專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
通常，半導(dǎo)體發(fā)光器件例如發(fā)光二極管具有堆疊結(jié)構(gòu)，其中在襯底上堆疊η-型半導(dǎo)體層、發(fā)光區(qū)和P-型半導(dǎo)體層。在P-型半導(dǎo)體層和η-型半導(dǎo)體層上形成電極。當(dāng)從半導(dǎo)體層注入的電子與空穴復(fù)合時，從發(fā)光區(qū)產(chǎn)生光。從發(fā)光區(qū)產(chǎn)生的光從在P-型半導(dǎo)體層上的可透光電極或從襯底上發(fā)射。在此，在P-型半導(dǎo)體層的幾乎整個表面上的可透光電極是由金屬薄層或透明導(dǎo)電層形成的可透光電極。從發(fā)光二極管發(fā)出的光的顏色(即波長)是根據(jù)用于制造發(fā)光二極管的半導(dǎo)體材料所確定的。這是因為發(fā)射的光的波長對應(yīng)于半導(dǎo)體材料的帶隙，所述帶隙定義為價帶中的電子和導(dǎo)帶中的電子之間的能量差。圖1為顯示現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖1所示，現(xiàn)有半導(dǎo)體發(fā)光器件包括襯底11、緩沖層12、η-型覆蓋層13、有源層 14、ρ-型覆蓋層15、ρ-型接觸層16、ρ-型電極17和η_型電極18。由于半導(dǎo)體發(fā)光器件的堆疊結(jié)構(gòu)被控制在原子水平上，因此實施襯底加工以提供具有鏡面平坦性的襯底。由此，在襯底11上彼此平行地堆疊半導(dǎo)體層12、13和15，有源層 14以及電極17和18。半導(dǎo)體層具有大的折射指數(shù)，并通過ρ-型覆蓋層15的表面和襯底11的表面構(gòu)建波導(dǎo)(waveguide)。因此，當(dāng)光以預(yù)定的臨界角或更大的角度入射在p_型電極17的表面或襯底11的表面上時，入射光被P-型電極17和ρ-型覆蓋層15之間的界面或被襯底11的表面反射，并在水平方向上傳播通過半導(dǎo)體層的堆疊結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。在這樣的傳播過程中，光限制在波導(dǎo)內(nèi)并且可能損失。因此，不能獲得如所期望一樣多的外部量子效率。已經(jīng)提出如圖2所示的半導(dǎo)體發(fā)光器件，作為消除上述缺陷和改善外部量子效率的一種方法。圖2是顯示現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體發(fā)光器件的一個不同例子的示意圖。如圖2所示，改進(jìn)的半導(dǎo)體發(fā)光器件包括襯底21、緩沖層22、n-型覆蓋層23、有源層24、ρ-型覆蓋層25、ρ-型接觸層26、ρ-型電極27和η-型電極28。與在圖1中所示的現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體發(fā)光器件相比，改進(jìn)的半導(dǎo)體發(fā)光器件的襯底 21具有帶有不均勻圖案的頂表面。在襯底21的不均勻表面上形成緩沖層22，并在其上堆疊η-型覆蓋層23。在圖1所示的具有平坦襯底的半導(dǎo)體發(fā)光器件中，當(dāng)光在水平方向上在半導(dǎo)體層中傳播時，一部分光被吸收到半導(dǎo)體層或電極中，這導(dǎo)致從半導(dǎo)體層中出來的光的衰減。
相比而言，對于在圖2中所示的改進(jìn)的半導(dǎo)體發(fā)光器件，在水平方向傳播的光被散射或衍射。因此，可從上部半導(dǎo)體層22、23、M和25或從底部襯底21高效地發(fā)射光，有助于改善外部量子效率。在圖2中所示的改進(jìn)的半導(dǎo)體發(fā)光器件的情況下，注入的載流子在表面和界面上移動，由此產(chǎn)生導(dǎo)電性。在用于發(fā)光的預(yù)定區(qū)域內(nèi)施加的高驅(qū)動電壓允許大量的注入載流子(電子)流動。在此，電流流過位于η-型電極觀下的η-型覆蓋層23的薄層。電流密度集中區(qū)域的位置靠近η-型電極觀。在這個區(qū)域中，發(fā)生了電流擁擠，這使得電流密度相對較高。當(dāng)產(chǎn)生其中電流分布集中的這種區(qū)域時，溫度急劇升高。然后，產(chǎn)生的熱降低發(fā)光效率，并因此在長期運行中降低器件的可靠性。而且，兩個電極的鄰近使得半導(dǎo)體發(fā)光器件易于受到靜電的影響。因為襯底是絕緣襯底，因此即使在襯底上附著散熱器(heat sink)也沒有改善散熱。因此，對可改善外部量子效率和散熱的半導(dǎo)體發(fā)光器件進(jìn)行研究。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明提供半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法，其可改善外部量子效率和散熱。技術(shù)方案本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體發(fā)光器件。所述半導(dǎo)體發(fā)光器件包括具有帶有不均勻圖案的底表面的第一半導(dǎo)體層；在第一半導(dǎo)體層上形成的有源層；在有源層上形成的第二半導(dǎo)體層；在第二半導(dǎo)體層上形成的第二電極；和在所述第一半導(dǎo)體層下面形成的第一電極。本發(fā)明提供一種制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法。所述方法包括在襯底上形成第一半導(dǎo)體層；在所述第一半導(dǎo)體層上形成有源層；在所述有源層上形成第二半導(dǎo)體層；除去所述襯底；在所述第一半導(dǎo)體層上形成不均勻圖案；和在所述第一半導(dǎo)體層上形成第一電極，和在所述第二半導(dǎo)體層上形成第二電極。有利效果根據(jù)本發(fā)明，可改善外部量子效率和散熱。


