CN104134728B - 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，包括步骤：1）于生长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）对P型层欲制备P电极的区域的表面制备图案化结构；4）于图案化结构表面形成金属反射镜；5）于金属反射镜表面形成透明绝缘层；6）于P型层及透明绝缘层表面形成电流扩展层；7）制作N电极及P电极。本发明于P电极下方增加金属反射镜/绝缘层结构，在节约电流的同时大大地降低了P电极对光线的吸收，对金属反射镜下方的P型层进行粗化，增加出光概率，同时有益于P电极的牢固性。本发明工艺步骤简单，适用于工业生产。
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，但是，对于这种结构的发光二极管，其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。
因此，提供一种能有效解决P电极对光线的吸收而导致发光二极管发光效率降低的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电极对光线的吸收导致发光二极管发光效率降低的问题。
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，至少包括以下步骤：
1）提供一生长衬底，于所述生长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）采用干法刻蚀或湿法腐蚀法对所述P型层欲制备P电极的区域的表面制备图案化结构；
4）于所述图案化结构表面形成金属反射镜；
5）于所述金属反射镜表面形成透明绝缘层；
6）于所述P型层及透明绝缘层表面形成电流扩展层；
7）于所述N电极制备区域表面制作N电极，于所述电流扩展层表面制作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N型层为N-GaN层，所述量子阱层为InGaN/GaN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3）包括以下步骤：
3-1）于所述P型层表面制备光刻掩膜层；
3-2）于所述P型层表面的光刻掩膜层上，在欲制备P电极的区域进行制作粗化处理的图案化结构的光刻图形；
3-3）采用干法刻蚀法或者湿法腐蚀法制备粗糙化处理的图案化图形；
3-4）去除制作粗化处理的图案化结构的光刻图形及光刻掩膜层。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，所述图案化结构的图形高度不大于100nm。
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4）包括以下步骤：
4-1）于所述P型层表面制作于所述图案化结构处具有沉积窗口的光刻胶；
4-2）于所述沉积窗口及所述光刻胶表面形成高反射金属层；
4-3）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，以于所述图案化结构表面处形成金属反射镜。
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4-2）中，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，所述金属反射镜为Al/Ni/Au叠层、Ag/Ni/Au叠层、Al/Cr/Au叠层、Ag/Cr/Au叠层、Al/Cr/Pt叠层、或Ag/Cr/Pt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，所述金属反射镜及透明绝缘层的总厚度不大于750nm。
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7）后还包括对所述生长衬底进行减薄及减薄后制作背镀反射镜的步骤。
如上所述，本发明提供一种发光二极管的制造方法，包括步骤：1）提供一生长衬底，于所述生长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）采用干法刻蚀或湿法腐蚀法对所述P型层欲制备P电极的区域的表面进行粗化处理形成图案化结构；4）于所述图案化结构表面形成金属反射镜；5）于所述金属反射镜表面形成透明绝缘层；6）于所述P型层及透明绝缘层表面形成电流扩展层；7）于所述N电极制备区域表面制作N电极，于所述电流扩展层表面制作P电极。本发明于P电极下方增加金属反射镜/绝缘层结构，在节约电流的同时大大地降低了P电极对光线的吸收，对金属反射镜下方的P型层进行粗化，增加出光概率，同时有益于P电极的牢固性。本发明工艺步骤简单，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～图8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9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10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。
图11～图12显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤7）所呈现的结构示意图。
元件标号说明
101 生长衬底
102 N型层
103 量子阱层
104 P型层
105 N电极制备区域
106 图案化结构
107 光刻胶
108 金属反射镜
109 透明绝缘层
110 电流扩展层
111 N电极
112 P电极
113 背镀反射镜
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12。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12所示，本实施例提供一种发光二极管的制造方法，至少包括以下步骤：
如图1～图2所示，首先进行步骤1），提供一生长衬底101，于所述生长衬底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，所述生长衬底101为蓝宝石衬底或图形蓝宝石衬底。当然，在其它的实施例中，所述生长衬底101也可以是如Si衬底、SiC衬底等，可以根据不同的工艺需求进行选择，并不限于此处所列举的几种。
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InGaN/GaN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）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的发光外延结构，可以根据所需产品的性能进行选择，且并不限于此处所列举的几种。
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，本步骤包括以下步骤：
