半导体发光二极管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了半导体发光二极管及其制造方法。制造半导体发光二极管(LED)的方法包括：在具有凸起和凹陷的基板上形成发光结构，所述发光结构包括第一导电半导体层、活性层和第二导电半导体层；从发光结构去除基板，以暴露对应于凸起和凹陷的第一凹凸部；在第一凹凸部上形成保护层；去除保护层的一部分，以暴露第一凹凸部的凸部；以及在第一凹凸部的凸部上形成第二凹凸部。半导体发光二极管(LED)包括：包括第一导电型半导体层、活性层和第二导电型半导体层的发光结构；形成在发光结构上并在其凸部处具有第二凹凸部的第一凹凸部；以及填充第一凹凸部的凹部的保护层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，并且更具体地，涉及一种结晶性和外部光提取效率得到改善的。
技术介绍
通常，发光二极管(LED)是一种用来传输通过使用化合物半导体的特性而将电能转换成红外线、可见光或光形式的能量而得到的信号的元件。LED产生一种电致发光，目前， 使用III-V族化合物半导体的LED已经投入实际应用(或者已经商业化)。III族氮化物基化合物半导体是一种直接跃迁型半导体，并且由于与使用其他半导体的元件相比，其能够获得高温下的稳定运行，III族氮化物基化合物半导体通常应用于发光元件，例如LED、 激光器二极管(LD)等。III族氮化物基化合物半导体通常在由蓝宝石制成的基板上形成。然而，绝缘基板 (例如蓝宝石基板)的使用极大地限制了电极的布置。即，在传统的氮化物半导体LED中， 由于通常在水平方向上布置电极，电流变窄(narrow)。窄的电流增加了 LED的工作电压Vf， 降低了电流效率，并且因此LED易受静电放电的影响。因而，人们在致力于解决该问题的过程中，研究了电极布置在垂直方向上的半导体LED。人们对具有这样的垂直电极结构的半导体LED进行了研究，以通过在LED的光提丰勾(prominence and a depression structure)LED ^发光效率，即光提取效率。由于材料层各自具有不同的折射率，所以光通路被限制在材料层的界面中。在平滑界面的情况下，当光从具有大的折射率(n> 1)的半导体层进入具有小的折射率(n = 1)的空气层时，光必须以特定角度(阈值角度)以下的角度入射到该平滑界面。其原因在于，如果光以特定角度以上的角度入射，光将从平滑界面被完全地反射，从而严重地降低了光提取效率。因此，为了解决该问题，已尝试在该界面上引入凸凹结构的方法。在界面上引入凸凹结构的方法之一为，在具有凸起和凹陷的蓝宝石基板上堆叠氮化物半导体层，并且将通过去除蓝宝石基板而暴露的凸起和凹陷表面用作光提取表面。然而，在该方法中，当在生长基板(例如蓝宝石基板)上形成半导体层时，由于基板和半导体层之间的晶体常数(crystal constant)的差异而导致半导体层容易变得有缺陷，并且当通过湿蚀刻将另外的凸起和凹陷部分形成在具有已经形成在其上的凸起和凹陷图案的半导体层上时，蚀刻剂(或蚀刻溶液)等肯定会流到缺陷部分，从而降低了半导体层的质量并产生了缺陷产品。
技术实现思路
本专利技术的一方面提供了制造半导体发光二极管(LED)的方法以及通过形成双重图案而具有最大的提取外部光的效率的半导体LED，所述方法能够在形成凸起和凹陷表面的过程中，防止蚀刻剂泄露进半导体层的内部缺陷部分中，从而提高了半导体LED的质量。根据本专利技术的一个方面，提供了一种制造半导体发光二极管(LED)的方法，包括 在具有凸起和凹陷的基板上形成发光结构，所述发光结构包括第一导电半导体层、活性层 (active layer)和第二导电半导体层；从发光结构去除基板，以暴露对应于凸起和凹陷的第一凹凸部；在第一凹凸部上形成保护层；去除保护层的一部分，以暴露第一凹凸部的凸部；以及在第一凹凸部的凸部上形成第二凹凸部。该方法可以进一步包括在保护层的表面上涂覆光刻胶以平坦化该表面。去除保护层的一部分可以为去除光刻胶和保护层的一部分，从而暴露第一凹凸部的凸部。可以通过湿蚀刻来执行光刻胶和保护层的一部分的去除。在去除保护层的一部分的过程中，只可暴露第一凹凸部的凸部。第二凹凸部的图案尺寸可以小于第一凹凸部的图案尺寸。可以通过化学机械抛光(CMP)、湿蚀刻和干蚀刻中的一种来执行保护层的一部分的去除。可以通过湿蚀刻来执行第二凹凸部的形成。可以通过使用KOH溶液来执行湿蚀刻。该方法可以进一步包括在形成第二凹凸部分之后，去除残留在第一凹凸部的凹部中的保护层。可以通过使用HF溶液的湿蚀刻处理来执行残留在第一凹凸部的凹部中的保护层的去除。可以通过激光剥离处理来执行基板的去除。 保护层可以包括氧化硅和氮化硅中的至少一种。可以通过溅射和沉积处理中的至少一种来执行保护层的形成。根据本专利技术的另一方面，提供了一种半导体发光二极管(LED)，包括发光结构， 该发光结构包括第一导电型半导体层、活性层和第二导电型半导体层；第一凹凸部，形成在发光结构上并在其凸部处具有第二凹凸部；以及保护层，填充第一凹凸部的凹部。第一凹凸部可以形成在第一导电型半导体层和第二导电型半导体层中的至少其中之一的表面上。保护层可以包括氮化硅和氧化硅中的至少一种。第一凹凸部可以具有周期性的图案，而第二凹凸部可以具有非周期性的图案。