CN105118908B - 可提高发光二极管发光效率的微光学传输系统的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种可提高发光二极管发光效率的微光学传输系统的制作方法，包括以下步骤：外延衬底上分别外延形成缓冲层、第一型导电层、有源层、第二型导电层和电极布拉格反射层；在焊台电极制作区域内保留电极布拉格反射层及经过掩膜并腐蚀形成复数个圆柱状孔洞；在所述电极布拉格反射层上及孔洞内形成图形制作层；在所述图形制作层表面的焊台电极制作区域形成复数个圆弧台型立体反射器；在焊台电极制作区域形成焊台电极；在所述外延衬底下方形成背面电极，裂片得到发光二极管芯片。本发明能够避免光再次被有源层或外延衬底吸收，有效地把焊台电极下部有源层发出的光有效地传输至外延层表面，增加焊台电极遮光处光的萃取率。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管的技术领域，特别提供一种可提高发光二极管发光效率的微光学传输系统的制作方法。
背景技术
发光二极管由于其低功耗、尺寸小和可靠性高而作为主要的光源得到迅猛的发展。特别近十年来发光二极管的利用领域正在迅速的扩展。提高亮度和降低发光二极管的成本成为LED领域发展的目标。
随着技术的发展，采用多重量子阱(multiple quantum well，MQW)结构作为有源层的发光二极管，能获得很高的内量子效率。因此，如何获得较高的外量子效率成为发光二极管技术研究的热点。目前，发光二极管外量子效率的提高主要集中在表面粗化、金属反射镜技术、图形衬底等。而发光二极管上顶部基本都有焊台电极，存在较大的挡光面积。因此，提高发光二极管电极区域的有源层光的萃取率能有效地增加外量子效率。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供了一种可提高发光二极管发光效率的微光学传输系统的制作方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
可提高发光二极管发光效率的微光学传输系统的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：外延衬底上分别外延形成缓冲层、第一型导电层、有源层、第二型导电层和电极布拉格反射层；
S2：腐蚀去除焊台电极制作区域之外的电极布拉格反射层，只留下焊台电极制作区域内的电极布拉格反射层，在所述焊台电极制作区域内的电极布拉格反射层上进行掩膜并腐蚀制作出复数个圆柱状孔洞，腐蚀深度直至所述第二型导电层表面；
S3：在所述焊台电极制作区域内的电极布拉格反射层和所述第二型导电层上及电极布拉格反射层的圆柱状孔洞内形成图形制作层；
S4：在所述图形制作层表面的焊台电极制作区域进行掩膜制作，加热掩膜使掩膜软化成圆弧台型立体图形；
S5：采用ICP蚀刻所述圆弧台型立体图形，在所述图形制作层表面的焊台电极制作区域形成圆弧台型立体反射器；
S6：在焊台电极制作区域形成焊台电极；
S7：在所述外延衬底下方形成背面电极，裂片得到发光二极管芯片。
优选的，所述圆弧台型立体反射器与所述图形制作层的圆柱状体在垂直方向上位置重合、投影面积大小一样，且数量相同。
优选的，所述步骤S6中包括，在焊台电极制作区域分别形成焊台电极的底部构成部分和焊台电极的顶部构成部分，焊台电极的底层构成部分由吸光能力弱的金属构成，焊台电极的顶层构成部分由常规焊台金属构成。
优选的，所述焊台电极的底层构成部分的材料包括Ag金属元素；所述焊台电极的顶层构成部分的材料包括Au、Pt、Ti金属元素。
优选的，所述图形制作层的材料包括GaN、AlGaN、AlGaAs、GaAs、AlGaInP、GaInP、GaP。
优选的，所述图形制作层的厚度为0.1-10μm。
优选的，所述单个圆弧台型立体反射器的高度为0.5-5μm；底部平面直径为0.5-30μm；顶部平面直径为0.1-3μm。
优选的，所述电极布拉格反射层与所述圆弧台型立体反射器的底部平面在垂直方向上的距离为0.5-10μm。
优选的，所述圆弧台型立体反射器的数量密度为1-500个/cm2。
优选的，所述焊台电极的厚度为5-20μm。