2-1）于所述P型层104表面制作于欲制备N电极的区域具有窗口的光刻胶图形；
2-2）采用感应耦合等离子体ICP刻蚀法去除所述窗口内的P型层104、量子阱层103及部分的N型层102，并去除所述光刻胶图形，形成N电极制备区域105。
如图4～图5所示，接着进行步骤3），采用干法刻蚀或湿法腐蚀法对所述P型层104欲制备P电极的区域的表面团案图案化结构106；
作为示例，包括以下步骤：
3-1）于所述P型层104表面制备光刻掩膜层；
3-2）于所述P型层104表面的光刻掩膜层上，在欲制备P电极的区域进行制作粗化处理的图案化结构的光刻图形；
3-3）采用干法刻蚀法或者湿法腐蚀法制备粗糙化处理的图案化图形106；
3-4）去除制作粗化处理的图案化结构的光刻图形及光刻掩膜层。
作为示例，所述图案化结构106的图案呈周期性排列，各图案的图形高度不大于100nm，其中，所述图形高度是指图案的最高点及最低点之间的距离。在本实施例中，所述图案化结构106的图形高度为50nm。
如图6～图8所示，然后进行步骤4），于所述图案化结构106表面形成金属反射镜108。
作为示例，本步骤包括以下步骤：
如图6所示进行步骤4-1），于所述P型层104表面制作于所述图案化结构106处具有沉积窗口的光刻胶107；
如图7所示进行步骤4-2），于所述沉积窗口及所述光刻胶107表面形成高反射金属层；
如图8所示进行步骤4-3），采用剥离工艺去除所述光刻胶107及光刻胶107表面的高反射金属层，以于所述图案化结构表面形成金属反射镜108。本步骤去除所述光刻胶107的同时，所述高反射金属层也会随之剥落，不需要额外增加金属的去除工艺。
作为示例，步骤4-2）中，采用溅射法或蒸镀法形成所述高反射金属层。
作为示例，所述金属反射镜108为Al/Ni/Au叠层、Ag/Ni/Au叠层、Al/Cr/Au叠层、Ag/Cr/Au叠层、Al/Cr/Pt叠层、或Ag/Cr/Pt叠层。当然，在其它的实施例中，也可以采用其它的金属或金属叠层作为所述金属反射镜108的材料。
如图9所示，接着进行步骤5），于所述金属反射镜108表面形成透明绝缘层109。
作为示例，所述透明绝缘层109为二氧化硅层。
作为示例，所述金属反射镜108及透明绝缘层109的总厚度不大于750nm。
如图10所示，然后进行步骤6），于所述P型层104及透明绝缘层109表面形成电流扩展层110。
作为示例，所述电流扩展层110为透明导电层，在本实施例中为ITO透明导电层，可以采用如电子束蒸发等技术形成。当然，在其它的实施例中，所述电流扩展层110也可是如金属薄膜或其它的透明导电薄膜。
如图11所示，最后进行步骤7），于所述N电极制备区域105表面制作N电极111，于所述电流扩展层110表面制作P电极112。
为了增加发光二极管的出光效率，如图12所示，本步骤后还包括对所述生长衬底101101进行减薄，并于减薄后的生长衬底101背面制作背镀反射镜113的步骤。
作为示例，所述背镀反射镜113为全方位反射镜ODR或布拉格反射镜DBR。
综上所述，本发明提供一种发光二极管的制造方法，包括步骤：1）提供一生长衬底101，于所述生长衬底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）采用干法刻蚀或湿法腐蚀法对所述P型层104欲制备P电极的区域的表面进行粗化处理形成图案化结构106；4）于所述图案化结构106表面形成金属反射镜108；5）于所述金属反射镜108表面形成透明绝缘层109；6）于所述P型层104及透明绝缘层109表面形成电流扩展层110；7）于所述N电极制备区域105表面制作N电极111，于所述电流扩展层110表面制作P电极112。本发明于P电极下方增加金属反射镜/绝缘层结构，在节约电流的同时大大地降低了P电极对光线的吸收，对金属反射镜下方的P型层进行粗化，增加出光概率，同时有益于P电极的牢固性。本发明工艺步骤简单，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 (9)
1.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
1)提供一生长衬底，于所述生长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)采用干法刻蚀或湿法腐蚀法对所述P型层欲制备P电极的区域的表面制备图案化结构；
4)于所述图案化结构表面形成金属反射镜；
5)于所述金属反射镜表面形成透明绝缘层，形成金属反射镜/透明绝缘层结构；
6)于所述P型层及透明绝缘层表面形成电流扩展层；
7)于所述N电极制备区域表面制作N电极，于所述电流扩展层表面制作P电极，形成所述发光二极管，其中，位于所述发光二极管P电极下方的所述金属反射镜/透明绝缘层结构在大大地降低P电极对光线的吸收的同时节约电流，并通过对所述金属反射镜下方的P型层进行粗化，增加出光概率，并且有益于P电极的牢固性。
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N型层为N-GaN层，所述量子阱层为InGaN/GaN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3)包括以下步骤：
3-1)于所述P型层表面制备光刻掩膜层；
3-2)于所述P型层表面的光刻掩膜层上，在欲制备P电极的区域进行制作图案化结构的光刻图形；
3-3)采用干法刻蚀法或者湿法腐蚀法制备图案化结构图形；
3-4)去除制作图案化结构的光刻图形及光刻掩膜层。
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：所述图案化结构的图形高度不大于100nm。
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：步骤4)包括以下步骤：
4-1)于所述P型层表面制作于所述图案化结构处具有沉积窗口的光刻胶；
4-2)于所述沉积窗口及所述光刻胶表面形成高反射金属层；
4-3)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，以于所述图案化结构表面处形成金属反射镜。
6.根据权利要求5所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：步骤4-2)中，采用溅射法或蒸镀法形成所述高反射金属层。
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：所述金属反射镜为Al/Ni/Au叠层、Ag/Ni/Au叠层、Al/Cr/Au叠层、Ag/Cr/Au叠层、Al/Cr/Pt叠层、或Ag/Cr/Pt叠层。
8.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：所述金属反射镜及透明绝缘层的总厚度不大于750nm。
9.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7)后还包括对所述生长衬底进行减薄及减薄后制作背镀反射镜的步骤。
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