CN104966772B - 一种发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管及其制造方法，属于半导体技术领域。所述发光二极管包括衬底、以及依次层叠在衬底上的N型层、有源层、P型层，发光二极管上设有从P型层延伸至N型层的凹槽，P型层上依次层叠有电流阻挡层、透明导电层、图形化折射层，图形化折射层、透明导电层和电流阻挡层内对应设有连通的凹孔，凹孔延伸至P型层，凹孔内设有P电极，凹槽内的N型层上设有N电极，图形化折射层和凹槽内的N型层上还生长有钝化层，图形化折射层的折射率介于透明导电层和钝化层之间。本发明通过在透明导电层和钝化层之间设置折射率介于两者之间的图形化折射层，有利于光的出射，提高了发光二极管的光提取率和亮度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管及其制造方法。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)是一种能发光的半导体电子元件。随着人们生活水平的提高、环保意识的增强、对家居环境舒适度追求的不断提高，灯具灯饰逐渐由单纯的照明功能转向装饰和照明共存的局面，具有照明和装饰双重优势的固态冷光源LED取代传统光源进入人们的日常生活成为必然之势。
GaN基LED自从20世纪90年代初商业化以来，经过二十几年的发展，其结构已趋于成熟和完善，已能够满足人们现阶段对灯具装饰的需求，但要完全取代传统光源进入照明领域，发光亮度的提高是LED行业科研工作者永无止境的追求。
发明内容
为了解决现有技术提高LED的亮度的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管及其制造方法。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管，所述发光二极管包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的N型层、有源层、P型层，所述发光二极管上设有从所述P型层延伸至所述N型层的凹槽，所述P型层上依次层叠有电流阻挡层、透明导电层、图形化折射层，所述图形化折射层、所述透明导电层和所述电流阻挡层内对应设有连通的凹孔，所述凹孔延伸至所述P型层，所述凹孔内设有P电极，所述凹槽内的所述N型层上设有N电极，所述图形化折射层和所述凹槽内的所述N型层上还生长有钝化层，所述图形化折射层的折射率介于所述透明导电层和所述钝化层之间；
所述图形化折射层的材料为NPRC-532，所述图形化折射层的厚度为80-500nm。
优选地，所述图形化折射层的厚度为80-300nm。
可选地，所述图形化折射层的图案由若干交错排列的图形组成，所述图形为圆形、三角形、梯形、矩形、椭圆形、菱形、扇形中的至少一种。
优选地，所述图形化折射层的面积与暴露出的所述透明导电层的面积之比为1:1或5:1。
可选地，所述电流阻挡层围绕所述P电极设置。
可选地，所述电流阻挡层为SiO2层、MgF2层或者由SiO2层和Ti3O5层形成的叠层结构。
另一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管的制造方法，所述制造方法包括：
在衬底上依次生长N型层、有源层、P型层，形成外延层；
在所述外延层上开设从所述P型层延伸到所述N型层的凹槽；
在所述P型层上依次生长电流阻挡层、透明导电层、图形化折射层，所述图形化折射层、所述透明导电层和所述电流阻挡层内对应设有连通的凹孔，所述凹孔延伸至所述P型层；
在所述凹孔内设置P电极，在所述凹槽内的所述N型层上设置N电极；
在所述图形化折射层和所述凹槽内的所述N型层上生长钝化层；
其中，所述图形化折射层的折射率介于所述透明导电层和所述钝化层之间；所述图形化折射层的材料为NPRC-532，所述图形化折射层的厚度为80-500nm。
可选地，所述在所述P型层上依次生长电流阻挡层、透明导电层、图形化折射层，包括：
