CN103296150A - 一种发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发光二极管及其制造方法，通过对生长衬底进行刻蚀以在其表面形成藉由多个V形槽隔成的多个三角形或/及菱形模块，以形成阵列衬底，然后在所述阵列衬底上形成至少包括N-GaN层、量子阱层及P-GaN层的图形化发光外延结构，最后制作透明导电层、P电极及、N电极，以制造出具有三角形或/及菱形阵列结构的发光二极管。采用本发明制造方法的发光二极管能降低芯片对光线的全反射及吸收，大大的提高了芯片的出光率。本发明工艺简单，兼容于一般的发光二极管制造工艺，适用于工业生产。
Description
技术领域
本发明属于半导体领域，特别是涉及一种发光二极管及其制造方法。
背景技术
半导体照明作为新型高效固体光源，具有寿命长、节能、环保、安全等显著优点，将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃，其应用领域正在迅速扩大，正带动传统照明、显示等行业的升级换代，其经济效益和社会效益巨大。正因如此，半导体照明被普遍看作是21世纪最具发展前景的新兴产业之一，也是未来几年光电子领域最重要的制高点之一。发光二极管是由III-IV族化合物，如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光。
LED照明光源早期的产品发光效率低，光强一般只能达到几个到几十个mcd，适用在室内场合，在家电、仪器仪表、通讯设备、微机及玩具等方面应用。目前直接目标是LED光源替代白炽灯和荧光灯，这种替代趋势已从局部应用领域开始发展。
作为下一代大功率GaN基LED(High-power LEDs)极具潜力的解决方案，垂直结构LED正获得业界的极大关注和发展。如何提高GaN基LED的出光率是当今人们最关心的问题之一，因为GaN基LED的光抽取效率受制于GaN与空气之间巨大的折射率差，根据斯涅耳定律，光从GaN(n≈2.5)到空气(n＝1.0)的临界角约为23°，只有在入射角在临界角以内的光可以出射到空气中，而临界角以外的光只能在GaN内部来回反射，直至被自吸收。图1为传统四边形芯片出光效果图，传统的发光二极光，当芯片的出射角度大于23.5°，小于66.5°时，芯片的光将仅局限在芯片的内部来回反射，光子不能逃逸出芯片外部，造成芯片的出光损失。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种发光二极管及其制造方法，用于解决现有技术中发光二极管因全反射而导致出光率降低的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种发光二极管的制造方法，至少包括以下步骤：1)提供一半导体衬底，在所述半导体衬底刻蚀出多条V形槽，藉由该多个V形槽隔成的多个三角形或/及菱形模块，以形成阵列衬底；2)在所述阵列衬底上形成至少包括N-GaN层、量子阱层及P-GaN层的发光外延阵列结构，然后在所述P-GaN层表面上形成透明导电层，并在预设的位置刻蚀出N电极制备区域，最后在所述透明导电层上制备P电极及在所述N电极制备区域制备N电极，以制造出具有三角形或/及菱形阵列结构的发光二极管。
在本发明的发光二极管的制造方法所述步骤1)中，还包括对所述阵列衬底表面进行图形化处理的步骤。
在本发明的发光二极管的制造方法所述步骤1)中采用光刻胶制备出三角形或/及菱形阵列的光刻图形，然后采用化学腐蚀法在所述半导体衬底表面刻蚀出多个V形槽。
优选地，所述三角形模块具有正三角形结构。
作为一个可选方案，所述菱形模块中至少一顶角的角度为30度～75度。
本发明还提供一种发光二极管，至少包括：发光外延阵列，包括多个V形结构以及由该多个V形结构区隔出的多个平台结构，且该V形槽及该平台结构由N-GaN层、层叠于部分N-GaN层上的量子阱层、及层叠于量子阱层上的P-GaN层组成，其中，所述N-GaN层未被覆盖的一部分上具有N电极制备区域，且所述多个平台结构为被所述多个V形结构隔开而呈现的三角形或/及菱形阵列图形；透明导电层，结合于所述平台结构及V形结构的表面；P电极及N电极，分别位于所述透明导电层表面及所述N电极制备区域表面。
在本发明的发光二极管中，所述三角形为正三角形。
优选地，所述菱形中至少一顶角的角度为30度～75度。
如上所述，本发明的发光二极管及其制造方法，具有以下有益效果：通过对生长衬底进行刻蚀以在其表面形成藉由多个V形槽隔成的多个三角形或/及菱形模块，以形成阵列衬底，然后在所述阵列衬底上形成至少包括N-GaN层、量子阱层及P-GaN层的图形化发光外延结构，最后制作透明导电层、P电极及、N电极，以制造出具有三角形或/及菱形阵列结构的发光二极管。采用本发明制造方法的发光二极管能降低芯片对光线的全反射及吸收，大大的提高了芯片的出光率。本发明工艺简单，兼容于一般的发光二极管制造工艺，适用于工业生产。
附图说明
图1显示为现有技术中的四边形发光二极管出光效果示意图。
图2显示为本发明中具有三角形阵列的发光二极管出光效果示意图。
图3a～图3c为本发明的发光二极管制造方法中的带V型槽的半导体衬底的平面结构示意图。
图4a～图4e为本发明的发光二极管制造方法各步骤所呈现的截面结构示意图。
