发光元件及其制造方法.pdf

1、10申请公布号CN104078543A43申请公布日20141001CN104078543A21申请号201410105968022申请日20140320102013003124120130325KRH01L33/38201001H01L33/10201001H01L33/0020100171申请人英迪股份有限公司地址韩国首尔市72发明人金泰根朴相永74专利代理机构北京同立钧成知识产权代理有限公司11205代理人臧建明54发明名称发光元件及其制造方法57摘要本发明提供一种能够提高发光效率的发光元件及其制造方法。这种发光元件包括P型半导体层、活性层、N型半导体层、P型电极及N型电极。所述活性层形

2、成于所述P型半导体层的上表面。所述N型半导体层形成于所述活性层的上表面。所述P型电极向所述P型半导体层提供空穴。所述N型电极向所述N型半导体层提供电子，其中所述N型电极的底面为中央部凸出的形状。因此，所述N型电极的底面通过中央部凸出的形状，向侧部反射入射到N型电极的底面的光，被反射的光经过再反射，因此能够提高光提取效率。30优先权数据51INTCL权利要求书1页说明书6页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书6页附图3页10申请公布号CN104078543ACN104078543A1/1页21一种发光元件，其特征在于，包括P型半导体层；活性层，其形成于所述

3、P型半导体层的上表面；N型半导体层，其形成于所述活性层的上表面；P型电极，其向所述P型半导体层提供空穴；以及N型电极，其向所述N型半导体层提供电子，其中，所述N型电极的底面为中央部凸出的形状。2根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于所述N型电极的底面为V字形或U字形。3根据权利要求2所述的发光元件，其特征在于，还包括反射层，其形成于所述N型电极的底面。4根据权利要求3所述的发光元件，其特征在于，还包括欧姆接触层，其形成于所述反射层的底面。5根据权利要求4所述的发光元件，其特征在于所述N型电极包括镍及金中的至少任一种，所述反射层包括铝及银中的至少任一种，所述欧姆接触层包括钛及铬中的至少任一种。

4、6根据权利要求3所述的发光元件，其特征在于，还包括绝缘层，其形成于所述反射层的底面。7根据权利要求4所述的发光元件，其特征在于所述N型电极包括镍、金及钛中的至少任一种，所述反射层包括铝及银中的至少任一种，所述绝缘层包括氧化硅或氮化硅。8一种发光元件的制造方法，其特征在于，包括准备由P型半导体层、所述P型半导体层的上表面的活性层及所述活性层的上表面的N型半导体层构成的半导体层的步骤；在所述N型半导体层的上表面蚀刻出V字形或U字形槽的步骤；以及形成填充所述V字形或U字形槽的N型电极的步骤。9根据权利要求8所述的发光元件的制造方法，其特征在于，还包括在所述形成填充所述V字形或U字形槽的N型电极的步骤

5、之前，在V字形或U字形槽的表面形成反射层的步骤。10根据权利要求9所述的发光元件的制造方法，其特征在于，还包括在所述V字形或U字形槽的表面形成反射层的步骤之前，在所述V字形或U字形槽的表面形成欧姆接触层的步骤。11根据权利要求9所述的发光元件的制造方法，其特征在于，还包括在所述V字形或U字形槽的表面形成反射层的步骤之前，在所述V字形或U字形槽的表面形成绝缘层的步骤。权利要求书CN104078543A1/6页3发光元件及其制造方法技术领域0001本发明涉及一种发光元件及其制造方法，尤其涉及利用半导体的发光元件及其制造方法。背景技术0002一般来讲，发光二极管LIGHTEMITTINGDIODEL

6、ED之类的发光元件具有发光效率高、寿命长、电量消耗少、环保等诸多优点，因此使用这种发光元件的技术领域在不断增多。0003发光元件根据其形态可分为水平型LATERALTYPE与垂直型VERTICALTYPE。水平型结构是在基板上层积N型半导体元件、量子阱、P型半导体元件，通过蚀刻露出N型半导体元件的一部分，然后在P型半导体元件上形成P型电极，在露出的N型半导体元件上形成N型电极的结构。0004垂直型发光二极管以下简称VLED具有散热板效率高、光学电力性能提高等优点，从而受到广泛关注。但是在目前情况下，若想制造应用于固体照明的高效率的VLED，则必须提高光提取效率。0005LED的光效率，即外部量

