CN103367595A - 发光二极管晶粒及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管晶粒，包括发光结构、形成于发光结构上的透明导电层、以及第一电极和第二电极，所述透明导电层上形成有透明保护层，该透明保护层上形成有若干穿孔，所述透明导电层经由穿孔裸露于透明保护层之外，裸露于穿孔的透明导电层的表面形成有微结构，改善出光效率。本发明还涉及一种发光二极管晶粒的制造方法。

Description

发光二极管晶粒及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体结构，尤其涉及一种发光二极管晶粒结构，还涉及一种发光二极管晶粒的制造方法。
背景技术
半导体发光二极管的发展已有数十年历史，其发光效率的改善一直为发光二极管的关键技术。因此，多年来发光二极管的发展方向仍然致力于发光效率的提升上，发光效率的影响因素一般包括选用的半导体材料、组件结构的设计、透明度及全反射现象。
现有技术中的发光二极管晶粒通常在发光结构的上层形成透明导电层以改善电流扩散效果，有些还进一步在透明导电层表面形成透明保护层，以进一步保护晶粒的各项特性。然而不论是透明保护层还是透明导电层，由于其材质特性，发光结构发射出的光线射向出光面时常常会因为全反射而降低整个发光二极管晶粒的光萃取效率。如何提高发光二极管晶粒的光萃取效率一直是业界关注的问题。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种提高光萃取效率的发光二极管晶粒及其制造方法。
一种发光二极管晶粒，包括发光结构、形成于发光结构上的透明导电层、以及第一电极和第二电极，所述透明导电层上形成有透明保护层，该透明保护层上形成有若干穿孔，所述透明导电层经由穿孔裸露于透明保护层之外，裸露于穿孔的透明导电层的表面形成有微结构。
一种发光二极管晶粒的制造方法，包括以下步骤：
提供一发光二极管晶粒，该发光二极管晶粒包括透明导电层和覆盖于透明导电层上的透明保护层；
在透明保护层上开设若干穿孔，以使穿孔底部裸露出透明导电层；
对穿孔底部裸露出的透明导电层表面进行粗化以形成微结构。
上述发光二极管晶粒中在透明导电层上面生长的透明保护层上开设穿孔，使透明导电层从穿孔中裸露出，并对裸露出的透明导电层进行粗化形成微结构，从而使有源层发出的光线正向出射时经过微结构的多角度反射和折射，从而避免在平滑的出光面上形成全反射，进而提高出光的效率，提升发光二极管晶粒的亮度。
附图说明
图1是本发明第一实施方式提供的一种发光二极管晶粒的剖面示意图。
图2是本发明第一实施方式提供的一种发光二极管晶粒的俯视示意图。
图3是图1中透明导电层及其上层部分的局部放大图。
图4是本发明第二实施方式提供的一种发光二极管晶粒的剖面示意图。
图5是本发明一实施方式提供的一种发光二极管晶粒的制造方法流程图。
主要元件符号说明
发光二极管晶粒 10、20
基底 11、21
缓冲层 111
第一半导体层 12、22
第一区域 121
第二区域 122
有源层 13、23
第二半导体层 14、24
透明导电层 15、25
微结构 151、251
透明保护层 16、26
穿孔 161、261
通孔 162
第一电极 17、27
第二电极 18、28
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，本发明第一实施方式提供的发光二极管晶粒10为水平式结构，其包括发光结构、依次形成于发光结构上的透明导电层15和透明保护层16、以及第一电极17和第二电极18。该发光结构包括基底11、依次在基底11上生长的第一半导体层12、有源层13、第二半导体层14。
所述基底11的材料可以为蓝宝石（Al2O3）、碳化硅（SiC）、硅（Si）、氮化镓（GaN）或氧化锌（ZnO）中的一种，具体选择可根据所需要达到的物理性能和光学特性以及成本预算而定。
