CN109427940A - 发光二极管外延片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种发光二极管外延片及其制造方法。所述方法包括：提供一衬底，并在所述衬底上依次生长缓冲层、n型层、发光层和p型层；将微孔薄膜覆盖在所述p型层表面；在所述微孔薄膜表面进行刻蚀；去除所述微孔薄膜，以使所述p型层表面被粗化。这样，表面不平滑的p型层能够使得发光层发出的光更易从LED芯片内部射出，减少了光在p型层表面的全反射，从而增加了LED芯片的光出射率。
Description
技术领域
本公开涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种发光二极管外延片及其制造方法。
背景技术
目前，发光二极管(light emitting diode，LED)芯片大多都是在衬底上制作多层结构后形成外延片，再在外延片上制作电流扩散层、电极和钝化层而生成的。在相关技术中，LED外延片是在蓝宝石基底材料上从下到上依次沉淀缓冲层、n型层、发光层、p型层而形成的。在此外延片的基础上，可以在p型层的部分区域中，刻蚀至n型层，在露出的n型层区域上制作n电极，在p型层的未蚀刻的区域中沉淀电流扩散层，在电流扩散层上制作p电极，之后在电流扩散层上生成钝化层，两个电极用作后期封装焊线使用。
LED芯片的光从发光层产生并从芯片出光面发出。无论是从正面(p型层)或者背面(衬底)出光，都可能会在界面发生全反射，影响出光效率。
发明内容
本公开的目的是提供一种简单实用的发光二极管外延片及其制造方法。
为了实现上述目的，本公开提供一种发光二极管外延片的制造方法。所述方法包括：提供一衬底，并在所述衬底上依次生长缓冲层、n型层、发光层和p型层；将微孔薄膜覆盖在所述p型层表面；在所述微孔薄膜表面进行刻蚀；去除所述微孔薄膜，以使所述p型层表面被粗化。
可选地，所述微孔薄膜的厚度为10-30um，所述微孔薄膜的微孔孔径为0.05-2um，微孔面积占所述微孔薄膜总面积的30-50％。
可选地，所述微孔薄膜包括以下中的任意一者：聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、半透膜。
可选地，所述将微孔薄膜覆盖在所述p型层表面的步骤包括：利用微孔薄膜的表面张力，将所述微孔薄膜吸附在所述p型层表面。
可选地，所述在所述微孔薄膜表面进行刻蚀的步骤包括：应用电感耦合等离子刻蚀技术在所述微孔薄膜表面进行刻蚀，刻蚀深度为20-50nm。
本公开还提供一种发光二极管外延片。所述外延片包括衬底以及依次生长在所述衬底上的缓冲层、n型层、发光层、p型层，其中，所述p型层的表面经由微孔薄膜覆盖、刻蚀、以及去除所述微孔薄膜后被粗化。
可选地，所述微孔薄膜的厚度为10-30um，所述微孔薄膜的微孔孔径为0.05-2um，微孔面积占所述微孔薄膜总面积的30-50％。
可选地，所述微孔薄膜包括以下中的任意一者：聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、半透膜。
可选地，微孔薄膜利用自身的表面张力被吸附在所述p型层表面。
可选地，应用电感耦合等离子刻蚀技术在所述微孔薄膜表面进行刻蚀，刻蚀深度为20-50nm。
通过上述技术方案，在LED外延片的p型层表面覆盖微孔薄膜后进行蚀刻，使得p型层的表面被粗化。这样，表面不平滑的p型层能够使得发光层发出的光更易从LED芯片内部射出，减少了光在p型层表面的全反射，从而增加了LED芯片的光出射率。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是一示例性实施例提供的LED外延片的制造方法的流程图；
图2是一示例性实施例提供的现有技术中的LED外延片的示意图；
图3是一示例性实施例提供的在p型层表面覆盖微孔薄膜后的LED外延片的示意图；
图4是一示例性实施例提供的微孔薄膜的俯视图；
图5是一示例性实施例提供的在微孔薄膜表面进行刻蚀后的LED外延片的示意图；
图6是一示例性实施例提供的去除掉微孔薄膜后的LED外延片的示意图。
附图标记说明
1 衬底 2 缓冲层 3 n型层
4 发光层 5 p型层 6 微孔薄膜
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是根据LED外延片的制造工艺来说的。
