一種發光二極體及其製造方法
2023-06-11 12:52:51 1
一種發光二極體及其製造方法
【專利摘要】本發明提供一種發光二極體及其製造方法，所述發光二極體為由兩個等邊三角形單元組成的平行四邊形晶片，所述平行四邊形晶片包括依次層疊的生長襯底、發光外延結構及電流擴展層，所述兩個等邊三角形單元之間具有從所述電流擴展層貫穿至所述生長襯底的出光走道，所述出光走道的兩端分別形成有供所述兩個等邊三角形單元共用的P電極及N電極。本發明利用等邊三角形晶片設計，通過增加晶片的周長，有效地提高了晶片的出光效率。本發明工藝簡單，適用於工業生產。
【專利說明】 一種發光二極體及其製造方法
【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及其製造方法。
【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]LED照明光源早期的產品發光效率低，光強一般只能達到幾個到幾十個mcd，適用在室內場合，在家電、儀器儀表、通訊設備、微機及玩具等方面應用。目前直接目標是LED光源替代白熾燈和螢光燈，這種替代趨勢已從局部應用領域開始發展。
[0004]隨著半導體照明技術的發展，GaN基發光二極體逐漸顯示出其獨特的優勢，如何提高GaN基LED的出光率是當今人們最關心的問題之一，因為GaN基LED的光抽取效率受制於GaN與空氣之間巨大的折射率差，根據斯涅耳定律，光從GaN (n ^ 2.5)到空氣(η=1.0)的臨界角約為23°，只有在入射角在臨界角以內的光可以出射到空氣中，而臨界角以外的光只能在GaN內部來回反射，直至被自吸收。
[0005]圖1為傳統四邊形晶片出光效果圖，傳統的發光二極體，當晶片的出射角度大於23.5° ,小於66.5°時,晶片的光將僅局限在晶片的內部來回反射,光子不能逃逸出晶片外部，造成晶片的出光損失。
[0006]目前用於提高發光二極體出光效率的方法有對發光二極體的出光表面進行圖形化、對發光二極體的出光側壁進行圖形化等，這些技術可以一定程度地提高發光二極體的發光效率，但是，只通過改進以上兩種方法難以較大程度地繼續提高發光二極體的出光效率。
[0007]因此，提供一種方法簡單、可以進一步有效提聞LED晶片出光效率的發光_■極管結構及其製造方法實屬必要。
【發明內容】
[0008]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及其製造方法，用於解決現有技術中發光二極體出光效率低等問題。
[0009]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，至少包括以下步驟:
[0010]I)提供一生長襯底，於所述生長襯底表面形成至少包括N型層、量子阱層及P型層的發光外延結構；
[0011]2)於所述發光外延結構表面形成電流擴展層；
[0012]3)於所述發光外延結構中定義出多個由兩個等邊三角形單元組成的平行四邊形晶片，於該兩個等邊三角形單元之間採用深刻蝕技術刻蝕出至少貫穿至所述生長襯底的出光走道，且在所述出光走道兩端預留有N電極製備區域及P電極製備區域；
[0013]4)於所述N電極製備區域刻蝕出N電極製備平臺；
[0014]5)於所述P電極製備區域表面形成P電極，於所述N電極製備平臺表面形成N電極；
[0015]6)依據所定義的平行四邊形晶片進行切割，獲得相互獨立的發光二極體晶片。
[0016]作為本發明的發光二極體的製造方法的一種優選方案，所述生長襯底為藍寶石襯底、圖形藍寶石襯底或GaN襯底。
[0017]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N型層為N-GaN層，所述量子阱層為InGaN/GaN多量子阱層，所述P型層為P-GaN層。
[0018]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)採用的深刻蝕技術為感應耦合等離子體ICP刻蝕技術。
