CN106206895A - 一种具有双电流扩展层的led及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有双电流扩展层的LED及其制作方法，其制作方法包括以下步骤：A、将外延片经过清洗处理后，在外延层（2）表面蒸镀一层薄层ITO,厚度为10nm～50nm；B、通过炉管高温退火将薄层ITO与外延层表面形成良好欧姆接触；C、通过氮气吹净对已经蒸镀薄层ITO的外延片进行吹净处理；D、在薄层ITO表面通过电子束蒸发蒸镀厚层ITO，厚度为50nm～200nm，形成双层ITO（5）结构；E、在双层ITO（5）的厚层ITO里制备光子晶体（4）结构，光子晶体（4）深度为50nm～200nm，为多边形或圆形结构。采用本发明可提高LED发光率，去除杂质，提高产品品质。
Description
技术领域
本发明涉及光电子器件领域，具体涉及一种具有双电流扩展层的LED及其制作方法。
背景技术
LED是发光二极管的简称，它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。LED的心脏是一个半导体的晶片，也就是指的PN结，是一种固态的半导体器件，当给发光二极管加上正向电压后，电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。
总的来说，LED制作流程分为两大部分：
首先在衬底上制作氮化镓基的外延片，这个过程主要是在金属有机化学气相沉积外延炉(MOCVD)中完成的。该过程是通过控制温度、压力、流量、反应物浓度和种类比例，从而控制成膜质量、品质，形成N型氮化镓层、多量子阱层和P型氮化镓层。
然后是对制备好的外延片进行芯片段的加工，芯片段主要作用是制作焊线电极和电流扩展层，需要经过的工序包括清洗、镀膜、光刻、刻蚀、研磨、划片、测试和分拣等，最终得到所需的LED芯片。其中镀膜工序主要作用是蒸镀金属电极和透明电极，透明电极主要作用是透光并具备电流扩展功能，现阶段LED电流扩展层材质大部分为ITO材质，由于材料本身特性，ITO薄膜具有良好的导电性和可见光区较高的光透过率。电流扩展层结构主要有单层ITO材质、双层ITO材质。单层ITO材质的电流扩展层，为了提高ITO层与P型氮化镓层的欧姆接触，需要进行退火处理，而退火后ITO层比退火前的ITO层电阻率升高，较大程度上影响了LED的电光转化效率。因此，目前的生产工艺中LED芯片的出光率和产品品质还可以进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有光子晶体结构的双层ITO电流扩展层的LED及其制作方法，能够较大程度提高LED出光效率。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种具有双电流扩展层的LED，包含衬底、外延层、电极，外延层由P-MQW-N氮化镓结构组成，呈二级阶梯状，电极中的N电极呈扇形，位于外延层较低阶梯上表面，所述的外延层较高阶梯上表面有双层ITO及电极中的P电极，P电极呈圆柱形，双层ITO将P电极侧表面环绕，双层ITO由薄层ITO及厚层ITO组成，厚层ITO在薄层ITO上，并且厚层ITO上具有多边形或圆形结构的光子晶体。
作为优选：所述的薄层ITO厚度为10nm～50nm，所述的厚层ITO厚度为50nm～200nm。
作为优选：所述的光子晶体深度为50nm～200nm，为正六边形或圆形结构。
作为优选：所述的光子晶体直径为2～5微米，图形间距控制在1～5微米之间。
一种具有双电流扩展层的LED制作方法,包括以下步骤：
A、将外延片经过清洗处理后，在外延层表面蒸镀一层薄层ITO,厚度为10nm～50nm；
B、通过炉管高温退火将薄层ITO与外延层表面形成良好欧姆接触；
C、通过氮气吹净对已经蒸镀薄层ITO的外延片进行吹净处理，可以去除退火过程造成的ITO表面粘附杂质；
D、在薄层ITO表面通过电子束蒸发蒸镀厚层ITO，厚度为50nm～200nm，形成双层ITO结构；
E、在双层ITO的厚层ITO里制备光子晶体结构，光子晶体深度为50nm～200nm，为多边形或圆形结构。
