一種發光二極體的製造方法
2023-10-11 06:08:39 1
一種發光二極體的製造方法
【專利摘要】本發明提供一種發光二極體的製造方法，先於半導體襯底表面依次製作N型層、量子阱層、P型層；然後刻蝕所述P型層及量子阱層以形成N電極製備區域；接著於所述P型層表面形成透明導電層，並採用光刻工藝刻蝕所述透明導電層、P型層及量子阱層，以形成多個貫穿至所述N型層的呈周期排列且具有預設孔徑的開孔；最後於所述透明導電層表面製作P電極，於所述N電極製備區域製備N電極。本發明具有以下有益效果：本發明在發光二極體中刻蝕出多個周期排列的納米級開孔，可以有效地提高光的萃取，從而提高發光效率。
【專利說明】一種發光二極體的製造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於半導體照明領域，特別是涉及一種發光二極體的製造方法。
【背景技術】
[0002]半導體照明作為新型高效固體光源，具有壽命長、節能、環保、安全等顯著優點，將成為人類照明史上繼白熾燈、螢光燈之後的又一次飛躍，其應用領域正在迅速擴大，正帶動傳統照明、顯示等行業的升級換代，其經濟效益和社會效益巨大。正因如此，半導體照明被普遍看作是21世紀最具發展前景的新興產業之一，也是未來幾年光電子領域最重要的制高點之一。發光二極體是由II1-1V族化合物，如GaAs (砷化鎵)、GaP (磷化鎵)、GaAsP (磷砷化鎵)等半導體製成的，其核心是PN結。因此它具有一般P-N結的1-N特性，即正嚮導通，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發光特性。在正向電壓下，電子由N區注入P區，空穴由P區注入N區。進入對方區域的少數載流子(少子)一部分與多數載流子(多子)複合而發光。
[0003]由於空氣折射率(1.0)與GaN折射率(2.3)之間有較大的差異，光從GaN逃逸出的臨界角為23度，使得大部分的光在GaN層內發生全反射，以至於光的萃取效率較低。為了提高出光效率，常規LED製程是進行圖案化襯底，以減少全反射對光出光效率的影響；而對於倒裝LED晶片(flip-chip)，為了提高LED發光效率，常常對倒裝晶片(flip_chip)的出光面N-GaN面進行粗糙化處理。而如今市場主流LED晶片基本上都是傳統的正裝LED晶片結構，而P-GaN層較薄且對等離子敏感，較易收到損傷，因此對P-GaN層表面進行粗糙化處理比較困難。
[0004]因此，提供一種能有效提高正裝結構LED晶片的出光效率的方法實屬必要。
【發明內容】
[0005]鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種發光二極體的製造方法，用於解決現有技術中發光二極體由於對光線的全反射作用導致出光率較低的問題。
[0006]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種發光二極體的製造方法，所述製造方法至少包括以下步驟:
[0007]I)提供一半導體襯底，於所述半導體襯底表面依次沉積至少包括N型層、量子阱層、P型層的發光外延結構；
[0008]2)刻蝕所述P型層及量子阱層以形成N電極製備區域；
[0009]3 )於所述P型層表面形成透明導電層，並採用光刻工藝刻蝕所述透明導電層、P型層及量子阱層，以形成多個貫穿至所述N型層的呈周期排列且具有預設孔徑的開孔；
[0010]4)於所述透明導電層表面製作P電極，於所述N電極製備區域製備N電極。
[0011]作為本發明的發光二極體的製造方法的一種優選方案，各該開孔的周期排列方式為四方陣列排列或六方陣列排列。
[0012]作為本發明的發光二極體的製造方法的一種優選方案，相鄰兩開孔的中心距離為所述開孔孔徑的f 10倍。
[0013]作為本發明的發光二極體的製造方法的一種優選方案，所述開孔的孔徑為η λ/4，其中，η取值為1、2、3或4, λ為發光二極體發出光線的主波長。
[0014]作為本發明的發光二極體的製造方法的一種優選方案，所述開孔為圓形孔，所述圓形孔的孔徑為圓的直徑。
[0015]作為本發明的發光二極體的製造方法的一種優選方案，所述開孔為正六邊形孔，所述開孔的孔徑為所述正六邊形外接圓的直徑。
[0016]作為本發明的發光二極體的製造方法的一種優選方案，所述開孔為正方形孔，所述開孔的孔徑為所述正方形外接圓的直徑。
[0017]作為本發明的發光二極體的製造方法的一種優選方案，步驟3)中的刻蝕工藝為ICP 或 RIE。
[0018]進一步地，步驟4)後還包括從背面對所述半導體襯底進行減薄，並進行背鍍反射層的步驟。
[0019]進一步地，所述半導體襯底為藍寶石襯底，所述N型層為N-GaN層，所述量子阱層為InGaN層，所述P型層為P-GaN層。
