CN104701426B - 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发光外延结构；2）形成SiO2层，并刻蚀出N电极平台；3）再次形成SiO2层；4）刻蚀去除部分的SiO2层，保留与P电极对应的第一SiO2层及与N电极对应的第二SiO2层；5）于所述第一SiO2层表面形成第一透明导电层，于所述第二SiO2层表面形成第二透明导电层；6）形成通孔；7）形成Cr/Al或Ni/Al或Ti/Al的金属叠层；8）制作Ag反射层P电极及N电极。本发明通过采用于通孔中填充金属叠层的方法，使反射电极具有很好的牢固性，同时反射电极中的Ag反射层也获得了非常良好的牢固性，从而可以利用Ag反射层的高反射率的特性增加产品的出光效率，并提升发光二极管的亮度。
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
随着科技的日新月异，对于生活上的照明装置人们也有着越来越多的选择，从传统的钨丝灯泡到日光灯，照明装置不断地推陈出新。近年来发光二极管(Light EmittingDiode，LED)迅速发展，发光二极管因其具有体积小、效率高、寿命长、光电特性稳定等优点，逐渐被广泛应用于家用电器、电脑荧幕、手机、照明设备、医疗器材或交通号志等领域。
目前主流的发光二极管是由III-V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。
LED的发光效率受限于外量子效率，而外量子效率是由内量子效率和光提取效率共同决定的。内量子效率取决于晶格缺陷、掺杂效率和欧姆接触性能等。随着LED外延工艺的不断发展，内量子效率已经达到80%～90%，而光提取效率目前只有40%左右，可见，LED的光提取效率存在很大的改善空间。
当前，主流的氮化镓基发光二极管芯片按结构可以分为正装、倒装和垂直三种类型，其中以绝缘蓝宝石为衬底的正装结构最为普遍，被业界所广泛采用。对于正装结构LED，其P电极及N电极均处于出光的正面，而一般的电极材料均不透光，且对光线具有很大的吸收作用，因此会造成光线的损失。
另外，一般的P反射电极和N反射电极为直接制作于氮化镓上，反射电极和氮化镓的结合能力较差，因而在制造或使用过程中十分容易剥落，从而导致发光二极管失效。
因此，提供一种可以解决反射电极的牢固性的技术难点，同时解决Ag反射层在反射电极中牢固性问题的发光二极管的制造方法实属必要。
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反射电极牢固性以及反射电极中Ag反射层牢固性较差问题。
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）提供一生长衬底，于所述生长衬底表面形成包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构；
2）于所述发光外延结构表面形成SiO2层，并于所述发光外延结构中刻蚀出N电极平台；
3）于所述发光外延结构表面及N电极平台表面再次形成SiO2层；
4）刻蚀去除部分的SiO2层，保留与P电极对应的第一SiO2层及与N电极对应的第二SiO2层；
5）于所述第一SiO2层表面及P型层表面形成第一透明导电层，于所述第二SiO2层表面形成第二透明导电层；
6）于所述第一SiO2层及第一透明导电层中形成多个直至所述P型层的通孔，并于所述第二SiO2层及第二透明导电层中形成多个直至所述N型层的通孔；
7）于各该通孔内、与P电极对应的第一透明导电层表面及与N电极对应的第二透明导电层表面形成Cr/Al或Ni/Al或Ti/Al的金属叠层；
8）于所述金属叠层表面制作Ag反射层，并于所述Ag反射层表面制作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，所述生长衬底为蓝宝石衬底，所述N型层为N-GaN层，所述量子阱层为InGaN/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2）包括以下步骤：
2-1）于所述发光外延结构表面形成SiO2层；
2-2）采用光刻工艺去除与N电极平台对应的SiO2层形成刻蚀窗口；
