CN101593801A - 倒装发光二极管的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种倒装发光二极管的制备方法，包括如下步骤：1)先在衬底表面制造出周期性排列的微结构图形；2)在具有微结构图形的衬底表面制备发光二极管结构，之后分别制备P电极和N电极；3)从衬底的背面采用激光照射衬底，使衬底与发光二极管结构分离，此时即将微结构图形转移至发光二极管结构中靠近N层的一侧表面。采用本发明的方法，先在衬底上制备图形，之后制备发光二极管及P/N电极，并最终通过激光照射将图形转移到发光二极管结构中靠近N层的一侧表面，使倒装焊接后作为出光面的该侧表面形成图形结构，从而提高发光二极管的出光效率。

Description

倒装发光二极管的制备方法

技术领域

本发明涉及一种二极管的制备方法，具体设计一种倒装发光二极管的制备方法。

背景技术

发光二极管具有体积小、效率高和寿命长等优点，在交通指示、户外全色显示等领域有着广泛的应用，从而成为目前光电子学领域的研究热点，尤其是利用大功率发光二极管可实现半导体固态照明，实现人类照明史上的新的革命.研究表明实现这一历史革命突破的科学技术瓶颈是提高发光二极管的发光效率。

而提高发光二极管的发光效率的方法主要集中于对发光二极管内、外量子效率的提高。由于GaN薄膜主要异质外延生长在蓝宝石等衬底上，导致外延薄膜的材料质量较差，影响了内量子效率的提升，而图形衬底技术是被认为是能够提高外延薄膜材料质量，从而提高内量子效率的行之有效的方法；另一方面，光提取效率是限制器件外量子效率的主要因素，其主要原因是外延材料、衬底材料以及空气之间的折射率差别较大，导致有源区产生的光在不同折射率材料界面发生全反射而不能导出芯片。

目前已经提出了提高芯片光提取效率的方法，主要包括：改变芯片的几何外形，减少光在芯片内部的传播路程，降低光的吸收损耗，如采用倒金字塔结构；控制和改变自发辐射，通常采用谐振腔或光子晶体等结构；采用表面粗糙化方法，使光在粗糙的半导体和空气界面发生漫反射，增加其投射的机会；此外利用倒装焊接技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种倒装发光二极管的制备方法，通过该方法能显著提高所制备的发光二极管的发光效率。

为解决上述技术问题，本发明的倒装发光二极管的制备方法，包括如下步骤：

1)先在衬底表面制造出周期性排列的微结构图形；

2)在所述具有微结构图形的衬底表面制备发光二极管结构，并分别制备P电极和N电极；

3)从所述衬底的背面采用激光照射所述衬底，使所述衬底与发光二极管结构分离，将微结构图形转移至所述发光二极管结构中未掺杂的氮化镓表面。

本发明的制备方法，采用先在衬底上制备周期性排列的微结构图形，而后生长发光二极管结构，最后采用激光照射剥离衬底，并将衬底上的图形直接转移至未掺杂的氮化镓层表面，同时结合倒装焊接技术，可以同时提高所制备的发光二极管的内量子效率及外量子效率。与现有常见的发光二极管相比，出光效率可提高40～80％。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明的制备方法流程图；

图2为采用本发明的方法制备完成发光二极管芯片后的一具体截面结构示意图；

图3为对图2所示的发光二极管芯片进行激光处理的对应截面结构示意图；

图4为采用本发明的方法制备完成发光二极管芯片后的另一具体截面结构示意图；

图5为对图4所示的发光二极管芯片进行激光处理的对应截面结构示意图。

具体实施方式

本发明的倒装发光二极管的制备方法，以氮化镓基发光二极管为例，包括如下步骤(见图1)：

1)先在衬底6(一般为蓝宝石衬底)表面制造出周期性排列的微结构图形。该微结构图形可为一维或二维结构的锯齿型(见图2)、矩型(见图4)或梯型周期性排列图形，还可以是二维结构的圆柱型、圆锥型、立方型或抛物线型等等其他周期性排列的阵列。微结构图形中每个周期宽度为0.05-15μm，该微结构图形高度(或深度)为0.05-15μm。