[0020]進一步地，所述透明導電層為IT0、AT0、FT0或ΑΖ0。
[0021]如上所述，本發明提供一種發光二極體的製造方法，先於半導體襯底表面依次製作N型層、量子阱層、P型層；然後刻蝕所述P型層及量子阱層以形成N電極製備區域；接著於所述P型層表面形成透明導 電層，並採用光刻工藝刻蝕所述透明導電層、P型層及量子阱層，以形成多個貫穿至所述N型層的呈周期排列且具有預設孔徑的開孔；最後於所述透明導電層表面製作P電極，於所述N電極製備區域製備N電極。本發明具有以下有益效果:本發明在發光二極體中刻蝕出多個周期排列的納米級開孔，可以有效地提高光線的出光率，從而提聞發光效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖廣圖2顯示為本發明的發光二極體的製造方法步驟I)所呈現的結構示意圖。
[0023]圖3顯示為本發明的發光二極體的製造方法步驟2)所呈現的結構示意圖。
[0024]圖4~5a顯示為本發明的發光二極體的製造方法中的步驟3)所呈現的結構示意圖。
[0025]圖5b顯示為本發明的發光二極體的製造方法實施例1中的步驟3)所呈現的平面結構示意圖。
[0026]圖5c顯示為本發明的發光二極體的製造方法實施例2中的步驟3)所呈現的平面結構示意圖。
[0027]圖圖8顯示為本發明的發光二極體的製造方法步驟4)所呈現的結構示意圖。
[0028]元件標號說明
[0029]101半導體襯底
[0030]102N 型層
[0031]103量子阱層
[0032]104P 型層[0033]105N電極製備區域
[0034]106透明導電層
[0035]107開孔
[0036]108P 電極
[0037]109N 電極
[0038]110反射層
【具體實施方式】
[0039]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0040]請參閱圖f圖8。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為複雜。
[0041]需要說明的是，本實施例所述的孔徑為圓的直徑或者正多邊形外接圓的直徑。
[0042]實施例1
[0043]請參閱圖廣圖5b及圖圖8，本實施例提供一種發光二極體的製造方法，所述製造方法至少包括以下步驟:
[0044]如圖f圖2所示，首先進行步驟1)，提供一半導體襯底101，於所述半導體襯底101表面依次沉積至少包括N型層102、量子阱層103、P型層104的發光外延結構；
[0045]在本實施例中，所述的半導體襯底101為藍寶石襯底。所述N型層102為N-GaN層，所述量子阱層103為InGaN層，所述P型層104為P-GaN層，具體地，提供一藍寶石襯底，然後採用化學氣相沉積法等方法於所述藍寶石襯底表面依次沉積N-GaN層，量子阱層103及P-GaN層，完成發光外延結構的製備。當然，在其它的實施例中，可以選用其它的發光外延層，其製備方法也可以選用一切預期的外延手段。
[0046]如圖3所示，然後進行步驟2)，刻蝕所述P型層104及量子阱層103以形成N電極製備區域105。
[0047]在本實施例中，先於所述P型層104表面塗上光刻膠，然後依據欲製備N電極的位置製作成具有窗口的光刻圖形，接著採用ICP刻蝕法對所述發光外延層進行刻蝕，直至露出一 N-GaN層平臺，以形成N電極製備區域105。
[0048]如圖1~圖5b所示，接著進行步驟3 )，於所述P型層104表面形成透明導電層106，並採用光刻工藝刻蝕所述透明導電層106、P型層104及量子阱層103，以形成多個貫穿至所述N型層102的呈周期排列且具有預設孔徑的開孔107。
[0049]具體地，先於所述透明導電層106表面形成光刻圖形，然後採用ICP或RIE刻蝕法刻蝕所述透明導電層106、P型層104及量子阱層103，以形成多個貫穿至所述N型層102的呈周期排列且具有預設孔徑的開孔107。
[0050]所述透明導電層106為IT0、AT0、FT0或ΑΖ0。在本實施例中，所述透明導電層106為ITO透明導電層。
[0051]各該開孔107的周期排列方式為四方陣列排列或六方陣列排列。相鄰兩開孔107的中心距離為所述開孔107孔徑的2?10倍。所述開孔107的孔徑為η λ /4，其中，η取值為
1、2、3或4，λ為發光二極體發出光線的主波長。
[0052]在本實施例中，所述開孔107呈四方陣列排列，相鄰兩開孔107的中心距離為所述開孔107孔徑的2倍，所述開孔107為圓形孔，所述圓形孔的孔徑為圓的直徑，如圖5b所示。所述圓的直徑為λ/4，在本實施例中，所述λ為460nm。當然，在其它實施例中，所述開孔107可以為其它形狀，如正六邊形孔或正方形孔，其排列方式也可以是六方陣列排列等。各該孔洞一方面可以提高所述P型層104及所述量子阱層103側壁的出光率，另一方面對所述P-GaN層及所述透明導電層106表面進行了粗化，故可以大大地提高P-GaN層及所述透明導電層106表面的出光率。
