本公開涉及一種發(fā)光二極管以及一種用于制造所述發(fā)光二極管的方法，所述發(fā)光二極管具有包括氧化鋅的多個(gè)突出。

背景技術(shù)：

發(fā)光二極管具有將電能轉(zhuǎn)換成光能的特性。發(fā)光二極管能夠通過(guò)控制化合物半導(dǎo)體的成分比來(lái)實(shí)現(xiàn)各種顏色。

當(dāng)施加正向電壓時(shí)，發(fā)光二極管通過(guò)n層的電子與p層的空穴的結(jié)合來(lái)發(fā)射與導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的能隙對(duì)應(yīng)的能量。能量主要以熱或光的形式來(lái)發(fā)射。這里，對(duì)于發(fā)光二極管，能量以光的形式來(lái)發(fā)射。

例如，氮化物半導(dǎo)體具有高的熱穩(wěn)定性和寬的帶隙能量。結(jié)果，氮化物半導(dǎo)體在光學(xué)器件和高輸出電子器件的開發(fā)領(lǐng)域中已經(jīng)受到了很多關(guān)注。具體地，使用氮化物半導(dǎo)體的藍(lán)色發(fā)光二極管、綠色發(fā)光二極管、紫外(UV)發(fā)光二極管等已經(jīng)被廣泛地商業(yè)化。

目前的氮化物半導(dǎo)體具有電流注入不均勻、熱發(fā)射效率低、光發(fā)射效率低等問(wèn)題。因此，為了將包括氮化物半導(dǎo)體的發(fā)光二極管用作高效光源，用于最大化內(nèi)量子效率、使歐姆電極的透明度高以及改善光提取的技術(shù)開發(fā)是非常重要的?，F(xiàn)在，已經(jīng)進(jìn)行了通過(guò)改善光提取效率而改善外量子效率而不是通過(guò)改善內(nèi)量子效率而改善外量子效率的研究。

已經(jīng)進(jìn)行了諸如改變發(fā)光二極管的表面結(jié)構(gòu)來(lái)改善光提取效率的許多研究開發(fā)。作為最有代表性的方法，有表面粗化技術(shù)、光子晶體結(jié)構(gòu)技術(shù)等。表面粗化技術(shù)包括使用干法蝕刻或濕法蝕刻等在發(fā)光二極管的表面上形成包括多個(gè)突出的粗糙圖案的工藝。

作為現(xiàn)有技術(shù)的第10-0568830號(hào)韓國(guó)專利公開了通過(guò)在暴露的表面上形成具有粗糙度的突出能夠增大發(fā)光器件的外量子效率的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，通過(guò)使用包括ICP法等的干法蝕刻法，多個(gè)突出形成在III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的暴露的表面上。然而，由于通過(guò)干法蝕刻法形成多個(gè)突出的工藝，發(fā)光二極管的表面可能由于離子轟擊而損壞。此外，當(dāng)發(fā)光二極管的表面由具有很容易受酸侵害的性能的材料形成時(shí)，通過(guò)濕法蝕刻法形成多個(gè)突出的工藝難以控制蝕刻的程度。

[現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)]

(專利文獻(xiàn)1)第10-0568830號(hào)韓國(guó)專利

公開內(nèi)容

技術(shù)問(wèn)題

公開的技術(shù)的一些實(shí)施方式提供了能夠改善光提取效率的發(fā)光二極管以及用于制造所述發(fā)光二極管的方法。

公開的技術(shù)的一些實(shí)施方式提供了能夠在形成多個(gè)突出時(shí)防止發(fā)光二極管的表面被損壞的發(fā)光二極管以及用于制造所述發(fā)光二極管的方法。

公開的技術(shù)的一些實(shí)施方式提供了能夠有效地控制多個(gè)突出的形成的發(fā)光二極管以及用于制造所述發(fā)光二極管的方法。

公開的技術(shù)的一些實(shí)施方式提供了能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的工藝來(lái)有效地形成多個(gè)突出的發(fā)光二極管以及用于制造所述發(fā)光二極管的方法。

