CN103700734B - 一种发光二极管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发光二极管的制造方法，于所述半导体衬底表面沉积至少包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构；然后刻蚀所述P型层及量子阱层以形成N电极制备区域；接着于所述P型层表面形成第一透明导电层，并采用光刻工艺刻蚀所述第一透明导电层，以形成多个呈周期排列且贯穿所述透明导电层的开孔；然后于各该开孔内制作反射镜；最后于所述第一透明导电层及各该反射镜表面制作第二透明导电层并制作P电极及N电极。本发明具有以下有益效果：本发明将高反射材料均匀地填充在透明导电层的周期性孔洞中，可以实现发光二极管光线的均匀出射，提高发光区光的出射效率。
Description
技术领域
本发明属于半导体照明领域，特别是涉及一种发光二极管的制造方法。
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。
现有一种发光二极管芯片的制备方法包括步骤：外延生长、外延清洗、N面台阶刻蚀、涂保护胶、正划、清洗、ITO蒸镀、ITO光刻、N电极和P电极制备、表面钝化层制备、减薄、背镀反射镜。现有的另一种发光二极管芯片的制备方法包括步骤：外延生长、外延清洗、N面台阶刻蚀、涂保护胶、正划、清洗、P电极层下垫SiO2沉积、P电极层下垫SiO2蚀刻、ITO蒸镀、ITO光刻、N电极和P电极制备、表面钝化层制备、减薄、背镀反射镜。然而，以上两种发光二极管的电流扩展往往不够均匀而导致电流的浪费及发光效率的降低；而且，由于出光面在全反射时具有较大的光吸收率，会导致出光率的降低；再者，由于出光面没有任何限制，可能导致出光的不均匀。
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的制造方法，用于解决现有技术中发光二极管电流扩展不均匀、出光面光吸收过大、出光不均匀等问题。
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，所述制造方法至少包括以下步骤：
1）提供一半导体衬底，于所述半导体衬底表面沉积至少包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构；
2）刻蚀所述P型层及量子阱层以形成N电极制备区域；
3）于所述P型层表面形成第一透明导电层，并采用光刻工艺刻蚀所述第一透明导电层，以形成多个呈周期排列且贯穿所述透明导电层的开孔；
4）于各该开孔内制作反射镜；
5）制作P电极及N电极。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，步骤5）中，P电极制作包括步骤：
5-1）于所述第一透明导电层及各该反射镜表面制作第二透明导电层；
5-2）于所述第二透明导电层表面制作P电极。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，所述开孔的面积总和为所述P型层面积的40%~60%。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，各该开孔的周期排列方式为四方阵列排列或六方阵列排列。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，各该开孔为圆孔，且圆孔的孔径为nλ/4，其中，n为整数，λ为发光二极管发出光线的波长。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，各该开孔为正六边形孔，且所述正六边形的对角线长度为nλ/4，其中，n为整数，λ为发光二极管发出光线的波长。
在本发明的发光二极管的制造方法中，各该反射镜的垂直反射率大于70%。
在本发明的发光二极管的制造方法中，所述反射镜的材料为Al层、Ag层、Al层-Au层-Ni层叠层、Ag层-Au层-Ni层叠层、Al层-SiO2层叠层或Ag层-SiO2叠层。
在本发明的发光二极管的制造方法中，步骤1）中所述的半导体衬底为蓝宝石衬底，所述N型层为N-GaN层，所述量子阱层为InGaN层，所述P型层为P-GaN层。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，所述步骤5）以后还包括从下表面减薄所述半导体衬底，并于该半导体衬底下表面制作背镀反射层的步骤。
如上所述，本发明提供一种发光二极管的制造方法，于所述半导体衬底表面沉积至少包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构；然后刻蚀所述P型层及量子阱层以形成N电极制备区域；接着于所述P型层表面形成第一透明导电层，并采用光刻工艺刻蚀所述第一透明导电层，以形成多个呈周期排列且贯穿所述透明导电层的开孔；然后于各该开孔内制作反射镜；最后于所述第一透明导电层及各该反射镜表面制作第二透明导电层并制作P电极及N电极。本发明具有以下有益效果：1）有利于电流扩展，使得电流扩展均匀；2）周期性紧密排列的开孔中所填充的高反材料，使得没有透出接触层的光以非常低的光吸收反射回来，大大降低了传统接触层中的光吸收，有利于提高光的提取效率；3）透明电极周期性开孔的面积占整个p-GaN面积的40~60%，且呈周期性间隔分布，以使得电流均匀分布和光的均匀发射。
