CN103594582B - 一种高出光效率的垂直型发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种垂直型发光二极管的制造方法，依次包括如下步骤：（1）在底电极上依次形成第一底透明导电层、底粗化层和第二底透明导电层；（2）在第二底透明导电层上依次形成p型半导体层、半导体发光层和n型半导体层；（3）在n型半导体层上依次形成第一顶透明导电层、顶粗化层和第二顶透明导电层；（4）在第二顶透明导电层上形成顶电极。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别涉及一种高出光效率的垂直型发光二极管。
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）在底电极上依次形成第一底透明导电层、底粗化层和第二底透明导电层；
（2）在第二底透明导电层上依次形成p型半导体层、半导体发光层和n型半导体层；
（3）在n型半导体层上依次形成第一顶透明导电层、顶粗化层和第二顶透明导电层；
（4）在第二顶透明导电层上形成顶电极；
其中，步骤（1）的工艺过程为：在底电极1上淀积透明导电材料，对透明导电材料进行光刻、刻蚀后形成柱形凸起；对该凸起进行高温加热，从而将凸起熔化，熔化后的凸起自然收缩成半球形，然后经冷却后形成半球形的第一底透明导电层；然后采用化学腐蚀工艺在第一底透明导电层的球形表面以及第一底透明导电层之间形成底粗化层，然后在底粗化层的上表面淀积透明导电材料，经平坦化后得到第二底透明导电层；
其中，步骤（3）的工艺过程为：在n型半导体层上淀积透明导电材料，对透明导电材料进行光刻、刻蚀后形成柱形凸起；对该凸起进行高温加热，从而将凸起熔化，熔化后的凸起自然收缩成半球形，然后经冷却后形成半球形的第一顶透明导电层；然后采用化学腐蚀工艺在第一顶透明导电层的球形表面以及第一顶透明导电层之间形成顶粗化层，然后在顶粗化层的上表面淀积透明导电材料，经平坦化后得到第二顶透明导电层；
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。
其中，第一底透明导电层、第二底透明导电层、第一顶透明导电层和第二顶透明导电层为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;从截面上看，所述半球形的第一底透明电极层和半球形的第一顶透明电极层的球形边缘对齐；
进一步的，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；
进一步的，底粗化层和顶粗化层为ITO层，底粗化层均匀覆盖在第一底透明电极层的半球形表面以及半球形的第一底透明导电层之间的区域表面；同样的，顶粗化层均匀覆盖在第一顶透明电极层的半球形表面以及半球形的第一顶透明导电层之间的区域表面；并且底粗化层和顶粗化层的厚度相同，都为60-70nm；
进一步的，半球形的第一底透明导电层的半径为6-9微米，第一底透明导电层两个半球之间的间距为2-3微米；同样的，半球形的第一顶透明导电层的半径为6-9微米，第一顶透明导电层两个半球之间的间距为2-3微米；
进一步的，第一底透明导电层的下表面与第二底透明导电层的上表面之间的间距为10-12微米；同样的，第一顶透明导电层的下表面与第二顶透明导电层的上表面之间的间距为10-12微米。
附图说明
图1-5为本发明提出的发光二极管制造方法的流程示意图。
具体实施方式
实施例1
参见图1-5，本发明提出的发光二极管的制造方法依次包括如下步骤：
（1）在底电极1上依次形成第一底透明导电层21、底粗化层2和第二底透明导电层22；
（2）在第二底透明导电层22上依次形成p型半导体层3、半导体发光层4和n型半导体层5；
（3）在n型半导体层5上依次形成第一顶透明导电层61、顶粗化层6和第二顶透明导电层62；
（4）在第二顶透明导电层62上形成顶电极7；
其中，步骤（1）的工艺过程为：在底电极1上淀积透明导电材料，对透明导电材料进行光刻、刻蚀后形成柱形凸起21a；对该凸起21a进行高温加热，从而将凸起21a熔化，熔化后的凸起21a自然收缩成半球形，然后经冷却后形成半球形的第一底透明导电层21；然后采用化学腐蚀工艺在第一底透明导电层21的球形表面以及第一底透明导电层21之间形成底粗化层2，然后在底粗化层2的上表面淀积透明导电材料，经平坦化后得到第二底透明导电层22；
其中，步骤（3）的工艺过程为：在n型半导体层5上淀积透明导电材料，对透明导电材料进行光刻、刻蚀后形成柱形凸起61a；对该凸起61a进行高温加热，从而将凸起61a熔化，熔化后的凸起61a自然收缩成半球形，然后经冷却后形成半球形的第一顶透明导电层61；然后采用化学腐蚀工艺在第一顶透明导电层61的球形表面以及第一顶透明导电层61之间形成顶粗化层6，然后在顶粗化层6的上表面淀积透明导电材料，经平坦化后得到第二顶透明导电层62；
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。
其中，第一底透明导电层21、第二底透明导电层22、第一顶透明导电层61和第二顶透明导电层62为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;从截面上看，所述半球形的第一底透明电极层21和半球形的第一顶透明电极层61的球形边缘对齐，参见图5，所述球形边缘以虚线A和B对齐；
进一步的，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；