即以双层ITO为基本结构，通过对结构中的薄层ITO进行退火，实现薄层ITO与外延层表面的P型氮化镓层形成欧姆接触，而厚层ITO不进行退火，使用该方法使其电阻率降低，从而提高电光转化效率。另在芯片电流扩展层厚层ITO里制备光子晶体，粗化外观，改变出光角度，从而达到提升LED芯片出光效率的目的。
作为优选：所述的蒸镀采用以下工艺参数：真空度：5.2E-06Torr；蒸发温度：260℃；氧气流量：3.0sccm；蒸发功率：12%～15%；电压：8.0kv；电流：101mA；速率：2.0 Å/s～3.0Å/s。
作为优选：所述的退火温度为450℃～550℃，退火时间为15min～20min。
作为优选：所述的氮气吹净，氮气压力为4～6kg /cm²，时间为30s。
作为优选：所述的光子晶体为正六边形或圆形结构，直径为2～5微米，图形间距控制在1～5微米之间。
作为优选：所述的制备光子晶体结构，先在厚层ITO表面沉积氧化硅膜层，在氧化硅膜层上涂覆光刻胶，通过光刻技术制备出多边形或圆形的光子晶体形状，通过湿法氧化硅腐蚀形式将光子晶体形状转移至氧化硅上，之后去除光刻胶，再利用氧化硅作光子晶体掩模，通过干法刻蚀对厚层ITO膜层进行刻蚀，刻蚀后去除氧化硅膜层，制得光子晶体结构。
与现有技术相比，本发明至少能实现以下一种有益效果：采用本发明可提高LED芯片出光率，经测试，相比于普通双层ITO结构，可提高出光率5%～10%左右；采用高温退火使薄层ITO与外延层表面形成良好欧姆接触，而对厚层ITO不进行退火，使用该方法使其电阻率降低，从而提高电光转化效率。另在芯片电流扩展层厚层ITO里制备光子晶体，粗化外观，改变出光角度，从而达到提升LED芯片出光效率的目的。并采用氮气吹净再进行厚层ITO的蒸镀，去除退火过程造成的ITO表面粘附杂质，提高产品品质。
附图说明
图1为本发明制得的LED芯片结构俯视图。
图2为本发明制得的LED芯片结构45°俯视图。
图3为本发明制得的LED芯片斜切结构示意图。
附图中各部件的标记如下：1、衬底，2、外延层，3、电极，4、光子晶体，5、双层ITO。
具体实施方式
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1和图2示出了此种具有双电流扩展层的LED制作方法制得的LED芯片结构示意图，下面结合图例列举几个实施例。
实施例1：
一种具有双电流扩展层的LED制作方法,包括以下步骤：
A、将外延片经过清洗处理后，在外延层2表面蒸镀一层薄层ITO,厚度为10nm；
B、通过炉管高温退火将薄层ITO与外延层表面形成良好欧姆接触；
C、通过氮气吹净对已经蒸镀薄层ITO的外延片进行吹净处理，可以去除退火过程造成的ITO表面粘附杂质；
D、在薄层ITO表面通过电子束蒸发蒸镀厚层ITO，厚度为50nm，形成双层ITO5结构；
E、在双层ITO的厚层ITO里制备光子晶体5结构，光子晶体5深度为50nm，为多边形或圆形结构。
即以双层ITO为基本结构，在双层ITO上制备光子晶体，粗化外观，改变出光角度，从而达到提升LED芯片出光效率的目的，相比于普通双层ITO结构，可提高出光率5%～10%左右；采用高温退火使薄层ITO与外延层表面形成良好欧姆接触；采用氮气吹净再进行厚层ITO的蒸镀，去除退火过程造成的ITO表面粘附杂质，提高产品品质。
实施例2：
一种具有双电流扩展层的LED制作方法,包括以下步骤：
A、将外延片经过清洗处理后，在外延层2表面蒸镀一层薄层ITO,厚度为50nm，蒸镀采用以下工艺参数：真空度：5.2E-06Torr；蒸发温度：260℃；氧气流量：3.0sccm；蒸发功率：12%；电压：8.0kv；电流：101mA；速率：2.0 Å/s。
B、通过炉管高温退火将薄层ITO与外延层表面形成良好欧姆接触；
C、通过氮气吹净对已经蒸镀薄层ITO的外延片进行吹净处理，可以去除退火过程造成的ITO表面粘附杂质；
D、在薄层ITO表面通过电子束蒸发蒸镀厚层ITO，厚度为50nm，形成双层ITO5结构；
E、在双层ITO的厚层ITO里制备光子晶体5结构，光子晶体5深度为50nm，为多边形或圆形结构。