附图说明
图1~图2显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤1）所呈现的结构示意图。
图3显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤2）所呈现的结构示意图。
图4~图5显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤3）所呈现的结构示意图。
图6a~图6c显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤4）所呈现的结构示意图。
图7a~图7b显示为本发明的发光二极管的制造方法实施例1中步骤5）所呈现的结构示意图。
图8a~图8b显示为本发明的发光二极管的制造方法实施例2中步骤5）所呈现的结构示意图。
元件标号说明
101 半导体衬底
102 N型层
103 量子阱层
104 P型层
105 N电极制备区域
106 第一透明导电层
107 开孔
108 反射镜
109 第二透明导电层
110 P电极
111 N电极
112 背镀反射层
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1~图8b。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。
实施例1
如图1~图7b所示，本实施例提供一种发光二极管的制造方法，所述制造方法至少包括以下步骤：
如图1~图2所示，首先进行步骤1），提供一半导体衬底101，于所述半导体衬底101表面沉积至少包括N型层102、量子阱层103、P型层104的发光外延结构。
所述半导体衬底101为Si衬底、SiC衬底、AsGa衬底、蓝宝石衬底等，在本实施例中，所述的半导体衬底101为蓝宝石衬底。所述N型层102为N-GaN层、N-GaP层等，所述量子阱层103为InGaN层、AlInGaP层等，所述P型层104为P-GaN层、P-GaP层等。在本实施例中，所述N型层102为N-GaN层，所述量子阱层103为InGaN层，所述P型层104为P-GaN层，制备方法为化学气相沉积法。当然，在其它的实施例中，可以选用其它的发光外延层，其制备方法也可以选用一切预期的外延手段。
如图3所示，然后进行步骤2），刻蚀所述P型层104及量子阱层103以形成N电极制备区域105。
在本实施例中，先制作光刻掩膜版，然后采用ICP刻蚀法刻蚀所述P型层104及量子阱层103以形成N电极制备区域105。
如图4~图5所示，接着进行步骤3），于所述P型层表面形成第一透明导电层106，并采用光刻工艺刻蚀所述第一透明导电层106，以形成多个呈周期排列且贯穿所述透明导电层的开孔107，以实现所述第一透明导电层106的图案化。
所述开孔的面积总和为所述P型层面积的40%~60%，由于此面积比例在后续的工艺中实际是各该反射镜的面积总和与所述P型层面积的比例，此面积比例可以有效的增加电流分布的均匀性及出光的均匀性。
所述第一透明导电层106为ITO、ATO、FTO或AZO，在本实施例中，所述第一透明导电层106为ITO。然后按所需图形制备光刻掩膜版，采用ICP刻蚀法刻蚀所述第一透明导电层106，以形成多个呈周期排列且贯穿所述透明导电层的开孔107。
为了进一步提高本发明的发光二极管的出光均匀性及出光效率，各该开孔107的周期排列方式为四方阵列排列或六方阵列排列。当然，在其它的实施例中，也可以采用其它的周期排列方式进行开孔107的制作，以达到所需的工艺效果。
在本实施例中，各该开孔107为圆孔，且圆孔的孔径为nλ/4，其中，n为整数，λ为发光二极管发出光线的波长。在另一实施例中，各该开孔107为正六边形孔，且所述正六边形的对角线长度为nλ/4，其中，n为整数，λ为发光二极管发出光线的波长。当然，所述开孔107的形状并不止限定于上述的两种方案，在其它的实施例中，所述开孔107的形状可以为其它的多边形、圆角多边形等形状。需要说明的是，各该开孔107之间的距离可根据实际需求进行确定，在本实施例中，各该开孔107之间的距离与开孔107的孔径相等。
如图6a~图6c所示，接着进行步骤4），于各该开孔107内制作反射镜108。
在本实施例中，要求所述反射镜108的垂直反射率大于70%。所述反射镜108的材料为Al层、Ag层、Al层-Au层-Ni层叠层、Ag层-Au层-Ni层叠层、Al层-SiO2层叠层或Ag层-SiO2叠层。
具体地，在本实施例中，采用蒸镀的方法于各该开孔107内蒸镀或溅射Al层以形成所述反射镜108。
在另一实施例中，采用蒸镀的方法于各该开孔107内蒸镀或溅射Ag层以形成所述反射镜108。
在又一实施例中，采用蒸镀的方法依次于各该开孔107内依次蒸镀或溅射Al、Au、Ni以形成所述反射镜108。
在又一实施例中，采用蒸镀的方法依次于各该开孔107内蒸镀或溅射Ag、Au、Ni以形成所述反射镜108。
在又一实施例中，采用蒸镀的方法依次于各该开孔107内蒸镀或溅射Ag，然后采用化学气相沉积法沉积SiO2以形成所述反射镜108。
在又一实施例中，采用蒸镀的方法依次于各该开孔107内蒸镀或溅射Al，然后采用化学气相沉积法沉积SiO2以形成所述反射镜108。
当然，在其它的实施例中，还可以采用其它的组合方式制作所述反射镜108。
如图7a~图7b所示，最后进行步骤5），制作P电极110及N电极111。