所述第一半导体层12、有源层13、第二半导体层14依次形成于基底11上。所述第一半导体层12与第二半导体层14为不同掺杂型半导体层，如氮化镓系半导体层。本实施方式中，第一半导体层12为N型氮化镓层，第二半导体层14为P型氮化镓层。在其他实施方式中，第一半导体层12也可以为P型氮化镓层，第二半导体层14为N型氮化镓层。其中，基底11与第一半导体层12之间可选择性的设一缓冲层111，用以减少磊晶过程中产生的晶格缺陷。该缓冲层111可采用氮化镓（GaN）或氮化铝（AlN）。
请同时参阅图2，所述第一半导体层12远离基底11的表面包括一个裸露的第一区域121和一个被有源层13覆盖的第二区域122。所述有源层13和第二半导体层14依次形成于第一半导体层12的表面的第二区域122上。请同时参阅图2，在本实施方式中，该第一区域121位于第一半导体层12的一角。可以理解，所述第一区域121的形状并不限于本实施方式中所述的位于第一半导体层12的一角，例如，所述第一区域121还可以为一个环绕第二区域122的环状区域。
所述有源层13可为双异质结构、单量子阱结构或多量子阱结构等。
所述透明导电层15生长于第二半导体层14的上面，用于提高达到第二半导体层14的电流的扩散性能，该透明导电层15的材料可以是氧化铟锡（ITO）。
所述电极包括第一电极17和第二电极18，第一电极17形成于第二半导体层14上的透明导电层15上，第二电极18形成在第一半导体层12上的第一区域121。
所述透明保护层16上开设有一通孔162，使第一电极17形成与该通孔162中，该第一电极17的底部与透明导电层15接触，其顶部裸露于透明保护层16的外部，以使能够导电的透明导电层15上覆盖一层保护物质，从而在不对出光造成阻碍的同时防止在装夹或转移的过程中对发光二极管晶粒10产生损害或污染。该透明保护层16使第一电极17裸露在外，以使第一电极17可以与外界打线连接从而为发光二极管晶粒提供电能。该透明保护层16为绝缘材料，其可采用透明的二氧化硅（SiO2）、氮化硅（SiN）、类钻碳薄膜等材料制成，从而进一步使发光二极管晶粒10不受电性干扰和损害。当然，在其他实施方式中，该透明保护层16还可以进一步覆盖于该发光二极管晶粒10的侧面和底面，进而使整个发光二极管晶粒10不受外界电性或环境等干扰以影响发光二极管晶粒10的品质。
请同时参阅图2和图3，该透明保护层16上开设有若干穿孔161，透明保护层16下层的透明导电层15经由穿孔161裸露于空气中。在本实施方式中，每一该穿孔161的开口面积大于8平方微米（μm2）。裸露在穿孔161中的透明导电层15上表面形成有微结构151。该微结构151可以为颗粒状、斜纹状或其他形状，具体可根据所需要达到的效果设计。在本实施方式中，该微结构151为颗粒状，每一颗粒的体积小于1立方微米（μm3）。自有源层13发出的光线在向上射出的过程中经过微结构151时进行多角度的折射，从而避免透明导电层15上表面过于平滑而造成的全反射现象，提高正向出光的效率，进而提高发光二极管晶粒10的亮度。该透明导电层15仅在局部区域(即穿孔161底部)进行粗化可兼顾电流传导能力及提升亮度的功效。该透明保护层16的设置除了起到保护发光二极管晶粒10的作用之外，在透明导电层15上形成粗化的微结构151的过程中也起到掩膜的作用。
请参阅图4，本发明第二实施方式提供的发光二极管晶粒20为垂直式结构，其包括基底21、依次在基底21上生长的第一半导体层22、有源层23、第二半导体层24、透明导电层25、透明保护层26、以及位于透明保护层26一侧的第一电极27和位于基底21一侧的第二电极28。该第二实施方式的发光二极管晶粒20与第一实施方式的发光二极管晶粒10的区别在于：有源层23完全覆盖第一半导体层22，第二电极28与第一电极27不同侧。
第二实施方式的发光二极管晶粒20中的透明保护层26和透明导电层25同第一实施方式的发光二极管晶粒10中的透明保护层16和透明导电层15的结构相同，也在透明保护层26上形成穿孔261，并将经由穿孔261裸露出的透明导电层25上表面粗化形成微结构251。因此自有源层23发出的光线正向射出时经过微结构251的多角度折射，避免过于平滑的透明导电层25上表面对正向出射光线的全反射作用，进而提高正向出光的效率，使发光二极管晶粒20的亮度提升。
请参阅图5，本发明实施方式提供的一种发光二极管晶粒的制造方法包括以下几个步骤：