2)在微结构图形表面制备氮化镓基发光二极管结构，并按器件设计要求分别制备P电极和N电极。该氮化镓基发光二极管结构为常规的氮化镓基发光二极管结构，最常见的为依次在有微结构图形的衬底表面外延生长未掺杂的氮化镓层5、n型氮化镓层4、多量子阱发光层3、p型AlGaN层2和p型氮化镓层1。为提高外延层的质量，还可在生长未掺杂的氮化镓层前先在衬底表面生长氮化镓缓冲层，该缓冲层的厚度可为20-30nm。

3)而后从蓝宝石衬底的背面采用激光照射蓝宝石衬底，使蓝宝石衬底6与氮化镓基发光二极管结构分离，将所述微结构图形转移至所述氮化镓基发光二极管结构中的未掺杂的氮化镓层表面(见图3和图5)。该具有微结构的未掺杂的氮化镓层表面在进行倒装焊接后成为发光二极管的出光面。当采用步骤二所列的多层外延层构成的发光二极管结构时，激光照射后蓝宝石衬底6与氮化镓基发光二极管中的未掺杂的氮化镓层5相分离，将微结构图形转移至未掺杂的氮化镓层表面。

之后进行常规的倒装焊接工艺，将剥离衬底后的氮化镓基发光二极管结构和制备有反射层的硅衬底进行倒装焊接。

采用本发明的方法所制备的未掺杂氮化镓层上的微结构图形，具体地，锯齿型周期性排列的图形将发光二极管的出光面作了类粗化的效果增加外量子效率，而矩型、梯型周期性排列图形，或圆柱型、圆锥型、立方型和抛物线型等周期性排列的阵列则能起到类光子晶格的作用，同样能增加发光器件的外量子效率。

Claims (7)

1.一种倒装发光二极管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)先在衬底表面制造出周期性排列的微结构图形；

2)在所述具有微结构图形的衬底表面制备发光二极管结构，并分别制备P电极和N电极；

3)从所述衬底的背面采用激光照射所述衬底，使所述衬底与发光二极管结构分离，从而将所述衬底上的微结构图形转移至所述发光二极管结构中靠近N层的一侧表面。

2.如权利要求1所述的倒装发光二极管的制备方法，其特征在于：所述步骤一中微结构图形为一维或者二维排列的锯齿型/矩形/梯形周期性微结构图形，或是二维结构的圆柱型、圆锥型、梯形、方型。

3.如权利要求1或2所述的倒装发光二极管的制备方法，其特征在于：所述微结构图形中每个微结构图形周期的宽度在0.05-15μm，所述微结构图形的高度为0.05-15μm。

4.如权利要求1或2所述的倒装发光二极管的制备方法，其特征在于：所述发光二极管为氮化镓基发光二极管，所述氮化镓基发光二极管结构为依次外延生长氮化镓成核层、未掺杂的氮化镓层、n型氮化镓层、多量子阱发光层、p型AlGaN层和p型氮化镓层，所述步骤三中激光照射使所述衬底与所述未掺杂氮化镓层分离，使所述微结构图形转移至所述未掺杂氮化镓层表面。

5.如权利要求3所述的倒装发光二极管的制备方法，其特征在于：所述发光二极管为氮化镓基发光二极管，所述氮化镓基发光二极管结构为依次外延生长氮化镓成核层、未掺杂的氮化镓层、n型氮化镓层、多量子阱发光层、p型AlGaN层和p型氮化镓层，所述步骤三中激光照射使所述衬底与所述未掺杂氮化镓层分离，使所述微结构图形转移至所述未掺杂的氮化镓层表面。

6.如权利要求4所述的倒装发光二极管的制备方法，其特征在于：在所述步骤二中外延生长未掺杂的氮化镓层前先在所述微结构图形表面生长氮化镓缓冲层。

7.如权利要求1所述的倒装氮化镓基发光二极管的制备方法，其特征在于，还包括倒装焊接步骤：将所述衬底剥离后的发光二极管结构和制备有反射层的硅衬底进行倒装焊接。

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