氮化镓基半导体发光二极管及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种ＧａＮ基半导体ＬＥＤ及其制造方法。该ＧａＮ基半导体ＬＥＤ可以具有改进的蓝宝石衬底散热能力，从而避免了由热量引起的器件性能退化，并提高了器件的发光效率。在ＧａＮ基半导体ＬＥＤ中，蓝宝石衬底具有形成在其下部的至少一个凹槽。具有高于蓝宝石衬底的热传导率的热传导层形成在蓝宝石衬底的底面，以填充凹槽。ｎ型氮化物半导体层形成在蓝宝石衬底上，而且活性层和ｐ型氮化物半导体层顺序形成在ｎ型氮化物半导体层的预定部分上。Ｐ电极和ｎ电极分别形成在ｐ型氮化物半导体层和ｎ型氮化物半导体层上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种氮化镓基半导体发光二极管(LED)及其制造方法。氮化镓基半导体LED可以提高蓝宝石衬底的散热能力，从而，避免热量引起的器件性能退化，并提高器件的发光效率。
技术介绍
由于诸如GaN的III-V族氮化物半导体具有极好的物理和化学性能，因此，它们被认为是发光器件的基本材料，例如，发光二极管(LED)或激光二极管(LD)。由III-V族氮化物半导体形成的LED或LD广泛应用于获取蓝光或绿光的发光器件中。发光器件适用于各种产品的光源，例如，家用电器、电子显示板和照明装置。通常，III-V族氮化物半导体由具有InxAlYGa1-X-YN(0≤X，0≤Y，X+Y≤1)实验式的氮化镓(GaN)基材料组成。由于使用GaN基材料的GaN基半导体LED不能形成GaN大小的单晶体，所以应该使用适于GaN晶体生长的衬底。广泛使用的是蓝宝石衬底。下面将参照图1描述根据现有技术的GaN基半导体LED。图1是根据现有技术的GaN基半导体LED的截面视图。参照图1，GaN基半导体LED 100包括n型氮化物半导体层102、活性层103、以及p型氮化物半导体层104，这些层顺序形成在蓝宝石衬底101上。蓝宝石衬底101用来生长GaN基半导体材料。p型氮化物半导体层104的一部分和活性层103的一部分通过台面蚀刻工艺去除，从而露出n型氮化物半导体层102的预定的上部。n型氮化物半导体层102、p型氮化物半导体层104、和活性层103可以由具有InxAlYGa1-X-YN(0≤X，0≤Y，X+Y≤1)实验式的半导体材料形成。具体地说，n型氮化物半导体层102可以是GaN层或掺杂有n型杂质的GaN/AlGaN层。p型氮化物半导体层104可以是GaN层或掺杂有p型杂质的GaN/AlGaN层。活性层103可以是具有多量子阱结构的GaN/InGaN层。阳极(p电极)106形成在p型氮化物半导体层104的一部分上，该部分没有通过台面蚀刻工艺进行蚀刻。阴极(n电极)107形成在n型氮化物半导体层102的一部分上，该部分通过台面蚀刻工艺而露出。P电极106和n电极107可以由诸如Au或Cr/Au等金属材料形成。在p电极106形成之前，可以在p型氮化物半导体层104上形成透明电极105，从而可以增加电流注入面积，并形成欧姆接触。透明电极105通常由氧化铟锡(ITO)形成。下面将描述制造根据现有技术的GaN基半导体LED的方法。n型氮化物半导体层102、活性层103、和p型氮化物半导体层104顺序在蓝宝石衬底101上生长。对p型氮化物半导体层104、活性层103、和n型氮化物半导体层102部分地进行台面蚀刻，以露出n型氮化物半导体层102的一部分。然后，在p型氮化物半导体层104上形成透明电极105。透明电极105可以由ITO形成。在透明电极105上形成P电极106，并且在n型氮化物半导体层102上形成n电极107。P电极106和n电极107可以由诸如Au或Au/Cr等金属形成。然而，根据现有技术的GaN基半导体LED具有的问题在于，由于蓝宝石衬底101具有较高的热阻，所以由LED 100产生的热量不能通过蓝宝石衬底101很快地消散到外界。因此，结温(junctiontemperature)升高，并使器件性能退化。该问题在大中型LCD背光或灯所使用的大功率LED中更加严重。因此，需要不断增加发光效率。
