專利名稱：表面發(fā)光的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的制作方法
表面發(fā)光的半導(dǎo)體發(fā)光二極管技術(shù)領(lǐng)域
本新型涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管，與US5216263A所揭露的半導(dǎo)體發(fā)光二極管同類型。
背景技術(shù)：
用LED及LED數(shù)組芯片顯示圖形符號已有數(shù)十年歷史。其中，采用鋅擴散或鋅植入工藝向GaAs (砷化鎵)基板上的厚η型GaAsP (磷砷化鎵)層中送入鋅，以此研制出(例如) 七段LED顯示芯片，此項工藝沿用至今。在5mA電流強度下，其光強通常達到每段O. lmcd。 發(fā)射波長被材料限制在650-660nm (紅色光)范圍內(nèi)，此波長范圍內(nèi)的人眼靈敏度僅為10%左右?！?br> 另有將可見光譜發(fā)射波長互不相同的較高效LED芯片(效率約為10%)予以組合排布的混合型LED顯示組件。但此類組件受尺寸限制無法應(yīng)用于狹小空間，例如，無法應(yīng)用于光學(xué)設(shè)備的光路中。
另有配備LED背光以顯示圖形符號的半透明IXD顯示器。此等顯示器通常體積較大，故其LED背光僅憑布置于載板上的分立LED或LED芯片數(shù)組而實現(xiàn)。數(shù)組中的LED既可集中控制，亦可單獨控制。LED背光可實施為單色、多色或白色。
為減小體積，必須對半導(dǎo)體層(磊晶結(jié)構(gòu))進行小型化結(jié)構(gòu)化處理并調(diào)整其光學(xué)性能及電性能。除擴散法外，亦可透過照射植入質(zhì)子或其他載荷子以改變乃至破壞晶體結(jié)構(gòu)， 從而使受照(被植入)區(qū)域部分或完全喪失導(dǎo)電性。此外亦可使此等區(qū)域在特定波長范圍內(nèi)具有吸收性?？山逵蓪d荷子所獲動能及照射用射線束中每單位面積的載荷子數(shù)(劑量)進行選擇來控制晶體變化。為產(chǎn)生所謂的深植入?yún)^(qū)，可用小劑量高能載荷子照射材料，表面植入?yún)^(qū)的產(chǎn)生則需低能大劑量。
US5216263A描述一種排布成LED數(shù)組的表面發(fā)光的半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED),其包含一上下迭置層序列，其中，該層序列包括第一導(dǎo)電類型的基板觸點層、第一導(dǎo)電類型的共享基板、第一導(dǎo)電類型的第一阻擋層、發(fā)光活性層、第二導(dǎo)電類型的第二阻擋層、第二導(dǎo)電類型的第一接觸層以及多個用于接觸該第一接觸層的導(dǎo)電表面觸點，其中，該第一接觸層中設(shè)有多個透過質(zhì)子照射而彼此電性絕緣的表面植入?yún)^(qū)。
透過以下方式對此等半導(dǎo)體層進行深度結(jié)構(gòu)化處理藉由硅擴散法在LED數(shù)組的各LED的間產(chǎn)生多個受干擾區(qū)，其穿過活性層并在活性層各發(fā)光區(qū)影響下彼此電性絕緣。 此等受干擾區(qū)具有較強的發(fā)射輻射吸收能力。
活性層的每一單個區(qū)域皆可透過第一接觸層上分配給該區(qū)域的一 P型觸點受到控制。為能在半導(dǎo)體層靠近基板一側(cè)產(chǎn)生發(fā)射輻射，須移除發(fā)光表面區(qū)域內(nèi)的基板觸點及基板。無法對采用上述排布方式的層進行透射。
US 5216263 A中的基板皆為η型摻雜基板，第一接觸層則為P型摻雜。
US 5216263 A的解決方案的缺點在于,對半導(dǎo)體層進行結(jié)構(gòu)化處理時需執(zhí)行一系列不同步驟。首先須進行耗時較長的硅擴散處理(7至8小時)，再實施質(zhì)子照射及不同蝕刻步驟。此外，先前技術(shù)未能提供任何對基板既可實施η型摻雜又可實施P型摻雜的解決方案。
然而，若能對基板進行不同類型的摻雜，便可多提供許多能支持LED工作的電路結(jié)構(gòu)，亦可用共享陽極或陰極制造芯片。發(fā)明內(nèi)容
本新型的目的在于提供一種光強大于現(xiàn)有技術(shù)的表面發(fā)光的半導(dǎo)體發(fā)光二極管， 該半導(dǎo)體發(fā)光二極管更既可具有共享陰極亦可具有共享陽極。此外，本新型的表面發(fā)光的半導(dǎo)體發(fā)光二極管在發(fā)光區(qū)域與不發(fā)光區(qū)域的間有較高對比度度，同時可在560nm至 880nm的光譜范圍內(nèi)發(fā)射波長，且芯片邊緣無發(fā)射。
本新型用以達成該目的解決方案為一種包含上下迭置層序列的表面發(fā)光的半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)，其中，該層序列包含
第一導(dǎo)電類型的基板觸點層，