技術(shù)方案

根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例，提供了一種發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管包括：基板；氮化物發(fā)光結(jié)構(gòu)，設(shè)置在基板上方；以及透明電極層，設(shè)置在氮化物發(fā)光結(jié)構(gòu)上方，其中，透明電極層包括多個(gè)突出，所述多個(gè)突出均具有下部和上部，并且下部的側(cè)部和上部的側(cè)部具有不同的梯度。

透明電極層可包括氧化鋅。

所述多個(gè)突出包括的下部的側(cè)部可以是基本上垂直的表面。

所述多個(gè)突出包括的上部的側(cè)部可相對(duì)于基本上垂直的表面具有20°至80°的梯度。

所述多個(gè)突出包括的上部的側(cè)部可相對(duì)于基本上垂直的表面具有連續(xù)減小或增大的梯度。

所述多個(gè)突出包括的上部的水平寬度可小于下部的水平寬度。

所述多個(gè)突出均可通常為圓盤形狀或六方柱形狀。

氮化物發(fā)光結(jié)構(gòu)可包括第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層。

根據(jù)本公開的另一示例性實(shí)施例，提供了一種用于制造發(fā)光二極管的方法，所述方法包括下述步驟：在氮化物發(fā)光結(jié)構(gòu)上形成種子層；在種子層上形成掩模圖案；通過(guò)再生長(zhǎng)種子層形成多個(gè)突出，其中，所述多個(gè)突出均具有下部和上部，并且下部的側(cè)部和上部的側(cè)部具有不同的梯度。

種子層和所述多個(gè)突出可形成透明電極。

透明電極可包括氧化鋅。

下部的側(cè)部可以是基本上垂直的表面。

上部的側(cè)部可相對(duì)于基本上垂直的表面具有20°至80°的梯度。

上部的水平寬度可小于下部的水平寬度。

下部的高度可與掩模圖案的厚度相同。

通過(guò)再生長(zhǎng)種子層形成所述多個(gè)突出的步驟可包括通過(guò)熱液合成法再生長(zhǎng)。

熱液合成法可使用鋅鹽和環(huán)六亞甲基四胺的混合溶液。

掩模圖案可使用剝離技術(shù)形成。

掩模圖案可由氧化物、氮化物、有機(jī)物和聚合物中的任何一種制成。

剝離工藝可包括在光致抗蝕劑圖案上形成掩模層以及去除光致抗蝕劑圖案，掩模層可使用熱沉積法、電子束沉積法或?yàn)R射沉積法形成。

發(fā)明的效果

根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例，發(fā)光二極管以及用于制造所述發(fā)光二極管的方法可通過(guò)在發(fā)光二極管的表面上形成多個(gè)突出來(lái)改善發(fā)光二極管的光提取效率。

根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例，發(fā)光二極管以及用于制造所述發(fā)光二極管的方法可不使用干法蝕刻法或濕法蝕刻法來(lái)形成多個(gè)突出。因此，即使當(dāng)發(fā)光二極管的表面包括具有容易受酸侵害的性能的材料時(shí)，也能夠防止發(fā)光二極管的表面被損壞并且有效地控制多個(gè)突出的形成。

此外，根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例，發(fā)光二極管以及用于制造所述發(fā)光二極管的方法可通過(guò)經(jīng)濟(jì)的簡(jiǎn)單工藝在發(fā)光二極管的表面上形成包括多個(gè)突出的圖案。

附圖說(shuō)明

圖1是示出根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的示例性發(fā)光二極管的剖視圖。

圖2是示出根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的用于制造示例性發(fā)光二極管的方法的流程圖。

圖3至圖5是示出根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的根據(jù)用于制造發(fā)光二極管的方法的示例性發(fā)光二極管的剖視圖。

具體實(shí)施方式

以下，將參照附圖來(lái)詳細(xì)描述本公開的示例性實(shí)施例。將注意的是，在將附圖標(biāo)記賦予每個(gè)附圖的組件時(shí)，即使同樣的組件示出在不同的圖中，同樣的附圖標(biāo)記也表示同樣的元件。此外，在描述本公開的示例性實(shí)施例時(shí)，當(dāng)確定公知的功能或構(gòu)造會(huì)不必要地模糊本公開的主旨時(shí)，將不對(duì)它們進(jìn)行詳細(xì)的描述。另外，雖然將在下面描述本公開的示例性實(shí)施例，本公開的范圍不限于此，而可通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)行各種修改。