通过等离子体增强化学气相沉积法PECVD沉积、电子束蒸发、磁控溅射或匀胶机旋涂的方式形成所述图形化折射层。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在透明导电层和钝化层之间设置图形化折射层，图形化折射层的折射率介于透明导电层和钝化层之间，有利于光的出射，提高了发光二极管的光提取率，进而提高了发光二极管的亮度。而且，图形化折射层、透明导电层和电流阻挡层内对应设有连通的凹孔，凹孔延伸至P型层，P电极设置在凹孔内，由于电流是从P电极上注入的，此时从P电极注入的电流由于电流阻挡层的阻挡，会沿透明导电层进行扩展，扩大了发光区域，发光均匀。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种发光二极管的结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的图形化折射层的图案的示意图；
图3是本发明实施例一提供的电流阻挡层的横截面的示意图；
图4是本发明实施例二提供的一种发光二极管的制作方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种发光二极管，参加图1，该发光二极管包括衬底1、以及依次层叠在衬底1上的N型层2、有源层3、P型层4，发光二极管上设有从P型层4延伸至N型层2的凹槽11。P型层4上依次层叠有电流阻挡层5、透明导电层6、图形化折射层7，图形化折射层7、透明导电层6和电流阻挡层5内对应设有连通的凹孔12，凹孔12延伸至P型层4。凹孔12内设有P电极8，凹槽11内的N型层2上设有N电极9。图形化折射层7和凹槽11内的N型层2上还生长有钝化层10，图形化折射层7的折射率介于透明导电层6和钝化层10之间。
其中，钝化层可以不生长在P电极8和N电极9上，也可以只生长在P电极8和N电极9的部分区域上，如除中心之外的周边。
具体地，图形化折射层7的材料为对波长为450nm的光的折射率介于1.54和2之间的材料，从而实现图形化折射层7的折射率介于透明导电层6和钝化层10之间。
可选地，图形化折射层7的材料可以为NPRC-532、Al2O3、SiNx中的一种。
优选地，图形化折射层7的材料可以为NPRC-532。
其中，NPRC-532为一种主要成分是ZrO2的混合材料，是日产化学生产的一种高折射率胶体材料(折射率为1.66)。NPRC-532与光刻胶类似，但没有光敏性。波长为450nm的光可以完全从NPRC-532中透射出去，不被吸收。
可选地，图形化折射层7的厚度可以为80-500nm。当图形化折射层7的厚度小于80nm时，效果不明显；当图形化折射层7的厚度大于500nm时，会浪费材料，而且若图形化折射层7的材料为NPRC-532，由于NPRC-532为粘度较小的胶体，无法实现较大的厚度；若波长为450nm的光不能完全从图形化折射层7中透射出去，则会同时导致图形化折射层7吸收较多光波，降低发光二极管的亮度。
优选地，图形化折射层7的厚度可以为80-300nm。
可选地，如图2所示，图形化折射层7的图案可以由若干交错排列的图形(图2中用黑色实心表示)组成，该图形为方形、圆形、三角形、条形、不规则图形、梯形、矩形、椭圆形、菱形、扇形中的至少一种，如图2所示的2um*2um的方形。图形化折射层7的图案由若干交错排列的图形组成，形成类似于光栅的结构，出射光发生衍射，提高了出射率，进而提高了发光二极管的亮度。图形为方形、圆形、三角形、条形、不规则图形、梯形、矩形、椭圆形、菱形、扇形中的至少一种时，对发光二极管亮度的提升较多。
其中，该图形为图形化折射层7覆盖在透明导电层6上的部分，各图形之间的部分为透明导电层6。
可选地，如图2所示，图形化折射层7的图案也可以由若干整齐排列的图形组成。
优选地，图形化折射层7的面积与暴露出的透明导电层6的面积之比可以为1:1或5:1。实验结果表明，与图形化折射层7的面积与暴露出的透明导电层6的面积之比为2:1、3:1、4:1等相比，图形化折射层7的面积与暴露出的透明导电层6的面积之比为1:1或5:1时的发光二极管的亮度提升较多。
可选地，电流阻挡层5可以围绕P电极8设置。需要说明的是，虽然电流阻挡层5内的凹孔会延伸到P型层4，但是此时P电极8与P型层4之间的欧姆接触并不好，电流不会直接从P电极8注入P型层，加上电流阻挡层5围绕P电极8设置，因此此时P电极8注入的电流会沿透明导电层6扩展。同时，电流阻挡层5内设有凹孔，可以降低发光二极管的电压。
优选地，参见图3，电流阻挡层5的图案可以包括环形区域100、以及两条分别自环形区域100向外延伸的条形区段110、120。需要说明的是，此时电流阻挡层5的外轮廓与P电极的外轮廓相同，注入P电极的电流可以自环形区域和条形区段向外扩展，扩展范围可以达到整个透明导电层，因此电流的扩展效果较好。
