CN102169929A - 一种高出光率发光二极管制造方法 - Google Patents

一种高出光率发光二极管制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高出光率发光二极管制造方法，包括如下步骤1)使用气相沉积方法制造LED发光部分(5)；2)生长至p型区域时，停止III族MO源的参与反应；3)通入掺杂型MO源做表面预处理而形成阻挡层(4)；4)使用气相沉积方法生长正常P型区域，使P型区域与阻挡层(4)间形成表面粗化层(3)。本发明解决了现有技术的缺点，提供了一种方法简单、出光率高的高出光率发光二极管制造方法。

Description

一种高出光率发光二极管制造方法
技术领域
本发明涉及一种高出光率二极管制造方法。
背景技术
发光二极管LED作为一种新型的光源，凭借其具有体积小、省电、绿色环保等优势，已被广泛使用于显示器背光源模块、通讯、计算机、交通标志及玩具等消费市场，大有取代传统光源的趋势，但目前因为亮度不够的问题，尚未能广泛适用于照明市场。为了解决发光二极管亮度不够的问题，业内人士都在不断的寻找着如何提高发光亮度的方法。发光二极管是一种半导体元件，主要是由III-V族元素化合物半导体材料所构成。因为这种半导体材料具有将电能转换为光的特性，所以对这种半导体材料施加电流时，其内部的电子会与空穴结合，并将过剩的能量以光的形式释出，而达成发光的效果。
不过，以传统的氮化镓(GaN)发光二极管而言，通常是使用蓝宝石(Sapphire)为外延基板。由于蓝宝石为透明材料，使得发光二极管出光光线四散发射，无法集中利用而形成耗损。同时四散的光线会被内部各个半导体层吸收而蓄热，所以会降低氮化镓发光二极管的出光亮度与效率。为了提升发光二极管发光效率，近来有将外延蓝宝石基板制作成周期性结构的方式，以降低氮化镓的外延缺陷、提升亮度。
现有技术下，有干法ICP刻蚀、湿法化学腐蚀和研磨法三种获得表面粗化层的办法。在出光表面小坑直径大小为6μm，密度为孔心距20μm，深度为2-4μm，且小坑侧壁坡度在45°至60°之间时，对出光效率的提高最多。用干法ICP刻蚀最多可以获得32％的光强提高，用湿法化学腐蚀最多可获得29％的光强提高；而研磨法制作的LED光强提高均不到10％，但是这三种方法都是通过在现有LED外表面进行一次额外的加工来制成表面粗化层，工艺复杂，极大的增加了LED的制造成本。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种方法简单、出光率高的高出光率发光二极管制造方法。
为达到以上目的，本发明提供了一种高出光率发光二极管制造方法，
1)使用气相沉积方法制造LED发光部分；
2)生长至p型区域时，停止III族MO源的参与反应；
3)通入掺杂型MO源做表面预处理而形成阻挡层；
4)使用气相沉积方法生长正常P型区域，使P型区域与阻挡层间形成表面粗化层。
本发明的进一步改进在于，所述的步骤3)在900℃～1050℃的高温条件下进行。
本发明的更进一步改进在于，所述的步骤3)在930℃～950℃的高温条件下进行。
本发明的进一步改进在于，所述的步骤4)在900℃～1050℃的高温条件下进行。
本发明的更进一步改进在于，所述的步骤4)在930℃～950℃的高温条件下进行。
本发明的进一步改进在于，所述的P型区域为P型GaN。
本发明的进一步改进在于，所述的III族MO源为TMGa。
本发明的进一步改进在于，所述的掺杂型MO源为Cp2Mg、SiH4或DMZn中的一种。
由于采用了以上技术方案，本发明通过增加掺杂型MO源做表面预处理使LED形成表面粗化层，工艺简单。而且在不影响内部量子效率、不对本器件本身造成负面影响的条件下大幅度提升GaN基发光二极管的外部量子效率，从而提升GaN基发光二极管的整体的光提取效率，本发明在抑制了器件缺陷、减少光吸收、提升抗静电能力的同时，进而大大增加了光的提取几率实现整体亮度提升。
附图说明
附图1为根据本发明实施例中的方法制造出的LED的结构示意图。
其中
1、电极；2、P型GaN 区域；3、粗化层；4、阻挡层；5、LED发光部分；6、N型GaN区域。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
以下结合本发明的具体实施例说明高出光率发光二极管制造方法。
参见附图1，本发明提供了一种高出光率发光二极管制造方法，包括如下步骤
1)使用气相沉积方法制造LED发光部分5；
2)生长至P型GaN区域2时，停止III族MO源TMGa的参与反应，通入时间5分钟；
3)在940℃的高温条件下，通入掺杂型MO源Cp2Mg，通入时间5分钟，做表面预处理而形成阻挡层4；