共享基板，
該第一導(dǎo)電類型的第一阻擋層，
發(fā)光活性層，
第二導(dǎo)電類型的第二阻擋層，
該第二導(dǎo)電類型的第一接觸層，該第一接觸層中設(shè)有多個藉載荷子照射而彼此電性絕緣的表面植入?yún)^(qū)，及
多個用于接觸該第一接觸層的導(dǎo)電表面觸點。本新型LED的特征在于，
該基板由半導(dǎo)體基板構(gòu)成，該基板具有第一導(dǎo)電類型，抑或該基板為電絕緣型基板，抑或該基板由金屬或復(fù) 合材料構(gòu)成，
該基板與該第一阻擋層之間設(shè)有該第一導(dǎo)電類型的反射層，
該第一接觸層具有至少一發(fā)光表面，該活性層所發(fā)射的光經(jīng)該發(fā)光表面自該LED 射出，該第一接觸層中受載荷子照射的表面植入?yún)^(qū)使該等發(fā)光表面彼此光電隔離，以及
多個受載荷子照射深植入?yún)^(qū)使得該等層在該發(fā)光表面下方自該第一接觸層出發(fā)至少延伸至貫穿該活性層的區(qū)域與該等層不位于該發(fā)光表面下方的區(qū)域光電隔離。
本新型的核心在于一種僅用少量同類工藝步驟便可實現(xiàn)極小體積且能在藍色至紅外輻射的波長范圍內(nèi)達到較高光強的表面發(fā)光的半導(dǎo)體LED。
該反射層用于將活性層所發(fā)射的光朝發(fā)光表面方向反射,在發(fā)射波長為650nm 的情況下，可在發(fā)光表面實現(xiàn)高達每發(fā)光段例如IOmcd (毫燭光)左右的光強。該反射層可具有任何一種能提供良好反射效果及有效導(dǎo)電性的結(jié)構(gòu)。分布式布拉格反射器(英文 distributed Bragg reflector)為較佳的選擇。
該等發(fā)光表面具有第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)電性。表面觸點在該發(fā)光表面進行接觸，除此之外，活性層所發(fā)射的光亦經(jīng)該發(fā)光表面射出。藉由用載荷子進行照射，可消除第一接觸層中各發(fā)光表面間的導(dǎo)電性。此外，第一接觸層經(jīng)此照射處理的區(qū)域吸收活性層所發(fā)射的光的波長的能力較強，故能在將該等發(fā)光表面電隔離的同時再將其光隔離。表面植入?yún)^(qū)的深度亦可超過第一接觸層。
該發(fā)光表面可呈圓形、條形、多邊形或曲線形等任意形狀。
可發(fā)射波長范圍為400nm至950nm的福射,其中，560nm至880nm的波長范圍為較佳之選。
本新型另一核心在于，該等深植入?yún)^(qū)貫穿該活性層，以確?；钚詫又心苄纬啥ㄏ螂娏鞑⒈苊猱a(chǎn)生非期望的橫向電流。根據(jù)本新型的一種較佳實施方案，深植入?yún)^(qū)穿過第一接觸層并與表面植入?yún)^(qū)直接鄰接。深植入?yún)^(qū)較佳實施為自第一接觸層沿垂直方向延伸。各發(fā)光表面的深植入?yún)^(qū)可彼此相隔一定距離、相鄰抑或相通。該等深植入?yún)^(qū)亦可延伸至不同層內(nèi)部從而形成不同類型的深植入?yún)^(qū)。透過不同類型的深植入?yún)^(qū)，可將本新型LED的層序列構(gòu)建成多個具有任意形狀、采用任意布置方式且彼此光電隔離的區(qū)域。
該等實施為表面植入?yún)^(qū)或深植入?yún)^(qū)的光電隔離區(qū)系藉由用不同能量及劑量的載荷子照射該層序列而產(chǎn)生。照射所用載荷子可為質(zhì)子或離子。
本新型LED的第一導(dǎo)電類型及第二導(dǎo)電類型選自一包括P型及η型摻雜半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型的群組，其中，第一導(dǎo)電類型不同于第二導(dǎo)電類型。
本新型LED各層的不同材料可采用不同離子作為載荷子(例如，將導(dǎo)電類型自η型轉(zhuǎn)換為P型以及自P型轉(zhuǎn)換為η型)。為了在GaN基半導(dǎo)體內(nèi)制造高阻區(qū)域，可使用Si離子、O離子、N離子、He離子或Mg離子實施載荷子植入。舉例而言，可藉由植入H離子、Li 離子、C離子或O離子來隔離摻鋅GaAs結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本新型LED的其他實施方案，該等表面植入?yún)^(qū)與該等深植入?yún)^(qū)可具有迭合水平延伸度，但在豎向上因所植入載荷子濃度與類型不同而不同。
該等表面植入?yún)^(qū)及該等深植入?yún)^(qū)可在單獨一個植入制程中依次制成。
在本新型的LED中，包含ρ-η接面的磊晶結(jié)構(gòu)既可布置于η型摻雜基板上，亦可布置于P型摻雜基板上，此點極為有利。在此情況下，既可用共享陽極亦可用共享陰極制造芯片。其中，第一接觸層及基板觸點皆可實施為陽極或陰極，具體視實施方案而定。