7、子效率取决于内部量子效率与光提取效率的乘积，而内部量子效率则取决于电流注入效率。为此，必须从电极向半导体层有效地分散电流，并且向活性层有效地注入载流子。0006并且，在LED内部的活性层生成的光向外部照射时，由于半导体材料与空气具有折射率差异，无法照射到外部，而是发生全反射和吸收，发生光损耗。为此，通过使VLED的上端表面具有一定的粗糙度ROUGHNESS，或者在N型电极上采用导电玻璃ITO等物质，以提高光提取效率。0007但是VLED的N电极在高温作业时可能会受到热损伤THERMALDAMAGE，因此在改善光提取效率方面，对电极的研究具有局限性。这些问题导致VLED的光提取效率下降，在降低L

8、ED光效率方面起到决定性作用。因此，为了解决这些问题，需要研究能够提高LED光效率的技术方案。0008以下参照图1做进一步详细说明。0009图1为概括显示现有技术的垂直型发光元件的剖视图。0010如图1所示，现有的垂直型发光元件是在基板110上依次形成P型电极120、P型半导体层130、活性层140、N型半导体层150，并在N型半导体层150的上表面形成N型电极160。此时，从活性层生成并垂直上升的光L再次垂直上升，并重复被基板110反射的过程后最终消失。因此，光损耗量为发光元件110的整个面积中N性电极160所占面积对应的光量。并且，实质上P型电极120与所述活性层140具有相同面积，实质上

9、从P型电极120均匀地向活性层140提供空穴，而N型电极160提供的电子I无法均匀地扩散到所述活性层140。因此，只有所述活性层140的部分区域生成光，降低光效率。说明书CN104078543A2/6页4发明内容0011技术问题0012本发明所要解决的技术问题是通过提高光提取效率、分散电子的注入，以提高光效率的发光元件。0013本发明所要解决的另一技术问题是提供制造这种发光元件的方法。0014技术方案0015为了解决上述技术问题，本发明一个实施例的发光元件包括P型半导体层、活性层、N型半导体层、P型电极及N型电极。所述活性层形成于所述P型半导体层的上表面。所述N型半导体层形成于所述活性层的上表

10、面。所述P型电极向所述P型半导体层提供空穴。所述N型电极向所述N型半导体层提供电子，其中所述N型电极的底面为中央部凸出的形状。0016例如，所述N型电极的底面可以为V字形或U字形。0017并且，所述发光元件还可以包括形成于所述反射层的底面的欧姆接触层。0018例如，所述N型电极可以包括镍NI及金AU中的至少任一种，所述反射层可以包括铝AL及银AG中的至少任一种，所述欧姆接触层可以包括钛TI及铬CR中的至少任一种。0019另外，所述发光元件还可以包括形成于所述反射层的底面的绝缘层。0020例如，所述N型电极可以包括镍NI、金AU及钛TI中的至少任一种，所述反射层可以包括铝AL及银AG中的至少任一

11、种，所述绝缘层可以包括氧化硅SIO2或氮化硅SIN。0021为了解决上述技术问题，本发明一个实施例的发光元件的制造方法包括备由P型半导体层、所述P型半导体层的上表面的活性层及所述活性层的上表面的N型半导体层构成的半导体层的步骤；在所述N型半导体层的上表面蚀刻出V字形或U字形槽的步骤；以及形成填充所述V字形或U字形槽的N型电极的步骤。0022另外，本发明的制造方法还可以包括在所述形成填充所述V字形或U字形槽的N型电极的步骤之前，在V字形或U字形槽的表面形成反射层的步骤。0023另外，本发明的制造方法还可以包括在所述V字形或U字形槽的表面形成反射层的步骤之前，在所述V字形或U字形槽的表面形成欧姆接

12、触层的步骤。0024另外，本发明的制造方法还可以包括在所述V字形或U字形槽的表面形成反射层的步骤之前，在所述V字形或U字形槽的表面形成绝缘层的步骤。0025技术效果0026根据本发明，N型电极的底面为中央部凸出的形状，向侧部反射入射到N型电极底面的光，被反射的光再次发生反射，因此能够提高光提取效率。0027并且，能够把接入到活性层的电流的分布扩大到更大范围，在更广范围生成光，因此能够提高光效率。0028并且，由于N型电极与N型半导体层之间的接触面积增大，使电流的流动增多，因此能够降低工作电压。0029并且，当在N型电极的底部形成反射层时，能够具有更高的光效率。0030并且，当在反射层的底部形成