提供一发光二极管晶粒，该发光二极管晶粒包括透明导电层15、和覆盖于透明导电层15上的透明保护层16；
在透明保护层16上开设若干穿孔161，以使穿孔161底部裸露出透明导电层15；
对穿孔161底部裸露出的透明导电层15表面进行粗化以形成微结构151。
在本实施方式中，第一半导体层12和第二半导体层14可分别为N型半导体层和P型半导体层，当然在其他实施方式中，两者可以调换。
在前述制作步骤中，在透明保护层16上开设若干穿孔161的步骤可采用黄光制程、干/湿蚀刻等方式。在透明保护层16上形成穿孔161后可继续采用蚀刻的方式在透明导电层15的表面形成为微结构151，如采用盐酸、硫酸、草酸、磷酸、氢氟酸等化学溶液对穿孔161内的透明导电层15进行蚀刻，还可以采用离子轰击等方式。该微结构151的具体图案和形状可通过调整掩膜的形状、排列来控制。
进一步的，上述制作过程完成后还可包括形成电极的步骤：
在透明保护层16上开设通孔162，将第一电极17形成于该通孔162中；
在第一半导体层12上形成第二电极18。
所述通孔162可采用蚀刻的方式形成，以将透明导电层15自通孔162裸露出，从而在通孔162中形成第一电极17，使第一电极17的底部与透明导电层15接触、顶部裸露于透明保护层16之外，以供打线连接从而与外界电连接，以为发光二极管晶粒提供电能。
本发明的发光二极管晶粒10、20在透明导电层15上面生长的透明保护层16上开设穿孔161，使透明导电层15从穿孔161中裸露出，并对裸露出的透明导电层15进行粗化形成微结构151，从而使有源层13、23发出的光线正向出射时经过微结构151的多角度折射，从而避免在平滑的透明导电层15上表面形成全反射，进而提高出光的效率，提升发光二极管晶粒10、20的亮度。
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相应的改变与变形，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)

1.一种发光二极管晶粒，包括发光结构、形成于发光结构上的透明导电层、以及第一电极和第二电极，其特征在于：所述透明导电层上形成有透明保护层，该透明保护层上形成有若干穿孔，所述透明导电层经由穿孔裸露于透明保护层之外，裸露于穿孔的透明导电层的表面形成有微结构。
2.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于：所述第一电极形成在透明导电层上，所述透明保护层环绕第一电极并使第一电极裸露于透明保护层之外。
3.如权利要求2所述的发光二极管晶粒，其特征在于：所述透明保护层为绝缘材料。
4.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于：每一穿孔的开口面积大于8平方微米。
5.如权利要求2所述的发光二极管晶粒，其特征在于：所述微结构为颗粒状，各颗粒的体积小于1立方微米。
6.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于：该微结构为斜纹状。
7.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于：所述发光结构包括基底、依次在基底上生长的第一导电层、有源层和第二导电层，所述第一导电层为N型氮化镓层，第二导电层为P型氮化镓层。
8.一种发光二极管晶粒的制造方法，包括以下步骤：
提供一发光二极管晶粒，该发光二极管晶粒包括透明导电层和覆盖于透明导电层上的透明保护层；
在透明保护层上开设若干穿孔，以使穿孔底部裸露出透明导电层；
对穿孔底部裸露出的透明导电层表面进行粗化以形成微结构。
9.如权利要求8所述的发光二极管晶粒的制造方法，其特征在于：还包括在透明保护层中形成通孔，在通孔中形成第一电极的步骤，第一电极形成与该通孔之中，底部与透明导电层接触、顶部裸露出透明保护层。
10.如权利要求8所述的发光二极管晶粒的制造方法，其特征在于：所述透明导电层为绝缘材料。
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