第一及第二阻擋層、第一接觸層及活性層的材料皆選自一包括(AlxGa1JhInzP (磷化鋁銦鎵)及AlxGahAs (砷化鎵鋁)的群組。尤佳根據(jù)化學(xué)計量指數(shù)中O < X < I且 O ^ ζ ^ O. 6的取值范圍來確定材料。作為替代方案，可將InyGai_yN (氮化銦鎵)用作第一及第二阻擋層、第一接觸層及活性層的材料或者其中任一層的材料，其中，O < y < O. 5。若米用InyGapyN,則該基板較佳選自一包括鍺、娃及金屬合金群組。
根據(jù)本新型LED的另一實施方案，該第一及第二阻擋層、第一接觸層及活性層材料可由 AlxGayInzN 構(gòu)成,其中，x+y+z=l,O ^ x ^ I,O ^ y ^ I,O ^ z ^ O. 50
其中，所選材料應(yīng)使得第一及第二阻擋層帶隙皆大于活性層的帶隙。
該活性層由非摻雜材料(i_層)、P型摻雜材料或η型摻雜材料構(gòu)成。在其他實施方案中，該活性層可以習(xí)知方式實施為量子井(一對薄層)或多量子井(多對薄層)。該活性層位于該發(fā)光表面下方，深度不超過4 μ m，較佳不超過3 μ m。
該基板可為任何一種可吸收發(fā)射輻射的半導(dǎo)體基板，GaAs (砷化鎵)基板為較佳之選。該基板可為P型或η型摻雜。構(gòu)成該基板的摻雜材料較佳選自一包括Si、GaAs、Ge及金屬合金群組。
該基板亦可實施為電絕緣型基板，例如非摻雜GaAs、高阻硅或不導(dǎo)電鍺。構(gòu)成該電絕緣型基板的材料亦可選自一包括藍寶石、si-AlN, MgAl2O4尖晶石或金屬氧化物(例如，MgO或ZnO)群組。該電絕緣型基板亦可由復(fù)合材料如多晶碳化娃上娃(silicon onpoly-crystal I ine silicon carbide ；SopSiC)構(gòu)成。
可將不同材料及類型的基板(例如，第一或第二導(dǎo)電類型的基板與電絕緣型基板) 結(jié)合應(yīng)用，例如以層迭方式進行布置。
該基板可吸收發(fā)射輻射抑或可被發(fā)射輻射穿透。
根據(jù)本新型LED的其他實施方案，基板與第一阻擋層之間可設(shè)一第一導(dǎo)電類型的緩沖層，用以對各層的不同晶體結(jié)構(gòu)進行補償。該緩沖層例如為由GaAs構(gòu)成的第一導(dǎo)電類型的摻雜層。
該基板觸點及該等表面觸點較佳皆實施為接合面。在此情況下，該基板觸點及該等表面觸點較佳皆被一接合層完全或部分覆蓋。遂可以方便、安全且穩(wěn)定的方式接觸第一接觸層或基板。
在本新型LED設(shè)電絕緣型基板的其他實施方案中，該基板觸點可透過至少一金屬導(dǎo)體與該緩沖層連接。該金屬導(dǎo)體較佳穿過設(shè)置于該電絕緣型基板中的溝槽。
亦可藉由在絕緣型基板中設(shè)置裝有導(dǎo)電材料的微孔來對本新型LED中需要電接觸的層(特別是緩沖層)進行接觸。所謂微孔系自由直徑不超過10 μ m的孔隙。
該基板觸點較佳為一全向反射器。若將本新型LED各層布置于可被發(fā)射輻射穿透的基板上且該基板底面設(shè)有一可反射該發(fā)射輻射的層(例如由Al、Ag、Cr或Au構(gòu)成)，便可產(chǎn)生全向反射器。
若電絕緣型基板中設(shè)有溝槽，則該等溝槽之內(nèi)表面亦可加以涂布處理。此外，該金屬導(dǎo)體本身亦可為反射層。
該第二阻擋層與該第一接觸層之間更可設(shè)一第二導(dǎo)電類型的配電層，以便透過一導(dǎo)電截面對流動于第一接觸層與基板觸點間的電流進行分配。
配電層系用于在整個導(dǎo)電截面上產(chǎn)生電流，此舉十分有利。此導(dǎo)電截面系為各層位于發(fā)光表面下方的區(qū)域的水平截面，在橫向上被該層序列深植入?yún)^(qū)光電隔離。該配電層的有益作用在于，使電流流經(jīng)活性層整個截面從而提高發(fā)光效率，實現(xiàn)均勻發(fā)光。該配電層的材料例如采用P型或η型摻雜AlInGaP或AlGaAs或InGaN，該配電層可被活性層所發(fā)射的光穿透。
該配電層可由可被發(fā)射輻射穿透的導(dǎo)電材料如氧化銦錫(ITO)或氧化鋅(ZnO)構(gòu)成。
該配電層的材料選用能使該配電層具有第一或第二導(dǎo)電類型且與該第二阻擋層的導(dǎo)電類型一致的摻雜材料。
本新型LED可布置于一 LED數(shù)組中，其中，多個發(fā)光表面在一共享基板上排布成一圖樣，較佳采用由行與列構(gòu)成的圖樣。
此種LED數(shù)組可采用能使其LED在互不影響的情況下單獨受控的設(shè)計。根據(jù)一種有利實施方案，該等深植入?yún)^(qū)穿過所有層一直延伸至電絕緣型基板。其中，緩沖層與該反射層之間設(shè)有一第一導(dǎo)電類型的第二接觸層。該第二接觸層亦可同時實施為緩沖層。該第二接觸層可為陽極或陰極，具體視所選導(dǎo)電類型而定。
