CN102683533A - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发光二极管，其包括基板、第一n型氮化镓层、连接层、第二n型氮化镓层、发光层、p型氮化镓层、p型电极及n型电极。第二n型氮化镓层具有一个远离基板的顶面，该顶面包括一个第一区域及一个第二区域，发光层、p型氮化镓层和p型电极依次形成于所述第一区域上，所述n型电极形成在所述第二区域上。所述发光二极管还具有多个依次贯穿所述p型氮化镓层、发光层及第二n型氮化镓层以裸露出连接层的盲孔。所述第二n型氮化镓层面向连接层的底面为反向极化氮化镓，且该底面环绕每个盲孔形成一粗化环形裸露区。本发明还涉及一种发光二极管的制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体元件，尤其涉及一种发光二极管及其制造方法。
背景技术
现在，发光二极管(Light Emitting Diode，LED)已经被广泛应用到很多领域。然而，发光二极管产生的光只有在小于临界角的情况下才能射出至外界，否则由于内部全反射的原因，大量的光将在发光二极管内部损失掉，无法射出至外界，导致发光二极管的出光率低下，亮度不高。目前，利用蚀刻使得发光二极管表面粗化来增加发光二极管亮度的技术已为公众熟知，现有的技术大致分为两种：1.利用高温的酸性液体(如硫酸，磷酸等)来对发光二极管进行蚀刻，其缺点为液体中易因温度不均而产生蚀刻速率不稳定的现象，且使用槽体需经良好的设计，使在高温操作的液体不具危险，因此槽体的制作成本也会较高；2.利用紫外光照光加电压的方式，使半导体组件易和氢氧化钾产生反应，进而达成蚀刻的目的，但操作上需制作绝缘物保护，在芯片上布下电极线，再进行通电照光蚀刻，由于电极导电性的问题使制作上只能在小片芯片上制作，而整片晶圆的制作上受限于电力的分布，而很难有良好的蚀刻均匀性，且制作流程较复杂。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种便于蚀刻的发光二极管及其制造方法。
一种发光二极管，其包括基板、第一n型氮化镓层、连接层、第二n型氮化镓层、发光层、p型氮化镓层、p型电极及n型电极。所述第一n型氮化镓层、连接层、第二n型氮化镓层依次形成于所述基板上。所述第二n型氮化镓层具有一个远离基板的顶面，该顶面包括一个第一区域及一个第二区域，所述发光层、p型氮化镓层和p型电极依次形成于所述第一区域上，所述n型电极形成在所述第二区域上。所述发光二极管还具有多个依次贯穿所述p型氮化镓层、发光层及第二n型氮化镓层以裸露出连接层的盲孔。所述第二n型氮化镓层面向连接层的底面为反向极化氮化镓，且该底面环绕每个盲孔形成一粗化环形裸露区。
一种发光二极管的制造方法，包括以下步骤：提供一基板；在所述基板上依次成长形成第一n型氮化镓层、连接层、第二n型氮化镓层、发光层和p型氮化镓层，所述第二n型氮化镓层面向连接层的底面为反向极化氮化镓；蚀刻所述p型氮化镓层和发光层直至裸露出部分第二n型氮化镓层；在p型氮化镓层上形成p型电极及在所述第二n型氮化镓层的裸露区域上形成n型电极；形成多个依次贯穿所述p型氮化镓层、发光层及第二n型氮化镓层以裸露出连接层的盲孔；及采用碱性溶液对从盲孔裸露之连接层进行蚀刻以裸露出第二n型氮化镓层的部分底面，并采用所述碱性溶液对裸露出的第二n型氮化镓层的底面进行蚀刻以形成粗化表面。
一种发光二极管的制造方法，包括以下步骤：提供一基板；在所述基板上依次成长形成第一n型氮化镓层、连接层、第二n型氮化镓层、发光层和p型氮化镓层，所述第一n型氮化镓层、连接层、第二n型氮化镓层、发光层和p型氮化镓层构成一半导体层，该半导体层包括多个发光单元，所述第二n型氮化镓层面向连接层的底面为反向极化氮化镓；蚀刻所述每个发光单元上的透明导电层、p型氮化镓层和发光层直至裸露出部分第二n型氮化镓层；在上述每个发光单元的透明导电层和第二n型氮化镓层裸露区域上分别形成p型电极及n型电极，从而得到多个发光二极管；在每个发光二极管上形成多个依次贯穿所述p型氮化镓层、发光层及第二n型氮化镓层以裸露出连接层的盲孔；采用碱性溶液对从盲孔裸露之连接层进行蚀刻以裸露出第二n型氮化镓层的部分底面，并采用所述碱性溶液对裸露出的第二n型氮化镓层的底面进行蚀刻以形成粗化表面；及切割分离所述多个发光二极管。
