一種發(fā)光二極管的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管的制造方法，于所述半導(dǎo)體襯底表面沉積至少包括N型層、量子阱層及P型層的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)；然后刻蝕所述P型層及量子阱層以形成N電極制備區(qū)域；接著于所述P型層表面形成第一透明導(dǎo)電層，并采用光刻工藝刻蝕所述第一透明導(dǎo)電層，以形成多個呈周期排列且貫穿所述透明導(dǎo)電層的開孔；然后于各該開孔內(nèi)制作反射鏡；最后于所述第一透明導(dǎo)電層及各該反射鏡表面制作第二透明導(dǎo)電層并制作P電極及N電極。本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明將高反射材料均勻地填充在透明導(dǎo)電層的周期性孔洞中，可以實現(xiàn)發(fā)光二極管光線的均勻出射，提高發(fā)光區(qū)光的出射效率。
【專利說明】一種發(fā)光二極管的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體照明領(lǐng)域，特別是涉及一種發(fā)光二極管的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體照明作為新型高效固體光源，具有壽命長、節(jié)能、環(huán)保、安全等顯著優(yōu)點，將成為人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后的又一次飛躍，其應(yīng)用領(lǐng)域正在迅速擴(kuò)大，正帶動傳統(tǒng)照明、顯示等行業(yè)的升級換代，其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益巨大。正因如此，半導(dǎo)體照明被普遍看作是21世紀(jì)最具發(fā)展前景的新興產(chǎn)業(yè)之一，也是未來幾年光電子領(lǐng)域最重要的制高點之一。發(fā)光二極管是由II1-1V族化合物，如GaAs (砷化鎵)、GaP (磷化鎵)、GaAsP (磷砷化鎵)等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的1-N特性，即正向?qū)ǎ聪蚪刂埂舸┨匦浴４送猓谝欢l件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進(jìn)入對方區(qū)域的少數(shù)載流子(少子)一部分與多數(shù)載流子(多子)復(fù)合而發(fā)光。
[0003]現(xiàn)有一種發(fā)光二極管芯片的制備方法包括步驟:外延生長、外延清洗、N面臺階刻蝕、涂保護(hù)膠、正劃、清洗、ITO蒸鍍、ITO光刻、N電極和P電極制備、表面鈍化層制備、減薄、背鍍反射鏡。現(xiàn)有的另一種發(fā)光二極管芯片的制備方法包括步驟:外延生長、外延清洗、N面臺階刻蝕、涂保護(hù)膠、正劃、清洗、P電極層下墊SiO2沉積、P電極層下墊SiO2蝕刻、ITO蒸鍍、ITO光刻、N電極和P電極制備、表面鈍化層制備、減薄、背鍍反射鏡。然而，以上兩種發(fā)光二極管的電流擴(kuò)展往往不夠均勻而導(dǎo)致電流的浪費及發(fā)光效率的降低；而且，由于出光面在全反射時具有較大的光吸收率，會導(dǎo)致出光率的降低；再者，由于出光面沒有任何限制，可能導(dǎo)致出光的不均勻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)光二極管的制造方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)光二極管電流擴(kuò)展不均勻、出光面光吸收過大、出光不均勻等問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管的制造方法，所述制造方法至少包括以下步驟:
[0006]I)提供一半導(dǎo)體襯底，于所述半導(dǎo)體襯底表面沉積至少包括N型層、量子阱層及P型層的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)；
[0007]2)刻蝕所述P型層及量子阱層以形成N電極制備區(qū)域；
[0008]3)于所述P型層表面形成第一透明導(dǎo)電層，并采用光刻工藝刻蝕所述第一透明導(dǎo)電層，以形成多個呈周期排列且貫穿所述透明導(dǎo)電層的開孔；
[0009]4)于各該開孔內(nèi)制作反射鏡；
[0010]5)制作P電極及N電極。
[0011]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法的一種優(yōu)選方案，步驟5)中，P電極制作包括步驟:
[0012]5-1)于所述第一透明導(dǎo)電層及各該反射鏡表面制作第二透明導(dǎo)電層；
[0013]5-2)于所述第二透明導(dǎo)電層表面制作P電極。
[0014]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法的一種優(yōu)選方案，所述開孔的面積總和為所述P型層面積的40%~60%。
[0015]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法的一種優(yōu)選方案，各該開孔的周期排列方式為四方陣列排列或六方陣列排列。
[0016]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法的一種優(yōu)選方案，各該開孔為圓孔，且圓孔的孔徑為ηλ/4，其中，η為整數(shù)，λ為發(fā)光二極管發(fā)出光線的波長。
[0017]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法的一種優(yōu)選方案，各該開孔為正六邊形孔，且所述正六邊形的對角線長度為ηλ/4，其中，η為整數(shù)，λ為發(fā)光二極管發(fā)出光線的波長。
[0018]在本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法中，各該反射鏡的垂直反射率大于70%。
[0019]在本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法中，所述反射鏡的材料為Al層、Ag層、Al層-Au層-Ni層置層、Ag層-Au層-Ni層置層、Al層-SiO2層置層或Ag層-SiO2置層。
[0020]在本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法中，步驟I)中所述的半導(dǎo)體襯底為藍(lán)寶石襯底，所述N型層為N-GaN層，所述量子阱層為InGaN層，所述P型層為P-GaN層。
[0021]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法的一種優(yōu)選方案，所述步驟5)以后還包括從下表面減薄所述半導(dǎo)體襯底，并于該半導(dǎo)體襯底下表面制作背鍍反射層的步驟。