圖1為顯示現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的一個例子的示意圖；圖2為顯示現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的另一個例子的示意圖。圖3為顯示根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖4至11為顯示根據(jù)本發(fā)明的制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的視圖；和圖12為顯示根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光器件的另一個結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實施例方式應(yīng)理解，當(dāng)襯底、層(膜)、區(qū)域、圖案或結(jié)構(gòu)被稱為在另一襯底、層、區(qū)域、墊或圖案“上/上面/上方/上部(on/above/over/upper) ”或“下/下面/下方/下部(down/ below/under/lower)”時，它們可以直接接觸所述另外的襯底、層、區(qū)域、墊或圖案，或也可
4存在中間層、區(qū)域、墊、圖案或結(jié)構(gòu)。必須基于本發(fā)明的技術(shù)理念來理解該涵義。
現(xiàn)在將參照附圖詳述本發(fā)明的實施方案。圖3為顯示根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光器件包括具有帶有不均勻圖案的底表面的 η-型覆蓋層33，在η-型覆蓋層33上形成的有源層34，和在有源層34上形成的ρ-型覆蓋層35。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光器件還可包括在ρ-型覆蓋層35上形成的ρ-型電極37， 和在η-型覆蓋層33下形成的η-型電極38。還可在ρ-型覆蓋層35和ρ-型電極37之間形成P-型接觸層36。η-型覆蓋層33可以是n-GaN覆蓋層，和ρ-型覆蓋層35可以是p-GaN覆蓋層。有源層34可以具有單量子阱結(jié)構(gòu)或多量子阱結(jié)構(gòu)?？梢砸砸?guī)則的間隔或不同的間隔形成η-型覆蓋層33的不均勻圖案?？稍讦莀型覆蓋層33的整個不均勻表面上形成η-型電極38。根據(jù)本發(fā)明的具有這種堆疊結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件具有垂直結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中 η-型電極38和ρ-型電極37分別形成在器件的下部和上部。因此，可防止現(xiàn)有技術(shù)平面結(jié)構(gòu)的在η-型電極附近的電流密度集中的問題。即，在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光器件中，P-型電極37和η-型電極38在上部和下部平行堆疊。因此，電流密度不會集中在特定區(qū)域中，而是可以在對應(yīng)于η-型電極38的整個區(qū)域上均勻分布。通過這種形式，防止在η-型電極38的特定部分發(fā)生電流擁擠，由此防止在所述特定區(qū)域處的溫度急劇升高。而且，由于根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光器件中的兩個電極設(shè)置為在其間具有足夠的距離，因此器件具有抗靜電的性能。通過例如在器件上附著散熱器也可以改善半導(dǎo)體發(fā)光器件的散熱。另外，在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光器件中，在水平方向傳播的光在形成有η-型覆蓋層33的不均勻圖案的區(qū)域中被散射或衍射。因此，可大大改善外部量子效率。之后，將參照圖4至11描述根據(jù)本發(fā)明的具有這種結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法。圖4至11為顯示根據(jù)本發(fā)明的制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的視圖。在根據(jù)本發(fā)明的制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法中，如圖4所示，在襯底31上堆疊緩沖層32、η-型覆蓋層33、有源層34和ρ-型覆蓋層35?？刹话ň彌_層32，但是形成緩沖層32作為改善半導(dǎo)體層特性的一種方法。η-型覆蓋層33可以是n-GaN覆蓋層，和ρ-型覆蓋層35可以是p-GaN覆蓋層。然后，如圖5所示，從所得結(jié)構(gòu)除去襯底31。可用激光剝離方法分離并除去所述襯底31。在激光剝離方法中，可使用準(zhǔn)分子激光以分離并除去襯底31。如圖6和7所示，除去緩沖層32以暴露出η_型覆蓋層33。可實施化學(xué)機(jī)械拋光或蝕刻以除去緩沖層32并暴露出η-型覆蓋層33。如圖8所示，在η-型覆蓋層33上形成光刻膠層41然后在其上實施圖案化。然后， 蝕刻圖案化的光刻膠層41以在η-型覆蓋層33中形成不均勻圖案43?？