較佳設(shè)有用于選擇性控制LED的構(gòu)件，在此情況下，與該LED相鄰的未受控LED便不會發(fā)光。在包含本新型LED的LED數(shù)組的控制裝置中，此等構(gòu)件可為采用任何一種能對 LED進行選擇性控制的布置方式的觸點。根據(jù)一種簡單的較佳實施方案，該等構(gòu)件乃多個分布于該活性層上方或下方的不同層中的交叉條形觸點(多路控制)。亦可對成組LED實施集中控制。
若對本新型LED進行控制，則在達到足夠高電壓的情況下會有電流自陽極流向陰極。如前所述，該電流可自第一接觸層流向基板觸點或第二接觸層，抑或可自基板觸點或第二接觸層流向第一接觸層，具體視設(shè)置于活性層上方及下方各層的摻雜情況而定。該電流的橫向傳播受該等深植入?yún)^(qū)限制，故而該電流在位于發(fā)光表面下方各層的導(dǎo)電截面上大體沿豎向定向流動。該活性層以習(xí)知方式發(fā)射輻射。朝基板方向發(fā)射的輻射到達反射層后被其朝發(fā)光表面方向反射。該等光隔離型深植入?yún)^(qū)阻止該發(fā)射輻射沿橫向傳播。


圖I為包含η型摻雜基板的本新型LED的第一實施方案；
圖2為包含P型摻雜基板的本新型LED的第二實施方案；
圖3為包含η型摻雜基板的本新型LED的第三實施方案；
圖4為包含非摻雜基板的本新型LED的第四實施方案；
圖5為本新型LED的第一布置方案之俯視圖6為本新型LED在數(shù)字顯示器中的第二布置方案的俯視圖7為本新型LED的第三布置方案的俯視圖8為包含本新型LED的LED數(shù)組的俯視圖；
圖9為本新型LED的第五實施方案，包含水平延伸度相同的表面植入?yún)^(qū)與深植入?yún)^(qū)；
圖10為本新型LED的第六實施方案，包含水平延伸度相同的表面植入?yún)^(qū)與深植入?yún)^(qū)、絕緣型基板及全向反射器 '及
圖11為聚光燈形式的本新型LED的俯視圖。
主要組件符號說明
I :基板觸點
2 :基板
2. I 電絕緣型基板
3 :緩沖層
4 :反射層
5 :第一阻擋層
6 :活性層
7 :第二阻擋層
8 :配電層
9 :第一接觸層
10 :表面觸點
10. I :條帶
10. 2 :接合面
11 :表面植入?yún)^(qū)
12. I :第一深植入?yún)^(qū)
12. 2 :第二深植入?yún)^(qū)
13 :發(fā)光表面
14 :第二接觸層
14. I :條帶
15 :數(shù)組
16 :控制裝置
17:第一方向
18:第二方向
19 :交叉點
20:導(dǎo)電截面
21 :導(dǎo)線
22 :金屬導(dǎo)體
23 :溝槽具體實施方式
下面將通過實施例及附圖對本新型進行詳細說明。
下列實施例中的層序列通過用以產(chǎn)生層式磊晶結(jié)構(gòu)的習(xí)知方法制成。表面植入?yún)^(qū)及深植入?yún)^(qū)亦同樣藉由習(xí)知 技術(shù)而產(chǎn)生。
在圖I所示的LED的第一實施方案中，一層序列用以在575nm至595nm范圍內(nèi)發(fā)射黃色光。
底層為基板觸點I以及基板2，基板觸點I實施為奧姆η型觸點(陰極)且由金構(gòu)成，基板2系η型摻雜基板，由GaAs單晶(砷化鎵)構(gòu)成，且與基板觸點I平面導(dǎo)電連接?；?上方為由η型GaAs構(gòu)成之緩沖層3,之后系實施為分布式布拉格反射器(DBR)的反射層4，其經(jīng)過某種結(jié)構(gòu)化處理從而將自上方照射到反射層4上的黃色光朝反射層4上方反射。反射層4上方依次為由η型AlInGaP構(gòu)成的第一阻擋層5、由i_AlinGap構(gòu)成的活性層 6及由P型AlinGap構(gòu)成的第二阻擋層7。第一及第二阻擋層之帶隙大于活性層6之帶隙。 活性層6實施為多量子井。在其他實施方案中，活性層6可實施為P型或η型摻雜層、非摻雜層或量子井。
根據(jù)其他實施方案，基板觸點I亦可由鍺或金/鍺構(gòu)成。
第二阻擋層7上方為由P型AlInGaP構(gòu)成之配電層8及由ρ型GaAs (陽極)構(gòu)成之第一接觸層9。
設(shè)有一透過質(zhì)子照射而產(chǎn)生的第一深植入?yún)^(qū)12. 1，其自第一接觸層9出發(fā)延伸至反射層內(nèi)部。第一深植入?yún)^(qū)12. I在其整個豎向延伸范圍內(nèi)具有恒定之環(huán)形截面。其中，該截面上不屬于第一深植入?yún)^(qū)12. I之區(qū)域系一導(dǎo)電截面20 (圖中示出其直徑)。被第一深植入?yún)^(qū)12. I貫穿的層上屬于導(dǎo)電截面20之區(qū)域沿橫向光電隔離。第一接觸層9在第一深植入?yún)^(qū)12. I具有一藉質(zhì)子照射而產(chǎn)生之表面植入?yún)^(qū)11 (陰影部分)。第一接觸層9表面設(shè)有多個表面觸點10，藉此使導(dǎo)電截面20整個周邊與第一接觸層9表面均勻接觸。表面觸點 10被接合面10. 2完全覆蓋。導(dǎo)電截面20殘留于第一接觸層9表面之曝露區(qū)域形成發(fā)光表面13，活性層6所發(fā)射的光到達且穿過該發(fā)光表面13并發(fā)射出去?；钚詫?位于發(fā)光表面13下方3μπι處。工作電流強度為5mA時，每個LED所能達到的光強為15mcd。