需要特别提及的是，在III族MO源TMGA和掺杂型MO源Cp2Mg做切换的时候，可以使用独立的MO源通路，也可以使用相同的MO源通路。使用独立的MO源通路时，参杂型MO源独立使用一个MO源通路，其余III族MO源TMGA可以使用相同或不同的MO源通路；使用相同的MO源通路时，切换通入MO源通路的种类即可。
需要特别指出的是，停止III族MO源通入的时长将影响后续粗化层3的粗化程度，越久粗化越重。但是如果通入时间过长又将影响后续粗化外延效率和质量。
III族MO源和掺杂MO源的比值也将影响后续粗化层3的粗化程度，越小粗化越重，本实施例中II族MO源和掺杂MO源浓度的比值为1∶4。
4)在950℃的高温条件下，同时通入III族MO源TMGA和掺杂型MO源Cp2Mg，通入时间10分钟，使用气相沉积方法生长正常P型GaN区域2，使P型GaN区域2与阻挡层4间形成表面粗化层3。
参见附图1，附图1为按本发明实施例中的方法制造出的LED的结构示意图。LED发光部分5的上表面设置有阻挡层4，阻挡层4上表面上设置P型GaN区域2，在P型GaN区域2和阻挡层4之间生成有表面粗化层3。P型GaN区域2和N型GaN区域6上方分别设置有电极1。
根据光的折射原理，当光从一种介质入射另一种介质时，将在介质交界面处发生折射，光线弯折的程度决定于两种介质的折射率相差程度。光从半导体材料进入空气时，是由光密介质到光疏介质，会受到一个最大出射角的限制，即临界角。当光的入射角大于临界角时，光会从交界面上反射回半导体，即称为了发生全反射。
表面粗化技术力图解决因为半导体材料折射率(平均3.5)大于空气折射率而使入射角大于临界角的光线发生全发射无法出射所造成的损失。如果改变常规LED的表面形貌，让交界面由光滑变得粗糙，将会大大增加出射光在界面处折射时入射角度的随机性。从统计概率上来说，能使得更多的光子出射到空气中，避免产生全反射。
现有技术下，有干法ICP刻蚀、湿法化学腐蚀和研磨法三种获得粗糙表面的办法。在出光表面小坑直径大小为6μm，密度为孔心距20μm，深度为2-4μm，且小坑侧壁坡度在45°至60°之间时，对出光效率的提高最多。用干法ICP刻蚀最多可以获得32％的光强提高，用湿法化学腐蚀最多可获得29％的光强提高；而研磨法制作的LED光强提高均不到10％。但无论三种方法中的哪一种，都是对LED外表面进行破坏，而且在蚀刻、腐蚀和研磨的过程中容易产生过度蚀刻、过度腐蚀和过度研磨，使产品品质不稳定，LED出光效率也不稳定。
而本发明的实施例中的方法，通过分子颗粒的沉积形成表面粗糙层，分子间堆积形态的微小差别不会导致产品宏观上的粗糙度的差别，所以本发明的实施例中的方法生产出的LED品质稳定，出光率高。
整个生产过程中，不需要对生产工序做过多调整，只需要温度设定到适合范围、关闭TMGa通入，再继续外延即可实现；此方法可以提高亮度约30％。且相比传统的低温粗化方式，其抗静电能力仍得以保持甚至增强(预处理层介入能提高ESD能力)，且并不会因为粗化而增加单个外延周期的时长，进而节约成本。
通过上述实施方式，不难看出本发明是一种方法简单、出光率高的高出光率发光二极管制造方法。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰均涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种高出光率发光二极管制造方法，其特征在于：
1)使用气相沉积方法制造LED发光部分(5)；
2)生长至p型区域时，停止III族MO源的参与反应；
3)通入掺杂型MO源做表面预处理而形成阻挡层(4)；
4)使用气相沉积方法生长正常P型区域，使P型区域与阻挡层(4)间形成表面粗化层(3)。
2.根据权利要求1所述的高出光率发光二极管制造方法，其特征在于：所述的步骤3)在900℃～1050℃的高温条件下进行。
3.根据权利要求2所述的高出光率发光二极管制造方法，其特征在于：所述的步骤3)在930℃～950℃的高温条件下进行。
4.根据权利要求1所述的高出光率发光二极管制造方法，其特征在于：所述的步骤4)在900℃～1050℃的高温条件下进行。
5.根据权利要求4所述的高出光率发光二极管制造方法，其特征在于：所述的步骤4)在930℃～950℃的高温条件下进行。
6.根据权利要求1所述的高出光率发光二极管制造方法，其特征在于：所述的P型区域为P型GaN。
7.根据权利要求1所述的高出光率发光二极管制造方法，其特征在于：所述的III族MO源为TMGa。
8.根据权利要求1所述的高出光率发光二极管制造方法，其特征在于：所述的掺杂型MO源为Cp2Mg、SiH4或DMZn中的一种。
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