CN101488549A - 能增加出光率的led制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种能增加出光率的LED制作方法，其首先在半导体衬底上依次生长出N－GaN层、量子阱层、及P－GaN层的层叠结构，然后在所述层叠结构表面生成介质膜层，并采用图形曝光及刻蚀或蚀刻技术刻蚀或蚀刻所述介质膜层以形成具有多个镂空处的镂空图形，接着在所形成的镂空图形的各镂空处生长不掺杂的GaN突起以使所述P－GaN层表面粗化，再采用腐蚀法将介质膜层的未被镂空处去除，形成镂空微结构且粗化的P－GaN层表面，最后在该层表面制作所需电极以形成LED，由此可提高光子的出光率，进而提高所形成的LED的亮度。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED制作方法，特别涉及一种能增加出光率的LED制作方法。
背景技术
以GaN为代表的新一代半导体材料以其宽直接带隙(Eg＝3.4eV)、高热导率、高硬度、高化学稳定性、低介电常数、抗辐射等特点获得了人们的广泛关注，在固态照明、固体激光器、光信息存储、紫外探测器等领域都有巨大的应用潜力。按中国2002年的用电情况计算，如果采用固态照明替代传统光源，一年可以省下三峡水电站的发电量，有着巨大的经济、环境和社会效益；而据美国能源部测算，到2010年，全美半导体照明行业产值将达500亿美元。在光信息存储方面，以GaN为基础的固体蓝光激光器可大幅度提高光存储密度。正因为这些优点，GaN被寄予厚望。高亮度InGaN/GaN量子阱结构LEDs已经商品化。
通常普遍的LED芯片制造工艺是先在蓝宝石衬底上形成N-GaN层、量子阱层、及P-GaN层等的层叠结构，然后在所述层叠构上制作各电极，如N电极、P电极等，如图1A及1B所示，由此形成LED。然而，现有工艺制作出的发光二极管，其发光亮度难以有较大突破，如图2所示，由于制作出的LED其表面较为平整，当量子阱层辐射出的光子P以入射角θ1到达P-GaN层表面w1，经反射后会以入射角θ2到达P-GaN层侧壁w2，再次反射后会以入射角θ3到达侧壁w3，而对于常用的氮化镓材料的LED芯片，其光逃逸锥形临界角(light escape conecritical angle)约为23.5°，因此，只要光子P的入射角θ1满足条件：23.5°<θ1<66.5°时，其会因不断地被各壁反射而导致能量在芯片内的消耗，最终无法出光。由此可见，现有工艺制作出的发光二极管，不可避免会有大量光子在芯片内部被消耗，从而导致LED的发光亮度难以有较大突破。
因此，有必要对现有发光二极管芯片制造方法作进一步改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能增加出光率的LED制作方法。
为了达到上述目的及其他目的，本发明提供的能增加出光率的LED制作方法包括步骤：1)在半导体衬底上依次生长出N-GaN层、量子阱层、及P-GaN层的层叠结构；2)在所述层叠结构表面生成介质膜层；3)采用图形曝光及刻蚀或蚀刻技术刻蚀或蚀刻所述介质膜层以形成具有多个镂空处的镂空图形；4)在所形成的镂空图形的各镂空处生长不掺杂的GaN突起以使所述P-GaN层表面粗化；5)采用腐蚀法将所述介质膜层的被镂空处去除以形成镂空微结构且粗化的P-GaN层；以及6)在镂空微结构且粗化的P-GaN层表面制作所需电极以形成LED。
此外，所述能增加出光率的LED制作方法还可包括在所述P-GaN层和所述介质膜层之间增加生成一金属层的步骤，其中，所述金属层所采用的材料为非第v族的金属；较佳地，所述金属层的材料为镍或锌。
较佳地，所述介质膜层的材料可为SiO2、Si3N4、或Si等；所述半导体衬底的材料可为硅、蓝宝石、铝酸锂、及SiC等。
较佳地，各镂空处的深度未到达所述P-GaN层表面；所述镂空图形中的各相邻镂空处之间的距离为微米级；各镂空处呈孔状。
综上所述，本发明的能增加出光率的LED制作方法通过在P-GaN层表面形成突起使P-GaN层表面形成微结构并粗化，可极大地降低光子的入射角落入23.5°<θ1<66.5°几率，进而能极大地提高所形成的LED的出光率。
附图说明
图1A和1B为现有制作LED的制作方法示意图。
图2为现有LED的光子运动示意图。
图3A至图3D为本发明的能增加出光率的LED制作方法的制作流程示意图。
具体实施方式
以下将通过具体实施例对本发明的能增加出光率的LED制作方法做进一步详细的描述，其中，本发明的方法采用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)进行。