在其他實施方案中，位于吸收型基板2上之第一阻擋層5、第二阻擋層7、第一接觸層9及活性層6可采用能發(fā)射藍色及綠色輻射之材料。
在圖2所不的LED之第二實施方案中，各層及其布置方式皆與第一實施方案相同， 用于在640nm至660nm之波長范圍內(nèi)發(fā)射紅色光。此處各層由不同于第一實施方案之摻雜材料構(gòu)成。其中，基板2、緩沖層3、反射層4及第一阻擋層5系ρ型摻雜，第二阻擋層7、配電層8及第一接觸層9則為η型摻雜?；钚詫?位于發(fā)光表面13下方3 μ m處。
在圖3所不的LED之第三實施方案中，所有層的布置方式亦與第一及第二實施方案相同。此實施方案用以發(fā)射波長為860nm之紅外輻射?；?、緩沖層3、反射層4及第一阻擋層5系η型摻雜，第二阻擋層7、配電層8及第一接觸層9則為ρ型摻雜。與該LED 之第一及第二實施方案不同，此處之第一及第二阻擋層5、7以及配電層8由摻雜AlGaAs構(gòu)成?；钚詫?系由AlGaAs構(gòu)成的多量子井且位于發(fā)光表面·13下方3 μ m處。
圖4所示系為采用本新型第四實施方案且布置于一共享基板2上的兩LED，其中， 基板2為一由非摻雜GaAs構(gòu)成之電絕緣型基板2. I。絕緣型基板2. I上方設(shè)有由η型摻雜 GaAs構(gòu)成的第二接觸層14。再往上依次為實施為DBR之η型摻雜反射層4、由η型AlInGaP 構(gòu)成的第一阻擋層5、實施為活性層6且由i-AlInGaP構(gòu)成的多量子井、由ρ型AlInGaP構(gòu)成的第二阻擋層7、由ρ型AlInGaP構(gòu)成的配電層8以及由ρ型GaAs構(gòu)成之第一接觸層9。 第一深植入?yún)^(qū)12. I自第一接觸層9出發(fā)延伸至反射層4內(nèi)部。表面觸點10及接合面10. 2 采用與前述第一至第三實施方案相同之設(shè)計。此外更設(shè)有多個平行分布之第二深植入?yún)^(qū)12.2，其自第一接觸層9延伸至絕緣型基板2. I內(nèi)部。其中一第二深植入?yún)^(qū)12. 2在兩LED 之間自LED之層序列的其中一側(cè)不間斷延伸至層序列之另一側(cè)，藉此將兩LED的所有層予以光電隔離。該等LED透過其他第二深植入?yún)^(qū)12. 2與層序列兩側(cè)絕緣。
圖5至圖8所示系為本新型LED的設(shè)計與布置方案。圖5為兩具有三角形發(fā)光表面13之LED的布置方案。第一接觸層9具有可將兩發(fā)光表面13予以光電隔離之表面植入?yún)^(qū)11。表面觸點10 (未圖示)上設(shè)有接合面10. 2。
如圖6所示，發(fā)光表面13亦可以能顯示數(shù)字之方式定位于第一接觸層9。其中，總計七個LED之發(fā)光表面13各透過一實施為條帶10. I之表面觸點10受到接觸且各與一接合面10. 2導(dǎo)電連接。表面植入?yún)^(qū)11使表面觸點10與發(fā)光表面13彼此光電隔離,從而可對各表面觸點及發(fā)光表面分別實施獨立控制。
圖7示出一類似布置方案。其中設(shè)有多個發(fā)射可見光或紅外輻射之圓形發(fā)光表面 13，其直徑皆為50 μ m，它們分別透過分離的接合式表面觸點10受到接觸且可予以單獨控制。
在圖8中，多個發(fā)光表面13在一共享絕緣型基板2. I上排布成一數(shù)組15 (LED數(shù)組)，此處之層序列依照本新型LED如圖4所示之第四實施方案。
表面觸點10實施為條帶10. I，該等條帶透過第一接觸層9之表面植入?yún)^(qū)11彼此電性絕緣。透過該等條帶10. I可分別使數(shù)組15之第一方向17上的多個發(fā)光表面13受到接觸。第二接觸層14實施為多個彼此電性絕緣之條帶14. 1，該等條帶沿數(shù)組15之第二方向18 (垂直于數(shù)組15之第一方向)分布,遂使沿第一方向17分布之條帶10. I與沿第二方向18分布之條帶14. I從俯視角度看形成一網(wǎng)絡(luò)(見圖中虛線)，其中，組件符號19系條帶10. I與14. I之交叉點19,且每個發(fā)光表面13各布置于一交叉點19上。條帶10. I可藉由位于其中一末端的接合面10. 2受到接觸。條帶14. I的其中一末端透過化學(xué)蝕刻或電漿蝕刻自第一接觸層9 一側(cè)呈點狀曝露。條帶14. I之曝露區(qū)域可單獨接觸。
此外設(shè)有控制裝置16，其實施為可透過相應(yīng)導(dǎo)線21選擇性接觸各條帶10. I及條帶14. 1，因此，控制裝置16可單獨為每個發(fā)光表面13以不受其他發(fā)光表面13影響之方式可控觸發(fā)一定向電流，此電流在一條帶10. I與一條帶14. I之間垂直于交叉點19流動。
