CN106410009A - 一种发光二极管及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发光二极管及其制作方法，该发光二极管包括：P型材料层；N型材料层；活性层，设置于所述P型材料层与所述N型材料层之间；其特征在于，还包括与所述P型材料层形成欧姆接触的透明导电层，所述透明导电层设置于所述P型材料层的背离所述N型材料层的一侧，所述透明导电层的两个表面为非粗化表面。通过在P型材料层的背离N型材料层的一侧设置透明导电层并使其两个表面为非粗化表面，使得该发光二极管不仅具有良好的欧姆接触，而且具有良好的反射性能，特别适用于垂直和倒装结构发光二极管结构中。

Description

一种发光二极管及其制作方法
技术领域
本发明属于半导体照明技术领域，具体地说，涉及一种发光二极管及其制作方法。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)是一种将电能转换为光的器件，通常包括P型材料层、N型材料层及夹设与该P型材料层和N型材料层之间的活性层。当将电压施加至P型材料层和N型材料层上时，空穴和电子被注入至活性层中，在活性层中复合并产生光，光从活性层中向外射出。
发光二极管产生的光只有在小于临界角的情况下才能射出至外界，否则由于内部全反射的原因，大量的光将在发光二极管内部损失掉，无法射出至外界，最终导致发光二极管的出光率低下。
为提高发光二极管的出光率，已开发出多种方法，例如对发光二极管的出光面进行粗化处理，或在发光二极管的下表面设置反射层。对于在发光二极管的下表面设置反射层的方法，该反射层通常兼作欧姆接触层，由于欧姆接触层需要具有较好的电特性，现有的反射层难易同时具有良好的电特性和反射性能。此外，对于在反射层与发光二极管之间单独设置欧姆接触层的方案，现有的欧姆接触层对反射光的反射率影响较大，不利于器件出光率的提高。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种发光二极管，包括：
P型材料层；
N型材料层；
活性层，设置于所述P型材料层与所述N型材料层之间；
其特征在于，还包括与所述P型材料层形成欧姆接触的透明导电层，所述透明导电层设置于所述P型材料层的背离所述N型材料层的一侧，所述透明导电层的两个表面为非粗化表面。
优选地，所述透明导电层的两个表面的平均表面粗糙度均小于等于0.5nm。
优选地，所述发光二极管还包括反射层，所述反射层设置于所述透明导电层的背离所述N型材料层的一侧。
优选地，所述发光二极管还包括P电极和N电极，所述P电极电性连接至所述P型材料层，所述N电极电性连接至所述N型材料层。
优选地，所述P电极形成于所述透明导电层的背离所述N型材料层的一侧，所述N电极形成于所述N型材料层的背离所述P型材料层的一侧。
优选地，所述P电极形成于所述透明导电层的背离所述N型材料层的一侧，所述N型材料层邻近所述P型材料层的一侧具有一露出区域，所述N电极形成于所述露出区域上。
优选地，所述发光二极管的出光面为N型材料层。
优选地，所述N型材料层的表面形成有粗化结构。
本发明还提供一种发光二极管的制作方法，包括：
形成一基础发光二极管结构，所述基础发光二极管结构包括P型材料层、N型材料层、设置于所述P型材料层与所述N型材料层之间的活性层；
形成与所述P型材料层形成欧姆接触的透明导电层，所述透明导电层设置于所述P型材料层的背离所述N型材料层的一侧，所述透明导电层的两个表面为非粗化表面。
优选地，所述透明导电层的两个表面的平均表面粗糙度均小于等于0.5nm。
优选地，形成所述透明导电层的方法为溅射镀膜方法。
优选地，所述方法还包括形成P电极和N电极，所述P电极电性连接至所述P型材料层，所述N电极电性连接至所述N型材料层。
优选地，所述方法包括以下步骤：
(1)于第一基板上依次层叠所述N型材料层、活性层和P型材料层，形成所述基础发光二极管结构；
(2)于所述P型材料层的背离所述N型材料层的一侧，形成与所述P型材料层形成欧姆接触的透明导电层；
(3)于所述透明导电层上依次形成反射层和P电极；
(4)于所述P电极上形成第二基板；
(5)倒置所述发光二极管，并移除所述第一基板；
(6)于所述N型材料层上形成N电极。
优选地，所述方法包括以下步骤：
(1)于第一基板上依次层叠所述N型材料层、活性层和P型材料层，形成所述基础发光二极管结构；
(2)蚀刻所述P型材料层和所述活性层的部分区域，使得所述部分区域的N型材料层露出；
(3)于所述P型材料层的未被蚀刻部分上形成透明导电层，所述透明导电层形成于所述P型材料层的背离所述N型材料层的一侧，所述透明导电层的两个表面为非粗化表面；在所述N型材料层的露出区域表面形成N电极；
(4)于所述透明导电层上依次形成反射层和P电极；
(5)于第二基板上的不同区域形成P极电极线和N极电极线；