2-3）以具有刻蚀窗口的SiO2层为掩膜，于所述发光外延结构中刻蚀出N电极平台。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，步骤2）及步骤3）中，采用等离子体增强化学气相沉积法形成所述SiO2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5）中，所述第二SiO2层的四周边缘超出所述第二透明导电层的四周边缘预设宽度，所述预设宽度为2～6um。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，所述第一透明导电层及第二透明导电层为ITO透明导电层。
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6）所述的通孔为圆孔，其直径为5-7um。
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）包括以下步骤：
7-1）于步骤6）所得结构表面涂覆光刻胶；
7-2）于与P电极及N电极对应处形成窗口，并清除各该通孔内的光刻胶；
7-3）采用蒸镀或溅射法于各该通孔内、与P电极对应的第一透明导电层表面及与N电极对应的第二透明导电层表面形成Cr/Al或Ni/Al或Ti/Al的金属叠层；
7-4）采用金属剥离工艺去除所述光刻胶及所述光刻胶表面的金属。
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P电极及N电极为通过蒸镀或溅射法依次形成的Cr/Pt/Au金属叠层。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，还包括步骤：于所述发光二极管表面形成SiO2保护层，并于所述P电极及N电极处刻蚀出开孔以露出所述P电极及N电极。
如上所述，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）提供一生长衬底，于所述生长衬底表面形成包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构；2）于所述发光外延结构表面形成SiO2层，并于所述发光外延结构中刻蚀出N电极平台；3）于所述发光外延结构表面及N电极平台表面再次形成SiO2层；4）刻蚀去除部分的SiO2层，保留与P电极对应的第一SiO2层及与N电极对应的第二SiO2层；5）于所述第一SiO2层表面形成第一透明导电层，于所述第二SiO2层表面形成第二透明导电层；6）于所述第一SiO2层及第一透明导电层中形成多个直至所述P型层的通孔，并于所述第二SiO2层及第二透明导电层中形成多个直至所述N型层的通孔；7）于各该通孔内、与P电极对应的第一透明导电层表面及与N电极对应的第二透明导电层表面形成Cr/Al或Ni/Al或Ti/Al的金属叠层；8）于所述金属叠层表面制作Ag反射层，并于所述Ag反射层表面制作P电极及N电极。本发明通过采用于通孔中填充金属叠层的方法，使反射电极具有很好的牢固性，同时反射电极中的Ag反射层也获得了非常良好的牢固性，从而可以利用Ag反射层的高反射率的特性增加产品的出光效率，并提升发光二极管的亮度。
附图说明
图1～图10显示为本发明的发光二极管的制造方法各步骤所呈现的结构示意图。
元件标号说明
20 生长衬底
101 N型层
102 量子阱层
103 P型层
104 SiO2层
105 刻蚀窗口
106 N电极平台
108 第一SiO2层
107 第二SiO2层
110 第一透明导电层
109 第二透明导电层
111 通孔
112 Cr/Al或Ni/Al或Ti/Al的
金属叠层
113 Ag反射层
115 P电极
114 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10。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10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所示，首先进行步骤1），提供一生长衬底20，于所述生长衬底20表面形成包括N型层101、量子阱层102及P型层103的发光外延结构；
作为示例，所述生长衬底20为蓝宝石衬底、SiC衬底、Si衬底等，在本实施例中，所述生长衬底20为蓝宝石衬底。
作为示例，采用金属有机物化学气相沉积法制作所述发光外延结构，在本实施例中，所述N型层101为N-GaN层，所述量子阱层102为InGaN/GaN多量子阱层，所述P型层103为P-GaN层。当然，其它一切预期的发光外延结构均可用于本发明，并不限定于此。
如图2～图4所示，然后进行步骤2），于所述发光外延结构表面形成SiO2层104，并于所述发光外延结构中刻蚀出N电极平台106。
具体地，本步骤包括以下步骤：