在其他實施方案中，條帶14. I可具有突出于層序列以外的接合面10. 2，抑或透過其他習(xí)知方法呈點狀或平面狀曝露。
圖9為本新型LED之第五實施方案。表面植入?yún)^(qū)11與深植入?yún)^(qū)12具有相同之水平延伸度且上下迭合布置。設(shè)有兩豎直分布且相隔一定水平距離之區(qū)域(左右兩側(cè)的陰影區(qū))，該等區(qū)域包含上下迭合布置之表面植入?yún)^(qū)11及深植入?yún)^(qū)12。深植入?yún)^(qū)12實施為第二深植入?yún)^(qū)12. 2且自表面植入?yún)^(qū)11延伸至基板2?；?為第一或第二導(dǎo)電類型。
圖10為本新型LED之第六實施方案，其基本結(jié)構(gòu)與圖9所示一致。第六實施方案中設(shè)有一電絕緣型基板2. I,其包含兩豎向分布之溝槽23,每個溝槽中各設(shè)一金屬導(dǎo)體22, 基板觸點I與緩沖層3經(jīng)由該金屬導(dǎo)體22受到接觸且彼此導(dǎo)電相連。緩沖層3透過金屬導(dǎo)體22在發(fā)光表面13下方受到接觸。電絕緣型基板2. I可被發(fā)射輻射穿透且其底面設(shè)有金鍍層。經(jīng)此涂布處理之電絕緣型基板2. I與本新型LED布置于該電絕緣型基板2. I上方的各層共同作用，從而形成一全向/雙向反射器。
圖11為本新型LED用作聚光燈芯片時的俯視圖。發(fā)光表面13呈圓形，被接合面10.2包圍，直徑為50 μ m。此直徑在其他實施方案中亦可有所減小(例如25 μ m)或增大(例如150 μ m)。所發(fā)射輻射之波長為650nm (紅色)，其中，自400nA起便可發(fā)射可見光。光強比第一代聚光燈芯片大約高5倍。該聚光燈芯片之允許電流負荷高達200A/cm2，反應(yīng)時間短(<5ns)。100A/cm2時，該聚光燈芯片在100A/cm2條件下使用壽命超過100000小時，故特別適用于數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域。本新型LED在聚光燈芯片中的使用效率高，能延長聚光燈芯片非靜態(tài)應(yīng)用時的電池使用壽命，抑或延長配有該聚光燈芯片之儀器設(shè)備的使用壽命。
有鑒于此，該聚光燈芯片例如可應(yīng)用于不會產(chǎn)生斑點的替代型VCSEL，用作旋轉(zhuǎn)位移傳感器(編碼器)之射線源、目標(biāo)光學(xué)系統(tǒng)之小型光點、光障之聚焦光束以及雷射打印機之點行數(shù)組。
本新型之LED應(yīng)用廣泛。例如，為顯示可視圖形符號所用之顯示器提供背光，抑或?qū)⒖梢晥D形符號映像到光學(xué)設(shè)備的光路 中。該LED光強高，因吸收、部分反射、散射及/或干涉而產(chǎn)生的損耗不難得到補償。此外，本新型之LED對比度高，故而亦適合用來顯示小圖形符號及/或高解析圖形符號。
權(quán)利要求
1.一種表面發(fā)光的半導(dǎo)體發(fā)光二極管LED，包含一上下迭置層序列，該層序列包含 一第一導(dǎo)電類型的基板觸點(I)層，一共享基板(2)，一該第一導(dǎo)電類型的第一阻擋層(5)，一發(fā)光活性層(6)，一第二導(dǎo)電類型的第二阻擋層(7)，一該第二導(dǎo)電類型的第一接觸層(9)，該第一接觸層(9)中設(shè)有多個由載荷子照射而彼此電性絕緣的表面植入?yún)^(qū)(11)，及多個用于接觸該第一接觸層(9)的導(dǎo)電表面觸點(10)，其特征在于該基板(2)由一半導(dǎo)體基板構(gòu)成,該基板(2)具有一第一導(dǎo)電類型,或者該基板(2)為一電絕緣型基板(2. I),或者該基板(2)由一金屬或一復(fù)合材料構(gòu)成，該基板(2)與該第一阻擋層(5)之間設(shè)有一該第一導(dǎo)電類型的反射層(4)，該第一接觸層(9)具有至少一發(fā)光表面(13)，該活性層(6)所發(fā)射的輻射經(jīng)該發(fā)光表面自該半導(dǎo)體發(fā)光二極管射出，該第一接觸層(9)中受載荷子照射的表面植入?yún)^(qū)(11)使該等發(fā)光表面(13)彼此光電隔離，以及多個受載荷子照射第一深植入?yún)^(qū)(12. I)使得該等層在該發(fā)光表面(13)下方自該第一接觸層(9)出發(fā)至少延伸至貫穿該活性層(6)的區(qū)域與該等層不位于該發(fā)光表面(13)下方的區(qū)域光電隔離。
2.如申請專利范圍第I項所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中，該第一導(dǎo)電類型及該第二導(dǎo)電類型選自一包括P型及η型摻雜半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型的群組，且該第一導(dǎo)電類型不同于該第二導(dǎo)電類型。