即以双层ITO为基本结构，通过对结构中的薄层ITO进行退火，实现薄层ITO与外延层表面的P型氮化镓层形成欧姆接触，而厚层ITO不进行退火，使用该方法使其电阻率降低，从而提高电光转化效率。另在双层ITO上制备光子晶体，粗化外观，改变出光角度，从而达到提升LED芯片出光效率的目的，相比于普通双层ITO结构，可提高出光率5%～10%左右；采用氮气吹净再进行厚层ITO的蒸镀，去除退火过程造成的ITO表面粘附杂质，提高产品品质。
实施例3：
一种具有双电流扩展层的LED制作方法,包括以下步骤：
A、将外延片经过清洗处理后，在外延层2表面蒸镀一层薄层ITO,厚度为50nm，蒸镀采用以下工艺参数：真空度：5.2E-06Torr；蒸发温度：260℃；氧气流量：3.0sccm；蒸发功率：15%；电压：8.0kv；电流：101mA；速率：3.0 Å/s。；
B、通过炉管高温退火将薄层ITO与外延层表面形成良好欧姆接触，退火温度为450℃，退火时间为20min；
C、通过氮气吹净对已经蒸镀薄层ITO的外延片进行吹净处理，可以去除退火过程造成的ITO表面粘附杂质；
D、在薄层ITO表面通过电子束蒸发蒸镀厚层ITO，厚度为200nm，形成双层ITO5结构；
E、在双层ITO的厚层ITO里制备光子晶体5结构，光子晶体5深度为200nm，为多边形或圆形结构。
即以双层ITO为基本结构，通过对结构中的薄层ITO进行退火，实现薄层ITO与外延层表面的P型氮化镓层形成欧姆接触，而厚层ITO不进行退火，使用该方法使其电阻率降低，从而提高电光转化效率。另在双层ITO上制备光子晶体，粗化外观，改变出光角度，从而达到提升LED芯片出光效率的目的，相比于普通双层ITO结构，可提高出光率5%～10%左右；采用氮气吹净再进行厚层ITO的蒸镀，去除退火过程造成的ITO表面粘附杂质，提高产品品质。
实施例4：
一种具有双电流扩展层的LED制作方法,包括以下步骤：
A、将外延片经过清洗处理后，在外延层2表面蒸镀一层薄层ITO,厚度为50nm，蒸镀采用以下工艺参数：真空度：5.2E-06Torr；蒸发温度：260℃；氧气流量：3.0sccm；蒸发功率：15%；电压：8.0kv；电流：101mA；速率： 3.0 Å/s。；
B、通过炉管高温退火将薄层ITO与外延层表面形成良好欧姆接触，退火温度为4550℃，退火时间为15min；
C、通过氮气吹净对已经蒸镀薄层ITO的外延片进行吹净处理，氮气压力为4kg /cm²，时间为30s，可以去除退火过程造成的ITO表面粘附杂质；
D、在薄层ITO表面通过电子束蒸发蒸镀厚层ITO，厚度为200nm，形成双层ITO5结构；
E、在双层ITO的厚层ITO里制备光子晶体5结构，光子晶体5深度为200nm，为多边形或圆形结构。
即以双层ITO为基本结构，通过对结构中的薄层ITO进行退火，实现薄层ITO与外延层表面的P型氮化镓层形成欧姆接触，而厚层ITO不进行退火，使用该方法使其电阻率降低，从而提高电光转化效率。另在双层ITO上制备光子晶体，粗化外观，改变出光角度，从而达到提升LED芯片出光效率的目的，相比于普通双层ITO结构，可提高出光率5%～10%左右；采用氮气吹净再进行厚层ITO的蒸镀，去除退火过程造成的ITO表面粘附杂质，提高产品品质。
实施例5：
一种具有双电流扩展层的LED制作方法,包括以下步骤：
A、将外延片经过清洗处理后，在外延层2表面蒸镀一层薄层ITO,厚度为50nm，蒸镀采用以下工艺参数：真空度：5.2E-06Torr；蒸发温度：260℃；氧气流量：3.0sccm；蒸发功率：15%；电压：8.0kv；电流：101mA；速率： 3.0 Å/s。；
B、通过炉管高温退火将薄层ITO与外延层表面形成良好欧姆接触，退火温度为4550℃，退火时间为15min；
C、通过氮气吹净对已经蒸镀薄层ITO的外延片进行吹净处理，氮气压力为6kg /cm²，时间为30s，可以去除退火过程造成的ITO表面粘附杂质；
D、在薄层ITO表面通过电子束蒸发蒸镀厚层ITO，厚度为200nm，形成双层ITO5结构；
E、在双层ITO的厚层ITO里制备光子晶体5结构，光子晶体5深度为200nm，光子晶体4为正六边形或圆形结构，直径为2微米，图形间距控制在1微米。
