CN105762250A - 一种发光二极管及其制作方法 - Google Patents

一种发光二极管及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管及其制作方法,属于半导体技术领域。所述发光二极管包括衬底、设置在衬底的第一表面上的外延层、设置在衬底的第二表面上的分布式布拉格反射镜,第二表面为与第一表面相反的表面,外延层包括依次层叠在衬底上的AlN缓冲层、N型层、发光层、P型层,P型层上设有从P型层延伸至N型层的凹槽,N型层上设有N型电极,P型层上设有透明导电薄膜TCO和P型电极,外延层的侧面与外延层的底面的夹角大于90°且小于180°,外延层的底面为AlN缓冲层中与衬底接触的表面,外延层的侧面为外延层的底面的相邻表面。本发明提高了发光二极管的出光效率。

Description

一种发光二极管及其制作方法
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作方法。
背景技术
发光二极管(LightEmittingDiode,简称LED)是一种能发光的半导体电子元件,具有体积小、亮度高、能耗小的特点,被广泛地应用于显示屏、背光源和照明领域。
现有的发光二极管包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在蓝宝石衬底上的缓冲层、N型层、发光层、P型层,P型层上设有延伸至N型层的凹槽,N型层上设有N型电极,P型层上设有P型电极。
在实现本发明的过程中,发明人发现现有技术至少存在以下问题:
缓冲层、N型层、发光层、P型层组成的外延层的侧壁垂直于外延层的底面,发光层产生的光射向侧壁时,容易受制于GaN与空气较小的临界角而局限在发光二极管内部来回反射,造成发光二极管的出光效率较低。
发明内容
为了解决现有技术发光二极管出光效率较低的问题,本发明实施例提供了一种发光二极管及其制作方法。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、设置在所述衬底的第一表面上的外延层、设置在所述衬底的第二表面上的分布式布拉格反射镜,所述第二表面为与所述第一表面相反的表面,所述外延层包括依次层叠在所述衬底上的AlN缓冲层、N型层、发光层、P型层,所述P型层上设有从所述P型层延伸至所述N型层的凹槽,所述N型层上设有N型电极,所述P型层上设有透明导电薄膜TCO和P型电极,所述外延层的侧面与所述外延层的底面的夹角大于90°且小于180°,所述外延层的底面为所述AlN缓冲层中与所述衬底接触的表面,所述外延层的侧面为所述外延层的底面的相邻表面。
可选地,所述外延层的侧面与所述外延层的底面的夹角为135°。
另一方面,本发明实施例提供了一种发光二极管的制作方法,所述制作方法包括:
在衬底的第一表面形成外延层,所述外延层包括依次生长的AlN缓冲层、N型层、发光层、P型层;
在所述P型层上开设从所述P型层延伸至所述衬底的隔离槽;
通过所述隔离槽对所述外延层进行腐蚀,使所述外延层的侧面与所述外延层的底面的夹角大于90°且小于180°,所述外延层的底面为所述AlN缓冲层中与所述衬底接触的表面,所述外延层的侧面为所述外延层的底面的相邻表面;
在所述P型层上开设从所述P型层延伸至所述N型层的凹槽;
在所述P型层上形成透明导电薄膜TCO;
在所述TCO上设置P型电极,在所述N型层上形成N型电极;
在所述衬底的第二表面形成分布式布拉格反射镜DBR,所述第二表面为与所述第一表面相反的表面;
沿所述隔离槽的延伸方向进行劈裂,得到若干独立的发光二极管芯片。
可选地,所述外延层的侧面与所述外延层的底面的夹角为135°。
可选地,所述通过所述隔离槽对所述外延层进行腐蚀,包括:
采用腐蚀溶液在所述隔离槽内对所述外延层进行腐蚀。
优选地,所述腐蚀溶液为H2PO3溶液、H2SO4溶液、H2PO3和H2SO4的混合溶液、NaOH溶液、HCl溶液中的一种。
优选地,所述腐蚀溶液的温度为25~350℃。