3.如申請專利范圍第2項所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中，該第一阻擋層(5)及該第二阻擋層(7)的帶隙皆大于該活性層(6)的帶隙。
4.如申請專利范圍第3項所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中，該第一及第二阻擋層(5，7)、該第一接觸層(9)及該活性層(6)的材料選自一包括 (AlxGa1J ^zInzP 及 AlxGahAs 群組，其中，O 彡 χ 彡 I 且 O 彡 ζ 彡 O. 6。
5.如申請專利范圍第4項所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中，該第一及第二阻擋層(5，7)、該第一接觸層(9)及該活性層(6)的材料由AlxGayInzN構(gòu)成，其中，x+y+z=l, O < X < 1,0 (j ( 1,0 < z < O. 5。
6.如申請專利范圍第4項所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中，該第一及第二阻擋層(5，7)、該第一接觸層(9)及該活性層(6)的材料選用InyGai_yN， 其中，O < y < O. 5，且該基板(2)選自一包括鍺、硅及金屬合金群組。
7.如申請專利范圍第I項所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中，該活性層￠)由一非摻雜材料、一 P型摻雜材料或一 η型摻雜材料構(gòu)成，且布置于該等發(fā)光表面(13)下方，深度不超過4 μ m。
8.如申請專利范圍第I項所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中，該活性層(6)實施為量子井或多量子井，且布置于該等發(fā)光表面(13)下方，深度不超過 4 μ m0
9.如申請專利范圍第I項所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中，該基板(2)由一摻雜材料構(gòu)成,該材料選自一包括Si、GaAs、Ge及金屬合金群組。
10.如申請專利范圍第I項所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中，該基板(2)實施為一電絕緣型基板(2. I)。
11.如申請專利范圍第10項所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中，該電絕緣型基板(2. I)由一選自一包括藍寶石、si_AlN、MgAl204尖晶石、金屬氧化物的群組的材料構(gòu)成，或者由復(fù)合材料構(gòu)成。
12.如申請專利范圍第I項所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中，該基板(2)與該第一阻擋層(5)之間設(shè)有一該第一導(dǎo)電類型的緩沖層(3)，用以對該等層的不同晶體結(jié)構(gòu)進行補償。
13.如申請專利范圍第I項所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中，該反射層(4)為一分布式布拉格反射器(DBR)。
14.如申請專利范圍第I項所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中，該第二阻擋層(7)與該第一接觸層(9)之間設(shè)有一該第二導(dǎo)電類型的配電層(8)，用以對一透過一導(dǎo)電截面(20)流動于該第一接觸層(9)與該基板觸點(I)間的電流進行分配， 該配電層可被該發(fā)射輻射穿透。
15.如申請專利范圍第14項所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中，該配電層(8)由一透明導(dǎo)電材料構(gòu)成。
16.如申請專利范圍第I項所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中，該基板觸點(I)及該等表面觸點(10)皆實施為接合面(10. 2)，具體實現(xiàn)方式為使其被一接合層(10. 2)至少部分覆蓋。
17.如申請專利范圍第10或11項所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中，該基板觸點(I)透過至少一金屬導(dǎo)體(22)與該緩沖層(3)連接，該金屬導(dǎo)體穿過至少一設(shè)置于該電絕緣型基板(2. I)中的溝槽(23)。
18.如申請專利范圍第I7項所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中，該基板觸點(I)的底面涂覆有一可反射該發(fā)射輻射的層，該基板觸點與設(shè)置于該絕緣型基板(2. I)中的該至少一金屬導(dǎo)體(22)及該緩沖層(3)共同構(gòu)成一全向反射器。
