性層之后，在活性層重新結合而產生光，在活性層中產生的光向所有方向發出，通過所有露出表面釋放到半導體芯片外。

圖1為表示通常的發光元件的制造過程的示例圖，如圖1的(a)所示，在藍寶石基板101上生長n型半導體層102之后，形成電子和空穴相結合而能夠發出光的InGaN/GaN氮化物多量子阱結構的活性層103，再生長p型半導體層104。

接著，如圖1的(b)所示，為了露出n型半導體層102的一部分以形成電極，進行利用照相平版印刷術的臺面蝕刻(Mesa Etching)。

而且，如圖1的(c)所示，在進行臺面蝕刻區域的n型半導體層102上部形成n型電極105，在p型半導體層104上覆蓋能夠透過光線的薄薄的p型金屬膜106，然后在該p型金屬膜106上部沉積較厚的p型電極107。

作為在這種已有結構尤其是在氮化物系列LED結構中提高光提取效率的主要手段，嘗試著將活性層的內部量子效率極大化的研究方向和將在活性層中生成的光最大限度地提取到LED芯片外部的研究方向。

作為在發光元件中決定光提取效率的因素，可列舉以下兩個大的因素：一是由電流擴散層的透射程度決定的光損失；二是因發光界面上的全反射而引起的光損失。

關于第一個因素，現有LED元件的電流擴散層主要使用幾nm及幾十nm厚度的Ni/Au合金層等，根據其厚度和合金(alloy)條件，針對發光波長具有60～80％左右的透射率。

為了克服該問題，最近出現了使用ITO等透射度高的電極材料的研究方向，但是因與p型半導體(GaN)層之間的高接觸電阻，難以真正商用化，所以應用了采用n-p隧道結或InGaN/GaN超晶格等結構的技術等。

與第二個因素相關的全反射引起的光損失是因為在光從發光元件的上部向外部發出的界面，即p型GaN和樹脂的界面，或p型GaN和空氣或者與p型GaN相接觸的其他材料之間的界面，或者LED元件的下部區域存在的緩沖層和藍寶石基板的界面等處的相鄰材料之間的折射率差異而產生的。

構成通常的半導體發光元件的半導體具有高于基板、環氧樹脂或空氣層等外部環境的折射率，因此根據電子和空穴的結合而產生的大多數光子滯留在元件內部，所以外部量子效率將根據元件所具有的結構形態和構成該元件的材料的光學特性而受到很大影響。