即以双层ITO为基本结构，通过对结构中的薄层ITO进行退火，实现薄层ITO与外延层表面的P型氮化镓层形成欧姆接触，而厚层ITO不进行退火，使用该方法使其电阻率降低，从而提高电光转化效率。另在双层ITO上制备光子晶体，粗化外观，改变出光角度，从而达到提升LED芯片出光效率的目的，相比于普通双层ITO结构，可提高出光率5%～10%左右；采用氮气吹净再进行厚层ITO的蒸镀，去除退火过程造成的ITO表面粘附杂质，提高产品品质。
实施例6：
一种具有双电流扩展层的LED，包含衬底1、外延层2、电极3，外延层2由P-MQW-N氮化镓结构组成，呈二级阶梯状，电极3中的N电极呈扇形，位于外延层2较低阶梯上表面，所述的外延层2较高阶梯上表面有双层ITO5及电极3中的P电极，P电极呈圆柱形，双层ITO5将P电极侧表面环绕，双层ITO5由薄层ITO及厚层ITO组成，厚层ITO在薄层ITO上，并且厚层ITO上具有多边形或圆形结构的光子晶体4。
实施例7：
一种具有双电流扩展层的LED，包含衬底1、外延层2、电极3，外延层2由P-MQW-N氮化镓结构组成，呈二级阶梯状，电极3中的N电极呈扇形，位于外延层2较低阶梯上表面，所述的外延层2较高阶梯上表面有双层ITO5及电极3中的P电极，P电极呈圆柱形，双层ITO5将P电极侧表面环绕，双层ITO5由薄层ITO及厚层ITO组成，所述的薄层ITO厚度为10nm，所述的厚层ITO厚度为200nm。厚层ITO在薄层ITO上，并且厚层ITO上具有多边形或圆形结构的光子晶体4。
实施例7：
一种具有双电流扩展层的LED，包含衬底1、外延层2、电极3，外延层2由P-MQW-N氮化镓结构组成，呈二级阶梯状，电极3中的N电极呈扇形，位于外延层2较低阶梯上表面，所述的外延层2较高阶梯上表面有双层ITO5及电极3中的P电极，P电极呈圆柱形，双层ITO5将P电极侧表面环绕，双层ITO5由薄层ITO及厚层ITO组成，所述的薄层ITO厚度为10nm，所述的厚层ITO厚度为50nm。厚层ITO在薄层ITO上，并且厚层ITO上具有多边形或圆形结构的光子晶体4，深度为50nm。
实施例8：
一种具有双电流扩展层的LED，包含衬底1、外延层2、电极3，外延层2由P-MQW-N氮化镓结构组成，呈二级阶梯状，电极3中的N电极呈扇形，位于外延层2较低阶梯上表面，所述的外延层2较高阶梯上表面有双层ITO5及电极3中的P电极，P电极呈圆柱形，双层ITO5将P电极侧表面环绕，双层ITO5由薄层ITO及厚层ITO组成，所述的薄层ITO厚度为10nm，所述的厚层ITO厚度为50nm，厚层ITO在薄层ITO上，并且厚层ITO上具有多边形或圆形结构的光子晶体4，深度为50nm，光子晶体直径为2微米，图形间距控制在1微米。
最优实施例：
一种具有双电流扩展层的LED，包含衬底1、外延层2、电极3，外延层2由P-MQW-N氮化镓结构组成，呈二级阶梯状，电极3中的N电极呈扇形，位于外延层2较低阶梯上表面，所述的外延层2较高阶梯上表面有双层ITO5及电极3中的P电极，P电极呈圆柱形，双层ITO5将P电极侧表面环绕，双层ITO5由薄层ITO及厚层ITO组成，所述的薄层ITO厚度为50nm，所述的厚层ITO厚度为200nm，厚层ITO在薄层ITO上，并且厚层ITO上具有正六边形结构的光子晶体4，深度为200nm，光子晶体直径为2微米，图形间距控制在1微米。
最优实施例：
一种具有双电流扩展层的LED制作方法,包括以下步骤：
A、将外延片经过清洗处理后，在外延层2表面蒸镀一层薄层ITO,厚度为50nm，蒸镀采用以下工艺参数：真空度：5.2E-06Torr；蒸发温度：260℃；氧气流量：3.0sccm；蒸发功率：15%；电压：8.0kv；电流：101mA；速率： 3.0 Å/s。；
B、通过炉管高温退火将薄层ITO与外延层表面形成良好欧姆接触，退火温度为4550℃，退火时间为15min；
C、通过氮气吹净对已经蒸镀薄层ITO的外延片进行吹净处理，氮气压力为6kg /cm²，时间为30s可以去除退火过程造成的ITO表面粘附杂质；
D、在薄层ITO表面通过电子束蒸发蒸镀厚层ITO，厚度为200nm，形成双层ITO5结构；
E、在双层ITO的表面制备光子晶体5结构，光子晶体5深度为200nm，光子晶体4为正六边形或圆形结构，直径为5微米，图形间距控制在5微米，先在厚层ITO表面沉积氧化硅膜层，在氧化硅膜层上涂覆光刻胶，通过光刻技术制备出多边形或圆形的光子晶体4形状，通过湿法氧化硅腐蚀形式将光子晶体4形状转移至氧化硅上，之后去除光刻胶，再利用氧化硅作光子晶体掩模，通过干法刻蚀对厚层ITO膜层进行刻蚀，刻蚀后去除氧化硅膜层，制得光子晶体4结构。