图1是一示例性实施例提供的LED外延片的制造方法的流程图。如图1所示，所述方法可以包括以下步骤。
在步骤S11中，提供一衬底，并在衬底上依次生长缓冲层、n型层、发光层和p型层。
在步骤S12中，将微孔薄膜覆盖在p型层表面。
在步骤S13中，在微孔薄膜表面进行刻蚀。
在步骤S14中，去除微孔薄膜，以使p型层表面被粗化。
也就是，本公开在根据相关技术制成的LED外延片的基础上，以微孔薄膜作为掩膜，将p型层的光滑表面刻蚀为“坑洼”的表面。这样，表面不平滑的p型层能够使得发光层发出的光更易从LED芯片内部射出，减少了光在p型层表面的全反射，从而增加了LED芯片的光出射率。
具体地，图2是一示例性实施例提供的现有技术中的LED外延片的示意图。如图2所示，在衬底1上依次生长了缓冲层2、n型层3、发光层4和p型层5，形成LED外延片。上述步骤S11正是制作了图2所示的LED外延片。
其中，衬底1可以是蓝宝石衬底材料。缓冲层2可以是氮化镓缓冲层，n型层3可以是n型氮化镓(n-GaN)，p型层5可以是p型氮化镓(p-GaN)，发光层4可以是多量子阱(MQW)发光层。外延层(包括缓冲层2、n型层3、发光层4和p型层5)的厚度可以为4-6um，包括蓝宝石衬底在内的GaN基LED外延片面积的尺寸可以为2英寸或4英寸。
图3是一示例性实施例提供的在p型层表面覆盖微孔薄膜后的LED外延片的示意图。如图3所示，微孔薄膜6覆盖在p型层5的表面。图4是一示例性实施例提供的微孔薄膜的俯视图。如图4所示，微孔薄膜6中具有上下贯通的多个微孔，并且微孔均匀分布。微孔薄膜6的厚度可以为10-30um，微孔薄膜6的微孔孔径可以为0.05-2um，微孔面积可以占微孔薄膜6总面积的30-50％。这个比例能够使得最终刻蚀出的表面较粗糙，光出射效果好。微孔薄膜6例如可以包括以下中的任意一者：聚乙烯(PE)隔膜、聚丙烯(PP)隔膜、半透膜。
微孔薄膜6可以通过多种方法覆盖在p型层5表面。在一实施例中，将微孔薄膜6覆盖在p型层5表面的步骤(步骤S12)可以包括：利用微孔薄膜6的表面张力，将微孔薄膜6吸附在p型层5表面。该实施例中，不需要增加其他的介质，因此步骤简单，且p型层5表面容易清洗干净。
图5是一示例性实施例提供的在微孔薄膜表面进行刻蚀后的LED外延片的示意图。如图5所示，在p型层5表面上，被微孔薄膜6的微孔所暴漏的部分被蚀刻成一个个的“坑”，而没有被微孔暴露的部分不能被蚀刻。
在一实施例中，在微孔薄膜6表面进行刻蚀的步骤(步骤S13)可以包括：应用电感耦合等离子刻蚀(inductively coupled plasma，ICP)技术在微孔薄膜6表面进行刻蚀。
具体地，在步骤S13中，可以将图3所示的覆盖有微孔薄膜6的外延片放置于ICP刻蚀机进行干法刻蚀，用Ar、Cl2等进行物理化学轰击，使被微孔暴露的p型层5表面被刻蚀。刻蚀的时间可以为1-5分钟，刻蚀深度可以为20-50nm。
刻蚀完成以后，可以通过剥离、以及浓硫酸清洗的方法来去除掉微孔薄膜6，得到粗化的p型层5表面。图6是一示例性实施例提供的去除掉微孔薄膜后的LED外延片的示意图。
去除掉微孔薄膜6以后的外延片，就可以在其基础上按照常用的流程制作LED芯片了。
在由上述LED外延片制作LED芯片的过程中，可以使用ICP刻蚀机，采用黄光光刻的方法使n型层3的部分区域暴露，刻蚀出pn“台阶”，“台阶”深度可以为1.2-1.6um。刻蚀完成后可以用去胶液清洗掉残留的光刻胶。
接下来制作电流扩散层。电流扩散层的成分可以为氧化铟锡(ITO)。可以采用蒸镀或者溅射镀膜的方法制得ITO的电流扩散层。电流扩散层的厚度可以为100-300nm。
在“台阶”的表面制作电流扩散层后，可以进行黄光光刻，使得ITO的电流扩散层只覆盖在P型层5表面。光刻完成后可以利用ITO刻蚀液对ITO进行湿法刻蚀，时间为10-20分钟。去除掉残余的光刻胶后，可以将晶片放入退火炉中进行退火，退火温度可以为450-540℃，时间为30分钟。
接下来制作正负电极。在黄光条件下，可以采用负性光刻胶进行光刻，暴露出需要镀电极的区域。然后将晶片放置在蒸镀机中制作电极。电极材料例如可以选用Cr/Ti/Au、Ti/Al/Ti/Au等，电极厚度为1.5-2um。去除掉残余的光刻胶以及残金后，可以用退火炉在N2氛围下对电极进行退火合金处理。退火时间为16分钟，温度为300-350℃。