图5a～图5c为采用本发明制造方法所制造的发光二极管的平面结构示意图。
元件标号说明
10 半导体衬底
101 V形槽
11 平台结构
111 N-GaN层
112 量子阱层
113 P-GaN层
114 透明导电层
12 V形结构
131 P电极
132 N电极
133 N-GaN平台
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图2至图5c。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图3a～图5c，如图所示，本发明提供一种发光二极管的制造方法，至少包括以下步骤：
如图3a～图4a所示，其中，图4a为图3a中的A-A截面、图3b中的B-B截面或图3c中的C-C截面的结构示意图，首先进行步骤1)，提供一半导体衬底10，在所述半导体衬底10刻蚀出多条V形槽101，藉由该多个V形槽101隔成的多个三角形或/及菱形模块，以形成阵列衬底。
具体地，采用光刻胶制备出三角形或/及菱形阵列的光刻图形，然后采用化学腐蚀法在所述半导体衬底10表面刻蚀出多个V形槽101，其中，所述半导体衬底10为蓝宝石衬底，当然，在其它实施例中，该半导体衬底10也可为Si衬底，SiC衬底等。
需要说明的是，在本实施例中，可对所述阵列衬底进行图形化处理以在其表面形成图形微结构，可提高发光二极管的正面出光率，当然也可以对所述半导体衬底10先进行图形化处理然后再形成阵列衬底。
在本实施例中，所述三角形模块具有正三角形结构，如图3a中的α角或图3c中的γ角，其角度为60度，当然，在其它的实施例中，所述三角形模块可为等腰三角形，其顶角可在30度～75度之间变化，必要时或者还可以超出此范围，以达到所需的工艺要求。所述菱形模块中至少一顶角的角度为30度～75度，如图3b中的β角所示，在本实施例中，所述β角为60度，当然，在其它实施例中可以超出此角度范围，以达到所需的工艺要求。
请参阅图4a～图5c，如图所示，然后进行步骤2)，在所述阵列衬底上形成至少包括N-GaN层111、量子阱层112及P-GaN层113的图形化发光外延阵列结构，然后在所述P-GaN层113表面上形成透明导电层114，并在预设的位置刻蚀出N电极132制备区域，最后在所述透明导电层114上制备P电极131及在所述N电极132制备区域制备N电极132，以制造出具有三角形或/及菱形阵列结构的发光二极管。
具体地，在所述由多个V形槽101隔成的多个三角形或/及菱形模块的阵列衬底上，以(CH3)3Ga(三甲基镓)为Ga(镓)源，NH3为N源，SiH4(硅烷)用作为N型掺杂剂，采用金属有机化合物化学气相淀积法在所述阵列衬底上生长N-GaN层111；以(CH3)3In(三甲基铟)为In(铟)源，(CH3)3Ga为Ga源，NH3为N源，采用金属有机化合物化学气相淀积法在所述N-GaN层111上生长InGaN/GaN量子阱层112；(CH3)3Ga为Ga源，NH3为N源，Mg(C5H5)2(二茂镁)作为P型掺杂剂，采用金属有机化合物化学气相淀积法在所述的InGaN/GaN量子阱层112上生长P-GaN层113。当然，生长方式可采用普通的二维生长法或者悬空生长法，可根据需要可以选择更多不同的生长方式。
然后，在所述P-GaN层113上以蒸镀的方式制作一层透明导电层114，在实施例中，所述透明导电层114为ITO导电层，接着，采用光刻胶制备出预设的光刻图形，然后去除光刻图形对应的透明导电层114、P-GaN层113、量子阱层112以获得一N-GaN平台133，以形成所述的N电极132制备区域。最后，在所述透明导电层114上制备P电极131，在所述N-GaN平台133上制备N电极132，以制造出具有三角形或/及菱形阵列结构的发光二极管。此外，本发明的发光二极管可能还包括布线封装等后续工艺。
请参阅图4e～图5c，如图所示，本发明还提供一种发光二极管，至少包括：发光外延阵列，包括多个V形结构12以及由该多个V形结构12区隔出的多个平台结构11，且该V形槽101及该平台结构11由N-GaN层111、层叠于部分N-GaN层111上的量子阱层112、及层叠于量子阱层112上的P-GaN层113组成，其中，所述N-GaN层111未被覆盖的一部分上具有N电极132制备区域，且所述多个平台结构11为被所述多个V形结构12隔开而呈现的三角形或/及菱形阵列图形；透明导电层114，结合于所述平台结构11及V形结构12的表面；P电极131及N电极132，分别位于所述透明导电层114表面及所述N电极132制备区域表面。
在本实施例中，所述三角形为正三角形，如图5c所示，当然，在其它的实施例中，也可为等腰三角形等，其顶角可在30度～75度之间变化，必要时或者还可以超出此范围，以达到所需的工艺要求。所述菱形中至少一顶角的角度为30度～75度，如图5b中的β角所示，在本实施例中，所述β角为60度，当然，在其它实施例中可以超出此角度范围，以达到所需的工艺要求。
需要说明的是，在本实施例的发光二极管中，所述透明导电层114为ITO透明导电层。