在本实施例中，采用蒸镀或溅射的方式于所述第一透明导电层106表面制作P电极110，采用蒸镀或溅射的方式于所述N电极制备区域105制备N电极111。
需要说明的是，对于一般大功率的发光二极管，本步骤还包括从下表面减薄所述半导体衬底101并在所述半导体衬底101背面制作背镀反射层112的步骤，所述背镀反射层112一般为金属层或/及介电层，以提器件的发光效率。一般来说，可以采用研磨或湿法腐蚀等方法减薄所述半导体衬底101，所述金属层可以为Cu、Ag、Pt、Al、Au、Ti或其复合的金属层，所述介电层可以为SiO2、Ti2O5等或其复合层，但不限定于此处所列举的几种，在实际的制作过程中，可根据需求选择一切符合要求的背镀反射层112。
实施例2
如图8a~图8b所示，本实施例提供一种发光二极管的制造方法，其基本步骤如实施例1，其中，步骤5）中，P电极110制作包括步骤：
5-1）于所述第一透明导电层106及各该反射镜108表面制作第二透明导电层109；
5-2）于所述第二透明导电层109表面制作P电极110。
所述第一透明导电层106及第二透明导电层109共同作为所述发光二极管的电流扩展层。所述第二透明导电层109为ITO、ATO、FTO或AZO，在本实施例中，所述第二透明导电层109为ITO。
综上所述，本发明提供一种发光二极管的制造方法，先于所述半导体衬底表面沉积至少包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构；然后刻蚀所述P型层及量子阱层以形成N电极制备区域；接着于所述P型层表面形成第一透明导电层，并采用光刻工艺刻蚀所述第一透明导电层，以形成多个呈周期排列且贯穿所述透明导电层的开孔；然后于各该开孔内制作反射镜；最后于所述第一透明导电层及各该反射镜表面制作第二透明导电层并制作P电极及N电极。本发明具有以下有益效果：1）有利于电流扩展，使得电流扩展均匀；2）周期性紧密排列的开孔中所填充的高反材料，使得没有透出接触层的光以非常低的光吸收反射回来，大大降低了传统接触层中的光吸收，有利于提高光的提取效率；3）透明电极周期性开孔的面积占整个p型层面积的40~60%，且呈周期性间隔分布，以使得电流均匀分布和光的均匀发射。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 (10)
1.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，所述制造方法至少包括以下步骤：
1）提供一半导体衬底，于所述半导体衬底表面沉积至少包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构；
2）刻蚀所述P型层及量子阱层以形成N电极制备区域；
3）于所述P型层表面形成第一透明导电层，并采用光刻工艺刻蚀所述第一透明导电层，以形成多个呈周期排列且贯穿所述透明导电层的开孔；
4）于各该开孔内制作反射镜；
5）制作P电极及N电极。
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：步骤5）中，P电极的制作包括步骤：
5-1）于所述第一透明导电层及各该反射镜表面制作第二透明导电层；
5-2）于所述第二透明导电层表面制作P电极。
3.根据权利要求2所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述开孔的面积总和为所述P型层面积的40%~60%。
4.根据权利要求1或2所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：各该开孔的周期排列方式为四方阵列排列或六方阵列排列。
5.根据权利要求1或2所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：各该开孔为圆孔，且圆孔的孔径为nλ/4，其中，n为整数，λ为发光二极管发出光线的波长。
6.根据权利要求1或2所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：各该开孔为正六边形孔，且所述正六边形的对角线长度为nλ/4，其中，n为整数，λ为发光二极管发出光线的波长。
7.根据权利要求1或2所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：各该反射镜的垂直反射率大于70%。
8.根据权利要求1或2所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述反射镜的材料为Al层、Ag层、Al层-Au层-Ni层叠层、Ag层-Au层-Ni层叠层、Al层-SiO2层叠层或Ag层-SiO2叠层。
9.根据权利要求1或2所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：步骤1）中所述的半导体衬底为蓝宝石衬底，所述N型层为N-GaN层，所述量子阱层为InGaN层，所述P型层为P-GaN层。
10.根据权利要求1或2所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述步骤5）以后还包括从下表面减薄所述半导体衬底，并于该半导体衬底下表面制作背镀反射层的步骤。
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