请参阅图3A至图3D，本发明的能增加出光率的LED制作方法主要包括以下步骤：
首先，在半导体衬底上依次生长出N-GaN层、量子阱层、及P-GaN层的层叠结构，其中，所采用的半导体衬底可为硅、蓝宝石、铝酸锂、或SiC材料等。
接着，在所述层叠结构表面生成介质膜层，如图3A所示，其中，所述介质膜层的材料可为SiO2、Si3N4、或Si等，在本实施例中，选用SiO2材质。
接着，采用图形曝光及刻蚀或蚀刻技术刻蚀或蚀刻所述介质膜层以形成镂空图形，如图3B所示。在所述镂空图形中，具有多个镂空处，其俯视图如图3C所示，各镂空处3呈圆孔状，且相邻镂空处3之间的距离为微米级。而且，为避免在刻蚀或蚀刻时损伤所述P-GaN层表面，通过控制刻蚀或蚀刻条件可使其深度接近但并未到达所述P-GaN层表面。再有，在所形成的镂空图形中，还可包含用于制作P型焊垫的圆形区域1和制作N型焊垫的圆形区域2，两者都为非镂空区。须注意的是，所形成的镂空图形并非以本实施例为限，例如，各镂空处可呈不规则排列，或者镂空处呈锥形等等。
接着，在所形成的镂空图形的各镂空处生长不掺杂的GaN(u-GaN)突起以使所述P-GaN层表面粗化，如图3D所示。通过控制生长条件可调节所生长的突起的粗细及高度等，在本实施例中，所述突起呈柱状，如此导致所述P-GaN层表面呈不平整的微粗糙状态。
接着，采用腐蚀法将介质膜层未被镂空处去除，即将残余的SiO2薄层去除以形成镂空微结构且粗化的P-GaN层。
最后，在镂空微结构且粗化的P-GaN层表面制作所需电极以形成LED，即在圆形区域1处制作P电极，在圆形区域2处制作N电极等，此为本领域技术人员所知悉，故在此不再详细描述。
此外，在采用MOCVD生长u-GaN突起时，其温度高达800℃，为避免SiO2薄层的Si或O2扩散进入P-GaN层导致P-GaN层导电能力下降，可在生长介质膜层之前，先在所形成的层叠结构表面生长一金属层，所述金属层采用第III族的金属或第IV的中性材料，而非第v族的金属，然后再在所述金属层上生成介质膜层。在本实施方式中，选用镍或锌材料形成所述金属层。
需要说明的是，生长N-GaN层、量子阱层、P-GaN层、金属层、介质膜层、及u-GaN突起等的生长条件、刻蚀或蚀刻介质膜层的刻蚀或蚀刻条件、及腐蚀介质膜层所采用的腐蚀液和相应腐蚀条件等都已为本领域技术人员所熟悉，故在此不再详细描述。
综上所述，本发明的能增加出光率的LED制作方法通过在P-GaN层表面形成多个突起使P-GaN层表面粗化，极大地降低了量子阱层所产生的光子，到达P-GaN层表面壁的入射角落入23.5°<θ1<66.5°几率，进而能极大地提高所形成的LED的出光率，提高LED的亮度。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。任何不脱离本发明精神和范围的技术方案，均应涵盖在本发明的专利申请范围当中。
Claims (9)
1.一种能增加出光率的LED制作方法，其特征在于包括步骤：
1)在半导体衬底上依次生长出N-GaN层、量子阱层、及P-GaN层的层叠结构；
2)在所述层叠结构表面生成介质膜层；
3)采用图形曝光及刻蚀或蚀刻技术刻蚀或蚀刻所述介质膜层以形成具有多个镂空处的镂空图形；
4)在所形成的镂空图形的各镂空处生长不掺杂的GaN突起以使所述P-GaN层表面粗化；
5)采用腐蚀法将所述介质膜层的未镂空处去除以形成镂空微结构且粗化的P-GaN层；
6)在镂空微结构且粗化的P-GaN层表面制作所需电极以形成LED。
2.如权利要求1所述的能增加出光率的LED制作方法，其特征在于还包括在所述P-GaN层和所述介质膜层之间增加生成一金属层的步骤，其中，所述金属层所采用的材料为非第v族的金属。
3.如权利要求2所述的能增加出光率的LED制作方法，其特征在于：所述金属层的材料为镍或锌。
4.如权利要求1所述的能增加出光率的LED制作方法，其特征在于：所述介质膜层的材料为SiO2、Si3N4、及Si中的一种。
5.如权利要求1所述的能增加出光率的LED制作方法，其特征在于：各镂空处的深度未到达所述P-GaN层表面。
6.如权利要求1所述的能增加出光率的LED制作方法，其特征在于：相邻镂空处之间的距离为微米级。
7.如权利要求1或5或6所述的能增加出光率的LED制作方法，其特征在于：所述各镂空处呈孔状。
8.如权利要求1所述的能增加出光率的LED制作方法，其特征在于：所述突起呈柱状。
9.如权利要求1所述的能增加出光率的LED制作方法，其特征在于：所述半导体衬底的材料为硅、蓝宝石、铝酸锂、及SiC中的一种。
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