專利名稱：發(fā)光二極管及其制造方法以及在電子設(shè)備中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管、發(fā)光二極管的制造方法、集成發(fā)光二極管、集成發(fā)光二極管的制造方法、發(fā)光二極管背光、發(fā)光二極管照明裝置、發(fā)光二極管顯示器、電子設(shè)備、電子裝置和電子裝置的制造方法。本發(fā)明可以適用于如使用III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體的發(fā)光二極管和使用這種發(fā)光二極管的各種裝置和設(shè)備。
背景技術(shù)：
GaN-基半導(dǎo)體允許在可見光范圍內(nèi)發(fā)光。近年來，正積極地研發(fā)采用GaN-基半導(dǎo)體的高密度發(fā)光二極管(LED)。
為了使高密度GaN-基LED具有增強(qiáng)的光提取效率，相對(duì)藍(lán)色和綠色波長帶中的光具有高反射率的純銀(Ag)常用作與p型半導(dǎo)體層形成歐姆接觸的p電極的材料。
然而，該Ag電極具有下列問題。
1、純Ag最初顯示出對(duì)氧化和硫化作用低的耐受性(對(duì)氧化和硫化敏感)，因此易于受到從暴露的環(huán)境所捕獲的氧和硫的影響，從而其反射率變壞。特別是，通常用于形成電極的通過真空蒸發(fā)得到的Ag薄膜在薄膜中的晶界結(jié)構(gòu)上存在缺陷等，因此展示出更顯著的劣化。
2、Ag薄膜的熱阻低，因此即使在低至300至400℃的溫度下加熱，Ag薄膜的光學(xué)特性和電特性也會(huì)易于變化。
3、Ag本身極其容易電離，這會(huì)導(dǎo)致對(duì)該裝置結(jié)構(gòu)中相互擴(kuò)散的擔(dān)心，由于遷移所導(dǎo)致的LED封裝中晶須的發(fā)生，以及其它麻煩。水的存在會(huì)使得這種擔(dān)心加劇。
4、GaN-基LED一般用樹脂密封。然而，經(jīng)常可以發(fā)現(xiàn)由于包含在樹脂中微量的水和硫而引起的劣化。
為了防止這些問題的出現(xiàn)，特別是Ag的遷移，曾經(jīng)提出這樣的解決方法，其中形成有用作遷移屏障的保護(hù)片以覆蓋形成在p型半導(dǎo)體層上的Ag電極的表面(參照如日本專利公開2003-243705號(hào)(下文中稱為專利文件1))。而且，揭示了包含Ni、Ti、W、Al、Cr、Cu、Au、Sn、Rh、Re和Ru中的至少一種的金屬作為保護(hù)片。

發(fā)明內(nèi)容
然而，根據(jù)本發(fā)明人的所知，盡管Ag電極的表面用上述材料構(gòu)成的保護(hù)片覆蓋，但難于用專利文件1中提出的結(jié)構(gòu)防止Ag的遷移。因此，該結(jié)構(gòu)具有電極反射率和電特性變壞的問題。
因此，希望提供下列的發(fā)光二極管及其制造方法，包括該發(fā)光二極管的集成發(fā)光二極管及其制造方法。具體地，盡管該發(fā)光二極管包括銀電極，更通常的情況下電極主要由銀組成，但該發(fā)光二極管允許基本實(shí)現(xiàn)防止銀的遷移。因此，使得該發(fā)光二極管能獲得具有良好的耐環(huán)境性的穩(wěn)定且高性能的電極，從而具有高性能、長壽命和高可靠性。
還希望提供高性能發(fā)光二極管背光、發(fā)光二極管照明裝置、發(fā)光二極管顯示器和采用上述發(fā)光二極管的電子設(shè)備。
本發(fā)明還需要提供包括發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光、晶體管和其它裝置的電子裝置，及其制造方法。
從本說明書參照附圖的描述，上述需求和其它需求將會(huì)變得明顯。
本發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過解決上述需求的集中研究，鈀(Pd)和鉑(Pt)要特別地優(yōu)于專利文件1中揭示的材料，具體而言，作為覆蓋Ag電極或主要由Ag組成的電極表面的保護(hù)片以防止銀遷移的材料的Ni、Ti、W、Al、Cr、Cu、Au、Sn、Rh、Re和Ru。在專利文件1中，完全沒有描述用Pd或Pt作為Ag電極保護(hù)片的材料。而且，在本發(fā)明者之前沒有任何其它文件揭示用Pd或Pt。
本發(fā)明是基于本發(fā)明者研究的進(jìn)一步詳細(xì)研究設(shè)計(jì)的結(jié)果。
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，提供了一種發(fā)光二極管，其包括第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層；在該第一半導(dǎo)體層上的有源層；在有源層上的第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層；第一電極，配置來電耦合到該第一半導(dǎo)體層上；和第二電極，配置來提供在第二半導(dǎo)體層上，并且電耦合到第二半導(dǎo)體層上。第二電極包括具有預(yù)定形狀并且主要由銀組成的第一金屬薄膜和覆蓋該第一金屬薄膜并且主要由鈀和/或鉑組成的第二金屬薄膜。
根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例，提供了一種發(fā)光二極管的制造方法。該方法包括步驟在基板上順序生長第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層；形成電耦合到該第一半導(dǎo)體層上的第一電極；以及在該第二半導(dǎo)體層上形成具有預(yù)定形狀并且主要由銀組成的第一金屬薄膜；和形成覆蓋該第一金屬薄膜并且主要由鈀和/或鉑組成的第二金屬薄膜，從而形成電耦合到該第二半導(dǎo)體層上的第二電極。
在該第一和第二實(shí)施例中，基本上該第一金屬薄膜可以具有任何成分，只要其主要由銀組成(例如，90原子％或更多)。具體地，該第一金屬薄膜由純銀(100％銀)或銀合金組成。該銀合金的示例包括銀(Ag)-鈀(Pd)-銅(Cu)合金(例如，Pd含量為0.5至4.9原子％，Cu含量為0.1至3.5原子％)，銀(Ag)-鈮(Nb)-銅(Cu)合金(例如，Nb含量為0.5至4.9原子％，Cu含量為0.1至3.5原子％)，和銀(Ag)-銦(In)合金(例如，In含量最多為1重量％)。與由純銀組成的第一金屬薄膜相比，主要由銀合金組成的該第一金屬薄膜展示出Ag遷移減小的趨勢(shì)。在這種情況下，希望該第一金屬薄膜由銀合金組成。根據(jù)該第一金屬薄膜的預(yù)定的特性，如該第一金屬薄膜的光反射性能(反射性)和電阻性，適當(dāng)?shù)剡x擇該第一金屬薄膜的厚度。一般該厚度設(shè)定為如30nm或更大?；旧显摰诙饘俦∧た梢跃哂腥魏纬煞?，只要其主要由鈀和/或鉑組成(如，90原子％，優(yōu)選地，95原子％)。優(yōu)選地，該第二金屬薄膜由純鈀(100％鈀)、純鉑(100％鉑)或鈀-鉑合金(Pt含量高于0原子％，低于100原子％)組成。除了鈀和/或鉑，包含在該第二金屬薄膜中的金屬的示例包括銅。該第二金屬薄膜的厚度根據(jù)需要選擇。考慮該第二金屬薄膜要起到充分防止包含在該第一金屬薄膜中的Ag的遷移作用，希望該厚度至少為10nm。只要沒有其它問題，則希望該厚度盡量大。該第一和第二金屬薄膜可以彼此直接接觸?；蛘撸鼈兛梢员舜碎g接接觸，其中間有不同于該第一和第二金屬薄膜的導(dǎo)電中間層。希望該中間層主要由不會(huì)與該第一和第二金屬薄膜形成合金的金屬組成。具體地，如其由選自由鎳、鈦、鉑組成的組中的至少一種金屬組成。根據(jù)需要選擇該中間層的厚度。一般來說，1nm或更大的厚度足夠。如果包含易于擴(kuò)散的金屬如錫(Sn)或金(Au)的層(如，墊電極或焊料層)形成在該第二金屬薄膜的上方，則優(yōu)選地在該第二金屬薄膜上提供由如選自由鎢、鉬、鈦組成的組中的至少一種金屬組成的第三金屬薄膜，以防止錫和金與該第二金屬薄膜反應(yīng)。具體地，該第三金屬薄膜由鎢、鉬或鈦元素金屬組成，或由TiW、TiMo、WMo、或TiWMo組成。如果該發(fā)光二極管具有臺(tái)面部分并且使用干蝕刻形成該臺(tái)面部分，則優(yōu)選地提供由抗干蝕刻的金屬組成的第四金屬薄膜覆蓋該第三金屬薄膜，以防止該第一至第三金屬薄膜在該臺(tái)面部分形成中被蝕刻。如果該第三金屬薄膜未形成，則提供該第四金屬薄膜覆蓋該第二金屬薄膜。而且，如果鍍金層提供在該第二金屬薄膜的上方，則優(yōu)選地在該鍍金層和該第二金屬薄膜之間提供主要由鈀和/或鉑組成的第五金屬薄膜，以防止由于任何原因使得當(dāng)銀從該第一金屬薄膜中遷移時(shí)銀遷移至該鍍金層中。對(duì)于該第一至第五金屬薄膜的形成，可以采用多種薄膜沉積方法，如真空蒸發(fā)(包括化學(xué)真空蒸發(fā))、濺射、化學(xué)氣相沉積(CVD)和電鍍中的一種，以便根據(jù)需要選擇這些方法中的最優(yōu)方法。特別對(duì)于該第二金屬薄膜的形成，希望采用可以提供良好的階梯覆蓋的方法，如濺射或電鍍。
該第一半導(dǎo)體層、該有源層和該第二半導(dǎo)體層基本上可以由任何半導(dǎo)體層組成。具體地，半導(dǎo)體的示例如下III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體；具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的其它半導(dǎo)體，更通常的是六方晶體結(jié)構(gòu)，如氧化物半導(dǎo)體，典型地如ZnO、α-ZnS、α-CdS和α-CdSe；和具有其它晶體結(jié)構(gòu)的其它多種半導(dǎo)體。在一個(gè)典型的示例中，該第一半導(dǎo)體層為n型半導(dǎo)體層，而該第二半導(dǎo)體層為p型半導(dǎo)體層。
根據(jù)半導(dǎo)體類型適當(dāng)選擇該第一半導(dǎo)體層、該有源層和該第二半導(dǎo)體層的生長方法。例如，可以用多種外延生長方法，如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)和分子束外延(MBE)。
如果該第一半導(dǎo)體層、該有源層和該第二半導(dǎo)體層都由III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體組成，特別是，更通常具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，則可以用任何現(xiàn)有方法作為這種發(fā)光二極管的制造方法。優(yōu)選地，采用下列的制造方法。具體地，如果該第一半導(dǎo)體層、該有源層和該第二半導(dǎo)體層都由如III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體組成，則在制造該發(fā)光二極管的優(yōu)選方法中，則采用在其主面上具有多個(gè)突起的基板。該突起由不同于該基板的材料組成。該方法包括步驟在如下的情況下在基板的凹槽中生長第一III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層，其中每個(gè)該第一III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層都具有三角形截面形狀，且其底邊為該凹槽的底面。該方法也包括步驟通過從該第一III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層的側(cè)向生長，在該基板上生長第二III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層。此外，該方法包括步驟在該第二III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層上，順序生長第一導(dǎo)電型的第三III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層(對(duì)應(yīng)于該第一半導(dǎo)體層)、有源層和第二導(dǎo)電型的第四III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層(對(duì)應(yīng)于該第二半導(dǎo)體層)。該第一和第二III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層的導(dǎo)電類型沒有限制，而可以是p型、n型、或i型中的任何一種。該兩層的導(dǎo)電類型可以相同或不同。此外，導(dǎo)電類型彼此不同的兩個(gè)或多個(gè)部分可以包括在該第一III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層和/或第二III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層中?；蛘?，這種發(fā)光二極管優(yōu)選地包括這樣的基板，在其主面上具有由不同于該基板的材料組成的多個(gè)突起，并且在該基板上生長第五III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層，而在該基板的凹槽中未形成間隙。該發(fā)光二極管也包括形成在該第五III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層上的第一導(dǎo)電類型的第三III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電類型的第四III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層。在該第五III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層中，在垂直于一個(gè)主面的方向上從與該凹槽的底面的界面產(chǎn)生的位錯(cuò)到達(dá)三角形部分的斜邊或其附近區(qū)域，并且向平行于該一個(gè)主面的方向彎曲，其中，底邊為該凹槽的底面。對(duì)于這種發(fā)光二極管，在上述制造發(fā)光二極管的方法中，該第五III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層對(duì)應(yīng)于第一和第二III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層。
在上述制造發(fā)光二極管的方法中，該第一III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層的生長開始于該基板凹槽的底面，因此，該第一III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層在如下狀態(tài)下生長，其中每個(gè)該第一III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層具有三角形截面形狀，其底邊為該凹槽的底面。這種生長方式可以填充該凹槽而在其中不留下間隙。從這樣生長的第一III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層，該第二III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層通過側(cè)向生長而生長。在該第一III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層的生長過程中，在該第一III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層中，位錯(cuò)在垂直于基板的一個(gè)主面的方向上從與該基板凹槽的底面的界面產(chǎn)生。這些錯(cuò)位到達(dá)該第一III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層中的斜邊或其附近區(qū)域。而且，隨著該第二III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層的生長，該位錯(cuò)從斜邊或其附近區(qū)域向平行于基板的一個(gè)主面的方向彎曲。當(dāng)該第二III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層生長到足夠的厚度時(shí)，平行于該基板的一個(gè)主面的位錯(cuò)上方的部分中位錯(cuò)密度相當(dāng)?shù)汀６?，這種方法允許該第一至第四III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層通過一次外延生長而生長。此外，與通過用干蝕刻等方法直接處理基板而形成凹槽和突起相比，這種方法更容易在該基板上形成由不同于該基板材料的材料組成的突起。而且，一般可獲得更高的工藝精度。根據(jù)發(fā)光二極管的該制造方法，在該基板和該第一和第二III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層之間沒有形成間隙，其大大地改善了光提取效率。此外，該第二III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層的結(jié)晶度令人滿意，從而生長在該第二III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層上方的該第三III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層、有源層和該第四III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層的結(jié)晶度同樣明顯增強(qiáng)。因此，可以獲得具有極高發(fā)光效率的發(fā)光二極管。另外，由于發(fā)光二極管可以通過一次外延生長制造，因此制造成本低。而且，容易處理該基板的凹槽和突起，并且其處理精度高。