[0019]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5)後還包括對所述生長襯底進行減薄的步驟。
[0020]進一步地，在所述生長襯底減薄後還包括於所述生長襯底背面製作反射鏡的步驟。
[0021]本發明還提供一種發光二極體，所述發光二極體為由兩個等邊三角形單元組成的平行四邊形晶片，所述平行四邊形晶片包括依次層疊的生長襯底、發光外延結構及電流擴展層，所述兩個等邊三角形單元之間具有從所述電流擴展層至少貫穿至所述生長襯底的出光走道，所述出光走道的兩端分別形成有供所述兩個等邊三角形單元共用的P電極及N電極。
[0022]作為本發明的發光二極體的一種優選方案，所述生長襯底為藍寶石襯底或圖形藍寶石襯底。
[0023]作為本發明的發光二極體的一種優選方案，所述發光外延結構包括N-GaN層、InGaN/GaN多量子阱層及P-GaN層。
[0024]作為本發明的發光二極體的一種優選方案，所述生長襯底背面還結合有反射鏡。
[0025]如上所述，本發明提供一種發光二極體及其製造方法，所述發光二極體為由兩個等邊三角形單元組成的平行四邊形晶片，所述平行四邊形晶片包括依次層疊的生長襯底、發光外延結構及電流擴展層，所述兩個等邊三角形單元之間具有從所述電流擴展層貫穿至所述生長襯底的出光走道，所述出光走道的兩端分別形成有供所述兩個等邊三角形單元共用的P電極及N電極。本發明利用等邊三角形晶片設計，通過增加晶片的周長，有效地提高了晶片的出光效率。本發明工藝簡單，適用於工業生產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1顯示為現有技術中的四邊形發光二極體的出光效果示意圖。
[0027]圖2?4顯示為本發明發光二級管的製造方法步驟I)所呈現的結構示意圖，其中，圖3為圖2中A-A』截面圖。
[0028]圖5顯示為本發明發光二級管的製造方法步驟2)所呈現的結構示意圖。
[0029]圖6?圖7顯示為本發明發光二級管的製造方法步驟3)所呈現的結構示意圖。
[0030]圖8顯示為本發明發光二級管的製造方法步驟4)所呈現的結構示意圖。
[0031]圖9?圖10顯示為本發明發光二級管的製造方法步驟5)所呈現的結構示意圖，其中，圖10為圖9中B-B』截面圖。
[0032]元件標號說明
[0033]101生長襯底
[0034]102N 型層
[0035]103量子阱層
[0036]104P 型層
[0037]105電流擴展層
[0038]106出光走道
[0039]107N電極製備平臺
[0040]108P 電極
[0041]109N 電極
[0042]110反射鏡
【具體實施方式】
[0043]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。
[0044]請參閱圖2?圖10。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。
[0045]需要說明的是，為了使圖示更清晰簡潔，圖2?圖10隻顯示了一個發光二極體單元的工藝步驟，實際操作過程中，本發明的製造方法為晶圓級的製造工藝。
[0046]如圖2?圖10所示，本實施例提供一種發光二極體的製造方法，至少包括以下步驟:
[0047]如圖2?圖4所示，首先進行步驟1)，提供一生長襯底101，於所述生長襯底101表面形成至少包括N型層102、量子阱層103及P型層104的發光外延結構。
[0048]作為示例，所述生長襯底101為藍寶石襯底、圖形藍寶石襯底或GaN襯底。當然，在其它的實施例中，所述生長襯底101也可以是如Si襯底、SiC襯底等，可以根據不同的工藝需求進行選擇，並不限於此處所列舉的幾種。
[0049]作為示例，採用化學氣相沉積法形成所述發光外延結構。
[0050]作為示例，所述N型層102為N-GaN層，所述量子阱層為InGaN/GaN多量子阱層103，所述P型層104為P-GaN層。當然，所述發光外延結構也可以是如GaAs (砷化鎵)、GaP(磷化鎵)、GaAsP (磷砷化鎵)等半導體製成的發光外延結構，可以根據所需產品的性能進行選擇，且並不限於此處所列舉的幾種。
