发光二极管的外部光效率的改进制造技术

一种提高发光二极管的外部光效率的方法，该方法包括蚀刻发光二极管的ｎ型层的外部表面以形成表面纹理，所述表面纹理减小内部光反射以增大光输出。还公开相应的发光二极管。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及发光二极管的外部光效率的改进，具体但不唯一地涉及在 光输出表面上具有表面纹理(包括微境体和/或者表面粗化)的发光二极 管，并涉及在发光二极管的光输出表面上进行表面纹理的方法。
技术介绍
近年来已经集中地研究和开发了 Ga-N基发光二极管(LED)。高效 率、高功率GaN基LED引起了诸如显示器、交通信号、用于移动/蜂窝电 话机和类似设备的背面照明和白光源的应用的关注。降低成本和提高光输 出效率是这些GaNLED在主流照明市场成功的重要因素。一般地，GaN基LED的内部量子效率(r/,)由于石英品质和外延层结 构而显著地低于100。％。通常的",)能达到约70至8()Q/^。进一步的改进 已经证明难以实现。外部量子效率(7 加)还比内部量子效率低更多。这是 因为传统的GaN基LED的光提取效率受到全内光反射的限制，该全内光 反射由于GaN较空气(n=l)高的折射率(n《.5)而在半导体空气界面 处发生。在活性区域中产生光的临界角仅仅约为23°。大部分所产生的光 重复地反射进入衬底并最终被吸收。假定忽略从侧壁和底部反射的光，仅 仅能从表面提取一小部分(4%)。通过金属有机化学蒸气沉积(MOCVD)而生成的传统GaN基LED 使用非导体的蓝宝石衬底。蓝宝石衬底上的外延层通过由夹在比较厚的n 型掺杂GaN层和比较薄的p型掺杂GaN层之间的发光层(活性层)组 成。n型GaN层由多层堆叠(未掺杂或者掺杂到由诸如GaN、 AlGaN或者 InGaN或者AlGaInN等有关GaN的材料制成的n型半导体)在蓝宝石上形 成，而p型GaN层由多层堆叠(未掺杂或者掺杂到由诸如GaN、 AlGaN 或者InGaN或者AlGaInN等有关GaN的材料制成的p型半导体)在蓝宝6石上形成。顶部p-GaN表面外延层是经常用作光提取表面的Ga极。蓝宝 石衬底的差的导热性和比较高的电流密度由于在工作期间来自活性层过多 热而联合恶化了装置的性能。同时，比较薄的p-GaN层(通常小于0.5微 米)和p-GaN的高电阻率对等离子体成像高度敏感并难以用于干燥表面的 纹理。此外，Ga极GaN的化学性质是惰性，并比N极GaN更难以湿式蚀 刻。活性区域的另一侧(即，活性区域的n-Ga—N层)通常比p型GaN层 更厚(2至5微米厚)，并且由于其厚度而用于进行表面纹理比较理想。 然而，此部分低于活性区域并在蓝宝石上。除非卸下蓝宝石，不能对其进 行表面纹理。为了解决这些问题，已经开发了 GaNLED的垂直激光剥离(vertical laser liftoff)和其它方法以从在其上生产的GaN外延膜分离蓝宝石。还已 经开发倒装或者其它接合技术来将GaN膜安装到新的导热性良好的衬底。 己经开发了在暴露的LED N极n-GaN表面上不同的表面粗化技术，包括 ICP等离子体蚀刻和湿式蚀刻。已经提出了在发光二极管的输出表面上形成微境体的方案。然而，主 要是，活性区域不能靠近p型GaN层上的发光表面，因而微境体的形成或 者表面粗化会损坏活性区域。
技术实现思路
根据第一优选方面，提供一种提高发光二极管的外部光效率的方法， 所述方法包括蚀刻发光二极管的n型层的外部表面以形成表面纹理，所述 表面纹理降低内部光反射以增大光输出。根据第二优选方面，提供一种发光二极管，包括具有通过蚀刻形成的 表面纹理的发光二极管的n型层的外部表面，该表面纹理用于减小内部光 反射以增大发光二极管的光输出和外部光效率。根据第三优选方面，提供一种发光二极管，其包括发光二极管的n型 层的外部表面，并且另一材料层形成在n型层的外部表面上，另一材料层 的最外层被表面纹理以减小内部光反射以增大发光二极管的光输出和外部 光效率。