典型地，在該第一III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層的生長過程中，位錯(cuò)在垂直于基板的一個(gè)主面的方向上從與該基板凹槽的底面的界面產(chǎn)生。當(dāng)這些位錯(cuò)到達(dá)每個(gè)都具有三角形截面形狀的該第一III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層中的斜邊或其附近區(qū)域時(shí)，位錯(cuò)向平行于該一個(gè)主面的方向彎曲，從而遠(yuǎn)離該三角形部分移動(dòng)?！叭切谓孛嫘螤睢焙汀叭切尾糠帧敝械脑撔g(shù)語“三角形”不僅包括精確的三角形，而且包括可以認(rèn)為是近似三角形的形狀，如頂點(diǎn)被倒圓的類似三角形形狀(下文中一致)。此外，在該第一III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層的初始生長階段，優(yōu)選地在該基板凹槽的底面上產(chǎn)生多個(gè)小核。通過這些小核的生長和聚結(jié)工藝，在垂直于該基板的一個(gè)主面的方向上從與基板凹槽的底面的界面上產(chǎn)生的位錯(cuò)重復(fù)地向平行于該一個(gè)主面的方向彎曲。這可以減少在該第一III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層的生長過程中向上傳播的位錯(cuò)的數(shù)量。
典型地，突起和凹槽循環(huán)地形成在該基板的一個(gè)主面上。該突起和凹槽的周期優(yōu)選為3至5μm。該突起的底面長度與該凹槽的底面長度之間的比率優(yōu)選為約0.5至3，并且最優(yōu)選為0.5。距該基板的一個(gè)主面的突起的高度優(yōu)選為至少0.3μm，并且最優(yōu)為至少1μm。優(yōu)選地，該突起具有相對(duì)于該基板的一個(gè)主面傾斜的側(cè)面(如，與該基板的一個(gè)主面接觸的側(cè)面)。當(dāng)該側(cè)面和該基板的一個(gè)主面形成的角度定義為θ時(shí)，考慮到光提取效率的改善，該角度θ優(yōu)選地在100°＜θ＜160°的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在132°＜θ＜139°或147°＜θ＜154°的范圍內(nèi)，并且最優(yōu)為135°或152°。該突起的截面形狀可以為任何形狀，并且其側(cè)面可以不具有平面而是曲面。該截面形狀的示例如下n-邊形狀(n為大于2的整數(shù))，典型地為三角形、矩形、五邊形、六邊形等等；通過截?cái)嗷虻箞A這些n-邊形狀的角獲得的形狀為圓形、橢圓形等等。在這些形狀中，距該基板的一個(gè)主面最高的位置具有一個(gè)頂點(diǎn)的這樣的形狀是希望的。特別是，最希望得到的是三角形或通過截?cái)嗷虻箞A三角形頂點(diǎn)而得到的形狀。該凹槽的截面形狀也可以是任意形狀。該截面形狀的示例如下n-邊形狀(n為大于2的整數(shù))，典型地為三角形、矩形、五邊形、六邊形等等；通過截?cái)嗷虻箞A這些n-邊形狀的角獲得的形狀為圓形、橢圓形等等。考慮到光提取效率的改善，該凹槽的截面形狀優(yōu)選地設(shè)定為倒梯形。該術(shù)語“倒梯形”不僅包括精確的倒梯形，而且包括可以認(rèn)為是近似的倒梯形的形狀(下文中一致)?？紤]到最小化該第二III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層中的位錯(cuò)密度，優(yōu)選地定義參數(shù)d、Wg和α以滿足不等式2d≥Wg·tanα。
其中d為該凹槽的深度(該突起的高度)，Wg為該凹槽底面的寬度，而α為該基板的一個(gè)主面和每個(gè)都具有三角形截面形狀的該第一III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層的斜邊形成的角度。由于角度α一般為常數(shù)，因此限定參數(shù)d和Wg以滿足該不等式。如果該深度d過大，源氣體未充分供應(yīng)到該凹槽的內(nèi)側(cè)，則這會(huì)為該第一III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層從該凹槽的底面生長帶來問題。比較而言，如果該深度d過小，則問題在于該第一III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層不僅在該基板的凹槽中而且在該凹槽的兩側(cè)上的突起上生長。為了防止這些問題，該深度d一般在0.5μm＜d＜5μm的范圍內(nèi)，并且典型地在1.0±0.2μm的范圍內(nèi)。該寬度Wg一般在0.5μm＜d＜5μm的范圍內(nèi)，并且典型地在2.0±0.5μm的范圍內(nèi)。當(dāng)該突起的上面的寬度定義為Wt時(shí)，當(dāng)該突起的截面形狀為三角形時(shí)其為0，而當(dāng)該突起的截面形狀為梯形時(shí)，更大的寬度Wt使得低位錯(cuò)強(qiáng)度部分具有更大的面。這是因?yàn)?，該突起為用于該第二III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層側(cè)向生長的區(qū)域。當(dāng)該突起的截面形狀為梯形時(shí)，寬度Wt一般為1至1000μm，并且典型地在4±2μm的范圍內(nèi)。
例如，該突起和凹槽可以在該基板上以條紋方式在一個(gè)方向上延伸。或者，它們可以至少在彼此交叉的第一和第二方向上以條紋方式延伸。例如，它們可以在彼此交叉的第一方向、第二方向和第三方向上以條紋方式延伸。該突起和凹槽的平面形狀可以具有下列二維圖案任意形狀n-邊形狀(n為大于2的整數(shù))，典型地為三角形、矩形、五邊形、六邊形等等；通過截?cái)嗷虻箞A這些n-邊形狀的角獲得的形狀為圓形、橢圓形、點(diǎn)等等。該突起的三維形狀示例如下n-邊錐(n為大于2的整數(shù))，典型地為三角形錐、矩形錐、五邊形錐、六邊形錐等等；通過截?cái)嗷虻箞A這些n-邊錐的角獲得的形狀為圓錐體、橢圓錐體等等。
該突起可以由任何材料組成，并且該材料可以具有或不具有導(dǎo)電性。該材料的示例包括電介質(zhì)如氧化物、氮化物和碳化物，以及包括導(dǎo)電物質(zhì)如金屬、合金和透明導(dǎo)電物質(zhì)。該氧化物的示例包括氧化硅(SiOx)、氧化鈦(TiOx)、氧化鉭(TaOx)、氧化鉿(HfOx)、氧化鋯(ZrOx)、氧化鋅(ZnOx)、氧化鋁(AlOx)、氧化鎵(GaOx)、氧化鎂(MgOx)、氧化鋇(BaOx)、氧化銦(InOx)、MgIn2O4、摻氟氧化錫(SnO2:F(FTO))、氧化錫(SnOx)、氧化鋰(LiOx)、氧化鈣(CaOx)、氧化銅(CuOx)、CuAlO2、SrCu2O2、氧化銥(IrOx)、氧化釕(RuOx)、Cua(AlxGayInz)1-aO2、CdGeO、InGaZnO、ZnRhO、GaIn2O4、LaO和LaCuO。也可以用這些物質(zhì)的混合物或多層薄膜。該氮化物的示例包括氮化硅(SiNx)、TiN、WN、CN、BN、LiN、TiON和SiON。也可以用這些物質(zhì)的混合物或多層薄膜。碳化物的示例包括SiC、HfC、ZrC、WC和TiC。也可以用這些物質(zhì)的混合物或多層薄膜。該金屬或合金的示例包括B、Al、Ga、In、W、Ni、Co、Pd、Pt、Ag、Hf、Zr、Au、Cu、Ru、Ir、AgNi、AgPd、AuNi、AuPd、AlCu、AlSi和AlSiCu。也可以用這些物質(zhì)的混合物或多層薄膜。透明導(dǎo)電材料的示例包括氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋅(ZO)、FTO和氧化錫。也可以用這些物質(zhì)的混合物或多層薄膜。此外，也可以用上述列出的多種材料的兩種或多種的混合物或多層薄膜。另外，也可以采用由金屬等形成并且具有被氮化、氧化或碳化的表面以在其上形成氮化物、氧化物或碳化物的突起。
根據(jù)設(shè)計(jì)需要決定該突起的折射率。一般來說，限定該突起的折射率以不同于該基板和待生長在該基板上方的該III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層的折射率。典型地，限定該折射率以小于該基板的折射率。
為了散射從該有源層發(fā)射出的光從而增加光提取效率并且從發(fā)光二極管中獲得高輸出，可以根據(jù)需要在該突起中引入散射中心。如，可以用硅細(xì)顆粒如硅納米晶體作為該散射中心。為了形成其中引入硅細(xì)可以的突起，例如，可以利用采用氧化硅在該基板上形成突起并且將其熱處理的方法。
為了僅僅在該基板的凹槽中生長該第一III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層，例如，至少該突起的表面可以由非晶態(tài)層形成。該非晶態(tài)層作為生長掩模。這是基于在層生長過程中非晶態(tài)層展示出減小的成核發(fā)生趨勢(shì)的特性。該非晶態(tài)層可以通過各種薄膜沉積方法沉積在該基板上，或通過采用金屬等形成突起并且氧化該突起的表面而形成。該非晶態(tài)層由如SiOx薄膜、SiNx薄膜、非晶態(tài)硅(a-Si)薄膜或這些薄膜中的兩種或多種的多層薄膜形成。通常，非晶態(tài)層由絕緣模形成。根據(jù)這種情況，該突起可以由形成在該基板上方的第一非晶態(tài)層、第二非晶態(tài)層和第三非晶態(tài)層形成。在這種情況下，該第二非晶態(tài)層例如可以由可以相對(duì)于該第一和第三非晶態(tài)層的材料選擇性地蝕刻的材料組成。
也可以利用下列制造方法。具體地，該第二III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層側(cè)向生長后，至少部分該突起上方的部分和/或該凹槽上方的部分從該第一和第二III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層上移除。隨后，該第三III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層在剩余的第二III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層上側(cè)向生長，接著在該第三III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層上方順序生長該有源層和該第四III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層。另外，也可以利用下列制造方法。具體地，該第二III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層側(cè)向生長后，至少部分該突起上方的部分和/或該凹槽上方的部分從該第一和第二III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層上移除。隨后，該第六III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層在剩余的第二III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層上側(cè)向生長，接著在該第六III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層上方順序生長該第三III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層、該有源層和該第四III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層。
螺位錯(cuò)集中在該突起上方的第二III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層之間的交匯處。因此，通過預(yù)先在該突起上方成為交匯處的部分中形成由絕緣體、間隙或等形成的位錯(cuò)傳播抑制物，以便該位錯(cuò)傳播抑制劑抑制在該第二III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層中以平行于該基板一個(gè)主面的方向上傳播位錯(cuò)，這樣可以防止位錯(cuò)到達(dá)該第二III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層的表面從而變成螺位錯(cuò)。
在該第三III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層上，該第一電極形成且與該第三III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層電耦合。類似地，在該第四III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層上，該第二電極形成為與該第四III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層電耦合。
可以用多種物質(zhì)作為該基板的材料。由于基板由不同于III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體的材料組成，所以可以用下列材料中的任何一種組成基板，例如藍(lán)寶石(包括c平面、a平面、r平面等等，并且也包括與這些平面偏移的平面)；SiC(包括6H、4H和3C)、Si、ZnS、ZnO、LiMgO、GaAs、尖晶石(MgAl2O4，ScAlMgO4)和石榴石。優(yōu)選地，采用由這些材料中的任一種組成的六方晶體基板或立體基板，更優(yōu)地采用六方晶體基板。可以用III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體(GaN、AlGaInN、AlN、GaInN等)組成的基板作為該基板。或者，作為基板，也可以利用通過如下步驟獲得的結(jié)構(gòu)在由不同于III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體材料組成的基板上生長III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層，并且在該III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層上形成突起。
如果例如采用通過生長如基板上的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層的層所獲得的結(jié)構(gòu)作為基板，則采用不同于直接位于該突起下方的層的材料的物質(zhì)作為該突起的材料。
