CN104064633A - 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，包括：1）于半导体衬底表面形成至少包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构；2）形成N电极制备区域；3）于所述P型层表面制作具有沉积窗口的光刻胶，并于所述光刻胶表面及沉积窗口形成高反射金属层；4）采用剥离工艺去除所述光刻胶及高反射金属层，形成金属反射镜；5）形成透明导电层；6）于所述金属反射镜垂向对应的透明导电层表面制备P电极，并于所述N电极制备区域表面制备N电极。本发明通过于P电极下方增加一金属反射镜，可以有效减少P电极对光线的吸收，提高发光二极管的发光效率。
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。
对于一般正装结构的发光二极管，其出光面一般为正面出光，这种结构存在以下问题：P电极下方的电流密度较大，发光效率也较高，但由于P电极一般不透光并且会吸收大部分的光线，因此会造成电流的浪费和出光率的降低。现有的解决方法是，对P电极下方的p-GaN面积部分进行钝化，使其成为电绝缘性，或者在P电极下面沉积SiO2等绝缘层，减少电流在P电极下面直接注入以节省电流，这种结构的发光二极管同样存在以下两个问题：1）在活性区所产生的光子仍有部分能够穿过电绝缘区或SiO2绝缘层被P电极所吸收，造成出光效率下降。2）由于绝缘去或绝缘层的电流阻挡作用，P电极下方的发光外延结构的发光率很低，同样会降低发光二极管整体的发光效率。
因此，提供一种能有效解决P电极对光线的吸收以及由于电流阻挡作用导致发光二极管发光效率降低等问题的方法实属必要。
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P电极对光线的吸收以及由于电流阻挡作用导致发光二极管发光效率降低等问题。
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形成至少包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构；
2）采用光刻工艺形成N电极制备区域；
3）于所述P型层表面制作具有沉积窗口的光刻胶，并于所述光刻胶表面及沉积窗口对应的P型层表面形成高反射金属层；
4）采用剥离工艺去除所述光刻胶及光刻胶表面的高反射金属层，于所述P型层表面形成金属反射镜；
5）于所述金属反射镜及P型层表面形成透明导电层；
6）于所述金属反射镜垂向对应的透明导电层表面制备P电极，并于所述N电极制备区域表面制备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，所述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GaN/InGaN多量子阱层，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，步骤2）所述的N电极制备区域为去除了部分的P型层、量子阱层及N型层所获得的N型层平台。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，采用溅射法或蒸镀法形成所述高反射金属层。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，所述高反射金属层结构为Al/Ni/Au叠层或Ag/Ni/Au叠层。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，所述高反射金属层的厚度为575～1150A。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，所述高反射金属层的宽度大于或等于所述P电极的宽度。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，所述高反射金属层的宽度与P电极的宽度之差为0～6μm。
如上所述，本发明提供一种发光二极管的制造方法，包括：1）提供一半导体衬底，于所述半导体衬底表面形成至少包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构；2）采用光刻工艺形成N电极制备区域；3）于所述P型层表面制作具有沉积窗口的光刻胶，并于所述光刻胶表面及沉积窗口对应的P型层表面形成高反射金属层；4）采用剥离工艺去除所述光刻胶及光刻胶表面的高反射金属层，于所述P型层表面形成金属反射镜；5）于所述金属反射镜及P型层表面形成透明导电层；6）于所述金属反射镜垂向对应的透明导电层表面制备P电极，并于所述N电极制备区域表面制备N电极。本发明通过于P电极下方增加一金属反射镜，可以有效减少P电极对光线的吸收，并保证P电极下方的发光外延有效发光，提高发光二极管的发光效率。本发明工艺简单，可以有效提高发光二极管的发光效率，适用于工业生产。
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6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7显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤5）所呈现的结构示意图。
图8显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤6）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 光刻胶
107 高反射金属层
108 透明导电层
109 P电极
110 N电极
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8。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。
如图1～图8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表面形成至少包括N型层102、量子阱层103及P型层104的发光外延结构。
作为示例，所述半导体衬底101为蓝宝石衬底，可以为平片型的蓝宝石衬底或者图形蓝宝石衬底。当然，也可以为Si衬底、SiC衬底等半导体衬底。
作为示例，采用化学气相沉积法形成所述发光外延结构。