如图2所示，首先进行步骤2-1），于所述发光外延结构表面形成SiO2层104。作为示例，采用等离子体增强化学气相沉积法形成所述SiO2层。
如图3所示，然后进行步骤2-2），采用光刻工艺去除与N电极平台106对应的SiO2层形成刻蚀窗口105。
2-3）以具有刻蚀窗口105的SiO2层为掩膜，于所述发光外延结构中刻蚀出N电极平台106。在本实施例中，采用ICP刻蚀法刻蚀出所述N电极平台106。
如图5所示，接着进行步骤3），于所述发光外延结构表面及N电极平台106表面再次形成SiO2层。
作为示例，采用等离子体增强化学气相沉积法形成所述SiO2层。
如图6所示，然后进行步骤4），刻蚀去除部分的SiO2层，保留与P电极对应的第一SiO2层108及与N电极对应的第二SiO2层107。
作为示例，所述第一SiO2层的面积大于所述P电极的面积，在本实施例中，所述第一SiO2层的四周边缘超出所述P电极的宽度至少为2～6um。
所述第二SiO2层的面积大于所述N电极的面积，在本实施例中，所述第二SiO2层的四周边缘超出所述N电极的四周边缘的宽度至少为2～6um。
如图7所示，接着进行步骤5），于所述第一SiO2层表面所述及P型层103表面形成第一透明导电层110，于所述第二SiO2层表面形成第二透明导电层109。
作为示例，所述第一透明导电层110及第二透明导电层109为ITO透明导电层。
作为示例，所述第二SiO2层的四周边缘超出所述第二透明导电层109的四周边缘预设宽度，所述预设宽度为2～6um。
如图8所示，然后进行步骤6），于所述第一SiO2层及第一透明导电层110中形成多个直至所述P型层103的通孔111，并于所述第二SiO2层及第二透明导电层109中形成多个直至所述N型层101的通孔111。
具体地，制作出于欲制备通孔111处具有窗口的光刻胶掩膜，然后采用ICP刻蚀法刻蚀出所述多个通孔111。
作为示例，所述通孔111为圆孔，其直径为5-7um，采用圆孔可以使后续的金属填充获得较良好的填充效果。当然，所述通孔111的截面也可以是如矩形、三角形或任意的不规则的通孔111，并不影响本发明的方案的实施。
如图9所示，接着进行步骤7），于各该通孔111内、与P电极对应的第一透明导电层110表面及与N电极对应的第二透明导电层109表面形成Cr/Al或Ni/Al或Ti/Al的金属叠层112。
具体地，包括以下步骤：
7-1）于步骤6）所得结构表面涂覆光刻胶；
7-2）于与P电极及N电极对应处形成窗口，并清除各该通孔111内的光刻胶；
7-3）采用蒸镀或溅射法于各该通孔111内、与P电极对应的第一透明导电层110表面及与N电极对应的第二透明导电层109表面形成Cr/Al或Ni/Al或Ti/Al的金属叠层112；
7-4）采用金属剥离工艺去除所述光刻胶及所述光刻胶表面的金属。
本实施例在通孔111内先形成Cr、Ni或Ti，这几种金属与氮化镓和Al均具有非常好的结合强度，而且，Al与Ag反射层113同样具有较强的牢固性能，因此，在通孔111中先形成以上几种金属叠层，可以大大增大后续的Ag反射层113的牢固性以及整个反射电极的牢固性。另外需要说明的是，所述Cr/Al或Ni/Al或Ti/Al的金属叠层112并不需要将各该通孔111填满，一般只需要填充于各该通孔111的底部及侧壁即可。
如图10所示，最后进行步骤8），于所述金属叠层112表面制作Ag反射层113，并于所述Ag反射层113表面制作P电极及N电极。
由于所述Cr/Al或Ni/Al或Ti/Al的金属叠层112并没有将通孔111填满，故所述Ag反射层113、P电极及N电极也会部分填充到所述通孔111内，使Ag反射层113、P电极及N电极像钉子一样牢固地钉在了发光二极管上，而且，由于通孔111内形成有Cr/Al或Ni/Al或Ti/Al的金属叠层112，同样大大地增强了Ag反射层113的牢固性。
作为示例，所述P电极115及N电极114为通过蒸镀或溅射法依次形成的Cr/Pt/Au金属叠层。
作为示例，在完成以上制造步骤后，还包括步骤：于所述发光二极管表面形成SiO2保护层，并于所述P电极115及N电极114处刻蚀出开孔以露出所述P电极115及N电极114，以保护整个发光二极管并便于后续的电性连接。