可以根據(jù)需要移除該基板。
形成該第一至第六III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層和該有源層的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層由如下組成最一般的是AlxByGa1-x-y-zInzAsuN1-u-vPv(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤u≤1，0≤V≤1，0≤x+y+z＜1，0≤u+v＜1)，更具體地AlxByGa1-x-y-zInzN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤x+y+z＜1)，而典型地AlxGa1-x-zInzN(0≤x≤1，0≤z≤1)。該材料的具體示例包括GaN、InN、AlN、AlGaN、InGaN和AlGaInN。特別是，首先生長在該基板的凹槽中的該第一III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層優(yōu)選地由GaN、InxGa1-xN(0＜x＜0.5)、AlxGa1-xN(0＜x＜0.5)或AlxInyGa1-x-yN(0＜x＜0.5，0＜y＜0.2)組成。
根據(jù)需要選擇該第二III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層的厚度，并且典型地為約幾微米或更少。然而，該厚度可以根據(jù)使用而更厚，如，幾十微米至約三百微米(10-300m)。
可以采用外延生長方法如金屬有機(jī)化學(xué)蒸氣沉積、分子束外延、氫化物汽相外延(HVPE-hydride vapor phase epitaxy)或鹵化物汽相外延(halide vaporphase epitaxy)，作為形成該第一至第六氮化物化物III-V族化合物半導(dǎo)體層和該有源層的該氮化物化物III-V族化合物半導(dǎo)體層的生長方法。
根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例，提供了一種集成有多個(gè)發(fā)光二極管的集成發(fā)光二極管。至少一個(gè)該發(fā)光二極管包括第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層、在該第一半導(dǎo)體層上的有源層、第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層、配置來與第一半導(dǎo)體層電耦合的第一電極、配置來提供在該第二半導(dǎo)體層上并且與該第二半導(dǎo)體層電耦合的第二電極。該第二電極包括具有預(yù)定形狀并且主要由銀組成的第一金屬薄膜和覆蓋該第一金屬薄膜并且主要由鈀和/或鉑組成的第二金屬薄膜。
根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例，提供了一種集成有多個(gè)發(fā)光二極管的集成發(fā)光二極管的制造方法。該方法包括下述步驟基板上方順序生長第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層；形成電耦合到該第一半導(dǎo)體層上的第一電極；和在該第二半導(dǎo)體層上形成具有預(yù)定形狀并且主要由銀組成的第一金屬薄膜，以及形成覆蓋該第一金屬薄膜并且主要由鈀和/或鉑組成的第二金屬薄膜，從而形成電耦合到該第二半導(dǎo)體層上的第二電極。
該第三和第四實(shí)施例中的該集成發(fā)光二極管可以應(yīng)用到任何實(shí)際應(yīng)用中。該應(yīng)用的典型示例包括用于液晶顯示器等的發(fā)光二極管背光、發(fā)光二極管照明裝置、發(fā)光二極管顯示器、發(fā)光二極管光通信裝置(如，可見光通信裝置)和發(fā)光二極管空間光發(fā)射裝置。在該集成發(fā)光二極管中，對(duì)發(fā)光二極管的布置方式和形狀沒有限制。例如，發(fā)光二極管可以布置成二維陣列?；蛘撸瑮l紋發(fā)光二極管可以布置在一個(gè)或多個(gè)圓柱上。
不同于如上所述的有關(guān)該第三和第四實(shí)施例的特征類似于有關(guān)第一和第二實(shí)施例的上述特征，只要該第一和第二實(shí)施例的特征不與該第三和第四實(shí)施例的特征矛盾。
根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例，提供了一種其中布置有多個(gè)紅色發(fā)光二極管、多個(gè)綠色發(fā)光二極管和多個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管的發(fā)光二極管背光。該綠色發(fā)光二極管和該多個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管中的至少一個(gè)發(fā)光二極管包括第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層、在該第一半導(dǎo)體層上的有源層、在該有源層上的第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層、設(shè)置來與第一半導(dǎo)體層電耦合的第一電極和提供在該第二半導(dǎo)體層上并且與該第二半導(dǎo)體層電耦合的第二電極。該第二電極包括具有預(yù)定形狀并且主要由銀組成的第一金屬薄膜和覆蓋該第一金屬薄膜并且主要由鈀和/或鉑組成的第二金屬薄膜。
根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例，提供了一種其中布置有多個(gè)紅色發(fā)光二極管、多個(gè)綠色發(fā)光二極管和多個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管的發(fā)光二極管照明裝置。該綠色發(fā)光二極管和該多個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管中的至少一個(gè)發(fā)光二極管包括第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層、在該第一半導(dǎo)體層上的有源層、在該有源層上的第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層、設(shè)置來與第一半導(dǎo)體層電耦合的第一電極和提供在該第二半導(dǎo)體層上并且與該第二半導(dǎo)體層電耦合的第二電極。該第二電極包括具有預(yù)定形狀并且主要由銀組成的第一金屬薄膜和覆蓋該第一金屬薄膜并且主要由鈀和/或鉑組成的第二金屬薄膜。
根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例，提供了一種其中布置有多個(gè)紅色發(fā)光二極管、多個(gè)綠色發(fā)光二極管和多個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管的發(fā)光二極管顯示器。該綠色發(fā)光二極管和該多個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管中的至少一個(gè)發(fā)光二極管包括第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層、在該第一半導(dǎo)體層上的有源層、在該有源層上的第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層、設(shè)置來與第一半導(dǎo)體層電耦合的第一電極和提供在該第二半導(dǎo)體層上并且與該第二半導(dǎo)體層電耦合的第二電極。該第二電極包括具有預(yù)定形狀并且主要由銀組成的第一金屬薄膜和覆蓋該第一金屬薄膜并且主要由鈀和/或鉑組成的第二金屬薄膜。
根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例，提供了一種包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管的電子設(shè)備。至少一個(gè)該發(fā)光二極管包括第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層、在該第一半導(dǎo)體層上的有源層、在該有源層上的第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層、設(shè)置來與第一半導(dǎo)體層電耦合的第一電極和提供在該第二半導(dǎo)體層上并且與該第二半導(dǎo)體層電耦合的第二電極。該第二電極包括具有預(yù)定形狀并且主要由銀組成的第一金屬薄膜和覆蓋該第一金屬薄膜并且主要由鈀和/或鉑組成的第二金屬薄膜。
該第八實(shí)施例中的電子設(shè)備包括發(fā)光二極管背光、發(fā)光二極管照明裝置、發(fā)光二極管顯示器、采用發(fā)光二極管作為其光源的投映機(jī)、背投電視、光柵閥(GLV)等等。一般來說，該電子設(shè)備基本上可以是任何電子設(shè)備，只要其包括至少一個(gè)用于顯示、照明、光通信、光發(fā)射或其它用途的發(fā)光二極管。該電子設(shè)備包括便攜式和固定設(shè)備。除了上述列出的電子設(shè)備外的具體示例還包括蜂窩電話、移動(dòng)設(shè)備、機(jī)器人、個(gè)人計(jì)算機(jī)、交通設(shè)備、多種家用電器、發(fā)光二極管光通信裝置和發(fā)光二極管光發(fā)射裝置。而且，該電子設(shè)備還包括通過結(jié)合兩種或多種以遠(yuǎn)紅外波長帶寬、紅外波長帶寬、紅色波長帶寬、黃色波長帶寬、綠色波長帶寬、藍(lán)色波長帶寬、紫色波長帶寬、紫外波長帶寬等不同的波長帶寬發(fā)光的發(fā)光二極管獲得的實(shí)體。特別是在發(fā)光二極管照射裝置中，可以結(jié)合兩種或多種以紅色波長帶寬、黃色波長帶寬、綠色波長帶寬、藍(lán)色波長帶寬、紫色波長帶寬等不同的波長帶寬發(fā)光的發(fā)光二極管，以便通過混合從這些發(fā)光二極管發(fā)射出的兩種或多種光線，可以獲得自然光或白色光。或者，可以采用以該藍(lán)色波長帶寬、紫色波長帶寬、紫外波長帶寬中的至少一種波長帶寬發(fā)光的發(fā)光二極管作為光源，以便可以通過混合該發(fā)光二極管發(fā)射出的光激發(fā)熒光物質(zhì)而輻射的光來獲得自然光或白色光。
根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施例，提供了一種電子裝置，其包括提供在下面的基底上方并且包括具有預(yù)定形狀并且主要由銀組成的第一金屬薄膜和覆蓋該第一金屬薄膜并且主要由鈀和/或鉑組成的第二金屬薄膜的電極。
根據(jù)本發(fā)明第十實(shí)施例，提供了一種電子裝置的制造方法。該方法包括如下步驟在下面的基底上方形成具有預(yù)定形狀并且主要由銀組成的第一金屬薄膜，以及形成覆蓋該第一金屬薄膜并且主要由鈀和/或鉑組成的第二金屬薄膜，從而形成電極。
在該第九和第十實(shí)施例中，該下面的基底基本上可以由任何物質(zhì)組成。該下面的基底的具體示例包括半導(dǎo)體層、半導(dǎo)體基板、導(dǎo)電氧化層和導(dǎo)電氧化基板。該電子裝置的具體示例包括半導(dǎo)體裝置、壓電裝置、熱電裝置、光學(xué)裝置(如，采用非線性光學(xué)晶體的二次諧波生成元件)、介電裝置(包括鐵電裝置)和超導(dǎo)裝置。該半導(dǎo)體裝置包括如一般的發(fā)光二極管的發(fā)光元件、帶間躍遷(量子級(jí)聯(lián)(quantum cascade))發(fā)光二極管、一般的半導(dǎo)體激光器、和帶間躍遷(量子級(jí)聯(lián))半導(dǎo)體激光器。而且，該半導(dǎo)體裝置也包括光接受元件如光電二極管、傳感器、太陽能電池和電子傳輸元件(典型地為晶體管)。該晶體管的示例包括如高電子遷移晶體管的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)和如異質(zhì)結(jié)雙極性晶體管(HBT)的雙極晶體管。一個(gè)或多個(gè)這些元件形成在同樣的基板或芯片上。根據(jù)需要這些元件配置成獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的。集成發(fā)光元件和電子傳輸元件在同一個(gè)基板上允許構(gòu)造光電集成電路(OEIC)?？梢愿鶕?jù)需要提供光學(xué)互連。基于光供應(yīng)的照明通信或光通信也可以采用至少一個(gè)發(fā)光元件(發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器)的閃爍來實(shí)施。照明通信或光學(xué)通信可以采用多種不同波長帶寬的光線實(shí)施。通過采用包括發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器的裝置作為電子裝置，可以形成下列電子設(shè)備發(fā)光二極管背光、發(fā)光二極管照明裝置和發(fā)光二極管顯示器。而且，也可以形成采用發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器作為其光源的投影器和背投電視、光柵閥和其它設(shè)備。
對(duì)于該第九和第十實(shí)施例，其可能有類似于第一至第八實(shí)施例的應(yīng)用。
不同于如上所述的有關(guān)該第三和第四實(shí)施例的特征類似于有關(guān)第一和第二實(shí)施例的上述特征，只要該第一和第二實(shí)施例的特征不與該第三和第四實(shí)施例的特征矛盾。
在具有上述構(gòu)造的實(shí)施例中，主要由鈀和/或鉑組成的第二金屬薄膜覆蓋主要由銀組成的該第一金屬薄膜，其不僅在室溫而且在高溫下(如，300℃或更高)可以完全防止銀遷移。這可以防止造成該電極的可靠性變壞的空位(銀向外移除引起的間隙)和晶須的出現(xiàn)。此外，也可以有效防止該第一金屬薄膜的氧化和硫化。另外，即使包含易于擴(kuò)散如錫或金的金屬的層形成在該第二金屬薄膜的上方，也可以防止通過銀遷移的該層和該第一金屬薄膜之間的反應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以防止由于銀遷移而造成的第一金屬薄膜的變劣，這允許第一金屬薄膜長時(shí)間地保持其高反射性和低電阻性。因此，可以獲得具有良好耐環(huán)境的穩(wěn)定和高性能的電極。因此，從有源層發(fā)射出的光可以由電極高效率地反射，從而被提取到外部。因此，可以實(shí)現(xiàn)具有高光發(fā)射效率、長周期和高可靠性的高性能發(fā)光二極管。另外，采用這種具有高發(fā)射效率的發(fā)光二極管允許實(shí)現(xiàn)高性能發(fā)光二極管背光、發(fā)光二極管照明裝置、發(fā)光二極管顯示器、發(fā)光二極管光通信裝置、空間光發(fā)射裝置和各種電子設(shè)備等。
從以下結(jié)合附圖的描述，本發(fā)明上述和其它特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加明顯，其中該附圖以示例的方式圖示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。