作为示例，所述N型层102为N-GaN层，所述量子阱层103为GaN/InGaN多量子阱层103，所述P型层104为P-GaN层。当然，所述发光外延结构也可以是如GaAs（砷化镓）基、GaP（磷化镓）基、GaAsP（磷砷化镓）基等发光外延结构。
如图3所示，然后进行步骤2），采用光刻工艺形成N电极制备区域105；
作为示例，所述的N电极制备区域105为去除了部分的P型层104、量子阱层103及N型层102所获得的N型层平台。具体地，包括步骤：
2-1）于所述P型层104表面形成于欲制备N电极的区域具有刻蚀窗口的光刻图形；
2-2）采用ICP刻蚀法刻蚀所述刻蚀窗口下方的P型层104、量子阱层103，并去除部分的N型层102获得N型层制备平台；
2-3）去除所述光刻图形。
如图4～图5所示，接着进行步骤3），于所述P型层104表面制作具有沉积窗口的光刻胶106，并于所述光刻胶106表面及沉积窗口对应的P型层104表面形成高反射金属层107。
作为示例，所述光刻胶106应该具有表面平整、容易去除等特点。在本实施例中，所述光刻胶106为负性光刻胶。
作为示例，采用溅射法或蒸镀法形成所述高反射金属层107，在本实施例中，采用溅射法形成所述高反射金属层107。
作为示例，所述高反射金属层107的材料为Al/Ni/Au叠层或Ag/Ni/Au叠层，当然，所述高反射金属层107也可以采用其它的高反射率的金属或金属叠层，并不限于此处所列举的两种。
作为示例，所述高反射金属层107的厚度为575～1150A。优选为800～1000A。
作为示例，所述沉积窗口的设计宽度应该大于或等于后续工艺制作的P电极109的宽度。
如图6所示，然后进行步骤4），采用剥离工艺去除所述光刻胶106及光刻胶106表面的高反射金属层107，于所述P型层104表面形成金属反射镜。
具体地，对已经过会话处理的光刻胶106进行清洗工艺，使所述光刻胶106溶解，光刻胶106溶解同时，其表面的高反射金属层107也随之剥离，最后只保留沉积于所述P型层104表面的金属层，作为金属反射镜。
作为示例，所述高反射金属层107的宽度大于或等于所述P电极109的宽度。
作为示例，为了不影响发光二极管的正面出光面积，所述高反射金属层107的宽度与P电极109的宽度之差为0～6μm。
由于需要制作高反射率的反射镜，若采用常规的曝光-刻蚀工艺进行制作，由于金属的高反射率，在曝光时光线容易产生较多的交联反应，会严重影响光刻的精度。本发明选用剥离工艺作为制作的方法，可以有效地克服以上的缺点，获得精度较高的金属反射镜。
由于反射镜的材料为金属材料，故P电极下方的发光外延结构也能发光，其光线会被所述金属反射镜反射而不被P电极吸收，因而可以提高发光二极管的发光效率。
如图7所示，接着进行步骤5），于所述金属反射镜及P型层104表面形成透明导电层108。
作为示例，采用溅射法或电镀法形成所述透明导电层108，所述透明导电层108的材料优选为ITO透明导电层。
如图8所示，最后进行步骤6），于与所述金属反射镜垂向对应的透明导电层108表面制备P电极109，并于所述N电极制备区域105表面制备N电极110。
综上所述，本发明提供一种发光二极管的制造方法，包括：1）提供一半导体衬底101，于所述半导体衬底101表面形成至少包括N型层102、量子阱层103及P型层104的发光外延结构；2）采用光刻工艺形成N电极制备区域105；3）于所述P型层104表面制作具有沉积窗口的光刻胶106，并于所述光刻胶106表面及沉积窗口对应的P型层104表面形成高反射金属层107；4）采用剥离工艺去除所述光刻胶106及光刻胶106表面的高反射金属层107，于所述P型层104表面形成金属反射镜；5）于所述金属反射镜及P型层104表面形成透明导电层108；6）于所述金属反射镜垂向对应的透明导电层108表面制备P电极109，并于所述N电极制备区域105表面制备N电极110。本发明通过于P电极下方增加一金属反射镜，可以有效减少P电极对光线的吸收，并保证P电极下方的发光外延有效发光，提高发光二极管的发光效率。本发明工艺简单，可以有效提高发光二极管的发光效率，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，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形成至少包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构；
2）采用光刻工艺形成N电极制备区域；
3）于所述P型层表面制作具有沉积窗口的光刻胶，并于所述光刻胶表面及沉积窗口对应的P型层表面形成高反射金属层；
4）采用剥离工艺去除所述光刻胶及光刻胶表面的高反射金属层，于所述P型层表面形成金属反射镜；
5）于所述金属反射镜及P型层表面形成透明导电层；
6）于所述金属反射镜垂向对应的透明导电层表面制备P电极，并于所述N电极制备区域表面制备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：所述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GaN/InGaN多量子阱层，所述P型层为P-GaN层。
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：步骤2）所述的N电极制备区域为去除了部分的P型层、量子阱层及N型层所获得的N型层平台。
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：采用溅射法或蒸镀法形成所述高反射金属层。
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：所述高反射金属层结构为Al/Ni/Au叠层或Ag/Ni/Au叠层。
6.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：所述高反射金属层的厚度为575～1150A。
7.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：所述高反射金属层的宽度大于或等于所述P电极的宽度。
8.根据权利要求7所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述高反射金属层的宽度与P电极的宽度之差为0～6μm。
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