可选地,所述在所述P型层上开设从所述P型层延伸至所述衬底的隔离槽,包括:
在所述P型层上涂覆光刻胶;
对所述光刻胶进行曝光和显影,形成设定图形的光刻胶;
在所述光刻胶的保护下,刻蚀所述P型层、所述发光层、所述N型层、以及所述AlN缓冲层,形成从所述P型层延伸至所述衬底的隔离槽;
去除所述光刻胶。
可选地,所述隔离槽的宽度为5~50μm。
可选地,在所述沿所述隔离槽的延伸方向进行劈裂之前,所述制作方法还包括:
采用隐形切割技术在所述衬底内形成裂缝。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
通过AlN缓冲层、N型层、发光层、P型层组成的外延层的侧面与外延层的底面的夹角大于90°且小于180°,外延层呈倒梯形结构,发光层产生的光射向侧壁时,入射角度发生变化,容易满足临界角的要求而从发光二极管中射出,提高了发光二极管的出光效率和发光亮度。
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是本发明实施例二提供的一种发光二极管的制作方法的流程图;
图3a-图3h是本发明实施例二提供的发光二极管制作过程中的结构示意图。
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,参见图2,该发光二极管包括衬底1、设置在衬底1的第一表面上的外延层2、设置在衬底1的第二表面上的分布式布拉格反射镜(DistributedBraggReflection,简称DBR)3,第二表面为与第一表面相反的表面。外延层2包括依次层叠在衬底1上的AlN缓冲层21、N型层22、发光层23、P型层24,P型层24上设有从P型层24延伸至N型层22的凹槽20,N型层22上设有N型电极4,P型层上设有透明导电薄膜(TCO)5和P型电极6。外延层2的侧面与外延层2的底面的夹角大于90°且小于180°,外延层2的底面为AlN缓冲层21中与衬底1接触的表面,外延层2的侧面为外延层2的底面的相邻表面。
在本实施例中,AlN缓冲层21可以有效减缓蓝宝石与GaN之间的晶格失配。
具体地,N型层22为GaN层,发光层23为交替层叠的InGaN层和GaN层,P型层24为GaN层。
优选地,外延层2的侧面与外延层2的底面的夹角可以为135°,此时出光效率可达到最高。
可选地,衬底1可以为表面平整的蓝宝石衬底、图形化蓝宝石衬底(PatternedSapphireSubstrate,简称PSS)、Si衬底、GaN衬底、SiN衬底、SiC衬底、玻璃衬底中的一种,适用面广。优选地,衬底1可以为PSS,利用PSS凹凸不平的表面进一步提高发光二极管的出光效率。
可选地,AlN缓冲层21的厚度可以为0.5nm~5μm。当AlN缓冲层21的厚度小于0.5nm时,无法起到晶格失配的减缓作用;当AlN缓冲层21的厚度大于5μm时,造成材料浪费,提高实现成本。
可选地,凹槽20的深度可以为0.5~5μm,使凹槽20延伸到N型层22。
可选地,TCO5可以为氧化铟锡(IndiumTinOxides,简称ITO)、铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃(AZO)、镓掺杂的氧化锌透明导电玻璃(GZO)、铟镓锌氧化物(IndiumGalliumZincOxide,简称IGZO)、NiAu、石墨烯中的一种,适用面广。
可选地,P型电极6可以为Cr、Pt、Au、Ti、Ni、Al、Mo、Pd中的一种或多种,N型电极4可以为Cr、Pt、Au、Ti、Ni、Al、Mo、Pd,适用面广。
本发明实施例通过AlN缓冲层、N型层、发光层、P型层组成的外延层的侧面与外延层的底面的夹角大于90°且小于180°,外延层呈倒梯形结构,发光层产生的光射向侧壁时,入射角度发生变化,容易满足临界角的要求而从发光二极管中射出,提高了发光二极管的出光效率和发光亮度。
实施例二
本发明实施例提供了一种发光二极管的制作方法,参见图2,该制作方法包括:
步骤201:在衬底的第一表面形成外延层。