圖1A和1B分別是展示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的發(fā)光二極管的平面圖和剖面圖；圖2A和2D是解釋根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的發(fā)光二極管的制造方法的剖面圖；圖3A至3C是解釋根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的發(fā)光二極管中第二金屬薄膜防止Ag遷移作用的圖片；圖4是展示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的發(fā)光二極管的示例的老化試驗(yàn)結(jié)果的示意圖；圖5是展示比較示例的老化試驗(yàn)結(jié)果的示意圖，用于與根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的發(fā)光二極管的一個(gè)示例相對(duì)比；圖6是展示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的發(fā)光二極管的剖面圖；圖7A和7B分別是展示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的發(fā)光二極管的平面圖和剖面圖；圖8是展示根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的發(fā)光二極管的剖面圖；圖9是展示根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的發(fā)光二極管的剖面圖；圖10A至10F是解釋根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的發(fā)光二極管的制造方法的剖面圖；圖11是展示根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的發(fā)光二極管的制造方法中形成在基板上的平面形狀的突起的示例的平面圖；圖12是展示根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的發(fā)光二極管的制造方法中形成在基板上的平面形狀的突起的示例的平面圖；圖13是展示根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的用在發(fā)光二極管的制造方法中的基板的示意圖；圖14是解釋根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的發(fā)光二極管的制造方法中的基板上的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層的生長方式的示意圖；圖15是解釋根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的發(fā)光二極管的制造方法中的通過TEM觀察生長在基板上的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層發(fā)現(xiàn)的位錯(cuò)行為的示意圖；圖16是展示根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的發(fā)光二極管的制造方法中的生長在基板上的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層中螺位錯(cuò)分布的示例的示意圖；圖17是展示根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的發(fā)光二極管的制造方法中的生長在基板上的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層中螺位錯(cuò)分布的示例的示意圖。
圖18A至18F是展示根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的發(fā)光二極管的制造方法中的基板上的物III-V族氮化化合物半導(dǎo)體層的生長方式的示意圖；圖19A和19B是展示根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的發(fā)光二極管的制造方法中的生長在基板上的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層位錯(cuò)行為的示意圖；
圖20A至20C是展示根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的發(fā)光二極管的制造方法中的生長在基板上的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層的初始生長階段的圖片；圖21A至21C是展示根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的發(fā)光二極管的制造方法中，當(dāng)在初始生長階段未產(chǎn)生小核時(shí)，基板上的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層的生長方式的示意圖；圖22A和22B是展示根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的發(fā)光二極管的制造方法中，當(dāng)在初始生長階段未產(chǎn)生小核時(shí)，生長在基板上的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層的位錯(cuò)行為；圖23是展示基于本發(fā)明第六實(shí)施例制造的發(fā)光二極管上的光線追蹤模擬結(jié)果的示意圖；圖24A和24B是解釋根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的發(fā)光二極管的制造方法的剖面圖；圖25A至25C是解釋根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的發(fā)光二極管的制造方法的剖面圖；圖26是解釋根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的發(fā)光二極管的制造方法中的通過TEM觀察生長在基板上的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層發(fā)現(xiàn)的位錯(cuò)行為的示意圖；圖27是展示基于本發(fā)明第八實(shí)施例制造的發(fā)光二極管上的光線追蹤模擬結(jié)果的示意圖；圖28是展示基于本發(fā)明第八實(shí)施例制造的發(fā)光二極管上的光線追蹤模擬結(jié)果的示意圖；圖29是展示基于本發(fā)明第八實(shí)施例制造的發(fā)光二極管上的光線追蹤模擬結(jié)果的示意圖；圖30A至30C是解釋根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施例的發(fā)光二極管背光的制造方法的剖面圖；圖30D和30E是解釋根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施例的發(fā)光二極管背光的制造方法的透視圖；圖31是解釋根據(jù)本發(fā)明第十實(shí)施例的發(fā)光二極管背光的制造方法的透視圖；圖32是解釋根據(jù)本發(fā)明第十一實(shí)施例制造的集成發(fā)光二極管的透視圖；以及圖33是展示基于本發(fā)明第十一實(shí)施例的制造的集成發(fā)光二極管的安裝方式的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。在本實(shí)施例所有的附圖中，相同或等價(jià)的部件用相同的標(biāo)號(hào)標(biāo)示。
圖1A和1B展示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的發(fā)光二極管。圖1A是平面圖，圖1B是沿著圖1A中X-X線剖取的剖面圖。這個(gè)發(fā)光二極管采用III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體如GaN。
如圖1A和1B所示，在該發(fā)光二極管中，n型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層2、由III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體形成的有源層3和p型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層4順序沉積在基板1的上方，基板1具有一個(gè)平坦的主面并且由透射所發(fā)射波長的光的材料組成。例如，上述材料中的任何一種都可以用作基板1。具體地，例如，該基板1是藍(lán)寶石基板，并且其主面是c-平面。該n型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層2的上部分、有源層3和p型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層4形成具有預(yù)定平面形狀和截面形狀的臺(tái)面部分5。在臺(tái)面部分5的p型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層4的上方，提供有主要由Ag組成并且具有預(yù)定平面形狀的第一金屬薄膜6，并與p型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層4形成歐姆接觸。而且，主要由Pd和/或Pt組成的第二金屬薄膜7形成來覆蓋第一金屬薄膜6，以便由這些第一和第二金屬薄膜6和7形成p電極8。該第一和第二金屬薄膜6和7的成分如上所述。該第一金屬薄膜6的厚度為如30至200nm(如140nm)。該第二金屬薄膜7的厚度為如10至150nm(如100nm)。在臺(tái)面部分5外側(cè)的n型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層2上，形成n電極9以圍繞臺(tái)面部分5，并對(duì)n型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層2形成歐姆接觸。
下面將描述發(fā)光二極管的制造方法。
首先，制備基板1，并且用熱清洗或類似方法清洗。然后通過現(xiàn)有方法在約550℃的生長溫度下在該基板1上生長例如GaN緩沖層或AlN緩沖層(未示出)。隨后，如圖2A所示，通過如MOCVD，順序外延生長n型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層2、由III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體形成的有源層3和p型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層4。
該III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層的生長源的示例如下所示三乙基鎵((C2H5)3Ga，TEG)或三甲基鎵((CH3)3Ga，TMG)作為用于Ga的材料；三甲基鋁((CH3)3Al，TMA)作為用于Al的材料；三乙基銦((C2H5)3In，TEI)或三甲基銦((CH3)3In，TMI)作為用于In的材料；氨(NH3)作為用于N的材料。對(duì)于摻雜物，可以用如硅烷(SiH4)作為n型摻雜物，而如二(甲基環(huán)戊二烯基)鎂((CH3C5H4)2Mg)、二(乙基環(huán)戊二烯)鎂((C2H5C5H4)2Mg)或二(環(huán)戊二烯)鎂((C5H5)2Mg)用作p型摻雜物。例如可以用H2作為該III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層生長時(shí)的載體氣體。
生長該III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層后，從該MOCVD設(shè)備中取出上方生成有這些層的基板1。
接下來參照?qǐng)D2B，以剝離(lift-off)、蝕刻或其它方法形成具有預(yù)定形狀的第一金屬薄膜6在p型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層4上。在剝離中，首先在該p型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層4上形成具有預(yù)定形狀的抗蝕劑圖案，然后通過濺射或真空蒸發(fā)沉積金屬薄膜在其整個(gè)表面的上方。然后，一同移除樹脂圖案和形成在其上方的金屬薄膜，從而形成具有預(yù)定形狀的第一金屬薄膜6。在蝕刻中，首先在p型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層4的整個(gè)表面上方形成第一金屬薄膜6，然后蝕刻掩模如抗蝕劑圖案形成在該第一金屬薄膜6上。然后，采用蝕刻掩模蝕刻第一金屬薄膜6以使其形成預(yù)定形狀的圖案。形成第一金屬薄膜6以后，形成具有預(yù)定形狀的第二金屬薄膜7以覆蓋第一金屬薄膜6。具有預(yù)定形狀的第二金屬薄膜7可以通過類似于第一金屬薄膜6的形成方法形成。以上述方式，形成由第一和第二金屬薄膜6和7組成的p電極8。
隨后，實(shí)施熱處理以活化p型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層4中的p型雜質(zhì)。這種熱處理在N2和O2的混合氣體氣氛(如成分為99％的N2和1％的O2)中在溫度為500至750℃(優(yōu)選550至750℃)下實(shí)施如一分鐘至兩個(gè)小時(shí)或五分鐘至兩個(gè)小時(shí)。更具體地，例如，這種熱處理在550℃下實(shí)施兩分鐘。O2與N2混合的原因?yàn)镺2促進(jìn)了活化。采用相對(duì)低的溫度實(shí)施這種熱處理的目的是防止有源層3等由于熱處理的劣化。
熱處理后，形成具有預(yù)定形狀并且覆蓋p電極8和圍繞該p電極8的p型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層4的抗蝕劑圖案(未示出)，然后，采用該抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模，通過采用例如氯氣(Cl2)的反應(yīng)離子蝕刻(RIE)實(shí)施蝕刻。如圖2C所示，由于這種蝕刻，n型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層2的上部分、有源層3和p型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層4都被圖案化以形成臺(tái)面部分5。然后，移除該抗蝕劑圖案。
接下來參照?qǐng)D2D，該n電極9通過剝離或蝕刻形成在靠近臺(tái)面部分5的n型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層2上。
形成n電極9以后，蝕刻n型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層2的作為劃線區(qū)域的部分，從而露出基板1。
隨后，從其后側(cè)研磨和精研其上以上述方式形成發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的基板1，以便根據(jù)需要減少其厚度，然后實(shí)施該基板1的劃分(切割)以形成桿。然后，劃分該桿以分割成芯片。
通過上述步驟，就制造了預(yù)定的發(fā)光二極管。
下面將描述發(fā)光二極管的具體結(jié)構(gòu)的示例。具體地，例如，n型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層2由n型GaN層、n型GaInN層、n型GaN層和n型GaInN層依次從底向上組成。該上兩層包含在臺(tái)面部分5中，而n電極9形成在下n型GaInN層上。該p型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層4由p型GaInN層、p型AlInN層、p型GaN層和p型GaInN層依次從底向上組成。該有源層3具有如GaInN-基多層量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)(如交替的GaInN量子阱層和GaN阻擋層的多層結(jié)構(gòu))。有源層3中的In含量根據(jù)該發(fā)光二極管的發(fā)射波長而選擇。例如，對(duì)于405nm的發(fā)射波長，該In含量最多為11％，對(duì)于450nm最多為18％，對(duì)于520nm最多為24％。如采用通過濺射形成并且具有140nm厚的Ag-Pd-Cu合金薄膜(Pd含量為0.5至4.9原子％，Cu含量為0.1至3.5原子％)或Ag薄膜作為該p電極8的第一金屬薄膜6。例如，采用通過濺射形成并且具有120nm厚的Pd薄膜作為第二金屬薄膜7。Ag和Pd的線性膨脹系數(shù)幾乎彼此相等分別為19×10-6/K和11×10-6/K。因此，即使當(dāng)溫度改變時(shí)，在第一和第二金屬薄膜6和7之間也幾乎不會(huì)產(chǎn)生由于熱應(yīng)力而導(dǎo)致的扭曲。例如，可以采用Ti/Ni/Au/Ni結(jié)構(gòu)(例如，Ti薄膜、Ni薄膜、Au薄膜和Ni薄膜的厚度分別為10nm、50nm、180nm和10nm)作為n電極9。