[0051]如圖5所示，然後進行步驟2)，於所述發光外延結構表面形成電流擴展層105。
[0052]作為示例，所述電流擴展層105為透明導電層，在本實施例中為ITO透明導電層，可以採用如電子束蒸發等技術形成。當然，在其它的實施例中，所述電流擴展層105也可是如金屬薄膜或其它的透明導電薄膜。
[0053]如圖6?圖7所示，接著進行步驟3)，於所述發光外延結構中定義出多個由兩個等邊三角形單元組成的平行四邊形晶片，於該兩個等邊三角形單元之間採用深刻蝕技術刻蝕出至少貫穿至所述生長襯底101的出光走道106，且在所述出光走道106兩端預留有N電極製備區域及P電極108製備區域。
[0054]作為示例，採用的深刻蝕技術為感應耦合等離子體ICP刻蝕技術。刻蝕的過程中，可以只刻蝕至所述生長襯底101表面就停止刻蝕，即只刻穿所述電流擴展層105及發光外延結構，也可以是刻蝕至所述生長襯底101 —預設深度，但是，該預設深度的要求為不影響後續的減薄及裂片工藝為宜。
[0055]所述出光走道106應該具有一定的寬度，以保證出光路徑。
[0056]預留的N電極製備區域及P電極108製備區域為兩個等邊三角形單元的結合處，以保證後續電極製備後，兩個等邊三角形單元能共用一對N電極109和P電極108。
[0057]本步驟通過將刻蝕出一個出光走道106將平行四邊形晶片隔成兩個等邊三角形單元，利用等邊三角形周長較長，且可以降低光線在晶片內的全反射概率的原理，可以大大增加發光二極體側壁的出光效率。
[0058]如圖8所示，然後進行步驟4)，於所述N電極製備區域刻蝕出N電極製備平臺107。
[0059]作為示例，採用ICP刻蝕去除部分的電流擴展層105、P型層104、量子阱層103、及N型層102，形成一個N型層102平臺，作為N電極製備平臺107。
[0060]如圖9?圖10所示，接著進行步驟5)，於所述P電極108製備區域表面形成P電極108，於所述N電極製備平臺107表面形成N電極109。
[0061]作為示例，所述N電極109及P電極108可以為Au、Pt、Cr，Ti, Ni, Al等材料。
[0062]作為示例，本步驟後還包括對所述生長襯底101進行減薄的步驟。
[0063]作為示例，為了增加發光二極體的出光效率，在所述生長襯底101減薄後還包括於所述生長襯底101背面製作反射鏡110的步驟。
[0064]作為示例，所述反射鏡110為全方位反射鏡ODR或布拉格反射鏡DBR。
[0065]最後進行步驟6)，依據所定義的平行四邊形晶片進行切割，獲得相互獨立的發光二極體晶片。
[0066]作為示例，可以採用雷射切割或機械切割方法對晶圓進行切割。
[0067]如圖9?圖10所示，本實施例還提供一種發光二極體，所述發光二極體為由兩個等邊三角形單元組成的平行四邊形晶片，所述平行四邊形晶片包括依次層疊的生長襯底101、發光外延結構及電流擴展層105，所述兩個等邊三角形單元之間具有從所述電流擴展層105至少貫穿至所述生長襯底101的出光走道106，所述出光走道106的兩端分別形成有供所述兩個等邊三角形單元共用的P電極108及N電極109。
[0068]作為示例，所述生長襯底101為藍寶石襯底、圖形藍寶石襯底或GaN襯底。當然，在其它的實施例中，所述生長襯底101也可以是如Si襯底、SiC襯底等，可以根據不同的性能需求進行選擇，並不限於此處所列舉的幾種。
[0069]作為示例，所述發光外延結構包括N-GaN層、InGaN/GaN多量子阱層及P-GaN層。當然，所述發光外延結構也可以是如GaAs (砷化鎵)、GaP (磷化鎵)、GaAsP (磷砷化鎵)等半導體製成的發光外延結構，可以根據所需產品的性能進行選擇，且並不限於此處所列舉的幾種。
[0070]作為示例，所述電流擴展層105為透明導電層，在本實施例中為ITO透明導電層，可以採用如電子束蒸發等技術形成。當然，在其它的實施例中，所述電流擴展層105也可是如金屬薄膜或其它的透明導電薄膜。
[0071]作為示例，所述出光走道106可以是貫穿所述電流擴展層105及發光外延結構的溝槽結構，也可以是貫穿至所述生長襯底101 —預設深度的溝槽結構。
