CN102456790A - 垂直电极结构发光二极管及其制造方法 - Google Patents

垂直电极结构发光二极管及其制造方法 Download PDF

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凃博闵
黄世晟
黄嘉宏
杨顺贵
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Abstract

一种垂直电极结构发光二极管，包括基板、设置在基板上的p型半导体层、n型半导体层、及设置于p型半导体层与n型半导体层之间的发光层，该n型半导体层为氮化镓层，该n型半导体层的厚度的范围在1.5μm至3.5μm之间。本发明还包括一种垂直电极结构发光二极管的制造方法。通过对该n型半导体层的厚度的设置，使得该垂直电极结构发光二极管具有较佳的出光面积及自我吸收效率。

Description

垂直电极结构发光二极管及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种发光二极管及其制造方法，尤其涉及一种特殊波段光线的垂直电极结构发光二极管及其制造方法。
背景技术
垂直结构发光二极管一般包括一基板、基板上的p型半导体层、发光层、n型半导体层及n型半导体层上形成的电极。由于n型半导体层如氮化镓层在生长过程中至少大于4μm其才能具有较佳的晶格品质。然，当该垂直结构发光二极管应用于特殊波段光线尤其是近紫外光(波长为365nm-420nm)，垂直结构发光二极管发出的光线存在容易被n型半导体层吸收，如果n型半导体层的厚度过大，容易出现光线被过多吸收的问题。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种具有较佳品质的氮化镓层且具有较佳出光效率的垂直结构发光二极管及其制造方法。
一种垂直电极结构发光二极管，包括基板、设置在基板上的p型半导体层、n型半导体层、及设置于p型半导体层与n型半导体层之间的发光层，该n型半导体层为氮化镓层，该n型半导体层的厚度的范围在1.5μm至3.5μm之间。
一种垂直电极结构发光二极管的制造方法，其包括：提供一衬底，在该衬底上依次生长n型半导体层、发光层及衬底的p型半导体层；提供一导电的基板，该基板的一表面设有p型电极，将衬底、n型半导体层、发光层及p型半导体层倒置安置在基板的另一表面上，并使p型半导体层与该基板固定连接；将衬底与n型半导体层分离；通过干式蚀刻或者湿式蚀刻制程将n型半导体层的厚度减少至1.5μm至3.5μm之间；及在n型半导体层上制作n型电极。
通过对该n型半导体层的厚度的设置，使得该垂直电极结构发光二极管具有较佳的出光面积及自我吸收效率。
下面参照附图，结合具体实施例对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1为本发明实施方式中垂直电极结构发光二极管的剖面示意图。
图2为图1中垂直电极结构发光二极管的俯视图。
图3为本发明垂直电极结构发光二极管的综合发光效率与n型半导体层的厚度的关系图。
图4至图7为本发明垂直电极结构发光二极管的制造过程。
主要元件符号说明
垂直电极结构发光二极管  100
基板                    10
氮化镓基半导体发光结构  20
p型半导体层             21
发光层                  22
n型半导体层             23、23a
第一电极                30
厚度                    H
电流扩散长度            Ls
自我吸收效率            Q
发光面积                S
衬底                    50
第二电极                80
综合发光效率            C
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1及图2，本发明实施方式提供的垂直电极结构发光二极管100包括一基板10及形成在基板10上的氮化镓基半导体发光结构20。该氮化镓基半导体发光结构20包括一置于基板10上的p型半导体层21形成在该p型半导体层21上的发光层22以及形成在所述发光层22上远离基板10的n型半导体层23。所述n型半导体层23还设有n型的第一电极30，基板10背面镀有p型的第二电极80。
所述基板10的材料为导电材料，可以为碳化硅(SiC)、硅(Si)、砷化镓(GaAs)、铜(Cu)、铜钨合金(Cu/W)、锗(Ge)、或镍(Ni)等导电基底。在其它实施例中，该基板10与p型半导体层21之间设置有一反射层(图未示)，该反射层的材料可以为镍(Ni)、银(Ag)、铝(Al)、金(Au)或者镍、银、铝、金之任意两种材料或者两种以上材料的合金。该反射层可以是由分别连接基板10、p型半导体层21的两层金属共晶而成。