19.如申請專利范圍第I項所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中，通過用照射用射線束每單位截面面積動能及載荷子數(shù)不同的載荷子照射該層序列，使該等表面植入?yún)^(qū)(11)與該等第一深植入?yún)^(qū)(12. I)光電隔離，其中，用以產(chǎn)生該等表面植入?yún)^(qū)的射線束每單位截面面積載荷子動能小于該等深植入?yún)^(qū)(12)，射線束每單位截面面積載荷子數(shù)大于該等深植入?yún)^(qū)(12)。
20.如申請專利范圍第16項所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中，不同發(fā)光二極管材料采用不同離子作為載流子。
21.如申請專利范圍第16項所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中，該等表面植入?yún)^(qū)(11)與該等深植入?yún)^(qū)(12)具有迭合的水平延伸度，但在豎向上因離子濃度與類型不同而不同，該表面植入?yún)^(qū)與該深植入?yún)^(qū)在單獨一個植入過程中依次制成。
22.如申請專利范圍第I項所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中，多個發(fā)光表面(13)在一共享基板(2 )上排布成一圖樣(數(shù)組(15))。
23.如申請專利范圍第22項所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中，除該第一深植入?yún)^(qū)(12. I)外更設(shè)有多個第二深植入?yún)^(qū)(12. 2)，該第二深植入?yún)^(qū)穿過所有層一直延伸至該電絕緣型基板(2. 1)，在一緩沖層(3)與該反射層(4)之間設(shè)有一第一導(dǎo)電類型的第二接觸層(14)，該第二阻擋層(7)與該第一接觸層(9)之間設(shè)有一該第二導(dǎo)電類型的配電層(8)，該等表面觸點(10)實施為彼此電性絕緣的條帶(10. 1)，藉由該等條帶分別對該數(shù)組(15)的第一方向(17)上一定數(shù)目的發(fā)光表面(13)進行接觸，該第二接觸層(14)實施為多個彼此電性絕緣的條帶(14. I )，該等條帶沿該數(shù)組(15)垂直于該數(shù)組(15)的第一方向(17)的一第二方向(18)分布,藉此,該等沿該第一方向(17)分布的條帶 (10. I)與該等沿該第二方向(18)分布的條帶(14. I)從俯視角度看形成一網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)包含該等條帶(10. I及14. I)的多個交叉點(19)，每個發(fā)光表面(13)各布置于一交叉點(19) 上。
24.如申請專利范圍第23項所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中，可透過一控制裝置(16)對該等條帶(10. I)及該等條帶(14. I)進行選擇性接觸，遂可由該控制裝置(16)針對每一單個發(fā)光表面(13)以不受其他發(fā)光表面(13)影響的方式控制一定向電流，該電流在一條帶(10. I)與一條帶(14. I)的間垂直于一交叉點(19)流動。
25.一種如前述申請專利范圍任一項的LED或LED數(shù)組的應(yīng)用，用于將可用于將可用光學(xué)方式察覺的圖形記號反映到一光學(xué)裝置的光束路徑中。
全文摘要
本發(fā)明關(guān)于一種表面發(fā)光的半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)其特征在在一基板(2)與一第一阻擋層(5)之間有第一種導(dǎo)電類型的反射層(4)，第一接觸層(9)至少有一發(fā)光的表面(13)，經(jīng)由此表面，由一活性層(6)發(fā)出的光束由LED出來，且該發(fā)光表面利用受電荷載體照射的表面有植入異物的區(qū)域(11)在第一接觸層互相隔離成不導(dǎo)電及不透光，且這些層的位在該發(fā)光表面(13)下方的區(qū)域，從第一接觸層(9)一直到至少穿過該活性層(6)過去為止。利用受電荷載體照射的第一深植入的區(qū)域(12.1)與這些層的不發(fā)光表面(13)下方的區(qū)域隔絕成不導(dǎo)電及不透光。
文檔編號H01L27/15GK102986031SQ201180017529
公開日2013年3月20日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月1日
發(fā)明者柏恩·克羅斯, 薇拉·艾柏羅希莫伐, 多斯頓·敦克勒 申請人:耶恩聚合物系統(tǒng)公司