本发明主要采用在焊台电极下方区域设置一层图形制作层，图形制作层内下端部设置电极布拉格反射层，在图形制作层表面的电极区域形成特殊规则的立体形状反射器，立体形状反射器的顶部制作成弧形曲面形成圆弧台型立体图形反射器，借助圆弧台型立体图形反射器改变有源层发出垂直于表面的光的传播方向，且与顶部电极布拉格反射层形成多次发射，配合焊台电极金属材料的反光作用，与电极布拉格反射层组成一套光传输系统，避免光再次被有源层或外延衬底吸收，有效地把焊台电极下部有源层发出的光有效地传输至外延层表面，增加焊台电极遮光处光的萃取率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明制作方法流程图；
图2为本发明结构示意图；
图示标号：1-外延衬底；2-缓冲层；3-第一型导电层；4-有源层；5-第二型导电层；6-电极布拉格反射层；7-图形制作层；8-圆弧台型立体反射器；9-焊台电极；10-背面电极。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1和图2所示，本发明提供一种可提高发光二极管发光效率的微光学传输系统的制作方法，包括以下步骤：
S1：外延衬底(1)上分别外延形成缓冲层(2)、第一型导电层(3)、有源层(4)、第二型导电层(5)和电极布拉格反射层；
S2：腐蚀去除焊台电极制作区域之外的电极布拉格反射层，只留下焊台电极制作区域内的电极布拉格反射层(6)，在所述焊台电极制作区域内的电极布拉格反射层(6)上进行掩膜并腐蚀制作出复数个圆柱状孔洞，腐蚀深度直至所述第二型导电层(5)表面；
S3：在所述焊台电极制作区域内的电极布拉格反射层(6)和所述第二型导电层(5)上及电极布拉格反射层(6)的圆柱状孔洞内形成图形制作层(7)，即该若干个圆柱状孔洞内充满所述图形制作层材料；
S4：在所述图形制作层(7)表面的焊台电极制作区域进行掩膜制作，加热掩膜使掩膜软化成圆弧台型立体图形；
S5：采用ICP蚀刻所述圆弧台型立体图形，在所述图形制作层(7)表面的焊台电极制作区域形成规则排列的圆弧台型立体反射器(8)；
S6：在焊台电极制作区域形成焊台电极(9)；
S7：在所述外延衬底下方形成背面电极(10)，裂片得到发光二极管芯片。
所述圆弧台型立体反射器(8)位置与所述图形制作层(7)的圆柱状体在垂直方向上重合、投影面积大小一样，且数量相同。
优选的，所述图形制作层(7)的材料包括GaN、AlGaN、AlGaAs、GaAs、AlGaInP、GaInP、GaP；所述图形制作层(7)的厚度为0.1-10μm；每个所述圆弧台型立体反射器(8)的高度为0.5-5μm，底部平面直径为0.5-30μm，顶部平面直径为0.1-3μm；所述电极布拉格反射层(6)与所述圆弧台型立体反射器(8)的底部平面在垂直方向上的距离为0.5-10μm；所述圆弧台型立体反射器(8)的数量密度为1-500个/cm2；所述焊台电极(9)的厚度为5-20μm；所述焊台电极的底层构成部分的厚度为0.5-1μm；焊台电极的顶层构成部分的厚度为5-19μm；所述背面电极(10)设置在外延衬底(1)底部，电极材料为Au，电极厚度为1μm。
具体的，在本发明一实施例中包括以下步骤：
S1：外延衬底(1)上分别外延形成缓冲层(2)、第一型导电层(3)、有源层(4)、第二型导电层(5)和电极布拉格反射层；
S2：腐蚀去除焊台电极制作区域之外的电极布拉格反射层，只留下焊台电极制作区域内的电极布拉格反射层(6)，在所述焊台电极制作区域内的电极布拉格反射层(6)上进行掩膜并腐蚀制作出复数个圆柱状孔洞，腐蚀深度直至所述第二型导电层(5)表面；
S3：在所述焊台电极制作区域内的电极布拉格反射层(6)和所述第二型导电层(5)上及电极布拉格反射层(6)的圆柱状孔洞内形成图形制作层(7)，即该若干个圆柱状孔洞内充满所述图形制作层材料，所述图形制作层(7)的厚度为1μm；
S4：在所述图形制作层(7)表面的焊台电极制作区域进行掩膜制作，加热掩膜使掩膜软化成圆弧台型立体图形；
S5：采用ICP蚀刻所述圆弧台型立体图形，在所述图形制作层(7)表面的焊台电极制作区域形成规则排列的圆弧台型立体反射器(8)，每个所述圆弧台型立体反射器(8)的高度为3μm，底部平面直径为5μm，顶部平面直径为1μm；所述电极布拉格反射层(6)与所述圆弧台型立体反射器(8)的底部平面在垂直方向上的距离为5μm；且所述圆弧台型立体反射器(8)的数量密度为300个/cm2；所述圆弧台型立体反射器与所述的图形制作层的圆柱状体在垂直方向上位置重合、投影面积大小一样且数量相同；
