CN103594567B - 一种高出光效率的垂直型发光二极管的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高出光效率的垂直型发光二极管的制造方法，依次包括如下步骤：（1）形成底电极；（2）在底电极上形成底粗化层；（3）在底粗化层上形成底透明导电层；（4）在底透明导电层上形成p型半导体层；（5）在p型半导体层上形成半导体发光层；（6）在半导体发光层上形成n型半导体层；（7）在n型半导体层上形成顶透明导电层；（8）在顶透明导电层上形成顶粗化层；（9）在顶粗化层上形成顶电极。

Description

一种高出光效率的垂直型发光二极管的制造方法
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，特别涉及一种高出光效率的垂直型发光二极管的制造方法。
背景技术
半导体发光二极管(LightEmittingDiode)应用日益广泛，特别是在照明方面有取代白炽灯和荧光灯的趋势。发光二极管是由半导体材料所制成的发光元件，元件具有两个电极端子，在端子间施加电压，通入极小的电流，经由电子电洞的结合可将剩余能量以光的形式激发释出，此即发光二极管的基本发光原理。发光二极管不同于一般白炽灯泡，发光二极管是属冷发光，具有耗电量低、元件寿命长、无须暖灯时间及反应速度快等优点，再加上其体积小、耐震动、适合量产，容易配合应用上的需求制成极小或阵列式的元件，目前发光二极管已普遍使用于资讯、通讯及消费性电子产品的指示器与显示装置上，成为日常生活中不可或缺的重要元件。
目前发光二极管还面临一些技术上的问题，特别是光取出效率比较低。这导致了发光二极管的亮度不足等缺陷。针对上述问题，业内已经提出了通过粗化方法来改善发光二极管出光效率的问题，但是现有技术中粗化方法仍然存在缺陷，例如仅对发光二极管进行水平面式粗化，这种粗化方式无法进一步提高粗化面积，因此出光效率无法进一步提高。
发明内容
本发明针对现有技术的问题，提出了一种高出光效率的垂直型发光二极管的制造方法，通过增大粗化面积，从而提高发光二极管的出光效率。
首先对本发明所采用的“上”、“下”进行定义，在本发明中，通过参照附图，本发明所述的“上”为附图中面向附图时垂直向上的方向。本发明所述的“下”为附图中面向附图时垂直向下的方向，本文所述的“厚度”是指面向附图时垂直方向上的距离，本文所述的“宽度”是指面向附图时水平方向上的距离。
本发明提出的高出光效率的垂直型发光二极管的制造方法依次包括如下步骤：
（1）形成底电极；
（2）在底电极上形成底粗化层；
（3）在底粗化层上形成底透明导电层；
（4）在底透明导电层上形成p型半导体层；
（5）在p型半导体层上形成半导体发光层；
（6）在半导体发光层上形成n型半导体层；
（7）在n型半导体层上形成顶透明导电层；
（8）在顶透明导电层上形成顶粗化层；
（9）在顶粗化层上形成顶电极。
其中，所述底电极和顶电极为导热性能良好的金属材料，例如但不限于：金、银、铜、铝、镍、钛、钴、钯或铂，或者也可以采用金属合金来形成，例如但不限于：金铂合金、银铝合金、镍铝合金、镍钛合金等，可以采用金属溅射的工艺来形成底电极和顶电极；
其中，底透明导电层和顶透明导电层通过采用化学气相淀积（CVD）工艺来形成；首先通过淀积导电性能良好的金属化合物材料，例如但不限于：ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＭｇＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＴｉＯ2或ＩＴＯ，从而形成平坦的底透明电极层和顶透明电极层，然后通过光刻、刻蚀等工艺，从而在平坦底透明电极层和顶透明电极层上分别定义出凸块，从而在截面上看，最终形成外形与方波相同的所述底透明电极层和顶透明电极层；并且底透明电极层凸块的边缘与顶透明电极层凸块的边缘对齐；
其中，p型半导体层为p型GaN层或p型AlGaN层，n型半导体层为n型GaN层或n型AlGaN层，半导体发光层为交替形成的超晶格结构的AlxInyGazN/AIxInyGazP多量子阱层，其中x+y+z=1、并且0<x≤0.05、0<y≤0.05、0<z≤0.9；
其中，底粗化层和顶粗化层为ITO层，底粗化层和顶粗化层均匀覆盖在底透明电极层和顶透明电极层具有凸块的表面上，并且底粗化层和顶粗化层的厚度相同，都为80-100nm；
其中，底透明电极层没有凸块的区域的厚度为0.5-1微米，具有凸块的区域的厚度为5-10微米；同样的，顶透明电极层没有凸块的区域的厚度为0.5-1微米，具有凸块的区域的厚度为5-10微米。
其中，底透明电极层凸块的宽度与两个凸块之间的距离相同，顶透明电极层凸块的宽度与两个凸块之间的距离也相同；在某些场合，如果需要粗化层的粗化面积更大，那么凸块之间的距离可以与凸块的宽度不同，例如凸块宽度为凸块之间距离的1.5-2倍。