所述n型半导体层23为n型氮化镓层。当本发明垂直电极结构发光二极管100工作时，所述n型半导体层23其厚度H越小，则n型半导体层23对光的自我吸收越少，使得垂直电极结构发光二极管100的光特性显示越好；然而n型半导体层23其厚度H越小，垂直电极结构发光二极管100的电流扩散长度Ls就越小，使得垂直电极结构发光二极管100的发光面积S越小，从而影响了垂直电极结构发光二极管100的发光效率。经过实验验证，当所述n型半导体层23的厚度H的范围在1.5μm至3.5μm之间时，可以使得垂直电极结构发光二极管100的光电特性显示较好因此发光效率可以最佳化。优选地，该n型半导体层23的厚度H范围在2μm至2.5μm之间为最佳化厚度。在本实施例中，该n型半导体层23的厚度H为2.5μm。
请一并参阅图3，为本发明垂直电极结构发光二极管100在其n型半导体层23的厚度H从0到4μm变化时垂直电极结构发光二极管100的综合发光效率C的变化图。其中线a表示厚度H从0到4μm变化时垂直电极结构发光二极管100的发光面积S与厚度H的比例关系；线b表示厚度H从0到4μm变化时垂直电极结构发光二极管100的自我吸收效率Q与厚度H的比例关系；线c则表示n型半导体层23的厚度H从0到4μm变化时，垂直电极结构发光二极管100的综合发光效率C与厚度H的比例关系。由图中可知，当厚度H在1.5μm至3.5μm之间取值时，垂直电极结构发光二极管100的综合发光效率具有较高的值；当厚度H在2μm至2.5μm之间取值时，综合发光效率具有最优化的值。
本发明垂直电极结构发光二极管100的制造方法包括以下步骤：
首先，请参阅图4，在衬底50上依次生长n型半导体层23a、n型半导体层23a上的发光层22及远离衬底50的p型半导体层21。其中该衬底50的材料为蓝宝石(Sapphire)，该n型半导体层23a为n型氮化镓层。为了生长具有较佳的晶格品质，此时n型半导体层23的厚度大于或等于4μm。
其次，请参阅图5，提供一基板10及其背面的p型电极80，该基板10的材料为导电材料，可以为碳化硅(SiC)、硅(Si)、砷化镓(GaAs)、铜(Cu)、铜钨合金(Cu/W)、锗(Ge)、或镍(Ni)等导电基底；将衬底50、n型半导体层23、发光层22及p型半导体层21倒置安置在基板10上，使p型半导体层21固定在基板10上。在其它实施例中，可以在基板10上、p型半导体层21上分别镀一层金属，然后通过共晶将两层金属结合在一起，从而将p型半导体层21固定在基板10并同时形成一反射层。该反射层的材料可以为镍(Ni)、银(Ag)、铝(Al)、金(Au)或者镍、银、铝、金之任意两种材料或者两种以上材料的合金。
接下来，请参阅图6，通过激光剥离、化学剥离或者机械研磨或者其它方法使衬底50与n型半导体层23a分离，此时n型半导体层23a的厚度大于4μm。
然后，如图7所示，通过干式蚀刻或者湿式蚀刻制程将n型半导体层23a的厚度H减少至1.5μm至3.5μm之间，优选地，将n型半导体层23的厚度H减少至2μm至2.5μm之间。在本实施例中，n型半导体层23的厚度H取值2.5μm。
最后，请再次参考图1，在n型半导体层23上制作n型的第一电极30。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种像应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种垂直电极结构发光二极管，包括基板、设置在基板上的p型半导体层、n型半导体层、及设置于p型半导体层与n型半导体层之间的发光层，其特征在于：该n型半导体层为氮化镓层，该n型半导体层的厚度的范围在1.5μm至3.5μm之间。
2.如权利要求1所述的垂直电极结构发光二极管，其特征在于：所述n型半导体层23的厚度范围在2μm至2.5μm之间。
3.如权利要求1所述的垂直电极结构发光二极管，其特征在于：所述n型半导体层23的厚度等于2.5μm。
4.如权利要求1所述的垂直电极结构发光二极管，其特征在于：所述垂直电极结构发光二极管还包括一连接n型半导体层的n型第一电极、及连接基板的p型第二电极。
5.如权利要求1所述的垂直电极结构发光二极管，其特征在于：所述基板与p型半导体层之间设置有一反射层，该反射层的材料可以为镍(Ni)、银(Ag)、铝(Al)、金(Au)或者镍、银、铝、金之任意两种材料或者两种以上材料的合金。
6.一种垂直电极结构发光二极管的制造方法，其包括：
提供一衬底，在该衬底上依次生长n型半导体层、发光层及衬底的p型半导体层；
提供一导电的基板，该基板的一表面设有p型电极，将衬底、n型半导体层、发光层及p型半导体层倒置安置在基板的另一表面上，并使p型半导体层与该基板固定连接；
将衬底与n型半导体层分离；
通过干式蚀刻或者湿式蚀刻制程将n型半导体层的厚度减少至1.5μm至3.5μm之间；及
在n型半导体层上制作n型电极。
7.如权利要求6所述的垂直电极结构发光二极管的制造方法，其特征在于：所述n型半导体层的厚度减少至2μm与2.5μm之间。
8.如权利要求6所述的垂直电极结构发光二极管的制造方法，其特征在于：所述n型半导体层的厚度减少至2.5μm。
9.如权利要求6所述的垂直电极结构发光二极管的制造方法，其特征在于：在第二步骤中，先将基板、p型半导体层上分别镀一层金属，然后通过共晶将两层金属结合在一起，从而将p型半导体层固定在基板上，及在基板与p型半导体层之间形成一反射层。
10.如权利要求6所述的垂直电极结构发光二极管的制造方法，其特征在于：所述衬底与n型半导体层通过激光剥离、化学剥离或者机械研磨分离。
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