S6：在焊台电极制作区域分别形成焊台电极的底部构成部分和焊台电极的顶部构成部分，焊台电极的底层构成部分由吸光较弱的金属构成，焊台电极的顶层构成部分由常规焊台金属构成；所述焊台电极的底层构成部分的厚度为0.8μm；焊台电极的顶层构成部分的厚度为10μm；
S7：在所述外延衬底下方形成背面电极(10)，裂片得到发光二极管芯片。
所述焊台电极的底层构成部分的材料包括Ag等金属元素；所述焊台电极的顶层构成部分的材料包括Au、Pt、Ti等金属元素。
本发明主要采用在焊台电极(9)下方区域设置一层图形制作层(7)，图形制作层内下端部设置电极布拉格反射层(6)，在图形制作层(7)表面的电极区域形成特殊规则的立体形状反射器，立体形状反射器的顶部制作成弧形曲面形成圆弧台型立体图形反射器(8)，借助圆弧台型立体图形反射器(8)改变有源层(4)发出垂直于表面的光的传播方向，且与顶部电极布拉格反射层(6)形成多次发射，配合焊台电极(9)金属材料的反光作用，与电极布拉格反射层(6)组成一套光传输系统，避免光再次被有源层(4)或外延衬底(1)吸收，有效地把焊台电极(9)下部有源层(4)发出的光有效地传输至外延层表面，增加焊台电极(9)遮光处光的萃取率。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.可提高发光二极管发光效率的微光学传输系统的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：外延衬底上分别外延形成缓冲层、第一型导电层、有源层、第二型导电层和电极布拉格反射层；
S2：腐蚀去除焊台电极制作区域之外的电极布拉格反射层，只留下焊台电极制作区域内的电极布拉格反射层，在所述焊台电极制作区域内的电极布拉格反射层上进行掩膜并腐蚀制作出复数个圆柱状孔洞，腐蚀深度直至所述第二型导电层表面；
S3：在所述焊台电极制作区域内的电极布拉格反射层和所述第二型导电层上及电极布拉格反射层的圆柱状孔洞内形成图形制作层；
S4：在所述图形制作层表面的焊台电极制作区域进行掩膜制作，加热掩膜使掩膜软化成圆弧台型立体图形；
S5：采用ICP蚀刻所述圆弧台型立体图形，在所述图形制作层表面的焊台电极制作区域形成圆弧台型立体反射器；
S6：在焊台电极制作区域形成焊台电极；
S7：在所述外延衬底下方形成背面电极，裂片得到发光二极管芯片。
2.根据权利要求1所述的可提高发光二极管发光效率的微光学传输系统的制作方法，其特征在于：所述圆弧台型立体反射器与所述的图形制作层的圆柱状体在垂直方向上位置重合、投影面积大小一样且数量相同。
3.根据权利要求1所述的可提高发光二极管发光效率的微光学传输系统的制作方法，其特征在于：所述步骤S6中包括，在焊台电极制作区域分别形成焊台电极的底部构成部分和焊台电极的顶部构成部分，焊台电极的底层构成部分由吸光能力弱的金属构成，焊台电极的顶层构成部分由常规焊台金属构成。
4.根据权利要求3所述的可提高发光二极管发光效率的微光学传输系统的制作方法，其特征在于：所述焊台电极的底层构成部分的材料包括Ag金属元素；所述焊台电极的顶层构成部分的材料包括Au、Pt、Ti金属元素。
5.根据权利要求1所述的可提高发光二极管发光效率的微光学传输系统的制作方法，其特征在于：所述图形制作层的材料包括GaN、AlGaN、AlGaAs、GaAs、AlGaInP、GaInP、GaP。
6.根据权利要求1所述的可提高发光二极管发光效率的微光学传输系统的制作方法，其特征在于：所述图形制作层的厚度为0.1-10μm。
7.根据权利要求1所述的可提高发光二极管发光效率的微光学传输系统的制作方法，其特征在于：每个所述圆弧台型立体反射器的高度为0.5-5μm；底部平面直径为0.5-30μm；顶部平面直径为0.1-3μm。
8.根据权利要求1所述的可提高发光二极管发光效率的微光学传输系统的制作方法，其特征在于：所述电极布拉格反射层与所述圆弧台型立体反射器的底部平面在垂直方向上的距离为0.5-10μm。
9.根据权利要求1所述的可提高发光二极管发光效率的微光学传输系统的制作方法，其特征在于：所述圆弧台型立体反射器的数量密度为1-500个/cm2。
10.根据权利要求1所述的可提高发光二极管发光效率的微光学传输系统的制作方法，其特征在于：所述焊台电极的厚度为5-20μm。
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