在本实施例中,外延层包括依次生长的AlN缓冲层、N型层、发光层、P型层。
图3a为执行步骤201后的发光二极管的结构示意图。其中,1为衬底,2为外延层,21为AlN缓冲层,22为N型层,23为发光层,24为P型层。
具体地,N型层为GaN层,发光层为交替层叠的InGaN层和GaN层,P型层为GaN层。
可选地,衬底可以为表面平整的蓝宝石衬底、PSS、Si衬底、GaN衬底、SiN衬底、SiC衬底、玻璃衬底中的一种,适用面广。优选地,衬底可以为PSS,利用PSS凹凸不平的表面进一步提高发光二极管的出光效率。
可选地,AlN缓冲层的厚度可以为0.5nm~5μm。当AlN缓冲层的厚度小于0.5nm时,无法起到晶格失配的减缓作用;当AlN缓冲层的厚度大于5μm时,造成材料浪费,提高实现成本。
步骤202:在P型层上开设从P型层延伸至衬底的隔离槽。
图3b为执行步骤202后的发光二极管的结构示意图。其中,1为衬底,2为外延层,21为AlN缓冲层,22为N型层,23为发光层,24为P型层,10为隔离槽。
可选地,隔离槽的宽度可以为5~50μm。当隔离槽的宽度小于5μm时,对后续隔离槽内的腐蚀造成不便;当隔离槽的宽度大于50μm时,会造成材料的浪费,提高生产成本。
可选地,该步骤202可以包括:
在P型层上涂覆光刻胶;
对光刻胶进行曝光和显影,形成设定图形的光刻胶;
在光刻胶的保护下,刻蚀P型层、发光层、N型层、以及AlN缓冲层,形成从P型层延伸至衬底的隔离槽;
去除光刻胶。
步骤203:通过隔离槽对外延层进行腐蚀,使外延层的侧面与外延层的底面的夹角大于90°且小于180°。
在本实施例中,外延层的底面为AlN缓冲层中与衬底接触的表面,外延层的侧面为外延层的底面的相邻表面。
图3c为执行步骤203后的发光二极管的结构示意图。其中,1为衬底,2为外延层,21为AlN缓冲层,22为N型层,23为发光层,24为P型层,10为隔离槽。
优选地,外延层的侧面与外延层的底面的夹角可以为135°,此时出光效率可达到最高。
可选地,该步骤203可以包括:
采用腐蚀溶液在隔离槽内对外延层进行腐蚀。
具体地,腐蚀溶液可以为H2PO3溶液、H2SO4溶液、H2PO3和H2SO4的混合溶液、NaOH溶液、HCl溶液中的一种。利用腐蚀溶液腐蚀AlN的速度快于腐蚀GaN的速度,实现外延层呈倒梯形结构,即外延层的侧面与外延层的底面的夹角大于90°且小于180°。
可选地,腐蚀溶液的温度为25~350℃,达到较好的腐蚀效果。
步骤204:在P型层上开设从P型层延伸至N型层的凹槽。
图3d为执行步骤204后的发光二极管的结构示意图。其中,1为衬底,2为外延层,21为AlN缓冲层,22为N型层,23为发光层,24为P型层,10为隔离槽,20为凹槽。
可选地,凹槽的深度可以为0.5~5μm,使凹槽延伸到N型层。
步骤205:在P型层上形成TCO。
图3e为执行步骤205后的发光二极管的结构示意图。其中,1为衬底,2为外延层,21为AlN缓冲层,22为N型层,23为发光层,24为P型层,10为隔离槽,20为凹槽,5为TCO。
可选地,TCO可以为ITO、AZO、GZO、IGZO、NiAu、石墨烯中的一种,适用面广。
步骤206:在TCO上设置P型电极,在N型层上形成N型电极。
图3f为执行步骤206后的发光二极管的结构示意图。其中,1为衬底,2为外延层,21为AlN缓冲层,22为N型层,23为发光层,24为P型层,10为隔离槽,20为凹槽,5为TCO,6为P型电极,4为N型电极。
可选地,P型电极可以为Cr、Pt、Au、Ti、Ni、Al、Mo、Pd中的一种或多种,N型电极可以为Cr、Pt、Au、Ti、Ni、Al、Mo、Pd,适用面广。
步骤207:在衬底的第二表面形成DBR。
在本实施例中,第二表面为与第一表面相反的表面。
图3g为执行步骤207后的发光二极管的结构示意图。其中,1为衬底,2为外延层,21为AlN缓冲层,22为N型层,23为发光层,24为P型层,10为隔离槽,20为凹槽,5为TCO,6为P型电极,4为N型电极,3为DBR。