在這種發(fā)光二極管中，從有源層3發(fā)射出的光通過在p電極8和n電極9之間施與前向電壓從而在它們之間施加電流而獲得。該發(fā)射出的光通過基板1提取至外部。根據(jù)有源層3中In含量的選擇，可以獲得綠色或藍(lán)色發(fā)射光。從該有源層3中發(fā)射的光中，直接射向基板1的光在基板1和n型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層2之間的界面上折射，然后通過基板1至外部。比較而言，從有源層3發(fā)射出并且直接射向p電極8的光被第一金屬薄膜6反射以便直接射向基板1，然后通過基板1至外部，其中第一金屬薄膜6主要由p電極8中作為高反射率材料的Ag組成。
下面將描述驗(yàn)證防止由于該第二金屬薄膜7而導(dǎo)致的Ag從該第一金屬薄膜6遷移的作用的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖3A是如下所述得到的光學(xué)顯微鏡照片。具體地，為了其成像，制備采用Ag-Pd-Cu合金薄膜作為第一金屬薄膜6和采用Pd薄膜作為第二金屬薄膜7的實(shí)施例。而且，第二金屬薄膜7由TiW薄膜覆蓋，并且Sn通過在300℃下焊接提供在TiW薄膜上。通過焊料在p電極8和n電極9之間施與電流使有源層3發(fā)光的狀態(tài)下，通過作為基板1的藍(lán)寶石基板成像p電極8而獲得該顯微照片。圖3B是關(guān)于第一對(duì)比示例以類似方式獲得的光學(xué)顯微鏡照片，其中，Ag-Pd-Cu合金薄膜作為第一金屬薄膜6，TiW薄膜作為第二金屬薄膜7的等價(jià)物，其包括在專利文件1中作為保護(hù)片的材料所公開的金屬中。應(yīng)注意的是，關(guān)于如下的示例也可以獲得與圖3B中所示相類似的結(jié)果，在該示例中W薄膜用作第二金屬薄膜7的等價(jià)物，其包括在專利文件1中作為保護(hù)片的材料公開的金屬中。圖3C是關(guān)于第二對(duì)比示例以類似方式獲得的光學(xué)顯微照片，其中，Ag-Pd-Cu合金薄膜作為第一金屬薄膜6，而Ni薄膜作為第二金屬薄膜7的等價(jià)物，其包括在專利文件1中作為保護(hù)片的材料公開的金屬中。對(duì)比圖3A至3C可以得到下列事實(shí)。具體地，在圖3C中，焊料圖案可見。這些可見焊料圖案對(duì)應(yīng)擴(kuò)散痕跡，其表明包含在第一金屬薄膜6中的Ag通過覆蓋第一金屬薄膜6的Ni薄膜發(fā)生顯著遷移，并且因此該焊料中的Sn已經(jīng)擴(kuò)散至第一金屬薄膜6中。圖3B同樣展示了表明類似反應(yīng)發(fā)生的擴(kuò)散痕跡，盡管其可見度相對(duì)圖3C較低。比較而言，在圖3A中未見擴(kuò)散痕跡，其表明作為第二金屬薄膜7的Pd薄膜防止了包含在第一金屬薄膜6中的Ag的遷移。在有源層3發(fā)光的狀態(tài)下捕獲圖片的目的是突出擴(kuò)散痕跡。
圖4展示了上述實(shí)施例中發(fā)光二極管的老化試驗(yàn)(基于80℃額定驅(qū)動(dòng)的通電試驗(yàn))的結(jié)果。圖4的縱坐標(biāo)表示光輸出的下降率，而橫坐標(biāo)表示老化時(shí)間。試驗(yàn)樣品數(shù)為八個(gè)。作為對(duì)比，圖5展示了發(fā)光二極管類似老化試驗(yàn)的結(jié)果，在該發(fā)光二極管中Ag-Pd-Cu合金薄膜作為第一金屬薄膜6，W薄膜作為第二金屬薄膜7的等價(jià)物。試驗(yàn)樣品數(shù)為五個(gè)。圖4展示出包括Pd薄膜作為第二金屬薄膜7的實(shí)施例的發(fā)光二極管的估計(jì)半衰期為十萬小時(shí)或更長。相反，Ag-Pd-Cu合金薄膜作為第一金屬薄膜6，W薄膜作為第二金屬薄膜7的等價(jià)物的圖5展示出該發(fā)光二極管的估計(jì)半衰期小于一千小時(shí)，因此明顯短于該實(shí)施例的發(fā)光二極管的半衰期。
如上所述，根據(jù)該第一實(shí)施例，p電極8由形成在p型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體4上并且主要由Ag組成的第一金屬薄膜6和覆蓋第一金屬薄膜6并且主要由Pd和/或Pt組成的第二金屬薄膜7形成。因此，由于第一金屬薄膜6，可以達(dá)到好反射率特性。而且，第二金屬薄膜7可以充分完全地防止包含在第一金屬薄膜6中的Ag的遷移，從而避免劣化，這樣可以保持第一金屬薄膜6的高反射特性。因此，可以實(shí)現(xiàn)具有長壽命和高可靠性的高密度綠色和藍(lán)色發(fā)光二極管。
下面將描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的發(fā)光二極管。圖6展示了這種發(fā)光二極管。
如圖6所示，在這種發(fā)光二極管中，由W、Mo、Ti、TiW、TiMo、WMo或TiWMo組成的第三金屬薄膜10形成來覆蓋p電極8。而且，第四金屬薄膜1 1形成來覆蓋該第三金屬薄膜10，該第四金屬薄膜由耐干蝕刻的金屬如Ni組成。具體地，第三金屬薄膜10為如通過濺射形成的TiW薄膜并且具有120nm的厚度，第四金屬薄膜11為如通過濺射形成的Ni薄膜并且具有50nm的厚度。這種發(fā)光二極管的其它元件與第一實(shí)施例的發(fā)光二極管相同。
除了第三和第四金屬薄膜10和11在第二金屬薄膜7之后形成外，這種發(fā)光二極管的制造方法與第一實(shí)施例的制造方法相同。
根據(jù)該第二實(shí)施例，可以達(dá)到與第一實(shí)施例同樣的優(yōu)點(diǎn)。而且，以覆蓋p電極8的順序形成的第三和第四金屬薄膜10和11可以提供下列優(yōu)點(diǎn)。具體地，由W、Mo、Ti、TiW、TiMo、WMo或TiWMo組成的第三金屬薄膜10具有防止Au和Sn擴(kuò)散的作用。因此，即使包含Au或Sn的層(焊料層等)形成在p電極8的上方，形成覆蓋p電極8的第三金屬薄膜10也可以有效防止該層中的Au和Sn擴(kuò)散至p電極8中及其中的反應(yīng)。第三金屬薄膜10可以有效防止Au和Sn擴(kuò)散的原因是，第二金屬薄膜7防止了第一金屬薄膜6中的Ag的遷移。另外，由于由耐干蝕刻的金屬如Ni組成的第四金屬薄膜11形成來覆蓋第三金屬薄膜10，因此，可以有效防止采用氯氣的RIE形成臺(tái)面部分5時(shí)第三金屬薄膜10和p電極8被蝕刻。
下面將描述根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的發(fā)光二極管。圖7A和7B展示了這種發(fā)光二極管。圖7A是平面圖，而圖7B是沿著圖7A中Y-Y線剖取的剖面圖。
如圖7A和7B所示，這種發(fā)光二極管包括形成覆蓋第四金屬薄膜11、臺(tái)面部分5的側(cè)面、除了臺(tái)面部分5的n型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層2的表面和n電極9的絕緣薄膜12。至少絕緣薄膜12的下部分由氮化硅薄膜形成。這種氮化硅薄膜包括通過低壓CVD等方法形成的化學(xué)計(jì)量Si3N4薄膜，以及通過等離子CVD等形成的非化學(xué)計(jì)量SiN薄膜。具體地，絕緣薄膜12由例如氮化硅薄膜和在該氮化硅薄膜上的氧化硅薄膜形成。該在下的氮化硅薄膜和該在上的氧化硅薄膜的厚度分別為例如約100nm和約250nm。該氧化硅薄膜包括化學(xué)計(jì)量SiO2薄膜和非化學(xué)計(jì)量SiO薄膜。在第四金屬薄膜11上的絕緣薄膜12中，如四個(gè)開口13a至13d提供在方形的四個(gè)角上。而且，四個(gè)墊電極14形成在第四金屬薄膜11上的開口13a至13c的內(nèi)側(cè)，墊電極15形成在n電極9上的開口13d的內(nèi)側(cè)。作為墊電極14和15，如可以采用Ti/Ni/Au結(jié)構(gòu)(例如，Ti薄膜、Ni薄膜、和Au薄膜的厚度分別為10nm、50nm和360nm)。這種發(fā)光二極管的其它元件與第一和第二實(shí)施例中的發(fā)光二極管相同。
除了下列附加步驟之外，這種發(fā)光二極管的制造方法與第二實(shí)施例的制造方法相同。具體地，在第三實(shí)施例中，形成第四金屬薄膜11后，絕緣薄膜12通過CVD等方法形成在其整個(gè)表面上方。隨后，通過蝕刻移除絕緣薄膜12中的預(yù)定部分以形成開口13a至13d，然后在開口13a至13c內(nèi)側(cè)形成墊電極14和在開口13d內(nèi)側(cè)形成墊電極15。
除了與第一和第二實(shí)施例同樣的優(yōu)點(diǎn)外，第三實(shí)施例還可以提供下列優(yōu)點(diǎn)。具體地，在第三實(shí)施例中，形成至少下部分由氮化硅薄膜形成的絕緣薄膜12覆蓋第四金屬薄膜11、臺(tái)面部分5的側(cè)面、除了臺(tái)面部分5的n型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層2和n電極9。具有致密結(jié)構(gòu)的這種氮化硅薄膜可以防止水從外部浸入，并因此可以更可靠地防止p-n結(jié)泄漏。因此，可以進(jìn)一步增加發(fā)光二極管的可靠性和壽命。另外，由于墊電極14和15分別形成在開口13a至13c和13d的內(nèi)側(cè)，因此在絕緣薄膜12中，在安裝時(shí)可以由這四個(gè)焊盤電極14和15支撐，其允許發(fā)光二極管在穩(wěn)定狀態(tài)安全地安裝。
下面將描述根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的發(fā)光二極管。圖8A展示了這種發(fā)光二極管。
如圖8所示，在這種發(fā)光二極管中，鍍金層17形成在墊電極14和15的上方，籽晶層16形成在它們之間。籽晶層16例如由Au組成，并且具有例如100nm的厚度。該鍍金層17的厚度為例如2500nm。這種發(fā)光二極管的其它元件與第一至第三實(shí)施例的發(fā)光二極管相同。
除了籽晶層16形成在墊電極14和15之上并且然后采用籽晶層16進(jìn)行鍍覆形成鍍金層17之外，這種發(fā)光二極管的制造方法與第一至第三實(shí)施例的制造方法相同。
第四實(shí)施例可以提供與第一和第三實(shí)施例同樣的優(yōu)點(diǎn)。
下面將描述根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的發(fā)光二極管。圖9展示了這種發(fā)光二極管。
如圖9所示，這種發(fā)光二極管包括主要由Pd和/或Pd組成并且形成在墊電極14和15上的籽晶層16和鍍金層17之間的第五金屬薄膜18。這種發(fā)光二極管的其它元件與第一至第四實(shí)施例的發(fā)光二極管相同。
除了通過鍍覆在焊盤電極14和15上的籽晶層16上形成第五金屬薄膜18并且然后通過涂鍍?cè)诘谖褰饘俦∧?8上形成鍍金層17之外，這種發(fā)光二極管的制造方法與第一至第四實(shí)施例的制造方法相同。
除了與第四實(shí)施例同樣的優(yōu)點(diǎn)，第五實(shí)施例還可以提供下列優(yōu)點(diǎn)。具體地，當(dāng)p型III-V族氮化物化合半導(dǎo)體層4生長時(shí)，在p型III-V族氮化物化合半導(dǎo)體層4的表面上經(jīng)常出現(xiàn)由于螺位錯(cuò)引起的凹坑19，如圖9中虛線所示。如果凹坑19以這種方式出現(xiàn)，則反映該凹口19的臺(tái)階的凹槽(虛線所示)也會(huì)從形成在p型III-V族氮化物化合半導(dǎo)體層4的上方的第一金屬薄膜6至鍍金層17的各層中產(chǎn)生。一般來說，圍繞該凹槽的各層的結(jié)晶度、形狀和覆蓋度不能令人滿意。因此，包含在第一金屬薄膜6中的Ag可能沿著凹槽遷移，最終達(dá)到鍍金層17并且與鍍金層17反應(yīng)。比較而言，在第五實(shí)施例中，主要由Pd和/或Pd組成的第五金屬薄膜18形成在鍍金層17的下方。因此，即使在p型III-V族氮化物化合半導(dǎo)體層4的表面上出現(xiàn)凹坑19，第五金屬薄膜18的抗Ag遷移作用可以有效防止包含在第一金屬薄膜6中的Ag到達(dá)鍍金層17。因此，防止了由于Ag擴(kuò)散至鍍金層17中而引起的安裝強(qiáng)度變差。而且，也可以防止從鍍金層17進(jìn)一步遷移至外部的Ag離子對(duì)可靠性造成的不良影響。
下面將描述根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的發(fā)光二極管。在第六實(shí)施例中，采用凹槽-突起基板作為生長包括在發(fā)光二極管中的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層的基板。
圖10A至10F按步驟順序展示了根據(jù)第六實(shí)施例的發(fā)光二極管的制造方法。
如圖10A所示，在第六實(shí)施例中，制備具有一個(gè)平坦的主面并且由透射發(fā)射波長的光的材料組成的基板1。而且，在基板1上，周期地形成每個(gè)具有等腰三角形截面形狀和預(yù)定平面形狀的突起20。因此，在每?jī)蓚€(gè)突起20之間，形成具有倒梯形截面形狀的凹槽21。例如，上述材料中的任何一種都可以用于該基板1。具體地，例如，該基板1是藍(lán)寶石基板并且其主面是c-平面。突起20和凹槽21的平面形狀可以是上述多種平面形狀的任何一種。例如，可以使用圖11和12中的平面形狀。在圖11中，突起20和凹槽21都具有在一個(gè)方向上延伸的條紋形狀。在圖12中，每個(gè)都具有六邊平面形狀的突起20以蜂窩圖案二維地設(shè)置。典型地，沿著圖11中點(diǎn)線的方向(垂直于條紋的方向)平行于III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的a軸設(shè)置，對(duì)此將在稍后描述。而且，圖12中沿著點(diǎn)線的方向(沿著互連最近的突起20的中心的線的方向)平行于III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的m軸設(shè)置，對(duì)此將稍后描述。如果基板1為藍(lán)寶石基板，那么圖11中突起20和凹槽21的條紋的延伸方向平行于藍(lán)寶石基板的<1-100>方向。此外，圖12中凹槽21的延伸方向平行于藍(lán)寶石基板的<1-100>方向?？紤]工藝簡(jiǎn)便，可以適當(dāng)?shù)夭捎萌鏢iO2作為突起20的材料，盡管可以采用上述任何材料。
為了形成在基板1上的截面形狀為等腰三角形的突起20，可以采用現(xiàn)有方法。例如，通過CVD、真空蒸發(fā)、濺射等方法在基板1的整個(gè)表面上形成作為突起20的材料的薄膜(如，SiO2薄膜)。隨后，通過光刻形成具有預(yù)定形狀的抗蝕劑圖案在該薄膜上。接下來，在錐形蝕刻的條件下采用抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模，通過RIE或類似方法蝕刻該沉積的薄膜，從而形成具有等腰三角形截面形狀的突起20。