技术实现思路
本专利技术的优点在于提供一种GaN基半导体LED，其可以提高蓝宝石衬底的散热能力。因此，可以避免由于热量而引起的器件性能退化，且可以提高器件的发光效率。此外，本专利技术提供了一种制造GaN基半导体LED的方法。本专利技术的总专利技术构思的其它方面和优点将部分地在随后的描述中阐述，并且部分地将通过描述而变得显而易见，或者可以通过总专利技术构思的实践而获得。根据本专利技术的一方面，GaN基半导体LED包括蓝宝石衬底，具有在其下部形成的至少一个凹槽；热传导层，其形成在蓝宝石衬底的底面上，以填充凹槽，热传导层具有高于蓝宝石衬底的热传导率；n型氮化物半导体层，形成在蓝宝石衬底上；活性层和p型氮化物半导体层，顺序形成在n型氮化物半导体层的预定部分上；以及p电极和n电极，分别形成在p型氮化物半导体层和n型氮化物半导体层上。根据本专利技术的另一方面，GaN基半导体LED还包括反射层，该反射层形成在蓝宝石衬底与热传导层之间。反射层具有高于蓝宝石衬底的反射率。根据本专利技术的又一方面，热传导层由从Ag、Cu、Pt、SiC、AIN、焊膏、和热传导聚合物组成的组中所选择的至少一种材料形成。根据本专利技术的再一方面，热传导层是利用从电子束沉积、溅射、热沉积、化学气相沉积、印刷、和旋转涂覆组成的组中所选择的至少一种工艺来形成的。根据本专利技术的再一方面，GaN基半导体LED包括蓝宝石衬底，在下部具有至少一个凹槽；反射层，形成在蓝宝石衬底的底面上，以填充凹槽，反射层具有高于蓝宝石衬底的反射率；n型氮化物半导体层，形成在蓝宝石衬底上；活性层和p型氮化物半导体层，顺序形成在n型氮化物半导体层的预定部分上；以及p电极和n电极，分别形成在p型氮化物半导体层和n型氮化物半导体层上。根据本专利技术的再一方面，反射层由从Ag、Al、Rh、Au、Cr、和Pt组成的组中所选择的至少一种材料形成。根据本专利技术的再一方面，反射层是利用从电子束沉积、溅射、热沉积、化学气相沉积、印刷、旋转涂覆组成的组中所选择的至少一种工艺来形成的。根据本专利技术的再一方面，凹槽是利用飞秒激光(femto-secondlaser)形成的。根据本专利技术的再一方面，凹槽具有5μm至900μm的直径。根据本专利技术的再一方面，凹槽形成为距离蓝宝石衬底的底面具有5μm的深度，或具有直到蓝宝石衬底与n型氮化物半导体层之间界面的深度。根据本专利技术的再一方面，当凹槽设置有多个时，该多个凹槽彼此隔开一预定距离。根据本专利技术的再一方面，制造GaN基半导体LED的方法包括在蓝宝石衬底上形成n型氮化物半导体层、活性层、p型氮化物半导体层；对p型氮化物半导体层、活性层、和n型氮化物半导体层部分地进行台面蚀刻，以露出n型氮化物半导体层的一部分；在p型氮化物半导体层和n型氮化物半导体层上分别形成p电极和n电极；在蓝宝石衬底的下部形成至少一个凹槽；以及在蓝宝石衬底的底面上形成热传导层，以填充凹槽，该热传导层具有高于蓝宝石衬底的热传导率。根据本专利技术的再一方面，该方法还包括沿着蓝宝石衬底的具有凹槽的底面形成反射层，该反射层具有高于蓝宝石衬底的反射率。根据本专利技术的再一方面，热传导层由从Ag、Cu、Pt、SiC、AIN、焊膏、和热传导聚合物组成的组中所选择的至少一种材料形成。根据本专利技术的再一方面，热传导层是利用从电子束沉积、溅射、热沉积、化学气相沉积、印刷、和旋转涂覆组成的组中所选择的至少一种工艺来形成的。