进一步的，底粗化层2和顶粗化层6为ITO层，底粗化层2均匀覆盖在第一底透明电极层21的半球形表面以及半球形的第一底透明导电层21之间的区域表面；同样的，顶粗化层6均匀覆盖在第一顶透明电极层61的半球形表面以及半球形的第一顶透明导电层61之间的区域表面；并且底粗化层2和顶粗化层6的厚度相同，都为60-70nm；
进一步的，半球形的第一底透明导电层21的半径为6-9微米，第一底透明导电层21两个半球之间的间距为2-3微米；同样的，半球形的第一顶透明导电层61的半径为6-9微米，第一顶透明导电层61两个半球之间的间距为2-3微米；
进一步的，第一底透明导电层21的下表面与第二底透明导电层22的上表面之间的间距为10-12微米；同样的，第一顶透明导电层61的下表面与第二顶透明导电层62的上表面之间的间距为10-12微米。
实施例2
下面介绍本发明的优选实施例。
参见图1-5，本发明提出的发光二极管的制造方法依次包括如下步骤：
（1）在底电极1上依次形成第一底透明导电层21、底粗化层2和第二底透明导电层22；
（2）在第二底透明导电层22上依次形成p型半导体层3、半导体发光层4和n型半导体层5；
（3）在n型半导体层5上依次形成第一顶透明导电层61、顶粗化层6和第二顶透明导电层62；
（4）在第二顶透明导电层62上形成顶电极7；
其中，步骤（1）的工艺过程为：在底电极1上淀积透明导电材料，对透明导电材料进行光刻、刻蚀后形成柱形凸起21a；对该凸起21a进行高温加热，从而将凸起21a熔化，熔化后的凸起21a自然收缩成半球形，然后经冷却后形成半球形的第一底透明导电层21；然后采用化学腐蚀工艺在第一底透明导电层21的球形表面以及第一底透明导电层21之间形成底粗化层2，然后在底粗化层2的上表面淀积透明导电材料，经平坦化后得到第二底透明导电层22；
其中，步骤（3）的工艺过程为：在n型半导体层5上淀积透明导电材料，对透明导电材料进行光刻、刻蚀后形成柱形凸起61a；对该凸起61a进行高温加热，从而将凸起61a熔化，熔化后的凸起61a自然收缩成半球形，然后经冷却后形成半球形的第一顶透明导电层61；然后采用化学腐蚀工艺在第一顶透明导电层61的球形表面以及第一顶透明导电层61之间形成顶粗化层6，然后在顶粗化层6的上表面淀积透明导电材料，经平坦化后得到第二顶透明导电层62；
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。
其中，第一底透明导电层21、第二底透明导电层22、第一顶透明导电层61和第二顶透明导电层62为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;从截面上看，所述半球形的第一底透明电极层21和半球形的第一顶透明电极层61的球形边缘对齐，参见图5，所述球形边缘以虚线A和B对齐；
进一步的，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=0.045、y=0.55、z=0.9；
进一步的，底粗化层2和顶粗化层6为ITO层，底粗化层2均匀覆盖在第一底透明电极层21的半球形表面以及半球形的第一底透明导电层21之间的区域表面；同样的，顶粗化层6均匀覆盖在第一顶透明电极层61的半球形表面以及半球形的第一顶透明导电层61之间的区域表面；并且底粗化层2和顶粗化层6的厚度相同，都为65nm；
进一步的，半球形的第一底透明导电层21的半径为8微米，第一底透明导电层21两个半球之间的间距为2.5微米；同样的，半球形的第一顶透明导电层61的半径为8微米，第一顶透明导电层61两个半球之间的间距为2.5微米；
进一步的，第一底透明导电层21的下表面与第二底透明导电层22的上表面之间的间距为11微米；同样的，第一顶透明导电层61的下表面与第二顶透明导电层62的上表面之间的间距为11微米。
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，相对于现有的发光二极管，本发明提出的结构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 (2)
1.一种垂直型发光二极管的制造方法，依次包括如下步骤：
(1)在底电极上依次形成第一底透明导电层、底粗化层和第二底透明导电层；
(2)在第二底透明导电层上依次形成p型半导体层、半导体发光层和n型半导体层；
(3)在n型半导体层上依次形成第一顶透明导电层、顶粗化层和第二顶透明导电层；
(4)在第二顶透明导电层上形成顶电极；
其中，步骤(1)的工艺过程为：在底电极上淀积透明导电材料，对透明导电材料进行光刻、刻蚀后形成柱形凸起；对该凸起进行高温加热，从而将凸起熔化，熔化后的凸起自然收缩成半球形，然后经冷却后形成半球形的第一底透明导电层；然后采用化学腐蚀工艺在第一底透明导电层的球形表面以及第一底透明导电层之间形成底粗化层，然后在底粗化层的上表面淀积透明导电材料，经平坦化后得到第二底透明导电层；
其中，步骤(3)的工艺过程为：在n型半导体层上淀积透明导电材料，对透明导电材料进行光刻、刻蚀后形成柱形凸起；对该凸起进行高温加热，从而将凸起熔化，熔化后的凸起自然收缩成半球形，然后经冷却后形成半球形的第一顶透明导电层；然后采用化学腐蚀工艺在第一顶透明导电层的球形表面以及第一顶透明导电层之间形成顶粗化层，然后在顶粗化层的上表面淀积透明导电材料，经平坦化后得到第二顶透明导电层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
半球形的第一底透明导电层的半径为6-9微米，第一底透明导电层两个半球之间的间距为2-3微米；同样的，半球形的第一顶透明导电层的半径为6-9微米；第一顶透明导电层两个半球之间的间距为2-3微米。
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