第二凹凸部图案的尺寸可以比第一凹凸部的图案尺寸小。第一导电型半导体层和第二导电型半导体层可以分别为η和ρ型半导体层，并且第一凹凸部可以形成在η型半导体层上。附图说明根据以下结合附图的详细描述，可以更清楚地理解本专利技术的上述和其他的方面、特征和其他的优点，其中图1 图8是示出了根据本专利技术示例性实施方式的用于制造半导体发光二极管 (LED)的方法示图；图9是示意性地示出了根据本专利技术示例性实施方式的半导体LED的透视图；图10是沿着图9的半导体LED的A_A’的侧截面图；以及图11是根据本专利技术另一个示例性实施方式的半导体LED的侧截面图。具体实施例方式现在将参考附图详细描述本专利技术的示例性实施方式。然而，本专利技术可以以很多不同的方式来实施，并不应该被解释为限于这里所描述的实施方式。当然，提供了这些实施方式使得本专利技术更透彻和完整，并向本领域的技术人员充分地传达本专利技术的范围。在附图中，为清楚起见，放大了各形状和区域。在全文中，将使用相同的参考标号来表示相同或相似的部件。图1 图8是示出了根据本专利技术示例性实施方式的用来制造半导体发光二极管 (LED)的方法的示图。如图1所示，准备具有形成在其表面上的凸起和凹陷结构的基板10。基板10可以由诸如蓝宝石、Sic、MgAl2O4, MgO、LiAlO2, LiGaO2, GaN等的材料制成。在这种情况下，蓝宝石(为具有六棱形R3c对称的晶体)在c轴和a轴方向上分别具有13. 001 A和4. 758 A 的晶格常数，并且具有C(OOOl)、A(1120)和R(1102)面等。在这种情况下，C面允许氮化物薄膜从其上相对容易地生长，并且在高温下是稳定的，所以其主要被用作生长基板。为了降低生长基板10和形成在生长基板10上的氮化物半导体层的晶格缺陷，可以在生长基板10 上形成缓冲层(未示出)。可以采用由氮化物等制成的非掺杂半导体层作为缓冲层，以降低生长在其上的发光结构的晶格缺陷。可以通过使用光刻胶图案作为掩模选择性地蚀刻部分基板10，从而形成具有规则或不规则周期的凸起和凹陷图案来形成基板10的凸起和凹陷结构。具体地，在使用掩模蚀刻部分基板的过程中，可以采用使用BOE溶液作为蚀刻剂的湿蚀刻方法，或者可以采用RIE干蚀刻方法。在用来形成图案的湿蚀刻处理过程中，可使用盐酸(HCl)JI 酸(HNO3)、氢氟酸(HF)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)和 4H3P04+4CH3C00H+HN03+H2中的任何一种或其组合的任何一种混合溶液作为蚀刻剂。在这种情况下，蚀刻剂可被用在加热到100°C以上的状态中。同时，可以通过使用BCL3、C本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种制造半导体发光二极管（ＬＥＤ）的方法，所述方法包括：在具有凸起和凹陷的基板上形成发光结构，所述发光结构包括第一导电半导体层、活性层和第二导电半导体层；从所述发光结构去除所述基板，以暴露对应于所述凸起和凹陷的第一凹凸部；在所述第一凹凸部上形成保护层；去除所述保护层的一部分，以暴露所述第一凹凸部的凸部；以及在所述第一凹凸部的所述凸部上形成第二凹凸部。

【技术特征摘要】
2010.07.01 KR 10-2010-00635251.一种制造半导体发光二极管(LED)的方法，所述方法包括在具有凸起和凹陷的基板上形成发光结构，所述发光结构包括第一导电半导体层、活性层和第二导电半导体层；从所述发光结构去除所述基板，以暴露对应于所述凸起和凹陷的第一凹凸部； 在所述第一凹凸部上形成保护层；去除所述保护层的一部分，以暴露所述第一凹凸部的凸部；以及在所述第一凹凸部的所述凸部上形成第二凹凸部。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述保护层的表面上涂覆光刻胶，以平坦化所述表面。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述去除所述保护层的一部分为去除所述保护层的一部分和所述光刻胶，以暴露所述第一凹凸部的所述凸部。4.根据权利要求2所述的方法，其中，通过湿法蚀刻执行所述去除所述保护层的一部分和所述光刻胶。5.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述去除所述保护层的一部分中，仅暴露所述第一凹凸部的所述凸部。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二凹凸部的图案尺寸小于所述第一凹凸部的图案尺寸。7.根据权利要求1所述的方法，其中，通过化学机械抛光(CMP)、湿法蚀刻和干法蚀刻其中之一来执行所述去除所述保护层的一部分。8.根据权利要求1所述的方法，其中，通过湿法蚀刻来执行所述第二凹凸部的形成。9.根据权利要求8所述的方法，其中，通过使用KOH溶液来执行所述湿法蚀刻。10.根据权利要求1所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：金起成，金起范，金台勋，申永澈，金荣善，
申请(专利权)人：三星LED株式会社，
类型：发明
国别省市：KR