最后对LED芯片表面制作钝化层进行钝化处理，可以采用等离子体增强化学的气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)设备，在LED芯片表面沉积一层SiO2钝化层，覆盖除正负极电极区域之外的其他暴露出来的表面。腔体温度可以设置为300℃，钝化层厚度可以为80-200um。然后可以在黄光环境下光刻，湿法刻蚀掉电极接触位置的SiO2钝化层。浸泡去胶液去除残余光刻胶后，可以得到最终的LED芯片。
用常用的方法制作的LED外延片，其p型层5表面非常平滑，最后制得的LED芯片中，光从p型层5出射时，容易产生全反射。如果p型层采用p型GaN，电流扩散层采用ITO的话，由于p型GaN的折射率为2.4，大于ITO的折射率2.0，则p型层5和电流扩散层之间的界面的全反射角为56°。从发光层4发出的大于等于56°的光从此界面出射时会发生全反射。
本公开的上述方法制作的LED外延片，由于具有粗化的p型层5表面，其制作的LED芯片中减少了光在p型层表面的全反射，光更易从LED芯片内部射出，即增加了LED芯片的光出射率。
本公开还提供一种LED外延片。上述图6即为本公开提供的LED外延片的示意图。其制作流程已在上文中关于LED外延片的制作方法中详细描述，此处不再赘述。
通过上述技术方案，在LED外延片的p型层表面覆盖微孔薄膜后进行蚀刻，使得p型层的表面被粗化。这样，表面不平滑的p型层能够使得发光层发出的光更易从LED芯片内部射出，减少了光在p型层表面的全反射，从而增加了LED芯片的光出射率。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (10)
1.一种发光二极管外延片的制造方法，其特征在于，所述方法包括：
提供一衬底(1)，并在所述衬底(1)上依次生长缓冲层(2)、n型层(3)、发光层(4)和p型层(5)；
将微孔薄膜(6)覆盖在所述p型层(5)表面；
在所述微孔薄膜(6)表面进行刻蚀；
去除所述微孔薄膜(6)，以使所述p型层(5)表面被粗化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微孔薄膜(6)的厚度为10-30um，所述微孔薄膜(6)的微孔孔径为0.05-2um，微孔面积占所述微孔薄膜(6)总面积的30-50％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微孔薄膜(6)包括以下中的任意一者：聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、半透膜。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将微孔薄膜(6)覆盖在所述p型层(5)表面的步骤包括：
利用微孔薄膜(6)的表面张力，将所述微孔薄膜(6)吸附在所述p型层(5)表面。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述微孔薄膜(6)表面进行刻蚀的步骤包括：
应用电感耦合等离子刻蚀技术在所述微孔薄膜(6)表面进行刻蚀，刻蚀深度为20-50nm。
6.一种发光二极管外延片，其特征在于，所述外延片包括衬底(1)以及依次生长在所述衬底(1)上的缓冲层(2)、n型层(3)、发光层(4)、p型层(5)，其中，所述p型层(5)的表面经由微孔薄膜(6)覆盖、刻蚀、以及去除所述微孔薄膜(6)后被粗化。
7.根据权利要求6所述的外延片，其特征在于，所述微孔薄膜(6)的厚度为10-30um，所述微孔薄膜(6)的微孔孔径为0.05-2um，微孔面积占所述微孔薄膜(6)总面积的30-50％。
8.根据权利要求6所述的外延片，其特征在于，所述微孔薄膜(6)包括以下中的任意一者：聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、半透膜。
9.根据权利要求6所述的外延片，其特征在于，微孔薄膜(6)利用自身的表面张力被吸附在所述p型层(5)表面。
10.根据权利要求6所述的外延片，其特征在于，应用电感耦合等离子刻蚀技术在所述微孔薄膜(6)表面进行刻蚀，刻蚀深度为20-50nm。
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