圖1是示出根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的示例性發(fā)光二極管的剖視圖。

參照?qǐng)D1，發(fā)光二極管包括基板10、第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層20、有源層30、第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層40、第一電極60、透明電極層80和第二電極90。透明電極層80包括突出85。

第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層20、有源層30和第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層40可順序地設(shè)置在基板10上。第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層20、有源層30和第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層40可形成氮化物發(fā)光結(jié)構(gòu)。第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層20、有源層30和第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層40均可由氮化鎵基化合物半導(dǎo)體材料(即，(Al、In、Ga)N)制成。具體地，有源層30具有發(fā)射所需波長(zhǎng)的光(例如，紫外線或藍(lán)光)的成分元素和成分比，第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層20和第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層40可由比有源層30的帶隙大的帶隙制成。

此外，第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層20、有源層30和第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層40可使用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、分子束外延、或氫化物氣相外延(HVPE)技術(shù)等可控制地或連續(xù)地生長(zhǎng)。包括生長(zhǎng)的半導(dǎo)體層20、30和40的氮化物發(fā)光結(jié)構(gòu)的厚度可在5μm至10μm的范圍。

這里，第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層20和第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層40均為N型和P型或者P型或N型。在氮化鎵基化合物半導(dǎo)體層中，N型半導(dǎo)體層可通過(guò)摻雜雜質(zhì)(例如，硅(Si))來(lái)形成，P型半導(dǎo)體層可通過(guò)摻雜雜質(zhì)(例如，鎂(Mg))來(lái)形成。

第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層20和/或第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層40可具有如上所述的單層結(jié)構(gòu)，然而也可具有多層結(jié)構(gòu)。此外，有源層30可具有單量子阱結(jié)構(gòu)或多層量子阱結(jié)構(gòu)。

此外，在形成第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層20之前，緩沖層(未示出)可設(shè)置在半導(dǎo)體層20、30和40與基板10之間?？尚纬删彌_層以減輕基板10與將形成在其上的第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層20之間的晶格失配。

透明電極層80可形成在第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層40上。透明電極層80包括多個(gè)突出85。透明電極層80和透明電極層80包括的多個(gè)突出85可包括氧化鋅。包括在透明電極層80中的多個(gè)突出85可通過(guò)熱液合成法再生長(zhǎng)，將在下面描述其詳細(xì)的制造方法。

多個(gè)突出85中的每個(gè)可包括下部和上部。包括在突出85中的下部的側(cè)部和上部的側(cè)部可具有不同的梯度。包括在突出85中的下部的側(cè)部可以是基本上垂直的表面。即，在這種情況下，包括在突出85中的下部的側(cè)部相對(duì)于基本上垂直的表面不具有梯度?；旧洗怪钡谋砻婵梢馕吨c透明電極層80的下表面或第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層40的上表面基本上垂直的表面。此外，包括在突出85中的上部的側(cè)部可相對(duì)于基本上垂直的表面具有20°至80°的范圍的梯度。包括在突出85中的下部的水平寬度可小于上部的水平寬度。即，當(dāng)上部的側(cè)部具有梯度且下部的側(cè)部為基本上垂直的表面時(shí)，包括在突出85中的上部的水平寬度可小于下部的水平寬度。當(dāng)從頂部觀察突出85時(shí)，突出85可以是圓形形狀或多邊形形狀。此外，突出85可通常具有圓盤形狀或包括六方柱形狀的多邊形棱柱形狀。然而，突出85的形狀不限于此，其他實(shí)施方式也是可能的。

根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例，當(dāng)從側(cè)部觀察突出85時(shí)，下部被觀察為矩形形狀，上部被觀察為三角形形狀，但包括在突出85中的下部和上部的形狀不限于此，其他實(shí)施方式也是可能的。因此，突出85的上部可以是包括平坦上表面的梯形形狀。

此外，包括在突出85中的上部的側(cè)部可相對(duì)于基本上垂直的表面具有連續(xù)增大或減小的梯度。即，雖然未示出，但是當(dāng)包括在突出85中的上部的整體形狀為半球形形狀時(shí)，上部的側(cè)部可相對(duì)于基本上垂直的表面具有連續(xù)增大的梯度，直到到達(dá)上部的頂部上端區(qū)域?yàn)橹?。然而，突?5的形狀不限于此，而是可包括在突出85中包括的上部的側(cè)部的至少一部分相對(duì)于基本上垂直的表面為彎曲表面的情況。