13、欧姆接触层时，能够提高半导体与金属界面之间的说明书CN104078543A3/6页5电特性。0031并且，当在反射层的底部形成绝缘层时，能够向更广范围分散电流的流动，因此能够提高光效率。附图说明0032图1为概括显示现有技术的发光元件的剖视图；0033图2为概括显示本发明一个实施例的垂直型发光元件的剖视图；0034图3为概括显示本发明另一实施例的垂直型发光元件的剖视图；0035图4为概括显示本发明又一实施例的垂直型发光元件的剖视图；0036图5为概括显示本发明又一实施例的垂直型发光元件的剖视图；0037图6为概括显示本发明又一实施例的垂直型发光元件的剖视图。0038附图标记说明0039100、

14、200、300、400、500、600发光元件0040110基板120P型电极0041130P型半导体层140活性层0042150N型半导体层160N型电极0043170反射层180欧姆接触层0044190绝缘层具体实施方式0045参照附图及以下详细说明，可进一步明确所述本发明的特征及效果，从而本发明所属技术领域的一般技术人员能够容易实施本发明。本发明不限于以下的实施例，还可以通过其他形态实现。其中，所说明的实施例使得公开内容更加完整，使本领域普通技术人员能够更加充分地理解本发明的技术思想与特征。为了本发明的明确性，在附图中放大显示了各装置或膜层及区域的厚度，另外除各装置之外还可以具备本说明书

15、中未说明的多种附加装置。0046以下参照附图进一步详细说明本发明的优选实施例。0047图2为概括显示本发明一个实施例的垂直型发光元件的剖视图。0048如图2所示，本发明一个实施例的垂直型发光元件200包括P型半导体层130、活性层140、N型半导体层150、P型电极120及N型电极160。0049所述P型电极120上可以粘贴基板110。例如，所述基板110可以采用金属基板。并且，所述P型电极120可以由金属构成，当由金属构成时，向上部再反射从所述活性层140生成并向下部传播的光。所述P型电极120向所述P型半导体层130提供空穴。0050所述P型半导体层130形成于所述P型电极120的上表面。

16、例如，所述P型半导体层130可以是注入P型掺杂物的氮化物半导体层。0051所述活性层140形成于所述P型半导体层130的上表面。例如，所述活性层140可以是氮化物半导体层。0052所述活性层140具有多层量子阱结构，从而所述P型半导体层130注入的空穴与所述N型半导体层150注入的电子通过结合生成光。说明书CN104078543A4/6页60053所述N型半导体层150形成于所述活性层140的上表面。例如，所述N型半导体层150可以是注入N型掺杂物的氮化物半导体层。此时所述N型半导体层150的上表面形成如图所示的V字形槽，或者形成如图6所示的U字形槽。0054所述N型电极160形成于所述N型半

17、导体层150上形成有V字形槽的位置，填充所述V字形槽。因此，所述N型电极160的底部的中央部凸出成V字形。但是，图2所示V字形槽的形态及与其对应的N型电极160底部的凸出部的形状并不限定于此，可做多种变更。例如，其形状可以是多角形的凸出部，还可以具有环形曲线的结构。所述N型电极160向所述N型半导体层150提供电子。例如，所述N型电极160可以包括镍NI及金AU中的至少任一种，但并不限定于此。0055参照显示本实施例的发光元件200的图2,以及显示现有发光元件100的图1可知，从所述活性层140生成并垂直上升的光L在图1中通过重复被所述N型电极160反射后再次垂直下降，被P型电极120或基板1

18、10反射后再次垂直上升的过程后最终消失。0056但根据图2所示的本发明，从所述活性层140生成后垂直上升的光L被反射到侧部，从而在各层的界面上重复反射后向上部射出。因此，能够提高光效率。0057并且，就现有发光元件100而言，相比于从所述N型电极160注入所述活性层140的电子的流动I，在本发明的发光元件200中，从N型电极160注入活性层140的电子的流动I分散得更为广泛。因此活性层140生成光的范围更广，从而能够进一步提高光效率。0058并且，由于N型电极160与N型半导体层150之间的接触面积增大，使电流的流动增多，因此能够降低工作电压。0059图3为概括显示本发明另一实施例的垂直型发光

19、元件的剖视图。图3所示的垂直型发光元件300除反射层170之外，实质上与图2所示垂直型发光元件200相同。因此，对于相同的构成要素用相同的附图标记表示，并省略重复说明。0060如图3所示，本发明另一实施例的发光元件300包括P型半导体层130、活性层140、N型半导体层150、P型电极120、N型电极160及反射层170。0061所述反射层170形成于所述N型电极160的底面。具体来讲，所述反射层170形成于所述N型电极160中央部的底面凸出部与所述N型半导体层150之间。0062所述反射层170通过提高从所述活性层140生成并垂直上升的光的反射效率，可进一步提高所述发光元件300的光效率。为

