[发明专利]半导体发光器件的表面处理

说明书

技术领域

本发明涉及通过处理半导体发光器件的表面来控制由该器件发射的通量的量。

背景技术

包括发光二极管（LED）、谐振腔发光二极管（RCLED）、诸如表面发射激光器（VCSEL）的垂直腔激光二极管、和边发射激光器的半导体发光器件属于当前可用的最高效光源。在能够跨过可见光谱工作的高亮度发光器件的制造中，当前感兴趣的材料体系包括Ⅲ-Ⅴ族半导体，特别是也称为Ⅲ族氮化物材料的镓、铝、铟和氮的二元、三元和四元合金。通常，通过利用金属有机化学气相沉积（MOCVD）、分子束外延（MBE）或其它外延技术，在蓝宝石、碳化硅、Ⅲ族氮化物或其它合适衬底上外延生长具有不同成分和掺杂剂浓度的半导体层的叠层来制作Ⅲ族氮化物发光器件。叠层经常包括在衬底上形成的掺杂有例如Si的一个或多个n型层、在所述一个或多个n型层上形成的有源区中的一个或多个发光层、以及在所述有源区上形成的掺杂有例如Mg的一个或多个p型层。电接触形成在n和p型区上。

图1示出在US7,256,483中更详细描述的发光器件。为了形成图1的器件，在生长衬底上形成常规LED。每一个LED管芯包括n型层16、有源层18和p型层20。金属（金属化层加接合金属）24接触p层。p层20、有源层18和可能的金属24的部分在LED形成过程期间被蚀刻掉，并且金属50在与p接触金属24同侧上接触n层16。底部填充材料52可以沉积在LED下方的空隙中以减少跨过LED的热梯度，为附连添加机械强度，并且防止污染物接触LED材料。金属化层50和24分别接合到封装衬底12上的金属接触垫22A和22B。封装衬底12可以由电绝缘材料AlN形成，金属接触垫22A和22B使用通孔28A和28B和/或金属迹线连接到可焊接电极26A和26B。移除生长衬底，然后粗糙化LED的发光顶面（n层16）以得到增加的光提取。例如，可以使用KOH溶液46对层16进行光电化学蚀刻。

发明内容

本发明的目的是提供一种发光器件，其中可以控制来自该器件的通量的最大量。

根据本发明的实施例的方法包括粗糙化半导体结构的表面。半导体结构包括发光层。经粗糙化的表面是通过其从半导体结构提取光的表面。在一些实施例中，在粗糙化之后，处理该表面以增加该表面处的全内反射或吸收。在一些实施例中，在粗糙化之后，处理该表面以减少通过该表面从半导体结构提取的光的量。

附图说明

图1示出生长衬底已经从其移除的LED。

图2示出在空气与Ⅲ族氮化物材料之间的界面处的光行为。

图3示出在空气与经粗糙化的Ⅲ族氮化物材料之间的界面处的光行为。

图4示出在空气与根据本发明的实施例处理的Ⅲ族氮化物材料之间的界面处的光行为。

图5是根据本发明的实施例的器件的横截面视图。

图6示出在粗糙化之后的Ⅲ族氮化物表面。

图7示出在根据本发明的实施例的处理之后的Ⅲ族氮化物表面。

图8示出在低功率下和在较高功率下，光输出与用于等离子体处理的处理时间的函数。

具体实施方式

Ⅲ族氮化物材料与空气之间的折射率差异在平滑界面处造成全内反射，如图2中所示。在Ⅲ族氮化物材料30（其具有约2.4的折射率）与空气32（其具有约1的折射率）之间的平滑界面处，相对于生长方向以小角度发射的光34逃离Ⅲ族氮化物材料。以掠射角发射的光36在界面处被全内反射并且可能损失成为器件内的吸收。

为了改进从器件的提取，Ⅲ族氮化物材料的顶面可以被粗糙化，如上文参考图1所描述。在图3中示出朝向经粗糙化的界面以掠射角发射的光38的行为。由于Ⅲ族氮化物材料30的粗糙表面的原因，相对于生长方向以掠射角发射的光以允许其逃离到空气32中的角度遇到Ⅲ族氮化物材料30的表面。

然而，通过光电化学（PEC）蚀刻来粗糙化Ⅲ族氮化物表面是难以控制的。出于最实用的目的，只能利用PEC蚀刻使光提取最大化，这是因为提取的量是难以调节的。例如，诸如汽车应用的一些应用要求不能被超越的特定最大通量。对于这些应用来说，如上文所描述的具有经粗糙化的顶面的现代高功率LED可能过亮。