为进一步阐述本发明的原理及功效，请参阅图2，显示为本发明中具有三角形阵列的发光二极管出光效果示意图。由于菱形系有两个对称的三角形组成，为便于说明，此处仅以正三角形阵列的发光二极管为例进行说明，如图所示，其一种出光路径如箭头所示，如图以45度射向三角形发光外延单元侧壁的光线，由于大于临界角，光线经一次全发射到达另一侧壁，这时的入射角为15度，光线可以射出。可见，由于芯片呈三角形结构，芯片内大于全反射临界角的光线通过较少次数的反射便可从芯片内射出，可见，上述结构能大大减少芯片对光线的全反射及吸收，因而大大的提高了芯片的出光率。菱形芯片结构的出光原理与三角形芯片类似，因此同样能提高了芯片的出光率。
综上所述，本发明的发光二极管及其制造方法，通过对生长衬底进行刻蚀以在其表面形成藉由多个V形槽隔成的多个三角形或/及菱形模块，以形成阵列衬底，然后在所述阵列衬底上形成至少包括N-GaN层、量子阱层及P-GaN层的图形化发光外延结构，最后制作透明导电层、P电极及、N电极，以制造出具有三角形或/及菱形阵列结构的发光二极管。采用本发明制造方法的发光二极管能降低芯片对光线的全反射及吸收，大大的提高了芯片的出光率。本发明工艺简单，兼容于一般的发光二极管制造工艺，适用于工业生产。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
1)提供一半导体衬底，在所述半导体衬底刻蚀出多条V形槽，藉由该多个V形槽隔成的多个三角形或/及菱形模块，以形成阵列衬底；
2)在所述阵列衬底上形成至少包括N-GaN层、量子阱层及P-GaN层的发光外延阵列结构，然后在所述P-GaN层表面上形成透明导电层，并在预设的位置刻蚀出N电极制备区域，最后在所述透明导电层上制备P电极及在所述N电极制备区域制备N电极，以制造出具有三角形或/及菱形阵列结构的发光二极管。
2.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述步骤1)中还包括对所述阵列衬底表面进行图形化处理的步骤。
3.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述步骤1)中采用光刻胶制备出三角形或/及菱形阵列的光刻图形，然后采用化学腐蚀法在所述半导体衬底表面刻蚀出多个V形槽。
4.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述三角形模块具有正三角形结构。
5.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述菱形模块中至少一顶角的角度为30度～75度。
6.一种发光二极管，其特征在于，至少包括：
发光外延阵列，包括多个V形结构以及由该多个V形结构区隔出的多个平台结构，且该V形槽及该平台结构由N-GaN层、层叠于部分N-GaN层上的量子阱层、及层叠于量子阱层上的P-GaN层组成，其中，所述N-GaN层未被覆盖的一部分上具有N电极制备区域，且所述多个平台结构为被所述多个V形结构隔开而呈现的三角形或/及菱形阵列图形；
透明导电层，结合于所述平台结构及V形结构的表面；
P电极及N电极，分别位于所述透明导电层表面及所述N电极制备区域表面。
7.根据权利要求6所述的发光二极管，其特征在于：所述三角形为正三角形。
8.根据权利要求6所述的发光二极管，其特征在于：所述菱形中至少一顶角的角度为30度～75度。
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN101009344A (zh) * | 2006-01-27 | 2007-08-01 | 杭州士兰明芯科技有限公司 | 蓝宝石衬底粗糙化的发光二极管及其制造方法 |
| US20100155704A1 (en) * | 2008-12-23 | 2010-06-24 | Jeong Tak Oh | Nitride semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same |
| CN101872823A (zh) * | 2010-06-07 | 2010-10-27 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 侧壁具有分布布拉格反射镜的氮化镓基发光二极管及其制备方法 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101009344A (zh) * | 2006-01-27 | 2007-08-01 | 杭州士兰明芯科技有限公司 | 蓝宝石衬底粗糙化的发光二极管及其制造方法 |
| US20100155704A1 (en) * | 2008-12-23 | 2010-06-24 | Jeong Tak Oh | Nitride semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same |
| CN101872823A (zh) * | 2010-06-07 | 2010-10-27 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 侧壁具有分布布拉格反射镜的氮化镓基发光二极管及其制备方法 |
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