[发明专利]氮化镓化合物半导体发光元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于氮化镓(gallium nitride，GaN)的蓝光发光二极管(light emitting diode，LED)及其制造方法。更明确地说，本发明涉及一种垂直GaN LED元件及其制造方法。

背景技术

最近，使用GaN半导体的LED已被主要希望用来取代现有光源(例如，白炽灯、荧光灯和汞灯)。因此，已集中进行了对高功率GaN LED的研究。一般来说，用于制造GaN LED的衬底以这样一种方式来配置：n型GaN 12、未掺杂InGaN(作用层(active layer14)和p型GaN 16依次生长在蓝宝石衬底10上，如图1所示。由于蓝宝石衬底10为非导电性的，因而LED元件通常具有水平结构，如图2所示。此处，参考标号18、20、22和24分别表示P型透明电极、P型垫(pad)、N型电极和N型垫。

在此类情况下，当处于高功率操作中时，电流扩展电阻较高，且因此其光学输出降级。另外，不能平稳地移除在操作元件时生成的热量，且因此元件的热稳定性降级，借此造成与高功率操作有关的问题。为了克服此问题并实施高功率GaN LED，已提议一种使用倒装芯片(flip-chip)封装方法的倒装芯片LED，且当前进行了使用。在图3所示的倒装芯片LED的情况下，从作用层14发射的光发射穿过蓝宝石衬底10。因此，由于可使用厚p型欧姆电极19来代替透明电极18，因而可降低其电流扩展电阻。此处，参考标号25、30及32分别表示焊料(solder)、散热片(heat sink)及导电座(conducting mount)。然而，由于倒装芯片结构必须以倒装芯片的形式进行包装，因而制造过程较复杂。另外，由于在光发射穿过蓝宝石衬底10时，从作用层14发射的大量光吸收在蓝宝石中，因而其光学效率也被降级。

发明内容

技术问题

因此，构思本发明以解决以上问题。本发明的一目的在于提供一种氮化镓(gallium nitride，GaN)化合物半导体发光元件(LED)及其一种制造方法，其中在垂直GaN LED下侧形成多层金属支撑件，以借此实现容易的芯片分离，且绝缘膜和金属保护膜层依次形成在元件侧表面上，以借此实现对于外延生长的GaN衬底的保护。

本发明的另一目的在于提供一种GaN化合物半导体LED及其一种制造方法，其中p型反射膜电极以网格形式部分地形成在p-GaN上，且反射层插入在其间，以使得作用层中所形成的光子可最大程度地朝向n-GaN层发射。

本发明的又一目的在于提供一种GaN化合物半导体LED及其一种制造方法，其中使用金属衬底、导电层衬底或导电陶瓷衬底来代替蓝宝石衬底，以有效地将在操作元件时生成的热量释放到外部，以使得所述LED能适于高功率应用。

本发明的再一目的在于提供一种GaN化合物半导体LED及其一种制造方法，其中InGaN层中所生成的光子发射穿过n-GaN层，以向光子提供短路径，使得可降低在发射时吸收的光子数目。

本发明的再一目的在于提供一种GaN化合物半导体LED及其一种制造方法，其中可获得到达n-GaN层中的高掺杂浓度(＞10¹⁹/cm³)，以借此改进n-GaN层的导电性，且使得能够增强其光学输出特性。

技术解决方案

根据用于达成所述目的的本发明的一方面，提供一种发光元件，其包括：金属支撑层；P型反射膜电极，其处于所述金属支撑层上；P型半导体层、作用层和N型半导体层，其依次形成在所述P型反射膜电极上；N型电极，其形成在所述N型半导体层上；绝缘膜，其至少形成在N型半导体层的侧面上；和金属保护层，其用于保护P型和N型半导体层。

根据本发明的另一方面，提供一种发光元件，其包括：金属支撑层；反射层，其形成在所述金属支撑层上；P型反射膜电极，其以网格形式形成在所述反射层上；P型半导体层、作用层和N型半导体层，其依次形成在包含P型反射膜电极的反射层之上；N型电极，其形成在N型半导体层上的所需区域处；绝缘膜，其至少形成在N型半导体层的侧面上；和金属保护层，其用于保护P型和N型半导体层。

优选地，金属支撑层具有多层支撑结构。

所述发光元件可进一步包括保护层，所述保护层形成在N型半导体层、作用层和P型半导体层的侧面和/或底面的一部分上。所述发光元件可进一步包括抗反射层，所述抗反射层覆盖在P型半导体层、作用层和N型半导体层周围。