本发明提供的发光二极管中，由于发光二极管具有易被减性溶液蚀刻的连接层，且第二n型氮化镓层面向连接层的底面为反向极化(N-face)氮化镓，从而很容易对第二n型氮化镓层的底面进行粗化以提高发光二极管的光萃取率。
附图说明
图1是本发明实施方式提供的一种发光二极管的俯视图。
图2是图1中发光二极管沿II-II的剖视图。
图3是反向极化氮化镓被碱性溶液蚀刻后的示意图。
图4-图9是图1中的发光二极管的第一种制造方法示意图。
图10是图1中的发光二极管的第二种制造方法示意图。
主要元件符号说明
发光二极管 100
基板 10
缓冲层 11
第一n型氮化镓层20
第一表面 21
连接层 30
第二n型氮化镓层40
第一区域 41
第二区域 42
粗化环形裸露区 43
发光层 50
p型氮化镓层 60
透明导电层 70
p型电极 80
n型电极 90
半导体层 101
切割道 102
发光单元 103
盲孔 111
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1和图2，本发明实施方式提供的一种发光二极管100包括基板10、第一n型氮化镓层20、连接层30、第二n型氮化镓层40、发光层50、p型氮化镓层60、透明导电层70、p型电极80及n型电极90。
所述基板10的材质可选自硅、碳化硅、蓝宝石等。为提高后续成长的第一n型氮化镓层20的品质，所述基板10可先形成一缓冲层11。本实施方式中，所述基板10的材质为蓝宝石。
所述第一n型氮化镓层20形成在所述基板10上，所述第一n型氮化镓层20具有一远离基板10的第一表面21，该第一表面21为正常极化(Ga-face)氮化镓。正常极化(Ga-face)氮化镓为晶格成长堆栈时，镓原子形成在表面的结构；反向极化(N-face)氮化镓为晶格成长堆栈时，氮原子形成在表面的结构。反向极化(N-face)氮化镓易被碱性溶液在低于100℃情况下蚀刻成六角锥的形态(如图3所示)；但正常极化(Ga-face)氮化镓则与碱性溶液在低于100℃情况下完全不反应。
所述连接层30和第二n型氮化镓层40依次形成于第一n型氮化镓层20的第一表面21上。所述连接层30易于被碱性溶液在低于100℃情况下蚀刻。本实施方式中，所述连接层30的面积小于形成在其上的第二n型氮化镓层40，使得第二n型氮化镓层40面向所述连接层30的底面周缘裸露出。所述连接层30的材质可选自氮化铝、二氧化硅、氮化硅等。本实施方式中，所述连接层30为氮化铝。优选地，所述连接层30的厚度范围为5纳米-1000纳米。连接层30的厚度大于5纳米时，蚀刻液可有效的侧蚀渗透，所述连接层30的厚度大于1000纳米则容易因为应力太大而导致其上形成的结构出现碎裂。
所述第二n型氮化镓层40的底面为反向极化(N-face)氮化镓，其底面周缘裸露的部分被粗化，以能够提高发光二极管100的光萃取率。所述第二n型氮化镓层40远离连接层30的顶面包括一个第一区域41及一个第二区域42。所述发光层50、p型氮化镓层60、透明导电层70及p型电极80依次形成在所述第一区域41上，所述n型电极90形成在所述第二区域42上。所述发光二极管100上形成有多个依次贯穿所述透明导电层70、p型氮化镓层60、发光层50及第二n型氮化镓层40以裸露出连接层30的盲孔111。所述第二n型氮化镓层40的底面环绕每个盲孔111形成一粗化环形裸露区43。所述盲孔111的形状可以为圆形、正方形、长方形等。所述盲孔111的横截面的周长与横截面的面积之比值越大越好，如此，可在保证发光层50面积相对较大的情况下，同时获得较大面积的粗化环形裸露区43。
所述透明导电层70可选自镍金双金属薄层、氧化铟锡(ITO)等。本实施方式中，所述透明导电层70为氧化铟锡。
本实施方式中，所述p型电极80包括一个圆形电连接部81及一线状电扩散部82。所述电连接部81和n型电极90分别设于发光二极管100的两端，所述电扩散部82自电连接部81向n型电极90方向延伸，以提高发光二极管100中的电流扩散效果。
下面将介绍所述发光二极管100的制造方法，本实施方式提供的所述发光二极管100的第一种制造方法包括以下步骤：
请参阅图4，提供基板10，所述基板10的材质可选自硅、碳化硅、蓝宝石等。