可选地，电流阻挡层5的材料可以为SiO2层、MgF2层或者由SiO2层和Ti3O5层形成的叠层结构。电流阻挡层5的材料为电绝缘材料，有利于电流沿透明导电层6扩展，进而使得发光均匀。
具体地，衬底1可以为蓝宝石衬底或硅衬底。N型层2可以为N型GaN层，有源层3可以为交替生长的InGaN层和GaN层，P型层4可以为P型GaN层。
可选地，该发光二极管还可以包括层叠在衬底1与N型层2之间的缓冲层。
具体地，缓冲层可以为未掺杂的GaN层。
具体地，透明导电层6可以为氧化铟锡(Indium Tin Oxide，简称ITO)薄膜。钝化层10可以为二氧化硅层。
具体地，凹孔12可以位于透明导电层6和图形化折射层7的中间。
本发明实施例通过在透明导电层和钝化层之间设置图形化折射层，图形化折射层的折射率介于透明导电层和钝化层之间，有利于光的出射，提高了发光二极管的光提取率，进而提高了发光二极管的亮度。而且，图形化折射层、透明导电层和电流阻挡层内对应设有连通的凹孔，凹孔延伸至P型层，P电极设置在凹孔内，由于电流是从P电极上注入的，此时从P电极注入的电流会沿透明导电层进行扩展，扩大了发光区域，发光均匀。
实施例二
本发明实施例提供了一种发光二极管的制造方法，应用于制造如实施例一所述的发光二极管，参见图4，该制造方法包括：
步骤201：在衬底上依次生长N型层、有源层、P型层，形成外延层。
具体地，衬底可以为蓝宝石衬底或硅衬底。N型层可以为N型GaN层，有源层可以为交替生长的InGaN层和GaN层，P型层可以为P型GaN层。
可选地，该步骤101可以包括：
采用金属有机化合物化学气相沉淀(Metal-organic Chemical VaporDeposition，简称MOCVD)法在衬底上依次生长N型层、有源层和P型层。
可选地，在步骤101之前，该制造方法还可以包括：
在衬底上生长至少一层缓冲层。
具体地，缓冲层可以为未掺杂的GaN层，缓冲衬底与外延层之间的不匹配。
步骤202：在外延层上开设从P型层延伸到N型层的凹槽。
可选地，该步骤202可以包括：
采用感应耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma，简称ICP)刻蚀工艺在外延层上依次去掉部分P型层、有源层、N型层，形成凹槽。
具体地，去掉的N型层的厚度小于生长的N型层的厚度。
步骤203：在P型层上依次生长电流阻挡层、透明导电层、图形化折射层。
在本实施例中，图形化折射层、透明导电层和电流阻挡层内对应设有连通的凹孔，凹孔延伸至P型层，图形化折射层的折射率介于透明导电层和钝化层之间，钝化层生长在图形化折射层和凹槽内的N型层上。
具体地，透明导电层可以为ITO薄膜。
具体地，图形化折射层的材料为对波长为450nm的光的折射率介于1.54和2之间的材料。可选地，图形化折射层的材料可以为NPRC-532、Al2O3、SiNx中的一种。优选地，图形化折射层的材料可以为NPRC-532。
可选地，图形化折射层的厚度可以为80-500nm。优选地，图形化折射层的厚度可以为80-300nm。
可选地，图形化折射层的图案可以由若干交错排列的图形组成，该图形为方形、圆形、三角形、条形、不规则图形、梯形、矩形、椭圆形、菱形、扇形中的至少一种。
优选地，图形化折射层的面积与暴露出的透明导电层的面积之比可以为1:1或5:1。
可选地，电流阻挡层可以围绕P电极设置。优选地，电流阻挡层的图案可以包括圆形区域、以及两条分别自圆形区域向外延伸的条形区段。
可选地，电流阻挡层的材料可以为SiO2层、MgF2层或者由SiO2层和Ti3O5层形成的叠层结构。
可选地，该步骤203可以包括：
在P型层上使用PECVD或者溅射制备电流阻挡层；
在电流阻挡层上通过电子束蒸发法或者磁控溅射法制备透明导电层，并在透明导电层内设置延伸至P型层的凹孔；
在透明导电层上通过PECVD沉积、电子束蒸发、磁控溅射或匀胶机旋涂的方式形成图形化折射层。
具体地，凹孔可以位于透明导电层的中间。
具体地，当在透明导电层上通过匀胶机旋涂的方式形成图形化折射层时，匀胶机(如芯源KS-M100)的具体操作过程如下：首先以300rpm的转速旋转3s，其次以3000rpm的转速旋转1s，再次停止旋转40s，接着以700rpm的转速旋转20s，最后以150℃的热板软烘60s。