即以双层ITO为基本结构，通过对结构中的薄层ITO进行退火，实现薄层ITO与外延层表面的P型氮化镓层形成欧姆接触，而厚层ITO不进行退火，使用该方法使其电阻率降低，从而提高电光转化效率。另在双层ITO上制备光子晶体，粗化外观，改变出光角度，从而达到提升LED芯片出光效率的目的，相比于普通双层ITO结构，可提高出光率5%～10%左右；采用氮气吹净再进行厚层ITO的蒸镀，去除退火过程造成的ITO表面粘附杂质，提高产品品质。
在本说明书中所谈到多个解释性实施例，指的是结合该实施例描述的具体方法包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任意一实施例描述一个结构时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种方法落在本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种具有双电流扩展层的LED，其特征在于：包含衬底（1）、外延层（2）、电极（3），外延层（2）呈二级阶梯状，电极（3）中的N电极呈扇形，位于外延层（2）较低阶梯上表面，所述的外延层（2）较高阶梯上表面有双层ITO（5）及电极（3）中的P电极，P电极呈圆柱形，双层ITO（5）将P电极侧表面环绕，双层ITO（5）由薄层ITO及厚层ITO组成，厚层ITO在薄层ITO上，并且厚层ITO上具有多边形或圆形结构的光子晶体（4）。
2.根据权利要求1所述的一种具有双电流扩展层的LED，其特征在于：所述的薄层ITO厚度为10nm～50nm，所述的厚层ITO厚度为50nm～200nm。
3.根据权利要求1所述的一种具有双电流扩展层的LED，其特征在于：所述的光子晶体（4）深度为50nm～200nm，为正六边形或圆形结构。
4.根据权利要求3所述的一种具有双电流扩展层的LED，其特征在于：所述的光子晶体（4）直径为2～5微米，图形间距控制在1～5微米之间。
5.一种具有双电流扩展层的LED制作方法,其特征在于包括以下步骤：
A、将外延片经过清洗处理后，在外延层（2）表面蒸镀一层薄层ITO,厚度为10nm～50nm；
B、通过炉管高温退火将薄层ITO与外延层表面形成良好欧姆接触；
C、通过氮气吹净对已经蒸镀薄层ITO的外延片进行吹净处理；
D、在薄层ITO表面通过电子束蒸发蒸镀厚层ITO，厚度为50nm～200nm，形成双层ITO（5）结构；
E、在双层ITO（5）的厚层ITO里制备光子晶体（4）结构，光子晶体（4）深度为50nm～200nm，为标准多边形或圆形结构。
6.根据权利要求5所述的一种具有双电流扩展层的LED制作方法，其特征在于：所述的蒸镀采用以下工艺参数：真空度：5.2E-06Torr；蒸发温度：260℃；氧气流量：3.0sccm；蒸发功率：12%～15%；电压：8.0kv；电流：101mA；速率：2.0 Å/s～3.0 Å/s。
7.根据权利要求5所述的一种具有双电流扩展层的LED制作方法，其特征在于：所述的退火温度为450℃～550℃，退火时间为15min～20min。
8.根据权利要求5所述的一种具有双电流扩展层的LED制作方法，其特征在于：所述的氮气吹净，氮气压力为4～6kg /cm²，时间为30s。
9.根据权利要求5所述的一种具有双电流扩展层的LED制作方法，其特征在于：所述的光子晶体（4）为正六边形或圆形结构，直径为2～5微米，图形间距控制在1～5微米之间。
10.根据权利要求5所述的一种具有双电流扩展层的LED制作方法，其特征在于：所述的制备光子晶体（4）结构，先在厚层ITO表面沉积氧化硅膜层，在氧化硅膜层上涂覆光刻胶，通过光刻技术制备出标准多边形或圆形的光子晶体（4）形状，通过湿法氧化硅腐蚀形式将光子晶体（4）形状转移至氧化硅上，之后去除光刻胶，再利用氧化硅作光子晶体掩模，通过干法刻蚀的形式对厚层ITO膜层进行刻蚀，刻蚀后去除氧化硅膜层，制得光子晶体（4）结构。
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