请参阅图5，在所述基板10上依次成长形成第一n型氮化镓层20、连接层30、第二n型氮化镓层40、发光层50、p型氮化镓层60和透明导电层70。所述第一n型氮化镓层20、连接层30、第二n型氮化镓层40、发光层50、p型氮化镓层60和透明导电层70一同构成一半导体层101。为提高第一n型氮化镓层20的品质，可在成长第一n型氮化镓层20之前，先在基板10上形成缓冲层11。所述第一n型氮化镓层20远离基板10的第一表面21可为正常极化(Ga-face)氮化镓，以避免后续被减性溶液蚀刻。所述连接层30的厚度范围为5纳米-1000纳米。连接层30的厚度大于5纳米时，蚀刻液可有效的侧蚀渗透，所述连接层30的厚度大于1000纳米则容易因为应力太大而导致其上形成的结构出现碎裂。所述第二n型氮化镓层40的底面为反向极化(N-face)氮化镓，以便于被减性溶液蚀刻。
请参阅图6，在所述半导体层101上形成多个切割道102，该多个切割道102将半导体层101分割成多个发光单元103。所述切割道102依次贯穿透明导电层70、p型氮化镓层60、发光层50及第二n型氮化镓层40以裸露出连接层30。为便于后续对于连接层30的蚀刻，优选地，所述切割道102进一步贯穿所述连接层30。所述切割道102可通过感应耦合电浆蚀刻技术(Inductively Coupled Plasma，ICP)形成。
在每个发光单元103上形成多个盲孔111，该盲孔111依次贯穿所述透明导电层70、p型氮化镓层60、发光层50及第二n型氮化镓层40以裸露出连接层30。
蚀刻所述每个发光单元103上的透明导电层70、p型氮化镓层60和发光层50直至裸露出部分第二n型氮化镓层40。所述第二n型氮化镓层40也可有部分被蚀刻。
请参阅图7，在上述每个发光单元103的透明导电层70和第二n型氮化镓层40裸露区域上分别形成p型电极80及n型电极90，从而得到多个发光二极管100。
请参阅图8，采用碱性溶液对从切割道102及盲孔111裸露之连接层30进行蚀刻以裸露出第二n型氮化镓层40的部分底面，并采用所述碱性溶液对裸露出的第二n型氮化镓层40的底面进行蚀刻以形成粗化表面。所述第二n型氮化镓层40的底面环绕每个盲孔111会形成一粗化环形裸露区43。为加快对连接层30及第二n型氮化镓层40的底面的蚀刻速度，优选地，所述碱性溶液为强碱性溶液，如氢氧化钾、氢氧化钠等。具体的，可采用85摄氏度的氢氧化钾溶液对所述连接层30和第二n型氮化镓层40蚀刻30-60分钟。
请参阅图9，沿所述切割道102切割分离所述多个发光二极管100。
可以理解，在上述发光二极管100的制造方法中，所述发光二极管100也可不包括透明导电层70，即不形成透明导电层70，所述p型电极80可直接形成于p型氮化镓层60上。所述p型电极80及n型电极90可在第二n型氮化镓层40底面粗化后再形成。
请参阅图10，本发明提供的所述发光二极管100的第二种制造方法与所述第一种制造方法的区别为一次仅形成一个发光二极管100，因此，在第二种制造方法中，不需要第一种制造方法中形成切割道102的步骤及切割分离多个发光二极管100的步骤。所述发光二极管100的第二种制造方法包括以下步骤：提供基板10；在该基板10上依次成长形成第一n型氮化镓层20、连接层30、第二n型氮化镓层40、发光层50、p型氮化镓层60和透明导电层70；蚀刻所述透明导电层70、p型氮化镓层60和发光层50直至裸露出部分第二n型氮化镓层40；形成多个依次贯穿所述透明导电层70、p型氮化镓层60、发光层50及第二n型氮化镓层40以裸露出连接层30的盲孔111；在透明导电层70和第二n型氮化镓层40裸露区域上分别形成p型电极80及n型电极90；及采用碱性溶液对从连接层30周缘及盲孔111裸露之连接层30进行蚀刻以裸露出第二n型氮化镓层40的部分底面，并采用所述碱性溶液对裸露出的第二n型氮化镓层40的底面进行蚀刻以形成粗化表面。所述第二n型氮化镓层40的底面环绕每个盲孔111会形成一粗化环形裸露区43。
本发明实施方式提供的发光二极管中，由于发光二极管具有易被减性溶液蚀刻的连接层，且第二n型氮化镓层面向连接层的底面为反向极化(N-face)氮化镓，从而很容易对第二n型氮化镓层的底面进行粗化以提高发光二极管的光萃取率。