进一步地，在透明导电层上通过匀胶机旋涂的方式形成图形化折射层之后，该制造方法还包括：
在图形化折射层上均匀涂上一层正性光刻胶；
对正性光刻胶进行曝光，曝光量为90mJ/cm2；
对曝光后的正性光刻胶进行显影，显影时间为60s；
使用丙酮去掉显影后的正性光刻胶；
放置在干净的烘箱内以180℃的温度烘烤2h。
需要说明的是，通过上述方式固化稳定NPRC-532。
步骤204：在凹孔内设置P电极，在凹槽内的N型层上设置N电极。
可选地，该步骤204可以包括：
采用热蒸发法制备P电极和N电极。
步骤205：在图形化折射层和凹槽内的N型层上生长钝化层。
具体地，钝化层可以为二氧化硅层。
需要说明的是，钝化层起到保护作用。
本发明实施例通过在透明导电层和钝化层之间设置图形化折射层，图形化折射层的折射率介于透明导电层和钝化层之间，有利于光的出射，提高了发光二极管的光提取率，进而提高了发光二极管的亮度，制作方法简单，容易实现，适用于工业生产。而且，图形化折射层、透明导电层和电流阻挡层内对应设有连通的凹孔，凹孔延伸至P型层，P电极设置在凹孔内，由于电流是从P电极上注入的，此时从P电极注入的电流由于电流阻挡层的阻挡，会沿透明导电层进行扩展，扩大了发光区域，发光均匀。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种发光二极管，所述发光二极管包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的N型层、有源层、P型层，所述发光二极管上设有从所述P型层延伸至所述N型层的凹槽，其特征在于，所述P型层上依次层叠有电流阻挡层、透明导电层、图形化折射层，所述图形化折射层、所述透明导电层和所述电流阻挡层内对应设有连通的凹孔，所述凹孔延伸至所述P型层，所述凹孔内设有P电极，所述凹槽内的所述N型层上设有N电极，所述图形化折射层和所述凹槽内的所述N型层上还生长有钝化层，所述图形化折射层的折射率介于所述透明导电层和所述钝化层之间；
所述图形化折射层的材料为NPRC-532，所述图形化折射层的厚度为80-500nm。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述图形化折射层的厚度为80-300nm。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述图形化折射层的图案由若干交错排列的图形组成，所述图形为圆形、三角形、梯形、矩形、椭圆形、菱形、扇形中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于，所述图形化折射层的面积与暴露出的所述透明导电层的面积之比为1:1或5:1。
5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述电流阻挡层围绕所述P电极设置。
6.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述电流阻挡层为SiO2层、MgF2层或者由SiO2层和Ti3O5层形成的叠层结构。
7.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
在衬底上依次生长N型层、有源层、P型层，形成外延层；
在所述外延层上开设从所述P型层延伸到所述N型层的凹槽；
在所述P型层上依次生长电流阻挡层、透明导电层、图形化折射层，所述图形化折射层、所述透明导电层和所述电流阻挡层内对应设有连通的凹孔，所述凹孔延伸至所述P型层；
在所述凹孔内设置P电极，在所述凹槽内的所述N型层上设置N电极；
在所述图形化折射层和所述凹槽内的所述N型层上生长钝化层；
其中，所述图形化折射层的折射率介于所述透明导电层和所述钝化层之间；所述图形化折射层的材料为NPRC-532，所述图形化折射层的厚度为80-500nm。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述在所述P型层上依次生长电流阻挡层、透明导电层、图形化折射层，包括：
通过等离子体增强化学气相沉积法PECVD沉积、电子束蒸发、磁控溅射或匀胶机旋涂的方式形成所述图形化折射层。
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