[0053]如圖6?圖8所示，最後進行步驟4)，於所述透明導電層106表面製作P電極108，於所述N電極製備區域105製備N電極109。
[0054]在本實施例中，通過電鍍或濺射等方法製作所述P電極108及N電極109，在製作完所述P、N電極後，採用研磨或溼法腐蝕等方法從背面對所述半導體襯底101進行減薄，然後進行背鍍反射層110，減薄工藝及背鍍反射層110可以有效的提高發光二極體的出光率。
[0055]實施例2
[0056]如圖f圖5a及圖5c?圖8所示，本實施例提供一種發光二極體的製造方法，其基本步驟如實施例1，其中，各該開孔107呈六方陣列排列，相鄰兩開孔107的中心距離為所述開孔107孔徑的4倍，所述開孔107為正六邊形孔，所述開孔107的孔徑為所述正六邊形外接圓的直徑，所述正六邊形外接圓的直徑為3 λ/4，如圖5c所示。
[0057]實施例3
[0058]如圖f圖5a及圖圖8所示，本實施例提供一種發光二極體的製造方法，其基本步驟如實施例1，其中，各該開孔107呈六方陣列排列，相鄰兩開孔107的中心距離為所述開孔107孔徑的6倍，所述開孔107為正方形孔，所述開孔107的孔徑為所述正方形外接圓的直徑，所述正方形外接圓的直徑為λ/2 (其平面結構未予圖示)。
[0059]綜上所述，本發明提供一種發光二極體的製造方法，先於半導體襯底表面依次製作N型層、量子阱層、P型層；然後刻蝕所述P型層及量子阱層以形成N電極製備區域；接著於所述P型層表面形成透明導電層，並採用光刻工藝刻蝕所述透明導電層、P型層及量子阱層，以形成多個貫穿至所述N型層的呈周期排列且具有預設孔徑的開孔；最後於所述透明導電層表面製作P電極，於所述N電極製備區域製備N電極。本發明具有以下有益效果:本發明在發光二極體中刻蝕出多個周期排列的納米級開孔，可以有效地提高光線的出光率，從而提高發光效率。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0060]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種發光二極體的製造方法，其特徵在於，所述製造方法至少包括以下步驟: 1)提供一半導體襯底，於所述半導體襯底表面依次沉積至少包括N型層、量子阱層、P型層的發光外延結構； 2)刻蝕所述P型層及量子阱層以形成N電極製備區域； 3 )於所述P型層表面形成透明導電層，並採用光刻工藝刻蝕所述透明導電層、P型層及量子阱層，以形成多個貫穿至所述N型層的呈周期排列且具有預設孔徑的開孔； 4)於所述透明導電層表面製作P電極，於所述N電極製備區域製備N電極。
2.根據權利要求1所述的發光二極體的製造方法，其特徵在於:各該開孔的周期排列方式為四方陣列排列或六方陣列排列。
3.根據權利要求2所述的發光二極體的製造方法，其特徵在於:相鄰兩開孔的中心距離為所述開孔孔徑的疒10倍。
4.根據權利要求3任意一項所述的發光二極體的製造方法，其特徵在於:所述開孔的孔徑為ηλ/4，其中 ，η取值為1、2、3或4，λ為發光二極體發出光線的主波長。
5.根據權利要求4所述的發光二極體的製造方法，其特徵在於:所述開孔為圓形孔，所述圓形孔的孔徑為圓的直徑。
6.根據權利要求4所述的發光二極體的製造方法，其特徵在於:所述開孔為正六邊形孔，所述開孔的孔徑為所述正六邊形外接圓的直徑。
7.根據權利要求4所述的發光二極體的製造方法，其特徵在於:所述開孔為正方形孔，所述開孔的孔徑為所述正方形外接圓的直徑。
8.根據權利要求1所述的發光二極體的製造方法，在步驟3)中，其特徵在於:刻蝕工藝為ICP或RIE。
9.根據權利要求1所述的發光二極體的製造方法，其特徵在於:步驟4)後還包括從背面對所述半導體襯底進行減薄，並進行背鍍反射層的步驟。
10.根據權利要求1所述的發光二極體的製造方法，其特徵在於:所述半導體襯底為藍寶石襯底，所述N型層為N-GaN層，所述量子阱層為InGaN層，所述P型層為P-GaN層。
11.根據權利要求1所述的發光二極體的製造方法，其特徵在於:所述透明導電層為ITO、ATO、FTO 或 ΑΖΟ。
【文檔編號】H01L33/00GK103855254SQ201210499489
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年11月29日 優先權日:2012年11月29日
【發明者】朱廣敏, 郝茂盛, 齊勝利, 潘堯波, 張楠, 陳誠, 陳耀, 楊傑, 袁根如, 李士濤 申請人:上海藍光科技有限公司