附图说明
图1为本发明提出的发光二极管制造方法所制得的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
参见图1，
本发明提出的高出光效率的垂直型发光二极管在制造方法依次包括如下步骤：
（1）形成底电极1；
（2）在底电极1上形成底粗化层21；
（3）在底粗化层21上形成底透明导电层22；
（4）在底透明导电层22上形成p型半导体层3；
（5）在p型半导体层3上形成半导体发光层4；
（6）在半导体发光层4上形成n型半导体层5；
（7）在n型半导体层5上形成顶透明导电层61；
（8）在顶透明导电层61上形成顶粗化层62；
（9）在顶粗化层62上形成顶电极7。
具体来说，上述步骤首先形成平坦的底电极，然后通过光刻、刻蚀工艺定义出具有凸块的底电极；此后在底电极1表面上淀积ITO层，通过化学腐蚀的方式腐蚀该ITO层，从而形成粗化的底粗化层21，接着淀积透明导电材料来形成底透明电极层，经过对底透明电极层的上表面平坦化以后，紧接着，采用常规的发光二极管制造工艺在底透明电极层上依次形成p型半导体层3、半导体发光层4和n型半导体反光层5；然后在淀积透明导电材料来形成平坦的顶透明电极层，经过对平坦的顶透明电极层进行光刻、刻蚀工艺，从而形成具有凸块的顶透明电极层61；此后在具有凸块的顶透明电极层61上均匀淀积ITO材料；对该ITO材料进行化学腐蚀，从而形成顶粗化层62，最后在顶粗化层62上溅射导热性能良好的金属材料，从而形成顶电极7，并完成垂直型发光二极管的制作。
其中，所述底电极1和顶电极7为导热性能良好的金属材料，例如但不限于：金、银、铜、铝、镍、钛、钴、钯或铂，或者也可以采用金属合金来形成，例如但不限于：金铂合金、银铝合金、镍铝合金、镍钛合金等，可以采用金属溅射的工艺来形成底电极和顶电极；
其中，底透明导电层22和顶透明导电层61通过采用化学气相淀积（CVD）工艺来形成；首先通过淀积导电性能良好的金属化合物材料，例如但不限于：ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＭｇＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＴｉＯ2或ＩＴＯ，从而形成平坦的底透明电极层和顶透明电极层，然后通过光刻、刻蚀等工艺，从而在平坦底透明电极层和顶透明电极层上分别定义出凸块，从而在截面上看，最终形成外形与方波相同的所述底透明电极层22和顶透明电极层61；并且底透明电极层22凸块的边缘与顶透明电极层62凸块的边缘对齐，见图1，由虚线A1和A2所示，底透明电极层22凸块的边缘与与顶透明电极层61凸块的边缘对齐；
其中，p型半导体层3为p型GaN层或p型AlGaN层，n型半导体层5为n型GaN层或n型AlGaN层，半导体发光层4为交替形成的超晶格结构的AlxInyGazN/AIxInyGazP多量子阱层，其中x+y+z=1、并且0<x≤0.05、0<y≤0.05、0<z≤0.9；
其中，底粗化层21和顶粗化层62为ITO层，底粗化层21和顶粗化层62均匀覆盖在底透明电极层22和顶透明电极层61具有凸块的表面上，并且底粗化层21和顶粗化层62的厚度相同，都为80-100nm；
其中，底透明电极层22没有凸块的区域的厚度为0.5-1微米，具有凸块的区域的厚度为5-10微米；同样的，顶透明电极层61没有凸块的区域的厚度为0.5-1微米，具有凸块的区域的厚度为5-10微米；对于底电极1和顶电极3来说，其厚度无需特别要求，只要底电极1和顶电极3分别将底粗化层和顶粗化层覆盖即可。
其中，底透明电极层22凸块的宽度与两个凸块之间的距离相同，顶透明电极层61凸块的宽度与两个凸块之间的距离也相同；在某些场合，如果需要粗化层的粗化面积更大，那么凸块之间的距离可以与凸块的宽度不同，例如凸块宽度为凸块之间距离的1.5-2倍。
实施例2
下面介绍本发明的优选实施例。
本发明提出的高出光效率的垂直型发光二极管在制造方法依次包括如下步骤：
（1）形成底电极1；
（2）在底电极1上形成底粗化层21；
（3）在底粗化层21上形成底透明导电层22；
（4）在底透明导电层22上形成p型半导体层3；
（5）在p型半导体层3上形成半导体发光层4；
（6）在半导体发光层4上形成n型半导体层5；
（7）在n型半导体层5上形成顶透明导电层61；
（8）在顶透明导电层61上形成顶粗化层62；
（9）在顶粗化层62上形成顶电极7。