20、此，所述反射层170可以包括反射率高的金属，例如铝及银中的至少任一种。0063图4为概括显示本发明又一实施例的垂直型发光元件的剖视图。图4所示的垂直型发光元件400除欧姆接触层180之外，实质上与图3所示垂直型发光元件300相同。因此，对于相同的构成要素用相同的附图标记表示，并省略重复说明。0064如图4所示，本发明又一实施例的发光元件400包括P型半导体层130、活性层140、N型半导体层150、P型电极120、N型电极160、反射层170及欧姆接触层180。0065所述欧姆接触层180形成于所述反射层170的底面。所述欧姆接触层180例如包括钛TI及铬CR，其厚度为能够透过光的极其薄的厚度

21、。0066所述欧姆接触层180提高包括半导体的所述N型半导体层150与包括金属的反射层170之间的界面的电特性。即，通过缩小半导体层与金属层之间的带隙差异，可以提高电特性。说明书CN104078543A5/6页70067图5为概括显示本发明又一实施例的垂直型发光元件的剖视图。图5所示的垂直型发光元件500除绝缘层190之外，实质上与图3所示垂直型发光元件300相同。因此，对于相同的构成要素用相同的附图标记表示，并省略重复说明。0068如图5所示，本发明又一实施例的发光元件500包括P型半导体层130、活性层140、N型半导体层150、P型电极120、N型电极160、反射层170及绝缘层190。

22、0069所述绝缘层190形成于所述反射层170的底面。具体来讲，所述绝缘层190只覆盖所述N型电极160的底面的凸出部。因此优选的是使凸出部的宽度小于图4中凸出部的宽度。0070所述绝缘层190例如可以包括氧化硅SIO2或氮化硅SIN。0071如上所述，当包括绝缘层190时，电流不通过所述N型电极160的底面凸出部注入。但是，通过所述N型半导体层150与所述N型电极160之间的接触面流动的电流量上升，而向N型电极160垂直方向底部的活性层140注入的电流则相对减少。但是，所述N型电极160垂直方向的底部生成的提取到外部的光量相对少于侧部，因此能够从整体上提高光提取效率。0072图6为概括显示本

23、发明又一实施例的垂直型发光元件的剖视图。图6所示的垂直型发光元件600除N型电极底部凸出部的形状之外，实质上与图2所示垂直型发光元件200相同。因此，对于相同的构成要素用相同的附图标记表示，并省略重复说明。0073如图6所示，本发明又一实施例的发光元件600包括P型半导体层130、活性层140、N型半导体层150、P型电极120及N型电极160。所述N型半导体层150的上表面形成例如U字形槽。0074所述N型电极160形成于所述N型半导体层150的有U字形槽的位置，并填充所述U字形槽。因此，所述N型电极160的底部具有中央部凸出成U字形的形状。0075如上所述，具有U字形凸出部的N型电极160

24、适用到图4及图5的实施例，这对本领域普通技术人员来说是容易想到的。0076另外，在本实施例中举例说明了垂直型发光元件，但也能够适用于水平型发光元件，这对本领域普通技术人员来说是容易想到的。0077以下说明制造图2至图6所示发光元件200、300、400、500、600的方法。0078首先，准备包括P型半导体层130、所述P型半导体层130上的活性层140及所述活性层上的N型半导体层150的半导体层。这种过程与制造现有的垂直型发光元件的方法相同，因此省略对其详细说明。0079然后，在所述N型半导体层150的上表面蚀刻V字形或U字形的槽。在所述N型半导体层150的上表面蚀刻如上所述V字形或U字形的

25、槽，可通过感应耦合式蚀刻机ICPRIE来实现。可以通过调整工程条件，例如射频电源RFPOWER、气体流量BCL3,CL2,H2等、作业压力等，在N型半导体层150的上表面蚀刻V字形或U字形的槽。0080然后形成填充所述V字形或U字形的槽的N型电极。为此通过镀镍、金等金属形成所述N型电极160。0081另外，在形成填充所述V字形或U字形的槽的N型电极160之前，可以在V字形或U字形的槽的表面形成反射层170。0082并且，在所述V字形或U字形的槽的表面形成反射层之前，可以在所述V字形或U说明书CN104078543A6/6页8字形的槽的表面形成欧姆接触层180或绝缘层190。0083所述反射层1

26、70、欧姆接触层180、绝缘层190等可以通过溅镀机SPUTTERINGDEVICE或电子束设备EBEANDEVICE形成。0084最后应说明的是以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。说明书CN104078543A1/3页9图1图2说明书附图CN104078543A2/3页10图3图4说明书附图CN104078543A103/3页11图5图6说明书附图CN104078543A11