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)
1.一种发光二极管，其包括基板、第一n型氮化镓层、连接层、第二n型氮化镓层、发光层、p型氮化镓层、p型电极及n型电极，所述第一n型氮化镓层、连接层、第二n型氮化镓层依次形成于所述基板上，所述第二n型氮化镓层具有一个远离基板的顶面，该顶面包括一个第一区域及一个第二区域，所述发光层、p型氮化镓层和p型电极依次形成于所述第一区域上，所述n型电极形成在所述第二区域上，所述发光二极管还具有多个依次贯穿所述p型氮化镓层、发光层及第二n型氮化镓层以裸露出连接层的盲孔，所述第二n型氮化镓层面向连接层的底面为反向极化氮化镓，且该底面环绕每个盲孔形成一粗化环形裸露区。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第一n型氮化镓层远离基板的表面为正常极化氮化镓。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述连接层能够被减性溶液蚀刻。
4.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第二n型氮化镓层的底面周缘有裸露的粗化表面。
5.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述连接层的材质选自氮化铝、二氧化硅或氮化硅。
6.一种发光二极管的制造方法，包括以下步骤：
a：提供一基板；
b：在所述基板上依次成长形成第一n型氮化镓层、连接层、第二n型氮化镓层、发光层和p型氮化镓层，所述第二n型氮化镓层面向连接层的底面为反向极化氮化镓；
c：蚀刻所述p型氮化镓层和发光层直至裸露出部分第二n型氮化镓层；
d：在p型氮化镓层上形成p型电极及在所述第二n型氮化镓层的裸露区域上形成n型电极；
e：形成多个依次贯穿所述p型氮化镓层、发光层及第二n型氮化镓层以裸露出连接层的盲孔；及
f：采用碱性溶液对从盲孔裸露之连接层进行蚀刻以裸露出第二n型氮化镓层的部分底面，并采用所述碱性溶液对裸露出的第二n型氮化镓层的底面进行蚀刻以形成粗化表面。
7.如权利要求6所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述步骤e、f位于步骤c和d之前。
8.如权利要求6所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述步骤f还包括对从连接层周缘裸露之连接层进行蚀刻以裸露出第二n型氮化镓层的部分底面，并采用所述碱性溶液对该裸露出的第二n型氮化镓层的底面进行蚀刻以形成粗化表面。
9.一种发光二极管的制造方法，包括以下步骤：
提供一基板；
在所述基板上依次成长形成第一n型氮化镓层、连接层、第二n型氮化镓层、发光层和p型氮化镓层，所述第一n型氮化镓层、连接层、第二n型氮化镓层、发光层和p型氮化镓层构成一半导体层，该半导体层包括多个发光单元，所述第二n型氮化镓层面向连接层的底面为反向极化氮化镓；
蚀刻所述每个发光单元上的透明导电层、p型氮化镓层和发光层直至裸露出部分第二n型氮化镓层；
在上述每个发光单元的透明导电层和第二n型氮化镓层裸露区域上分别形成p型电极及n型电极，从而得到多个发光二极管；
在每个发光二极管上形成多个依次贯穿所述p型氮化镓层、发光层及第二n型氮化镓层以裸露出连接层的盲孔；
采用碱性溶液对从盲孔裸露之连接层进行蚀刻以裸露出第二n型氮化镓层的部分底面，并采用所述碱性溶液对裸露出的第二n型氮化镓层的底面进行蚀刻以形成粗化表面；及
切割分离所述多个发光二极管。
10.如权利要求9所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述发光二极管的制造方法还包括在所述半导体层上形成多个切割道，该多个切割道将半导体层分割成多个发光单元，所述切割道依次贯穿p型氮化镓层、发光层及第二n型氮化镓层以裸露出连接层；及对从切割道裸露之连接层进行蚀刻以裸露出第二n型氮化镓层的部分底面，并采用所述碱性溶液对该裸露出的第二n型氮化镓层的底面进行蚀刻以形成粗化表面。
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