多個(gè)突出85可形成預(yù)定圖案。多個(gè)突出85可具有與透明電極層80相同的晶體結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的發(fā)光二極管通過(guò)包括在透明電極層80中的多個(gè)突出85來(lái)散射從有源層30發(fā)射的光，由此改善光提取效率。

第一電極60可形成在第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層20的一個(gè)區(qū)域上。第二電極90可設(shè)置在透明電極層80的一個(gè)區(qū)域上。第一電極60和第二電極90用于供應(yīng)電流且引線接合到外部，并且可由Ti、Al、Cr、Ni、Au、Ag、Rd和Ru中的至少一種制成或者由它們中的至少兩種的組合制成。

圖2是示出根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的用于制造示例性發(fā)光二極管的方法的流程圖。圖3至圖5是示出根據(jù)用于制造發(fā)光二極管的方法的示例性發(fā)光二極管的剖視圖。

參照?qǐng)D2，用于制造發(fā)光二極管的方法包括在氮化物發(fā)光結(jié)構(gòu)上形成種子層(S10)、在種子層上形成掩模圖案(S30)以及再生長(zhǎng)種子層(S50)。

在氮化物發(fā)光結(jié)構(gòu)上形成種子層(S10)時(shí)，首先，在基板上形成第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層20、有源層30和第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層40。氮化物發(fā)光結(jié)構(gòu)可包括第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層20、有源層30和第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層40?？稍诘诙?dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層40上形成種子層50。種子層50可包括氧化鋅(ZnO)。種子層50可通過(guò)沉積工藝或涂覆工藝來(lái)形成。詳細(xì)地，氧化鋅粉末可被蒸發(fā)以沉積在第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層40上或者可直接涂覆在第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層40上，從而形成種子層50。此外，種子層50可通過(guò)熱沉積法、脈沖激光沉積法、熱分解法、旋轉(zhuǎn)涂覆法、熱液合成法、有機(jī)金屬沉積法或使用電子束的真空沉積法來(lái)形成。

在種子層上形成掩模圖案(S30)時(shí)，參照?qǐng)D3，可在種子層50上形成掩模圖案70。掩模圖案70可通過(guò)使用剝離技術(shù)來(lái)形成。即，掩模圖案70可通過(guò)光刻工藝和沉積工藝來(lái)形成。例如，在種子層50上的光致抗蝕劑圖案上形成掩模層，可通過(guò)去除光致抗蝕劑圖案來(lái)形成掩模圖案70。

種子層50的一部分可暴露在掩模圖案70的各個(gè)掩模元件之間?？紤]到將再生長(zhǎng)在其的一部分被暴露的種子層50上的氧化鋅結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸，包括在掩模圖案70中的每個(gè)掩模元件可具有各種形狀。因此，掩模圖案70的種子層50被暴露的區(qū)域可具有島狀圖案等。

在形成掩模圖案70時(shí)，沉積工藝可以是使用旋轉(zhuǎn)涂覆、熱沉積法、電子束蒸發(fā)法、濺射沉積法等的工藝。掩模圖案70可由氧化物、氮化物、有機(jī)物或聚合物形成。掩模圖案70可由Al₂O₃、MgO、NiO、ITO或SiO₂形成。

在再生長(zhǎng)種子層(S50)時(shí)，參照?qǐng)D4，可通過(guò)再生長(zhǎng)其的表面未形成有掩模圖案70的種子層50來(lái)形成多個(gè)突出85。多個(gè)突出85可通過(guò)熱液合成法來(lái)生長(zhǎng)。即，當(dāng)具有形成在其表面上的掩模圖案70的種子層50浸泡在包括Zn離子和O離子的水溶液中時(shí)，Zn離子和O離子可吸附到暴露的種子層50以執(zhí)行成核和生長(zhǎng)。即，其的表面未形成有掩模圖案70的種子層50可用作生長(zhǎng)多個(gè)突出85的種子。多個(gè)生長(zhǎng)的突出85可沿種子層50的晶體結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)。