(6)将形成有基础发光二极管结构的所述第一基板倒装在所述第二基板上，其中，所述P电极与所述第二基板上的P极电极线电性连接，所述N电极与所述第二基板上的N极电极线电性连接。
与现有技术相比，本发明的发光二极管及其制作方法至少具有以下有益效果：通过在P型材料层的背离N型材料层的一侧设置透明导电层并使其两个表面为非粗化表面，使得该发光二极管不仅具有良好的欧姆接触，而且具有良好的反射性能，特别适用于垂直和倒装结构发光二极管结构中。
附图说明
图1为本发明实施例1的发光二极管的示意图；
图2A至图2E为本发明实施例1的发光二极管的制备过程示意图；
图3A至图3E为本发明实施例2的发光二极管的制备过程示意图。
其中，附图标记说明如下：
10：P型材料层 80：第一焊垫
20：活性层 90：第二焊垫
30：N型材料层 101：第一基板
40：透明导电层 102：第二基板
50：反射层 103：P极电极线
60：P电极 104：N极电极线
70：N电极
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。
本发明内所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本发明保护范围内。
实施例1
请参照图1，本实施例的发光二极管包括一基础发光二极管结构，该基础发光二极管结构包括P型材料层10、N型材料层30以及设置于P型材料层与N型材料层之间的活性层20。在上述基础发光二极管结构中增设与P型材料层10形成欧姆接触的透明导电层40，该透明导电层40设置于P型材料层10的背离N型材料层30的一侧，该透明导电层40的两个表面为非粗化表面。通过设置透明导电层40并将其两个表面设置为非粗化表面，能够改善发光二极管的电特性和出光效率。
P型材料层10、活性层20和N型材料层30可采用现有的半导体材料形成，该半导体材料可未经掺杂、N掺杂或P掺杂，作为示例，半导体材料选自以下材料中的至少一种：GaN、InGaN、AlGaN、AlGaInN、InN、GaAs、AlGaAs、AlGaAs、GaAsP、AlGaInP、GaP、AlGaP、ZnSe、SiC、Si、金刚石、BN、AlN、MgO、SiO、ZnO、LiAlO、SiC、Ge、InAs、InAt、InP、C、Ge、SiGe、AlSb、AlAs、AlP、BP、BAs、GaSb、InSb、AlGaAs、InGaAs、InGaAs、InGaP、AlInAs、AlInSb、GaAsN、AlGaP、AlGaP、InAsSb、InGaSb、AlGaAsP、AlInAsP、AlGaAsN、InGaAsN、InAlAsN、GaAlAsN、GaAsSbN、GaInNAsSb或GaInAsSbP。作为优选方案，P型材料层10和N型材料层30的半导体材料采用GaN，活性层20的半导体材料采用InGaN。
透明导电层40与P型材料层10形成欧姆接触，以降低接触电阻值。发明人研究发现透明导电层40的两个表面为非粗化表面时，透明导电层40能够为P型材料层10提供更均匀的电流分布，使得活性层20产生的光更均匀。非粗化表面是指透明导电层40的两个表面均为光滑表面。在一个较佳实施例中，透明导电层的材料选自氧化铟锡(ITO)、镍(Ni)、金(Au)、氧化镓(Ga2O3)、氧化铟(In2O3)、氧化锌(ZnO)、氧化钛(TiO2)、氧化镁(MgO)中的至少一种。透明导电层40不仅要具有良好的导电性，而且需要具有良好的透明性，其厚度可以根据需要进行设置。
在一个较佳实施例中，发光二极管还包括设置于透明导电层40的背离N型材料层30的一侧上的反射层50，反射层50将活性层20向下出射的光向上反射至N型材料层30，并向外出射，从而提高出光效率。反射层50通常选用具有高反射率的金属材料，在一个较佳实施例中，反射层50的材料选自铂(Pt)、金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)、铝(Al)、钛(Ti)、铱(Ir)、铑(Rh)中的至少一种，优选银。
反射层50在将光向上反射时，反射的光首先经过透明导电层40，本申请发明人经研究发现，具有粗糙表面的透明导电层40在光透过时，具有较强的散射作用，不利于反射光向上出射，为避免反射光散射，发明人研究发现透明导电层40的两个表面为非粗化表面时，反射光具有较高的透过率，即具有低粗糙度表面的透明导电层40配合反射层50具有良好的反射效果。在一个较佳实施例中，透明导电层40的两个表面的平均表面粗糙度均小于等于0.5nm时，具有该粗糙度表面的透明导电层40配合反射层50具有更佳的反射效果，透明导电层40的光的透过率更高，同时，发明人发现平均表面粗糙度越小越有利于反射的透过，因此，透明导电层40的两个表面的平均表面粗糙度进一步优选小于等于0.3nm。