形成該突起20后，用熱清洗等方法清洗基板1和突起20的表面。然后，通過現(xiàn)有技術(shù)，在約550℃的生長溫度下，在基板1上生長如GaN緩沖層和AlN緩沖層(未示出)。接下來，通過如MOCVD的外延生長III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層。如圖10B，在這個(gè)外延生長中，生長開始于凹槽21的底面，這樣產(chǎn)生了由III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體組成的多個(gè)小核22。接下來參照?qǐng)D10C，通過該小核22的生長和聚結(jié)過程，III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23生長來每個(gè)都具有等腰三角形截面形狀，其中，底邊(base)為凹槽21的底面，斜邊(slope)為相對(duì)于基板1的主面傾斜的面。在這個(gè)示例中，具有等腰三角形截面形狀的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的高度大于突起20的高度。例如，III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的延伸方向平行于其<1-100>方向，其斜邊的面為(1-101)平面。III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23可以無摻雜的，或者可以選擇性地?fù)诫s有n型或p型雜質(zhì)。稍后將描述III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的生長條件。
完成圖10C所示狀態(tài)后，繼續(xù)III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的生長，保持其斜邊的面的平面取向。進(jìn)一步生長提供在圖10D所示的情況中，其中，III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的兩端都達(dá)到突起20的側(cè)面的下部分，從而III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的截面形狀變成五邊形。
隨后，繼續(xù)生長，且生長條件設(shè)置成使得側(cè)向生長占優(yōu)勢(shì)。由于這個(gè)工藝，如圖10E所示，III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23如箭頭所示側(cè)向生長，并且在突起20上方延伸，這樣其截面形狀變?yōu)榱呅巍Ｔ趫D10E中，點(diǎn)線表示對(duì)應(yīng)于中間生長階段的生長邊界(下文中一致)如圖10F所示，當(dāng)進(jìn)一步繼續(xù)側(cè)向生長時(shí)，III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23生長，并且其厚度增加。最后，從相鄰的凹槽21生長的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23在突起20上方彼此接觸并且彼此聚結(jié)。
連續(xù)地，如圖10F所示，進(jìn)一步側(cè)向生長III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23，直到其表面變?yōu)槠叫杏诨?的主面。在這樣生長的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23中，凹槽21上方的部分位錯(cuò)密度很低。
根據(jù)情況而定，該生長狀態(tài)可以直接從圖10C所示的狀態(tài)變換至圖10E所示的狀態(tài)，而不需要通過圖10D所示的步驟。
在完成圖10F所示的狀態(tài)后，類似于第一實(shí)施例，n型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層2、有源層3和p型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層4順序生長在該III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23上方。而且，隨后的步驟類似于第一實(shí)施例實(shí)施，從而制造出預(yù)定的發(fā)光二極管。
在這樣得到的發(fā)光二極管中，從有源層3發(fā)射出的光通過在p電極8和n電極9之間施加前向電壓從而在它們之間施加電流而獲得。該發(fā)射出的光通過基板1提取至外部。根據(jù)有源層3中In含量的選擇，可以獲得綠或藍(lán)色發(fā)射光。從有源層3中發(fā)射的光中，直接射向基板1的光在基板1和基板1上的凹槽21中的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23之間的界面上折射，然后通過該基板1至外部。比較而言，從有源層3發(fā)射出并且直接射向p電極8的光被p電極8反射，以便直接射向基板1，然后通過基板1至外部。
在第六實(shí)施例中，為了最小化III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23中的螺位錯(cuò)密度，定義不同的參數(shù)以滿足下面的不等式。這些參數(shù)如下(見圖13)凹槽21的底面寬度Wg；凹槽21的深度d，即突起20的高度；和如圖10C所示狀態(tài)，基板1的主面和III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的斜邊形成的角度α。
2d≥Wg·tan α參數(shù)設(shè)置示例如下當(dāng)Wg為2.1μm并且α為59°時(shí)，d≥1.75；當(dāng)Wg為2μm并且α為59°時(shí)，d≥1.66；當(dāng)Wg為1.5μm并且α為59°時(shí)，d≥1.245；而當(dāng)Wg為1.2μm并且α為59°時(shí)，d≥0.966。在任何情況下。希望該深度d滿足d＜5μm。
在圖10B、10C和10D所示的步驟中生長III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23時(shí)，生長源的V/III比率設(shè)定為高值，如13000±2000范圍中的值，并且生長溫度設(shè)定為低值，如1100±50℃范圍內(nèi)的溫度。這個(gè)條件設(shè)置允許III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23以逐漸填充凹槽21的方式生長，并且而它的面相對(duì)于基板1的主面傾斜，呈現(xiàn)為斜邊，如圖10B、10C和10D所示。在這個(gè)生長過程中，幾乎沒有III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23生長在突起20上。III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的生長在0.01至2.0個(gè)大氣壓的壓力條件下生長，并且優(yōu)選為約1.0個(gè)大氣壓。如果III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23在約0.4個(gè)大氣壓下生長，則優(yōu)選使用1050±50℃范圍內(nèi)的生長溫度。采用這樣的生長溫度的目的是抑制III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的側(cè)向生長，從而促進(jìn)其在凹槽21中的選擇性生長。生長率一般設(shè)定為0.5至5.0μm/h，并且優(yōu)選為約3.0μm/h。如果III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23為GaN層，則源氣體的流速如下對(duì)于TMG，20SCCM；對(duì)于NH3，20SLM。在圖10E和10F所示的步驟中生長(側(cè)向生長)III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23時(shí)，生長源的V/III比率設(shè)定為低值，如5000±2000范圍中的值，并且生長溫度設(shè)定為高值，如1200±50℃范圍內(nèi)的溫度。如果生長溫度高于這個(gè)范圍，則III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的表面容易變得粗糙。比較而言，如果低于這個(gè)范圍，則在III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23之間的交匯處易于產(chǎn)生凹坑。如果III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23為GaN層，則源氣體的流速如下對(duì)于TMG，40SCCM；對(duì)于NH3，20SLM。如圖10E和10F所示，這種條件設(shè)置允許III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23側(cè)向生長并且獲得平的表面。通過該生長，在III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23和基板1之間未產(chǎn)生間隙。
圖14示意性地展示了當(dāng)GaN層作為III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的示例生長時(shí)，源氣體的流動(dòng)和其在基板1上的擴(kuò)散。這種生長最重要的特征是，在初始生長階段，GaN未生長在基板1上的突起20上，GaN的生長開始于凹槽21中。在圖14中，突起20的截面形狀為三角形。然而，同樣當(dāng)突起20的截面形狀為梯形時(shí)，類似地GaN未生長在突起20上。一般來說，對(duì)于GaN生長，TMG和NH3分別用作Ga和N源。在這種情況下，GaN的生長源于NH3和Ga之間的直接反應(yīng)，如下列化學(xué)反應(yīng)式所示Ga(CH3)3(g)+3/2H2(g)→Ga(g)+3CH4(g)NH3(g)→(1-α)NH3(g)+α/2N2(g)+3α/2H2(g)Ga(g)+NH3(g)＝GaN(s)+3/2H2(g)作為這個(gè)反應(yīng)的結(jié)果，H2氣產(chǎn)生。H2氣阻止晶體生長，即H2氣具有蝕刻作用。在圖10B、10C和10D所示的步驟中，突起20上的生長通過采用一種在平面基板上通常的GaN生長所不用的條件而抑制，即增強(qiáng)蝕刻作用并且因此阻止生長的條件(高V/III比率的條件)。然而，在凹槽21內(nèi)側(cè)，這種蝕刻作用減弱，從而導(dǎo)致晶體生長。在典型的生長方法中，晶體在提供增強(qiáng)的側(cè)向生長程度的條件下(高溫度條件)生長，以獲得生長晶體的表面的高平面度。比較而言，在第六實(shí)施例中，為了在前期彎曲螺位錯(cuò)至平行于基板1的主面的方向并且用III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23填充凹槽21，如上所述在晶體生長中采用低于典型溫度的溫度(如，1050±50℃)。
圖15示意性地展示了采用透射電子顯微鏡(TEM)的在III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23中晶體缺陷分布的分析結(jié)果。在圖15中，數(shù)字24表示螺位錯(cuò)。圖15中明顯的是，該位錯(cuò)密度在突起20的中心部分附近很高，即位于從彼此相鄰的凹槽21生長的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23之間的匯聚部分。比較而言，在包括在凹槽21上的部分的其它部分中的位錯(cuò)密度很低。例如，當(dāng)凹槽21的深度d為1μm并且凹槽21的底面的寬度Wg為2μm時(shí)，在低位錯(cuò)密度部分中的位錯(cuò)密度為6×107/cm2，其比未使用凹槽-突起基板1的情況下低一至兩個(gè)數(shù)量級(jí)。還可以看出沿著垂直于凹槽21的側(cè)壁的方向未產(chǎn)生位錯(cuò)。
在圖15中，包括在凹槽21上方與基板1接觸的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23中的高位錯(cuò)密度和低結(jié)晶度的區(qū)域的平均厚度約為在突起20上方與基板1接觸的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23中的高位錯(cuò)密度和低結(jié)晶度的區(qū)域的平均厚度的1.5倍。這個(gè)結(jié)果反映III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23在突起20上方側(cè)向生長的事實(shí)。
圖16展示了當(dāng)突起20具有如圖11所示的平面形狀時(shí)螺位錯(cuò)24的分布。圖17展示了當(dāng)突起20具有如圖12所示的平面形狀時(shí)螺位錯(cuò)24的分布。
下面將參照?qǐng)D18A至18F描述III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23從初始階段開始的生長方式和位錯(cuò)傳播的方式。
如圖18A所示，在生長開始時(shí)，首先在凹槽21的底面產(chǎn)生由III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體組成的多個(gè)小核22。在這些小核22中，位錯(cuò)(虛線所示)在垂直方向上從與基板1的界面?zhèn)鞑?，并且從小?2的側(cè)面向外傳播。如圖18B和18C，如果繼續(xù)生長，則III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23通過小核22的生長和聚結(jié)工藝生長。在小核22的生長和聚結(jié)工藝中，位錯(cuò)向平行于基板1的主面的方向彎曲。結(jié)果，向上傳播出的位錯(cuò)的數(shù)目減小。如圖18D所示，如果進(jìn)一步持續(xù)生長，則III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的截面形狀變成等腰三角形，其中，底邊為凹槽21的底面。這時(shí)，從III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23向上傳播出的位錯(cuò)的數(shù)目大大地減少。如圖18E所示，隨后，III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23側(cè)向生長。在這個(gè)側(cè)向生長過程中，在傳播到III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的側(cè)面的位錯(cuò)中，存在于低于突起20的頂點(diǎn)的位置上的位錯(cuò)保持平行于基板1的主面延伸至突起20的側(cè)面并且在此消失，其中，III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23具有等腰三角形截面形狀，且其底邊為凹槽21的底面。另一方面，存在于高于突起20的頂點(diǎn)的位置上的位錯(cuò)保持平行于基板1的主面延伸到達(dá)側(cè)向生長的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的側(cè)面。如圖18F所示，如果進(jìn)一步持續(xù)III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的側(cè)向生長，則從突起兩側(cè)生長出的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23在突起20上方彼此相遇，使得最終所生成的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的表面變成平行于基板1的主面的平面。當(dāng)III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23在突起20上方相遇時(shí)，III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23中的位錯(cuò)向上彎曲(至垂直于基板1主面的方向)以成為螺位錯(cuò)。