步骤208:沿隔离槽的延伸方向进行劈裂,得到若干独立的发光二极管芯片。
图3h为执行步骤208后的发光二极管的结构示意图。其中,1为衬底,2为外延层,21为AlN缓冲层,22为N型层,23为发光层,24为P型层,20为凹槽,5为TCO,6为P型电极,4为N型电极,3为DBR。
在本实施例的一种实现方式中,在步骤208之前,该制作方法还可以包括:
采用隐形切割技术在衬底内形成裂缝。
可以理解地,在衬底内形成裂缝,可以方便劈裂的进行。
本发明实施例通过AlN的腐蚀速率快于GaN,在对AlN和GaN进行腐蚀之后,AlN缓冲层、N型层、发光层、P型层组成的外延层的侧面与外延层的底面的夹角大于90°且小于180°,外延层呈倒梯形结构,发光层产生的光射向侧壁时,入射角度发生变化,容易满足临界角的要求而从发光二极管中射出,提高了发光二极管的出光效率和发光亮度。
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 (10)

1.一种发光二极管,所述发光二极管包括衬底、设置在所述衬底的第一表面上的外延层、设置在所述衬底的第二表面上的分布式布拉格反射镜,所述第二表面为与所述第一表面相反的表面,所述外延层包括依次层叠在所述衬底上的AlN缓冲层、N型层、发光层、P型层,所述P型层上设有从所述P型层延伸至所述N型层的凹槽,所述N型层上设有N型电极,所述P型层上设有透明导电薄膜TCO和P型电极,其特征在于,所述外延层的侧面与所述外延层的底面的夹角大于90°且小于180°,所述外延层的底面为所述AlN缓冲层中与所述衬底接触的表面,所述外延层的侧面为所述外延层的底面的相邻表面。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述外延层的侧面与所述外延层的底面的夹角为135°。
3.一种发光二极管的制作方法,其特征在于,所述制作方法包括:
在衬底的第一表面形成外延层,所述外延层包括依次生长的AlN缓冲层、N型层、发光层、P型层;
在所述P型层上开设从所述P型层延伸至所述衬底的隔离槽;
通过所述隔离槽对所述外延层进行腐蚀,使所述外延层的侧面与所述外延层的底面的夹角大于90°且小于180°,所述外延层的底面为所述AlN缓冲层中与所述衬底接触的表面,所述外延层的侧面为所述外延层的底面的相邻表面;
在所述P型层上开设从所述P型层延伸至所述N型层的凹槽;
在所述P型层上形成透明导电薄膜TCO;
在所述TCO上设置P型电极,在所述N型层上形成N型电极;
在所述衬底的第二表面形成分布式布拉格反射镜DBR,所述第二表面为与所述第一表面相反的表面;
沿所述隔离槽的延伸方向进行劈裂,得到若干独立的发光二极管芯片。
4.根据权利要求3所述的制作方法,其特征在于,所述外延层的侧面与所述外延层的底面的夹角为135°。
5.根据权利要求3或4所述的制作方法,其特征在于,所述通过所述隔离槽对所述外延层进行腐蚀,包括:
采用腐蚀溶液在所述隔离槽内对所述外延层进行腐蚀。
6.根据权利要求5所述的制作方法,其特征在于,所述腐蚀溶液为H2PO3溶液、H2SO4溶液、H2PO3和H2SO4的混合溶液、NaOH溶液、HCl溶液中的一种。
7.根据权利要求5所述的制作方法,其特征在于,所述腐蚀溶液的温度为25~350℃。
8.根据权利要求3或4所述的制作方法,其特征在于,所述在所述P型层上开设从所述P型层延伸至所述衬底的隔离槽,包括:
在所述P型层上涂覆光刻胶;
对所述光刻胶进行曝光和显影,形成设定图形的光刻胶;
在所述光刻胶的保护下,刻蚀所述P型层、所述发光层、所述N型层、以及所述AlN缓冲层,形成从所述P型层延伸至所述衬底的隔离槽;
去除所述光刻胶。
9.根据权利要求3或4所述的制作方法,其特征在于,所述隔离槽的宽度为5~50μm。
10.根据权利要求3或4所述的制作方法,其特征在于,在所述沿所述隔离槽的延伸方向进行劈裂之前,所述制作方法还包括:
采用隐形切割技术在所述衬底内形成裂缝。
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