多個(gè)突出85的形狀、直徑和長(zhǎng)度可通過(guò)在熱液合成的執(zhí)行期間改變溫度、時(shí)間、水溶液的量、摩爾比、pH等的條件來(lái)控制。因此，具有各種直徑、形狀、高度等的突出85可根據(jù)目的來(lái)形成。此外，多個(gè)形成的突出85可形成預(yù)定的圖案。此外，熱液合成水溶液包括去離子水、鋅鹽和環(huán)六亞甲基四胺，其中，鋅鹽和環(huán)六亞甲基四胺的摩爾比可保持在2:1至1:2。環(huán)六亞甲基四胺用作催化劑以幫助快速形成突出85并且可連續(xù)供應(yīng)OH^-離子等。除了環(huán)六亞甲基四胺以外，可使用尿素、氨等。

此外，在熱液合成水溶液當(dāng)中，鋅鹽和環(huán)六亞甲基四胺的水溶液的摩爾濃度可在0.0001M至1M的范圍。當(dāng)摩爾濃度低于0.0001M時(shí)，難以控制鋅鹽的含量且突出85未很好地形成，當(dāng)摩爾濃度超過(guò)1M時(shí)，用于生長(zhǎng)突出85的原料消耗量增大并因此難以控制突出85的形狀和尺寸。鋅鹽可以是六水合硝酸鋅。

參照?qǐng)D5，在在掩模圖案70之間充分地生長(zhǎng)多個(gè)突出85之后，可去除掩模圖案70。根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的突出85可生長(zhǎng)在暴露于掩模圖案70之間的種子層50上。生長(zhǎng)的突出85和種子層50形成透明電極層。因此，根據(jù)按照本公開的示例性實(shí)施例的發(fā)光二極管和用于制造所述發(fā)光二極管的方法，突出85圖案可通過(guò)不使用干法或濕法蝕刻工藝的簡(jiǎn)單工藝而有效地形成在發(fā)光二極管的表面上。因此，可防止發(fā)光二極管的表面的損壞并且可容易地控制形成在表面上的突出85的生長(zhǎng)和形狀。此外，生長(zhǎng)的突出85與種子層50結(jié)合以形成透明電極層85，因此工藝比單獨(dú)形成透明電極層并接著在其上形成精細(xì)圖案的工藝更簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)。

包括在多個(gè)突出85的每個(gè)中并且具有不同的梯度的下部的側(cè)部和上部的側(cè)部可通過(guò)去除掩模圖案70來(lái)暴露。即，突出85的與掩模圖案70相鄰地生長(zhǎng)的下部具有基本上垂直的表面的側(cè)部，突出85的超過(guò)掩模圖案70的厚度生長(zhǎng)的上部具有傾斜的側(cè)部。即，突出85的下部的高度可取決于掩模圖案70的厚度。

突出85的上部的側(cè)部可具有向內(nèi)傾斜的梯度。在這種情況下，突出85的下部的水平寬度可大于上部的水平寬度。

返回參照?qǐng)D1，在去除掩模圖案70之后，可在第一氮化物半導(dǎo)體層20的一個(gè)區(qū)域上形成第一電極60并且可在透明電極層80的其上未形成有多個(gè)突出85的一個(gè)區(qū)域上形成第二電極90。

根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的包括在發(fā)光二極管中的透明電極層包括多個(gè)突出。因此，散射發(fā)生在透明電極層中以改善從有源層產(chǎn)生的光的外部提取效率。

僅通過(guò)上文中的示例的方式已經(jīng)描述了本公開的精神，在不脫離本公開的基本特征的情況下，本公開可以通過(guò)本公開所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)行各種修改、改變和代替。因此，本公開中的公開的示例性實(shí)施例以及附圖不限制而是描述本公開的精神，本公開的范圍不受示例性實(shí)施例和附圖限制。本公開的范圍應(yīng)該通過(guò)上面的權(quán)利要求來(lái)解釋，并且應(yīng)該解釋的是，與上面的權(quán)利要求等效的所有精神落入本公開的范圍內(nèi)。

附圖標(biāo)記

10：基板

20：第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層

30：有源層

40：第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層

50：種子層

60：第一電極

70：掩模圖案

80：透明電極層

85：多個(gè)突出

90：第二電極