在一个较佳实施例中，本发明的发光二极管的出光面为N型材料层30，即该发光二极管为N面朝上结构。进一步地，该N面朝上结构的发光二极管中，N型材料层30的表面可以具有粗化结构或不设置粗化结构，作为优选方案，N型材料层30的表面形成有粗化结构，通过设置粗化结构，进一步提高发光二极管的出光效率。该粗化结构可通过建立图案并采用干法蚀刻或湿法蚀刻工艺形成。
在一个实施例中，发光二极管还包括P电极60和N电极70，P电极60电性连接至P型材料层10，N电极70电性连接至N型材料层30。
如图1所示，本实施例中，P电极60形成于反射层50的背离N型材料层30的一侧，P电极60通过反射层50、透明导电层40与P型材料层10电性连接，N电极70形成于N型材料层30的背离P型材料层10的一侧，从而形成一种垂直结构发光二极管。需要说明的是，在不设置反射层50时，P电极60也可以直接形成于透明导电层40的背离所述P型材料层的一侧。
P电极60和N电极70可由已知的材料形成，作为示例，P电极60和N电极70的材料选自金(Au)、镍(Ni)、银(Ag)、铜(Cu)、铂(Pt)、铬(Cr)、锌(Zn)、钯(Pd)、铝(Al)、钛(Ti)中的一种，或由上述材料中的至少两种组成的合金，如镍金合金、铝钛钯金合金、铬钯金合金、金锌合金、钛铂合金。
本发明还提供一种发光二极管的制作方法，该方法包括：形成一基础发光二极管结构，该基础发光二极管结构包括P型材料层10、N型材料层30、设置于P型材料层10与N型材料层30之间的活性层20；形成与P型材料层10形成欧姆接触的透明导电层40，透明导电层40设置于P型材料层10的背离N型材料层30的一侧，透明导电层40的两个表面为非粗化表面。
在一较佳实施例中，可通过溅射镀膜方法使透明导电层40的两个表面成为非粗化表面。
在一较佳实施例中，上述方法还包括形成P电极60和N电极70，P电极60电性连接至P型材料层10，N电极70电性连接至N型材料层30。
请参照图2A至图2E，制作本实施例发光二极管的一个示例方法包括以下步骤：
(1)于第一基板101上形成基础发光二极管结构，该基础发光二极管结构的P面朝上，其中，N型材料层30、活性层20和P型材料层10依次层叠于第一基板101上，N型材料层30、活性层20和P型材料层10可通过金属有机化学气相沉积法(Metal-Organic ChemicalVapor Deposition，简称MOCVD)、溅镀法或电子束沉积法等方法形成。
(2)形成与P型材料层10形成欧姆接触的透明导电层40，透明导电层40形成于P型材料层10的背离N型材料层30的一侧，可采用溅射镀膜方法形成透明导电层40，透明导电层40的两个表面为非粗化表面。
(3)于透明导电层40上依次形成反射层50和P电极60，反射层50和P电极60可采用与透明导电层40相同的方法形成。
(4)于P电极60上形成第二基板102，第二基板102可通过粘合方法贴附于P电极60上。
(5)倒置上述发光二极管使其P面朝下，并移除第一基板101，可采用激光剥离方法(Laser Lift Off，简称LLO)使第一基板101与N型材料层30分离。
(6)于N型材料层30上形成N电极70，完成发光二极管的制作，N电极70可采用与透明导电层40相同的方法形成。
第一基板101和第二基板102可采用相同或不同的材料制成，作为示例，可用的材料包括但不限于蓝宝石、碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)。
实施例2：
请参照图3E，本实施例的发光二极管与实施例1中发光二极管的区别在于，发光二极管中的P电极60形成于透明导电层40的背离N型材料层30的一侧，N型材料层30邻近P型材料层10的一侧具有一露出区域，N电极70形成于该露出区域上。
在一个实施例中，P电极60通过第一焊垫(Pad)80与P极电极线103电性连接，N电极70通过第二焊垫90与N极电极线104电性连接，从而形成一种倒装结构发光二极管。
请参照图3A至图3E，制作本实施例发光二极管的一个示例方法包括以下步骤：
(1)于第一基板101上形成基础发光二极管结构，该基础发光二极管结构的P面朝上，其中，N型材料层30、活性层20和P型材料层10依次层叠于第一基板101上，N型材料层30、活性层20和P型材料层10可通过金属有机化学气相沉积法、溅镀法或电子束沉积法等方法形成。
(2)蚀刻P型材料层10和活性层20的部分区域，使得该部分区域的N型材料层30露出，可采用干法蚀刻或湿法蚀刻工艺进行蚀刻。
(3)在P型材料层10的未被蚀刻部分上形成与P型材料层10形成欧姆接触的透明导电层40，透明导电层40形成于P型材料层10的背离N型材料层30的一侧，透明导电层40的两个表面为非粗化表面；在N型材料层30的露出区域表面形成N电极70。
可采用溅射镀膜方法形成透明导电层40和N电极70。
(4)于透明导电层40上依次形成反射层50和P电极60，反射层50和P电极60可采用与透明导电层40相同的方法形成。
(5)提供第二基板102，于第二基板102上的不同区域形成P极电极线103和N极电极线104，形成倒装基板。