具体来说，上述步骤首先形成平坦的底电极，然后通过光刻、刻蚀工艺定义出具有凸块的底电极；此后在底电极1表面上淀积ITO层，通过化学腐蚀的方式腐蚀该ITO层，从而形成粗化的底粗化层21，接着淀积透明导电材料来形成底透明电极层，经过对底透明电极层的上表面平坦化以后，紧接着，采用常规的发光二极管制造工艺在底透明电极层上依次形成p型半导体层3、半导体发光层4和n型半导体反光层5；然后在淀积透明导电材料来形成平坦的顶透明电极层，经过对平坦的顶透明电极层进行光刻、刻蚀工艺，从而形成具有凸块的顶透明电极层61；此后在具有凸块的顶透明电极层61上均匀淀积ITO材料；对该ITO材料进行化学腐蚀，从而形成顶粗化层62，最后在顶粗化层62上溅射导热性能良好的金属材料，从而形成顶电极7，并完成垂直型发光二极管的制作。
其中，所述底电极1和顶电极7为导热性能良好的金属材料，例如但不限于：金、银、铜、铝、镍、钛、钴、钯或铂，或者也可以采用金属合金来形成，例如但不限于：金铂合金、银铝合金、镍铝合金、镍钛合金等，可以采用金属溅射的工艺来形成底电极和顶电极；
其中，底透明导电层22和顶透明导电层61通过采用化学气相淀积（CVD）工艺来形成；首先通过淀积导电性能良好的金属化合物材料，例如但不限于：ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＭｇＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＴｉＯ2或ＩＴＯ，从而形成平坦的底透明电极层和顶透明电极层，然后通过光刻、刻蚀等工艺，从而在平坦底透明电极层和顶透明电极层上分别定义出凸块，从而在截面上看，最终形成外形与方波相同的所述底透明电极层22和顶透明电极层61；并且底透明电极层22凸块的边缘与顶透明电极层62凸块的边缘对齐，见图1，由虚线A1和A2所示，底透明电极层22凸块的边缘与与顶透明电极层61凸块的边缘对齐；
其中，p型半导体层3为p型GaN层或p型AlGaN层，n型半导体层5为n型GaN层或n型AlGaN层，半导体发光层4为交替形成的超晶格结构的AlxInyGazN/AIxInyGazP多量子阱层，其中x+y+z=1、并且0<x≤0.05、0<y≤0.05、0<z≤0.9；
其中，底粗化层21和顶粗化层62为ITO层，底粗化层21和顶粗化层62均匀覆盖在底透明电极层22和顶透明电极层61具有凸块的表面上，并且底粗化层21和顶粗化层62的厚度相同，都为90nm；
其中，底透明电极层22没有凸块的区域的厚度为0.8微米，具有凸块的区域的厚度为7微米；同样的，顶透明电极层61没有凸块的区域的厚度为0.8微米，具有凸块的区域的厚度为7微米；对于底电极1和顶电极3来说，其厚度无需特别要求，只要底电极1和顶电极3分别将底粗化层和顶粗化层覆盖即可。
其中，底透明电极层22凸块的宽度与两个凸块之间的距离相同，顶透明电极层61凸块的宽度与两个凸块之间的距离也相同；在某些场合，如果需要粗化层的粗化面积更大，那么凸块之间的距离可以与凸块的宽度不同，例如凸块宽度为凸块之间距离的1.6倍。
至此，上述描述已经详细的说明了本发明的发光二极管结构的制造方法，相对于现有技术，本发明能够大幅度提高发光亮度。前文的描述的实施例仅仅只是本发明的优选实施例，其并非用于限定本发明。本领域技术人员在不脱离本发明精神的前提下，可对本发明做任何的修改，而本发明的保护范围由所附的权利要求来限定。

Claims (3)

1.一种高出光效率的垂直型发光二极管的制造方法，依次包括如下步骤：
(1)形成底电极；
(2)在底电极上形成底粗化层；
(3)在底粗化层上形成底透明导电层；
(4)在底透明导电层上形成p型半导体层；
(5)在p型半导体层上形成半导体发光层；
(6)在半导体发光层上形成n型半导体层；
(7)在n型半导体层上形成顶透明导电层；
(8)在顶透明导电层上形成顶粗化层；
(9)在顶粗化层上形成顶电极；
其中，p型半导体层为p型GaN层或p型AlGaN层，n型半导体层为n型GaN层或n型AlGaN层，半导体发光层为交替形成的超晶格结构的AlxInyGazN/AIxInyGazP多量子阱层，其中x+y+z＝1、并且0<x≤0.05、0<y≤0.05、0<z≤0.9；
其中，底透明导电层和顶透明导电层分别具有凸块，从截面上看，所述底透明导电层和顶透明导电层的外形与方波相同；并且底透明导电层凸块的边缘与顶透明导电层凸块的边缘对齐。
2.如权利要求1所述的高出光效率的垂直型发光二极管的制造方法，其特征在于：
底粗化层和顶粗化层为ITO层，底粗化层和顶粗化层均匀覆盖在底透明导电层和顶透明导电层具有凸块的表面上，并且底粗化层和顶粗化层的厚度相同，都为80-100nm；底透明导电层没有凸块的区域的厚度为0.5-1微米，具有凸块的区域的厚度为5-10微米；同样的，顶透明导电层没有凸块的区域的厚度为0.5-1微米，具有凸块的区域的厚度为5-10微米。
3.如权利要求2所述的高出光效率的垂直型发光二极管的制造的方法，其特征在于：
底透明导电层以及顶透明导电层凸块的宽度与凸块之间的距离之比为1.5-2。
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