梢砸砸?guī)則的間隔或不同的間隔形成η-型覆蓋層33的不均勻圖案43。然后，除去光刻膠層41。如圖10所示，在其中形成有不均勻圖案的η-型覆蓋層33上形成η-型電極38，在ρ-型覆蓋層35上形成ρ-型電極37。η_型電極38可以形成在 η-型覆蓋層33的整個表面上，ρ-型電極37可以形成在ρ-型覆蓋層35的整個表面上。優(yōu)選在整個表面上形成的η-型電極38和ρ-型電極37中的一個形成為透明電極。如圖3所示，可在P-型覆蓋層35和ρ-型電極37之間進(jìn)一步形成ρ-型接觸層36。如圖11所示，在以前述方式制造的半導(dǎo)體發(fā)光器件中，在水平方向傳播的光在其中形成有不均勻圖案43的η-型覆蓋層33的區(qū)域中被散射或衍射。因此，可在很大程度上改善根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光器件的外部量子效率。而且，在根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體發(fā)光器件中，ρ-型電極37和η-型電極38平行堆疊于其上部和下部。因此，電流密度不會集中在特定區(qū)域中，而是在對應(yīng)于η-型電極38的整個區(qū)域上均勻分布。因此，防止在η-型電極38的特定部分處發(fā)生電流擁擠，從而防止該特定區(qū)域的溫度急劇升高。而且，由于根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光器件中的兩個電極設(shè)置為在其間具有足夠的距離，因此器件可抗靜電。通過在器件上附著散熱器等的方法也可以改善半導(dǎo)體發(fā)光器件的散熱性能。雖然在本實施方案中，描述了除去緩沖層32以暴露出η-型覆蓋層33的情況，但是可不完全除去緩沖層32。S卩，如圖12所示，通過蝕刻可以在緩沖層42和η-型覆蓋層33 二者中均形成不均勻圖案，并且可以在其上形成η-型電極38。緩沖層32可由導(dǎo)電材料形成。圖12為顯示根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光器件的另一個結(jié)構(gòu)的示意圖。 在本實施方案中，在η-型覆蓋層35中形成不均勻圖案，在形成有不均勻圖案的表面上形成η-型電極38。然而，本發(fā)明不限于此，這種不均勻圖案可以在ρ-型覆蓋層35中形成。在本實施方案中，作為實例描述了 ρ-η結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中在上部形成P-型半導(dǎo)體并在下部形成η-型半導(dǎo)體。然而，半導(dǎo)體發(fā)光器件可具有其中進(jìn)一步在 P-型半導(dǎo)體層上形成η-型半導(dǎo)體層的η-ρ-η結(jié)結(jié)構(gòu)。η-ρ-η結(jié)結(jié)構(gòu)意味著第一電極層和第二電極層均形成為η-型半導(dǎo)體層，并且在其間形成ρ-型半導(dǎo)體層。在第一電極層、η-型半導(dǎo)體層上形成第一電極，在第二電極層、η-型半導(dǎo)體層上形成第二電極。工業(yè)應(yīng)用根據(jù)半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法，可改善外部量子效率和散熱。本發(fā)明還涉及如下技術(shù)方案1. 一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括具有底表面的第一半導(dǎo)體層，所述底表面具有不均勻圖案；在所述第一半導(dǎo)體層上形成的有源層；在所述有源層上形成的第二半導(dǎo)體層；在所述第二半導(dǎo)體層上形成的第二電極；和在所述第一半導(dǎo)體層下形成的第一電極。2.根據(jù)項目1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一半導(dǎo)體層為η-型半導(dǎo)體層， 和所述第二半導(dǎo)體層為P-型半導(dǎo)體層。3.根據(jù)項目1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中以規(guī)則的間隔形成所述第一半導(dǎo)體層的所述不均勻圖案。
4.根據(jù)項目1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中以不同的間隔形成所述第一半導(dǎo)體層的所述不均勻圖案。5.根據(jù)項目1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中至少所述第一電極形成在所述第一半導(dǎo)體層的整個表面上，或至少所述第二電極形成在所述第二半導(dǎo)體層的整個表面上。6.根據(jù)項目1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一電極和第二電極中的至少一個是透明電極。7.根據(jù)項目1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，還包括在所述第二半導(dǎo)體層和所述第二電極之間形成的第三半導(dǎo)體層。8.根據(jù)項目7所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述第一半導(dǎo)體層和第三半導(dǎo)體層為 η-型半導(dǎo)體層，和所述第二半導(dǎo)體層為P-型半導(dǎo)體層。9.根據(jù)項目1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，還包括在所述第一半導(dǎo)體層的所述不均勻圖案的凸起部分與所述第一電極之間形成的緩沖層。10. 一種制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，所述方法包括