(6)将形成有基础发光二极管结构的第一基板101例如通过倒装焊或键合的方法倒装在第二基板102上，其中，基础发光二极管结构中的P电极60与第二基板102上的P极电极线103通过第一焊垫80电性连接，N电极70与第二基板102上的N极电极线104通过第二焊垫90电性连接，完成发光二极管的制作。
本发明通过在P型材料层的背离N型材料层的一侧设置透明导电层并使其两个表面为非粗化表面，使得该发光二极管不仅具有良好的欧姆接触，而且具有良好的反射性能，特别适用于垂直和倒装结构发光二极管结构中。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (14)

1.一种发光二极管，包括：
P型材料层；
N型材料层；
活性层，设置于所述P型材料层与所述N型材料层之间；
其特征在于，还包括与所述P型材料层形成欧姆接触的透明导电层，所述透明导电层设置于所述P型材料层的背离所述N型材料层的一侧，所述透明导电层的两个表面为非粗化表面。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述透明导电层的两个表面的平均表面粗糙度均小于等于0.5nm。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管还包括反射层，所述反射层设置于所述透明导电层的背离所述N型材料层的一侧。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管还包括P电极和N电极，所述P电极电性连接至所述P型材料层，所述N电极电性连接至所述N型材料层。
5.根据权利要求4所述的发光二极管，其特征在于，所述P电极形成于所述透明导电层的背离所述N型材料层的一侧，所述N电极形成于所述N型材料层的背离所述P型材料层的一侧。
6.根据权利要求4所述的发光二极管，其特征在于，所述P电极形成于所述透明导电层的背离所述N型材料层的一侧，所述N型材料层邻近所述P型材料层的一侧具有一露出区域，所述N电极形成于所述露出区域上。
7.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管的出光面为N型材料层。
8.根据权利要求7所述的发光二极管，其特征在于，所述N型材料层的表面形成有粗化结构。
9.一种发光二极管的制作方法，其特征在于，包括：
形成一基础发光二极管结构，所述基础发光二极管结构包括P型材料层、N型材料层、设置于所述P型材料层与所述N型材料层之间的活性层；
形成与所述P型材料层形成欧姆接触的透明导电层，所述透明导电层设置于所述P型材料层的背离所述N型材料层的一侧，所述透明导电层的两个表面为非粗化表面。
10.根据权利要求9所述的发光二极管的制作方法，其特征在于，所述透明导电层的两个表面的平均表面粗糙度均小于等于0.5nm。
11.根据权利要求10所述的发光二极管的制作方法，其特征在于，形成所述透明导电层的方法为溅射镀膜方法。
12.根据权利要求9所述的发光二极管的制作方法，其特征在于，所述方法还包括形成P电极和N电极，所述P电极电性连接至所述P型材料层，所述N电极电性连接至所述N型材料层。
13.根据权利要求12所述的发光二极管的制作方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)于第一基板上依次层叠所述N型材料层、活性层和P型材料层，形成所述基础发光二极管结构；
(2)于所述P型材料层的背离所述N型材料层的一侧，形成与所述P型材料层形成欧姆接触的透明导电层；
(3)于所述透明导电层上依次形成反射层和P电极；
(4)于所述P电极上形成第二基板；
(5)倒置所述发光二极管，并移除所述第一基板；
(6)于所述N型材料层上形成N电极。
14.根据权利要求12所述的发光二极管的制作方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)于第一基板上依次层叠所述N型材料层、活性层和P型材料层，形成所述基础发光二极管结构；
(2)蚀刻所述P型材料层和所述活性层的部分区域，使得所述部分区域的N型材料层露出；
(3)于所述P型材料层的未被蚀刻部分上形成透明导电层，所述透明导电层形成于所述P型材料层的背离所述N型材料层的一侧，所述透明导电层的两个表面为非粗化表面；在所述N型材料层的露出区域表面形成N电极；
(4)于所述透明导电层上依次形成反射层和P电极；
(5)于第二基板上的不同区域形成P极电极线和N极电极线；
(6)将形成有基础发光二极管结构的所述第一基板倒装在所述第二基板上，其中，所述P电极与所述第二基板上的P极电极线电性连接，所述N电极与所述第二基板上的N极电极线电性连接。
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