根据本专利技术的再一方面，制造GaN基半导体LED的方法包括在蓝宝石衬底上形成n型氮化物半导体层、活性层、p型氮化物半导体层；对p型氮化物半导体层、活性层、和n型氮化物半导体层部分地进行台面蚀刻，以露出n型氮化物半导体层的一部分；在p型氮化物半导体层和n型氮化物半导体层上分别形成p电极和n电极；在蓝宝石衬底的下部形成至少一个凹槽；以及在蓝宝石衬底的底面上形成反射层，以填充凹槽，该反射层具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化镓（ＧａＮ）基半导体发光二极管（ＬＥＤ），包括：蓝宝石衬底，具有形成在其下部的至少一个凹槽；热传导层，形成在所述蓝宝石衬底的底面上，以填充所述凹槽，所述热传导层具有高于所述蓝宝石衬底的热传导率；ｎ型氮化物半导 体层，形成在所述蓝宝石衬底上；活性层和ｐ型氮化物半导体层，顺序形成在所述ｎ型氮化物半导体层的预定部分上；以及ｐ电极和ｎ电极，分别形成在所述ｐ型氮化物半导体层和所述ｎ型氮化物半导体层上。

【技术特征摘要】
KR 2005-9-26 10-2005-00891991.一种氮化镓(GaN)基半导体发光二极管(LED)，包括蓝宝石衬底，具有形成在其下部的至少一个凹槽；热传导层，形成在所述蓝宝石衬底的底面上，以填充所述凹槽，所述热传导层具有高于所述蓝宝石衬底的热传导率；n型氮化物半导体层，形成在所述蓝宝石衬底上；活性层和p型氮化物半导体层，顺序形成在所述n型氮化物半导体层的预定部分上；以及p电极和n电极，分别形成在所述p型氮化物半导体层和所述n型氮化物半导体层上。2.根据权利要求1所述的GaN基半导体LED，还包括反射层，形成在所述蓝宝石衬底与所述热传导层之间，所述反射层具有高于所述蓝宝石衬底的反射率。3.根据权利要求1所述的GaN基半导体LED，其中，所述热传导层由从Ag、Cu、Pt、SiC、AlN、焊膏、和热传导聚合物组成的组中所选择的至少一种材料形成。4.根据权利要求1所述的GaN基半导体LED，其中，所述热传导层利用从电子束沉积、溅射、热沉积、化学气相沉积、印刷、和旋转涂覆组成的组中所选择的至少一种工艺形成。5.根据权利要求1所述的GaN基半导体LED，其中，所述凹槽利用飞秒激光形成。6.根据权利要求1所述的GaN基半导体LED，其中，所述凹槽具有5μm至900μm的直径。7.根据权利要求1所述的GaN基半导体LED，其中，所述凹槽形成为距离所述蓝宝石衬底的底面具有5μm的深度，或具有直到所述蓝宝石衬底与所述n型氮化物半导体层之间界面的深度。8.根据权利要求1所述的GaN基半导体LED，其中，当所述凹槽设置有多个时，所述多个凹槽彼此隔开一预定距离。9.一种GaN基半导体LED，包括蓝宝石衬底，具有形成在其下部的至少一个凹槽；反射层，形成在所述蓝宝石衬底的底面上，以填充所述凹槽，所述反射层具有高于所述蓝宝石衬底的反射率；n型氮化物半导体层，形成在所述蓝宝石衬底上；活性层和p型氮化物半导体层，顺序形成在所述n型氮化物半导体层的预定部分上；以及p电极和n电极，分别形成在所述p型氮化物半导体层和所述n型氮化物半导体层上。10.根据权利要求9所述的GaN基半导体LED，其中，所述反射层由从Ag、Al、Rh、Au、Cr、和Pt组成的组中所选择的至少一种材料形成。11.根据权利要求9所述的GaN基半导体LED，其中，所述反射层利用从电子束沉积、溅射、热沉积、化学气相沉积、印刷、旋转涂...

【专利技术属性】
技术研发人员：高健维，吴邦元，闵垘基，朴亨镇，黄硕珉，
申请(专利权)人：三星电机株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]