[0072]所述出光走道106應該具有一定的寬度，以保證出光路徑。
[0073]作為示例，所述N電極109製作於N電極製備平臺107，所述N電極製備平臺107為去除了部分的電流擴展層105、P-GaN層、InGaN/GaN多量子阱層、及N-GaN層獲得的一個N型層102平臺。
[0074]作為示例，為了增加發光二極體的出光效率，所述生長襯底101背面還結合有反射鏡110。
[0075]作為示例，所述反射鏡110為全方位反射鏡ODR或布拉格反射鏡DBR。
[0076]綜上所述，本發明提供一種發光二極體及其製造方法，所述發光二極體為由兩個等邊三角形單元組成的平行四邊形晶片，所述平行四邊形晶片包括依次層疊的生長襯底101、發光外延結構及電流擴展層105，所述兩個等邊三角形單元之間具有從所述電流擴展層105貫穿至所述生長襯底101的出光走道106，所述出光走道106的兩端分別形成有供所述兩個等邊三角形單元共用的P電極108及N電極109。本發明利用等邊三角形晶片設計，通過增加晶片的周長，有效地提高了晶片的出光效率。本發明工藝簡單，適用於工業生產。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。
[0077]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，至少包括以下步驟: 1)提供一生長襯底，於所述生長襯底表面形成至少包括N型層、量子阱層及P型層的發光外延結構； 2)於所述發光外延結構表面形成電流擴展層； 3)於所述發光外延結構中定義出多個由兩個等邊三角形單元組成的平行四邊形晶片，於該兩個等邊三角形單元之間採用深刻蝕技術刻蝕出至少貫穿至所述生長襯底的出光走道，且在所述出光走道兩端預留有N電極製備區域及P電極製備區域； 4)於所述N電極製備區域刻蝕出N電極製備平臺； 5)於所述P電極製備區域表面形成P電極，於所述N電極製備平臺表面形成N電極； 6)依據所定義的平行四邊形晶片進行切割，獲得相互獨立的發光二極體晶片。
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:所述生長襯底為藍寶石襯底、圖形藍寶石襯底或GaN襯底。
3.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N型層為N-GaN層，所述量子阱層為InGaN/GaN多量子阱層，所述P型層為P-GaN層。
4.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3)採用的深刻蝕技術為感應耦合等離子體ICP刻蝕技術。
5.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5)後還包括對所述生長襯底進行減薄的步驟。
6.根據權利要求5所述的發光二極體的製造方法，其特徵在於:在所述生長襯底減薄後還包括於所述生長襯底背面製作反射鏡的步驟。
7.一種發光二極體，其特徵在於，所述發光二極體為由兩個等邊三角形單元組成的平行四邊形晶片，所述平行四邊形晶片包括依次層疊的生長襯底、發光外延結構及電流擴展層，所述兩個等邊三角形單元之間具有從所述電流擴展層至少貫穿至所述生長襯底的出光走道，所述出光走道的兩端分別形成有供所述兩個等邊三角形單元共用的P電極及N電極。
8.根據權利要求7所述的發光二極體，其特徵在於:所述生長襯底為藍寶石襯底或圖形藍寶石襯底。
9.根據權利要求7所述的發光二極體，其特徵在於:所述發光外延結構包括N-GaN層、InGaN/GaN多量子阱層及P-GaN層。
10.根據權利要求7所述的發光二極體，其特徵在於:所述生長襯底背面還結合有反射鏡。
【文檔編號】H01L33/20GK104183673SQ201310190126
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月21日 優先權日:2013年5月21日
【發明者】張楠, 陳耀, 袁根如, 楊傑, 郝茂盛 申請人:上海藍光科技有限公司