參照?qǐng)D19A和19B，下面將對(duì)從小核22的產(chǎn)生至III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23側(cè)向生長完成的期間的位錯(cuò)行為進(jìn)行重新描述。如圖19A和19B所示，通過小核22的產(chǎn)生、生長和聚結(jié)工藝，從與基板1的界面產(chǎn)生的位錯(cuò)重復(fù)地向水平方向彎曲以聚集(位錯(cuò)(1))。此外，這樣向水平方向彎曲的位錯(cuò)延伸到該突起20的側(cè)面并且在此消失(位錯(cuò)(2))。而且，從與基板1的界面產(chǎn)生的位錯(cuò)彎曲一次并且傳播到III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的表面(位錯(cuò)(3))。由于位錯(cuò)的聚集和向水平方向彎曲的位錯(cuò)向突起20的側(cè)面延伸并在此消失，可以獲得III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23，其螺位錯(cuò)的數(shù)量少于未產(chǎn)生小核22的情況。
圖20A至20C展示了對(duì)應(yīng)于圖18A所示的小核22產(chǎn)生在凹槽21底面上的情況的結(jié)構(gòu)的截面TEM圖像。圖20B和20C是放大圖18A中的橢圓所圍繞的部分后產(chǎn)生的截面TEM圖像。這些圖像清晰地展示了在層生長的初始階段產(chǎn)生小核22的狀態(tài)。
下面將描述在初始生長階段產(chǎn)生小核22的情況和未產(chǎn)生它們的情況下，產(chǎn)生在III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23中的位錯(cuò)的行為如何不同。
圖21A至21C展示了在III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的初始生長階段未產(chǎn)生小核22時(shí)獲得的情況。圖21A至21C中展示的狀態(tài)分別對(duì)應(yīng)于圖18D至18F所展示的狀態(tài)。如圖21A所示，如果小核22未產(chǎn)生于初始階段，則III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23生長成為具有等腰三角形截面形狀，并且其底邊為凹槽21的底面時(shí)，只有從與凹槽21的底面之間的界面向外延伸的位錯(cuò)才會(huì)存在。一般這些位錯(cuò)的密度高于圖18D中所示的狀態(tài)。如圖21B所示，如果持續(xù)生長，則在延伸到III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的側(cè)面的位錯(cuò)中，存在于低于突起20的頂點(diǎn)的位置上的位錯(cuò)保持平行于基板1的主面延伸至突起20的側(cè)面并且在此消失，其中，III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23具有等腰三角形截面形狀，其底邊為凹槽21的底面。另一方面，存在于高于突起20的頂點(diǎn)的位置上的位錯(cuò)保持平行于基板1的主面延伸到達(dá)側(cè)向生長的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的側(cè)面。如圖21C所示，如果進(jìn)一步持續(xù)III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的側(cè)向生長，則從突起兩側(cè)生長出的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23在突起20上方彼此相遇，使得最終所生成的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的表面變成平行于基板1的主面的平面。當(dāng)III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23在突起20上方相遇時(shí)，III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23中的位錯(cuò)向上彎曲以成為螺位錯(cuò)24。螺位錯(cuò)24的密度足夠低。然而，這個(gè)密度高于在初始生長階段時(shí)小核22產(chǎn)生在凹槽21底面上時(shí)的情況。其原因是，如圖22A和22B所示，如果未產(chǎn)生小核22，則在到達(dá)等腰三角形的斜邊時(shí)，從基板1的界面產(chǎn)生的位錯(cuò)向水平方向彎曲一次，其中底邊為凹槽21的底面。即在這種情況下，通過小核22的生成、生長和聚結(jié)，可能不能得到位錯(cuò)聚集的效果。
圖23展示了基板1上凹槽的深度各種變化時(shí)，從發(fā)光二極管至外部的光提取效率的改進(jìn)程度的模擬試驗(yàn)(光線追蹤模擬)結(jié)果的示例。該改進(jìn)度基于使用其上沒有凹槽和突起的平面基板的情況的對(duì)比。該模擬基于從基板1后側(cè)提取光的假設(shè)。在圖23中，橫坐標(biāo)表示凹槽21的深度(突起20的高度)?？v坐標(biāo)表示未形成突起20時(shí)獲得的光提取效率η的改進(jìn)程度(光提取的倍增率)。突起20具有在一個(gè)方向上延伸的條紋形狀。由突起20的側(cè)面和基板1的主面形成的角度θ為135°。凹槽21的底面長度Wg為2μm，突起20底面長度為3μm。該模擬基于基板1和III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的折射系數(shù)分別為1.77和2.35的假設(shè)。根據(jù)圖23，當(dāng)凹槽21的深度大于0.3μm時(shí)，光提取倍增率大于1.35。當(dāng)深度為0.5μm至2.5μm時(shí)，速率大于1.5。當(dāng)深度為0.7μm至2.15μm時(shí)，速率大于1.75。當(dāng)深度為1μm至1.75μm時(shí)，速率大于1.85。當(dāng)深度為約1.3μm時(shí)，速率取得最大值(約1.95)。
除了與第五實(shí)施例同樣的優(yōu)點(diǎn)之外，第六實(shí)施例還可以提供下列優(yōu)點(diǎn)。具體地，在基板1和III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23之間沒有間隙。因此，可以防止由于間隙引起的光提取效率的降低。而且，III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23中的螺位錯(cuò)集中在基板1上的突起20的中心部分附近，并且相對(duì)于未使用凹槽-突起基板的現(xiàn)有方法，其它部分中的位錯(cuò)密度大大地減小，如減小到約6×107/cm2。因此，III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層的結(jié)晶度大大地增加，如III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23和生長在III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23上的有源層3，并且非發(fā)光中心等的數(shù)量大大地減少。這些特征允許獲得發(fā)光效率極高的發(fā)光二極管。
另外，制造這種發(fā)光二極管所需的外延生長次數(shù)為1，并且不需要生長掩模。而且，基板1上的突起20可以僅僅通過在基板1上形成作為突起20的材料的薄膜如SiO2薄膜，并且蝕刻處理該薄膜而形成。因此，不需要處理難于在其上形成凹槽和突起的基板1如藍(lán)寶石基板，從而簡(jiǎn)化了制造步驟。因此，該發(fā)光二極管可以低成本制造。
下面將描述本發(fā)明第七實(shí)施例。
在第七實(shí)施例中，限定突起20的高度滿足下列條件當(dāng)III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23生長成為具有等腰三角形截面形狀且其底邊為凹槽21的底面時(shí)，III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的高度等于或小于突起20的高度。作為示例，圖24A和24B展示了III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的高度等于突起20的高度的情況。由于這樣的設(shè)置，從基板1的界面產(chǎn)生且已經(jīng)延伸達(dá)到III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的側(cè)面的所有位錯(cuò)保持平行于基板1的主面延伸至突起20的側(cè)面，并且在此消失，其中，III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23生長具有等腰三角形截面形狀，并且底邊為凹槽21的底面。因此，到達(dá)III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的表面的螺位錯(cuò)24的數(shù)目顯著減少，這樣螺位錯(cuò)密度可以基本為零。
第七實(shí)施例的其它特征與第一至第六實(shí)施例相同。
根據(jù)第七實(shí)施例，可以生長螺位錯(cuò)密度基本為零的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23。因此，可以獲得基本不包括位錯(cuò)的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體基板。而且，通過在這個(gè)無位錯(cuò)的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體基板上生長如n型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層2、有源層3和p型III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層4，使得這些層具有大大減小的位錯(cuò)密度。因此，可以獲得實(shí)現(xiàn)具有優(yōu)良特性的發(fā)光二極管的優(yōu)點(diǎn)。
下面將描述本發(fā)明第八實(shí)施例。
如圖25A所示，在第八實(shí)施例中，每個(gè)都具有梯形截面形狀和預(yù)定平面形狀的突起20周期形成在基板1上。因此，在每?jī)蓚€(gè)突起20之間，形成有具有倒梯形截面形狀的凹槽21。
隨后，III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23類似于第六實(shí)施例生長。具體地，通過小核22在凹槽21的底面上的生成、生長和聚結(jié)工藝，每個(gè)具有等腰三角形截面形狀其且底邊為凹槽21的底面的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23如圖25B所示生長。而且，如圖25C所示，通過側(cè)向生長，具有平面結(jié)構(gòu)和低螺位錯(cuò)密度的III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23得以生長。
隨后的步驟實(shí)施類似于第六實(shí)施例，從而制造出預(yù)定的發(fā)光二極管。
第八實(shí)施例的其它特征與第一至第六實(shí)施例相同。
圖26示意性地展示了采用TEM的該III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23中的晶體缺陷分布分析結(jié)果。
第八實(shí)施例可以提供與第六實(shí)施例同樣的優(yōu)點(diǎn)。
圖27至29展示了從發(fā)光二極管至外部的光提取效率變化的模擬試驗(yàn)結(jié)果示例，其基于凹槽和突起形成在基板1上時(shí)和它們未形成且因此基板1為平面時(shí)的情況。所有的模擬都基于從基板1后側(cè)提取光的假設(shè)。
在圖27中，橫坐標(biāo)表示突起20的折射率。縱坐標(biāo)表示未形成突起20時(shí)獲得的光提取效率η的改進(jìn)程度(光提取的倍增率)。而且，在圖27中，黑三角形“▲”表示突起20具有圖1 1所示的一維條紋形狀結(jié)構(gòu)時(shí)的數(shù)據(jù)(1D)。黑色圓圈“●”表示通過提供具有彼此垂直的一維條紋形狀的突起20而獲得的二維排列結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)(2D)。突起20的側(cè)面和基板1的一個(gè)主面所形成的角度θ為135°。凹槽21的底面長度Wg為2μm，突起20底面長度為3μm。該模擬基于基板1和III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的折射系數(shù)分別為1.77和2.35的假設(shè)。根據(jù)圖27，對(duì)于1D和2D兩者，當(dāng)突起20的折射率為1.4時(shí)，光提取倍增率取得最大值，當(dāng)折射率在1.2至1.7范圍內(nèi)時(shí)，光提取倍增率足夠大。2D中的光提取倍增率大于1D中的光提取倍增率。
同樣，當(dāng)該突起20的截面形狀為如第六實(shí)施例中的三角形時(shí)，可以獲得類似結(jié)果。
在圖28中，橫坐標(biāo)表示突起20的側(cè)面和基板1的一個(gè)主面所形成的角度θ，縱坐標(biāo)表示光提取倍增率。而且，在圖28中，黑三角形“▲”表示突起20具有圖11所示的一維條紋形狀結(jié)構(gòu)時(shí)的數(shù)據(jù)(1D)。黑色圓圈“●”表示通過提供具有彼此垂直的一維條紋形狀的突起20而獲得的二維排列結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)(2D)。凹槽21的底面長度Wg為3μm，突起20底面長度為2μm。該模擬基于基板1、突起20和III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的折射系數(shù)分別為1.77、1.4和2.35的假設(shè)。根據(jù)圖28，對(duì)于1D和2D兩者，當(dāng)突起20的側(cè)面和基板1的一個(gè)主面所形成的角度θ在100°＜θ＜160°的范圍內(nèi)時(shí)，光提取倍增率大到1.55或更大。而且，當(dāng)角度θ在132°＜θ＜139°的范圍內(nèi)時(shí)，光提取倍增率的極大值為1.75或更大，特別是，當(dāng)角度θ為135°時(shí)，光提取倍增率取得最大值。另外，當(dāng)角度θ在147°＜θ＜154°的范圍內(nèi)時(shí)，光提取倍增率的極大值為1.75或更大，特別是，角度θ為152°時(shí)，光提取倍增率取得最大值。2D中的倍增率大于1D中的倍增速率。
同樣，當(dāng)突起20的截面形狀為如第六實(shí)施例中的三角形時(shí)，可以獲得類似結(jié)果。
在圖29中，橫坐標(biāo)表示凹槽21的深度d。縱坐標(biāo)表示未形成突起20時(shí)獲得的光提取效率η的改進(jìn)程度(光提取倍增率)。突起20具有如圖11所示的一維條紋形狀。凹槽21的底面長度Wg與突起20底面長度的比率為3∶2。該模擬基于基板1、突起20和III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層23的折射系數(shù)分別為1.77、1.4和2.35的假設(shè)。圖29展示出更大深度的凹槽21提供更大的光提取倍增率。
下面將描述本發(fā)明第九實(shí)施例。
第九實(shí)施例涉及通過利用分開制備的紅色發(fā)光二極管(如AlGaInP-基發(fā)光二極管)和由第六實(shí)施例的方法制造的藍(lán)色和綠色發(fā)光二極管制造的發(fā)光二極管背光。
在第九實(shí)施例中，藍(lán)色發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)通過第六實(shí)施例中的方法形成在基板1上。隨后，在p電極8和n電極9上形成凸點(diǎn)(未示出)，然后切割基板1成為芯片，這樣獲得倒裝芯片形式的藍(lán)色發(fā)光二極管。以類似的方式，獲得倒裝芯片形式的綠色發(fā)光二極管。對(duì)于紅色發(fā)光二極管，使用芯片形式的AlGaInP-基發(fā)光二極管。該AlGaInP-基發(fā)光二極管通過在n型GaAs基板上方沉積AlGaInP-基半導(dǎo)體層以形成二極管結(jié)構(gòu)，并且在其上形成p電極的步驟獲得。