在襯底上形成第一半導(dǎo)體層；在所述第一半導(dǎo)體層上形成有源層；在所述有源層上形成第二半導(dǎo)體層；除去所述襯底；在所述第一半導(dǎo)體層上形成不均勻圖案；和在所述第一半導(dǎo)體層上形成第一電極，和在所述第二半導(dǎo)體層上形成第二電極。11.根據(jù)項目10所述的方法，其中所述第一半導(dǎo)體層為η-型半導(dǎo)體層，和所述第二半導(dǎo)體層為P-型半導(dǎo)體層。12.根據(jù)項目10所述的方法，其中以規(guī)則的間隔形成所述第一半導(dǎo)體層的所述不均勻圖案。13.根據(jù)項目10所述的方法，其中以不同的間隔形成所述第一半導(dǎo)體層的所述不均勻圖案。14.根據(jù)項目10所述的方法，其中至少所述第一電極形成在所述第一半導(dǎo)體層的整個表面上，或至少所述第二電極形成在所述第二半導(dǎo)體層的整個表面上。15.根據(jù)項目10所述的方法，其中除去所述襯底包括利用激光剝離方法分離并除去所述襯底。16.根據(jù)項目15所述的方法，其中所述激光剝離方法利用準(zhǔn)分子激光。17.根據(jù)項目10所述的方法，其中在所述第一半導(dǎo)體層中形成所述不均勻圖案包括在所述第一半導(dǎo)體層上形成光刻膠層并圖案化所述光刻膠層；在所述圖案化的光刻膠層上實施蝕刻以在所述第一半導(dǎo)體層中形成不均勻圖案； 和除去所述光刻膠層。18.根據(jù)項目10所述的方法，還包括在所述襯底上形成第一半導(dǎo)體層之前，在所述襯底上形成緩沖層。19.根據(jù)項目18所述的方法，還包括在除去所述襯底之后，除去所述緩沖層以暴露出所述第一半導(dǎo)體層。20.根據(jù)項目19所述的方法，其中除去所述緩沖層包括利用化學(xué)機(jī)械拋光和蝕刻中的一種來除去所述緩沖層。21.根據(jù)項目18所述的方法，還包括在除去所述襯底之后，蝕刻所述緩沖層和所述第一半導(dǎo)體層以在所述第一半導(dǎo)體層中形成不均勻圖案，其中在所述第一半導(dǎo)體層的所述不均勻圖案的凸起部分上形成所述緩沖層。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括η電極，所述η電極具有頂表面和底表面；形成在所述η電極的頂表面中的不均勻圖案；形成在所述η電極上的η型半導(dǎo)體層，所述η型半導(dǎo)體層具有頂表面和底表面；形成在所述η型半導(dǎo)體層的底表面中的不均勻圖案，所述η型半導(dǎo)體層的不均勻圖案接觸所述η電極的不均勻圖案；形成在所述η型半導(dǎo)體層上的有源層；形成在所述有源層上的P型半導(dǎo)體層；以及形成在所述P型半導(dǎo)體層上的P電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中形成在所述η電極的頂表面中的不均勻圖案延伸跨越所述η電極和所述η型半導(dǎo)體層之間的整個邊界。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述η型半導(dǎo)體層和所述P型半導(dǎo)體層由GaN形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述η電極和P電極中的至少一個是透明的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述有源層是多量子阱結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，還包括在所述P型半導(dǎo)體層和所述P電極之間的P接觸半導(dǎo)體層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，還包括在接觸所述P電極的所述P型半導(dǎo)體層中的不均勻圖案。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述ρ型半導(dǎo)體層中的不均勻圖案以規(guī)則的間隔形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述ρ型半導(dǎo)體層中的不均勻圖案以不同的間隔形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述η型半導(dǎo)體層中的不均勻圖案以規(guī)則的間隔形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述η型半導(dǎo)體層中的不均勻圖案以不同的間隔形成。
全文摘要
一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其包括具有不均勻圖案的底表面的第一半導(dǎo)體層、在第一半導(dǎo)體層上形成的有源層、在所述有源層上形成的第二半導(dǎo)體層、在所述第二半導(dǎo)體層上形成的第二電極和在所述第一半導(dǎo)體層下形成的第一電極。
文檔編號H01L33/22GK102569560SQ20121001521
公開日2012年7月11日 申請日期2006年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月25日
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