如上所述，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）提供一生长衬底20，于所述生长衬底20表面形成包括N型层101、量子阱层102及P型层103的发光外延结构；2）于所述发光外延结构表面形成SiO2层，并于所述发光外延结构中刻蚀出N电极平台106；3）于所述发光外延结构表面及N电极平台106表面再次形成SiO2层；4）刻蚀去除部分的SiO2层，保留与P电极对应的第一SiO2层及与N电极对应的第二SiO2层；5）于所述第一SiO2层表面形成第一透明导电层110，于所述第二SiO2层表面形成第二透明导电层109；6）于所述第一SiO2层及第一透明导电层110中形成多个直至所述P型层103的通孔111，并于所述第二SiO2层及第二透明导电层109中形成多个直至所述N型层101的通孔111；7）于各该通孔111内、与P电极对应的第一透明导电层110表面及与N电极对应的第二透明导电层109表面形成Cr/Al或Ni/Al或Ti/Al的金属叠层112；8）8）于所述金属叠层112表面制作Ag反射层113，并于所述Ag反射层113表面制作P电极及N电极。本发明通过采用于通孔111中填充金属叠层的方法，使反射电极具有很好的牢固性，同时反射电极中的Ag反射层113也获得了非常良好的牢固性，从而可以利用Ag反射层113的高反射率的特性增加产品的出光效率，并提升发光二极管的亮度。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)提供一生长衬底，于所述生长衬底表面形成包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构；
2)于所述发光外延结构表面形成SiO2层，并于所述发光外延结构中刻蚀出N电极平台；
3)于所述发光外延结构表面及N电极平台表面再次形成SiO2层；
4)刻蚀去除部分的SiO2层，保留与P电极对应的第一SiO2层及与N电极对应的第二SiO2层；
5)于所述第一SiO2层表面及P型层表面形成第一透明导电层，于所述第二SiO2层表面形成第二透明导电层；
6)于所述第一SiO2层及第一透明导电层中形成多个直至所述P型层的通孔，并于所述第二SiO2层及第二透明导电层中形成多个直至所述N型层的通孔；
7)于各该通孔内、与P电极对应的第一透明导电层表面及与N电极对应的第二透明导电层表面形成Cr/Al或Ni/Al或Ti/Al的金属叠层；
8)于所述金属叠层表面制作Ag反射层，并于所述Ag反射层表面制作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：所述生长衬底为蓝宝石衬底，所述N型层为N-GaN层，所述量子阱层为InGaN/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2)包括以下步骤：
2-1)于所述发光外延结构表面形成SiO2层；
2-2)采用光刻工艺去除与N电极平台对应的SiO2层形成刻蚀窗口；
2-3)以具有刻蚀窗口的SiO2层为掩膜，于所述发光外延结构中刻蚀出N电极平台。
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：步骤2)及步骤3)中，采用等离子体增强化学气相沉积法形成所述SiO2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：步骤5)中，所述第二SiO2层的四周边缘超出所述第二透明导电层的四周边缘预设宽度，所述预设宽度为2～6um。
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：所述第一透明导电层及第二透明导电层为ITO透明导电层。
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：步骤6)所述的通孔为圆孔，其直径为5-7um。
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：步骤7)包括以下步骤：
7-1)于步骤6)所得结构表面涂覆光刻胶；
7-2)于与P电极及N电极对应处形成窗口，并清除各该通孔内的光刻胶；
7-3)采用蒸镀或溅射法于各该通孔内、与P电极对应的第一透明导电层表面及与N电极对应的第二透明导电层表面形成Cr/Al或Ni/Al或Ti/Al的金属叠层；
7-4)采用金属剥离工艺去除所述光刻胶及所述光刻胶表面的金属。
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：所述P电极及N电极为通过蒸镀或溅射法依次形成的Cr/Pt/Au金属叠层。
10.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：还包括步骤：于所述发光二极管表面形成SiO2保护层，并于所述P电极及N电极处刻蚀出开孔以露出所述P电极及N电极。
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