每個(gè)紅色發(fā)光二極管芯片、綠色發(fā)光二極管芯片和藍(lán)色發(fā)光二極管芯片都安裝在由AlN等組成的底安裝上，然后，基于具有朝向下的底安裝的預(yù)定布置，這些芯片安裝在比如Al基板的基板上。這樣產(chǎn)生的狀態(tài)展示在圖30A中。在圖30A中，數(shù)字61表示基板，數(shù)字62表示底安裝。而且，數(shù)字63、64和65分別表示紅色、綠色和藍(lán)色發(fā)光二極管芯片。這些紅色、綠色和藍(lán)色發(fā)光二極管芯片的芯片尺寸為，例如350μm×350μm。實(shí)施這些片的安裝，使得該紅色發(fā)光二極管芯片63的n電極設(shè)置在底安裝62上，綠色和藍(lán)色發(fā)光二極管芯片64和65的p電極和n電極通過凸點(diǎn)設(shè)置在底安裝62上方。用于n電極的引線電極(未示出)在安裝有紅色發(fā)光二極管芯片63的底安裝62上形成為預(yù)定的圖案形狀。紅色發(fā)光二極管芯片63的n電極安裝在引線電極上的預(yù)定部分上。而且，導(dǎo)線67連接到紅色發(fā)光二極管芯片63的p電極上和提供在基板61上的預(yù)定墊電極66上使其彼此連接。另外，另一導(dǎo)線(未示出)連接到該引線電極的一端和提供在基板61上的另一墊電極上使其彼此連接。在其上安裝有綠色發(fā)光二極管芯片64的底安裝62上，用于p電極的引線電極和用于n電極的引線電極(兩者都未示出)形成為預(yù)定的圖案形狀。綠色發(fā)光二極管芯片64的p電極和n電極都通過形成在其上的凸點(diǎn)安裝在用于p電極的引線電極和用于n電極的引線電極的預(yù)定部分上。而且，導(dǎo)線(未示出)連接到用于綠色發(fā)光二極管芯片64的p電極的引線電極的一端上和提供在基板61上的墊電極66上使其彼此連接。另外，另一導(dǎo)線(未示出)連接到用于綠色發(fā)光二極管芯片64的n電極的該引線電極的一端上和提供在基板61上的另一墊電極上使其彼此連接。藍(lán)色發(fā)光二極管芯片65周邊的結(jié)構(gòu)類似于綠色發(fā)光二極管芯片64周邊的結(jié)構(gòu)。
上述的一組紅色、綠色和藍(lán)色發(fā)光二極管芯片63、64和65定義為一個(gè)單元。必要數(shù)量的單元基于預(yù)定的圖案布置在基板61上。該布置的一個(gè)示例展示在圖30D中。如圖30B所示，在該布置完成后，用透明樹脂68實(shí)施封裝以覆蓋每個(gè)單元。隨后，實(shí)施透明樹脂68的固化。這種固化將透明樹脂68固體化，并且樹脂68一定程度上隨著該固化而收縮。以這種方式，獲得發(fā)光二極管背光，其中，每個(gè)包括紅色、綠色和藍(lán)色發(fā)光二極管芯片63、64和65的芯片單元在基板61上布置成陣列，如圖30E所示。在該背光中，透明樹脂68與綠色和藍(lán)色發(fā)光二極管芯片64和65的基板1的背面接觸，相比基板1的背面之間與空氣接觸的情況，提供更小的折射率差。因此，通過基板1的背面反射的光與通過基板1到外部的光的比率減小，因此增加了光提取效率，從而改善了發(fā)光效率。
這種發(fā)光二極管背光適合用作例如液晶板的背光。
下面將描述本發(fā)明的第十實(shí)施例。
在第十實(shí)施例中，起初必要數(shù)量的每個(gè)紅色、綠色和藍(lán)色發(fā)光二極管芯片63、64和65基于預(yù)定的圖案布置在基板61上，類似于第九實(shí)施例。隨后，如圖31所示，用適合紅色發(fā)光二極管芯片63的透明樹脂69實(shí)施密封以覆蓋紅色發(fā)光二極管芯片63。而且，用適合綠色發(fā)光二極管芯片64的透明樹脂70實(shí)施密封以覆蓋綠色發(fā)光二極管芯片64，并且用適合藍(lán)色發(fā)光二極管芯片65的透明樹脂71實(shí)施密封以覆蓋藍(lán)色發(fā)光二極管芯片65。隨后，實(shí)施該透明樹脂69至71的固化。這種固化將透明樹脂69至71固體化，并且透明樹脂69至71一定程度上隨著這個(gè)固化收縮。以這種方式，獲得發(fā)光二極管背光，其中，每個(gè)包括紅色、綠色和藍(lán)色發(fā)光二極管芯片63、64和65的芯片單元在基板61上布置成陣列。在該背光中，透明樹脂70和71與綠色和藍(lán)色發(fā)光二極管芯片64和65的基板1的背面接觸，相比基板1的背面之間與空氣接觸的情況，提供更小的折射率差。因此，通過基板1的背面反射的光與通過基板1到外部的光的比率減小，因此增加了光提取效率，從而改善了發(fā)光效率。
這種發(fā)光二極管背光適合用作例如液晶板的背光。
下面將描述本發(fā)明的第十一實(shí)施例。
在第十一實(shí)施例中，起初發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)通過第六實(shí)施例的方法形成在基板1上，使得每個(gè)p電極8和n電極9形成為具有條紋形狀。隨后，在該p電極8和n電極9上形成凸點(diǎn)(未示出)，并且對(duì)基板1進(jìn)行劃分以便基板1劃分成具有預(yù)定尺寸的矩形。因此，如圖32所示，獲得具有條紋發(fā)光部分的集成發(fā)光二極管。形成n電極9圍繞條形臺(tái)面部分5。如圖33所示，這個(gè)集成發(fā)光二極管安裝在由AlN等組成的底安裝72上。在底安裝72上，用于p電極的引線電極和用于n電極的引線電極(都未示出)形成為預(yù)定的圖案形狀，焊料73和74形成在引線電極上。在安裝中進(jìn)行對(duì)齊，以使集成發(fā)光二極管的p電極8和n電極9分別放置在焊料73和74的上方，接下來熔化這些焊料73和74以粘合。
上面已經(jīng)具體描述了本發(fā)明的實(shí)施例。然而，應(yīng)該注意的是，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，還包括基于本發(fā)明技術(shù)思想的各種修改。
例如，在第一至第十一實(shí)施例中引用的數(shù)值、材料、結(jié)構(gòu)、形狀、基板、成分、工藝、突起20和凹槽21的方向等僅僅是示例?？梢愿鶕?jù)需要使用其它的數(shù)值、材料、結(jié)構(gòu)、形狀、基板、成分、工藝和方向等等。
另外，例如可以根據(jù)需要結(jié)合上述第一至第十一實(shí)施例中的兩個(gè)或多個(gè)。
盡管已經(jīng)使用具體的術(shù)語描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但描述只起到說明性的目的，應(yīng)該理解的是，在其上可以作修改和變化，而不脫離權(quán)利要求的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，包括第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層；在該第一半導(dǎo)體層上的有源層；在該有源層上的第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層；配置來與該第一半導(dǎo)體層電耦合的第一電極；和配置來提供在該第二半導(dǎo)體層上并且與該第二半導(dǎo)體層電耦合的第二電極，該第二電極包括具有預(yù)定形狀并且主要由銀組成的第一金屬薄膜和覆蓋該第一金屬薄膜并且主要由鈀和/或鉑組成的第二金屬薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中該第一金屬薄膜由銀-銦合金、銀-鈀-銅合金或銀-鈮-銅合金組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中該第二金屬薄膜具有至少十納米的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，還包括配置來提供在該第二金屬薄膜上并且由選自由鎢、鉬或鈦組成的組中的至少一種金屬組成的第三金屬薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，還包括配置來提供在該第二金屬薄膜上方的鍍金層；和配置來提供在該鍍金層和該第二金屬薄膜之間并且主要由鈀和/或鉑組成的第四金屬薄膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中該第一半導(dǎo)體層、該有源層和該第二半導(dǎo)體層由III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中該第一半導(dǎo)體層為n型半導(dǎo)體層，而該第二半導(dǎo)體層為p型半導(dǎo)體層。
8.一種制造發(fā)光二極管的方法，該方法包括如下步驟基板上方順序生長第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層；形成電耦合到該第一半導(dǎo)體層上的第一電極；和在該第二半導(dǎo)體層上形成具有預(yù)定形狀并且主要由銀組成的第一金屬薄膜，并且形成覆蓋該第一金屬薄膜且主要由鈀和/或鉑組成的第二金屬薄膜，從而形成電耦合到該第二半導(dǎo)體層上的第二電極。
9.一種集成發(fā)光二極管，其中集成有多個(gè)發(fā)光二極管，至少一個(gè)該發(fā)光二極管包括第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層；在該第一半導(dǎo)體層上的有源層；在該有源層上的第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層；配置來與第一半導(dǎo)體層電耦合的第一電極；和配置來提供在該第二半導(dǎo)體層上并且與該第二半導(dǎo)體層電耦合的第二電極，該第二電極包括具有預(yù)定形狀并且主要由銀組成的第一金屬薄膜和覆蓋該第一金屬薄膜并且主要由鈀和/或鉑組成的第二金屬薄膜。
10.一種集成有多個(gè)發(fā)光二極管的集成發(fā)光二極管的制造方法，該方法包括在基板上順序生長第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層；形成電耦合到該第一半導(dǎo)體層上的第一電極；和在該第二半導(dǎo)體層上形成具有預(yù)定形狀并且主要由銀組成的第一金屬薄膜，并且形成覆蓋該第一金屬薄膜且主要由鈀和/或鉑組成的第二金屬薄膜，從而形成電耦合到該第二半導(dǎo)體層上的第二電極。
11.一種發(fā)光二極管背光，其中布置有多個(gè)紅色發(fā)光二極管、多個(gè)綠色發(fā)光二極管和多個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管，該綠色發(fā)光二極管和該多個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管中的至少一個(gè)發(fā)光二極管包括第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層；在該第一半導(dǎo)體層上的有源層；在該有源層上的第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層；配置來與該第一半導(dǎo)體層電耦合的第一電極；和配置來提供在該第二半導(dǎo)體層上并且與該第二半導(dǎo)體層電耦合的第二電極，該第二電極包括具有預(yù)定形狀并且主要由銀組成的第一金屬薄膜和覆蓋該第一金屬薄膜并且主要由鈀和/或鉑組成的第二金屬薄膜。
12.一種發(fā)光二極管照明裝置，其中布置有多個(gè)紅色發(fā)光二極管、多個(gè)綠色發(fā)光二極管和多個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管，該綠色發(fā)光二極管和該多個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管中的至少一個(gè)發(fā)光二極管包括第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層；在該第一半導(dǎo)體層上的有源層；在該有源層上的第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層；配置來與該第一半導(dǎo)體層電耦合的第一電極；和配置來提供在該第二半導(dǎo)體層上并且與該第二半導(dǎo)體層電耦合的第二電極，該第二電極包括具有預(yù)定形狀并且主要由銀組成的第一金屬薄膜和覆蓋該第一金屬薄膜并且主要由鈀和/或鉑組成的第二金屬薄膜。
13.一種發(fā)光二極管顯示器，其中布置有多個(gè)紅色發(fā)光二極管、多個(gè)綠色發(fā)光二極管和多個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管，該綠色發(fā)光二極管和該多個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管中的至少一個(gè)發(fā)光二極管包括第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層；在該第一半導(dǎo)體層上的有源層；在該有源層上的第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層；配置與該第一半導(dǎo)體層電耦合的第一電極；和配置來提供在該第二半導(dǎo)體層上并且與該第二半導(dǎo)體層電耦合的第二電極，該第二電極包括具有預(yù)定形狀并且主要由銀組成的第一金屬薄膜和覆蓋該第一金屬薄膜并且主要由鈀和/或鉑組成的第二金屬薄膜。
14.一種包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管的電子設(shè)備，至少一個(gè)該發(fā)光二極管包括第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層；在該第一半導(dǎo)體層上的有源層；在該有源層上的第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層；配置來與第一半導(dǎo)體層電耦合的第一電極；和配置來提供在該第二半導(dǎo)體層上并且與該第二半導(dǎo)體層電耦合的第二電極，該第二電極包括具有預(yù)定形狀并且主要由銀組成的第一金屬薄膜和覆蓋該第一金屬薄膜并且主要由鈀和/或鉑組成的第二金屬薄膜。
15.一種電子裝置，包括配置來提供在下面的基底上方，并且包括具有預(yù)定形狀且主要由銀組成的第一金屬薄膜；覆蓋該第一金屬薄膜且主要由鈀和/或鉑組成的第二金屬薄膜的電極。
16.一種制造電子裝置的方法，該方法包括如下步驟在下面的基底上方形成具有預(yù)定形狀并且主要由銀組成的第一金屬薄膜，并且形成覆蓋該第一金屬薄膜且主要由鈀和/或鉑組成的第二金屬薄膜，從而形成電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管、其制造方法以及包括該發(fā)光二極管的多種應(yīng)用。該發(fā)光二極管包括第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層；在該第一半導(dǎo)體層上的有源層；在該有源層上的第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層；配置來與第一半導(dǎo)體層電耦合的第一電極；配置來提供在該第二半導(dǎo)體層上并且與該第二半導(dǎo)體層電耦合的第二電極，該第二電極包括具有預(yù)定形狀并且主要由銀組成的第一金屬薄膜和覆蓋該第一金屬薄膜并且主要由鈀和/或鉑組成的第二金屬薄膜。
文檔編號(hào)H01L21/28GK1996630SQ20071000143
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2007年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月6日
發(fā)明者渡部義昭, 日野智公 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社