对于所有方面，活性层可以包括以下中的一个或者多个量子阱、多 个量子阱、量子点和量子线。可以通过用化学溶液进行湿式蚀刻进行表面 纹理。化学溶液可以是在升高的温度下达预定时间段的氢氧化钾水溶液。 在蚀刻期间可以使用发光二极管的混合。可以通过紫外线照射进行该混 合。附加地或者可选地，可以通过干式蚀刻进行表面纹理。干式蚀刻可以 是等离子体蚀刻、等离子体轰击或者激光处理。十式蚀刻可以在湿式蚀刻 之前或者之后。表面纹理可以是从以下组成的组中选择的至少一者表面粗化、微境 体和表面粗化的微境体、孔、空穴、柱子和过孔。微境体可以从以下组成 的组中选择半球体、大致半球体、具有平坦顶部的半球体、球截体、金 字塔形体、柱形体和立方体。微境体可以具有(a) 在微境体之间处于2至3/mi范围的间隔；(b) 大致6/mi的节距；以及(c) 大致2/mi的半径。微境体可以大致是金字塔形，并可以具有角度大致为58°的面。表面 纹理可以是在外部表面的一部分上。表面纹理可以在外部表面上的电流耗 散阵列的接合部分和外部之间形成的光空间中。第一欧姆接触可以形成在 n型层的外部表面上，并且第二欧姆接触可以形成在p型层外部表面上。 第二欧姆接触能反射光以增强发光二极管的光发射。第二欧姆接触可以包 括由金属和其它合金形成的多层的堆叠。金属可以是银和铝或者其它高反 射性金属。高反射性金属可以是用于光反射层以增强发光二极管的光反 射。第二欧姆接触可以覆盖整个p型层外部表面。可选地，第二欧姆接触 可以覆盖p型层外部表面的一部分，且p型层外部表面的其余部分至少局 部地被用于反射光的至少一个反射性材料覆盖以增强发光二极管的光发 射。p型层、活性材料层和n型层可以是诸如例如GaN、 InGaN、 AlGaN、 AlGalnN、 InN和A1N的有关GaN材料中的一个或者多个形成。通过对从以下当中选择的至少一层p型层、欧姆接触层和接触层进 行表面纹理，表面纹理还可以在n型侧。附图说明为了本专利技术可以完全被理解和易于实现效果，现在通过非限制性示例 仅仅描述本专利技术优选实施例，该描述参照图示性的附图。 在附图中图1是第一优选实施例的竖直横截面视图2是图1的部分的放大视图3是图2的右手端的放大视图4是图1的实施例的顶部平面视图5是根据第一优选实施例的发光二极管的一部分的显微照片；图6是第二优选实施例的扫描电子显微镜图像；图7是图6的一部分的更详细图像；图8是对于不同的蚀刻时间的L-I特性的曲线图9是对于不同的蚀刻时间I-V特性的曲线图IO是第三优选实施例的放大侧视图ll是第四优选实施例的放大侧视图；以及图12是第五优选实施例的放大侧视图。具体实施例方式参照图1至图4，示出作为发光二极管100的第一优选实施例，发光 二极管100具有由导电金属形成的第一接触层101; 籽晶层102，反射层103; 欧姆接触层104;诸如例如GaN的p型材料层105;形成活性层106的多个外延层；以及由诸如例如GaN的n型材料形成的导电层107。任何层可以是多层的堆叠。N型层107比较厚，而p型层105比较 薄。活性层106可以是以下当中的一个或者多个量子阱、多个量子阱、量子点和量子线。导电层107用于传输在活性层106中产生的光，该光经过导电层107 的外部光输出表面108。外部表面108是空气-n-GaN界面的外部表面。接 合垫109形成在外部表面108上。电流耗散阵列IIO还可以形成在外部表 面108上。外部表面被表面纹理以通过降低全内反射来提高外部光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进发光二极管的外部光效率的方法，所述方法包括蚀刻所述发光二极管的ｎ型层的外部表面以形成表面纹理，所述表面纹理减小内部光反射以增大光输出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：康学军，陈震，武田棋，林卉敏，袁述，
申请(专利权)人：霆激技术有限公司，
类型：发明
国别省市：SG[新加坡]