[0022]如上所述，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管的制造方法，于所述半導(dǎo)體襯底表面沉積至少包括N型層、量子阱層及P型層的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)；然后刻蝕所述P型層及量子阱層以形成N電極制備區(qū)域；接著于所述P型層表面形成第一透明導(dǎo)電層，并采用光刻工藝刻蝕所述第一透明導(dǎo)電層，以形成多個呈周期排列且貫穿所述透明導(dǎo)電層的開孔；然后于各該開孔內(nèi)制作反射鏡；最后于所述第一透明導(dǎo)電層及各該反射鏡表面制作第二透明導(dǎo)電層并制作P電極及N電極。本發(fā)明具有以下有益效果:I)有利于電流擴(kuò)展，使得電流擴(kuò)展均勻；2)周期性緊密排列的開孔中所填充的高反材料，使得沒有透出接觸層的光以非常低的光吸收反射回來，大大降低了傳統(tǒng)接觸層中的光吸收，有利于提高光的提取效率；3)透明電極周期性開孔的面積占整個P-GaN面積的40~0%，且呈周期性間隔分布，以使得電流均勻分布和光的均勻發(fā)射。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖廣圖2顯示為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法步驟I)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3顯示為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法步驟2)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖4~圖5顯示為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法步驟3)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖6a~圖6c顯示為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法步驟4)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖7a~圖7b顯示為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法實施例1中步驟5)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖8a~圖Sb顯示為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法實施例2中步驟5)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]元件標(biāo)號說明[0030]101半導(dǎo)體襯底
[0031]102N 型層
[0032]103量子阱層
[0033]104P 型層
[0034]105N電極制備區(qū)域
[0035]106第一透明導(dǎo)電層
[0036]107開孔
[0037]108反射鏡
[0038]109第二透明導(dǎo)電層
[0039]110P 電極
[0040]111N 電極
[0041]112背鍍反射層
【具體實施方式】
[0042]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0043]請參閱圖f圖Sb。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0044]實施例1
[0045]如圖f圖7b所示，本實施例提供一種發(fā)光二極管的制造方法，所述制造方法至少包括以下步驟:
[0046]如圖f圖2所示，首先進(jìn)行步驟1)，提供一半導(dǎo)體襯底101，于所述半導(dǎo)體襯底101表面沉積至少包括N型層102、量子阱層103、P型層104的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)。
[0047]所述半導(dǎo)體襯底101為Si襯底、SiC襯底、AsGa襯底、藍(lán)寶石襯底等，在本實施例中，所述的半導(dǎo)體襯底101為藍(lán)寶石襯底。所述N型層102為N-GaN層、N-GaP層等，所述量子阱層103為InGaN層、AlInGaP層等，所述P型層104為P-GaN層、P-GaP層等。在本實施例中，所述N型層102為N-GaN層，所述量子阱層103為InGaN層，所述P型層104為P-GaN層，制備方法為化學(xué)氣相沉積法。當(dāng)然，在其它的實施例中，可以選用其它的發(fā)光外延層，其制備方法也可以選用一切預(yù)期的外延手段。
[0048]如圖3所示，然后進(jìn)行步驟2)，刻蝕所述P型層104及量子阱層103以形成N電極制備區(qū)域105。
[0049]在本實施例中，先制作光刻掩膜版，然后采用ICP刻蝕法刻蝕所述P型層104及量子阱層103以形成N電極制備區(qū)域105。
[0050]如圖圖5所示，接著進(jìn)行步驟3)，于所述P型層表面形成第一透明導(dǎo)電層106，并采用光刻工藝刻蝕所述第一透明導(dǎo)電層106，以形成多個呈周期排列且貫穿所述透明導(dǎo)電層的開孔107，以實現(xiàn)所述第一透明導(dǎo)電層106的圖案化。
[0051]所述開孔的面積總和為所述P型層面積的40%飛0%，由于此面積比例在后續(xù)的工藝中實際是各該反射鏡的面積總和與所述P型層面積的比例，此面積比例可以有效的增加電流分布的均勻性及出光的均勻性。
[0052]所述第一透明導(dǎo)電層106為IT0、AT0、FT0或AZ0，在本實施例中，所述第一透明導(dǎo)電層106為IT0。然后按所需圖形制備光刻掩膜版，采用ICP刻蝕法刻蝕所述第一透明導(dǎo)電層106，以形成多個呈周期排列且貫穿所述透明導(dǎo)電層的開孔107。
[0053]為了進(jìn)一步提高本發(fā)明的發(fā)光二極管的出光均勻性及出光效率，各該開孔107的周期排列方式為四方陣列排列或六方陣列排列。當(dāng)然，在其它的實施例中，也可以采用其它的周期排列方式進(jìn)行開孔107的制作，以達(dá)到所需的工藝效果。
[0054]在本實施例中，各該開孔107為圓孔，且圓孔的孔徑為nA/4，其中，n為整數(shù)，入為發(fā)光二極管發(fā)出光線的波長。在另一實施例中，各該開孔107為正六邊形孔，且所述正六邊形的對角線長度為nX/4，其中，n為整數(shù)，X為發(fā)光二極管發(fā)出光線的波長。當(dāng)然，所述開孔107的形狀并不止限定于上述的兩種方案，在其它的實施例中，所述開孔107的形狀可以為其它的多邊形、圓角多邊形等形狀。需要說明的是，各該開孔107之間的距離可根據(jù)實際需求進(jìn)行確定，在本實施例中，各該開孔107之間的距離與開孔107的孔徑相等。
[0055]如圖6a?圖6c所示，接著進(jìn)行步驟4)，于各該開孔107內(nèi)制作反射鏡108。
[0056]在本實施例中，要求所述反射鏡108的垂直反射率大于70%。所述反射鏡108的材料為Al層、Ag層、Al層-Au層-Ni層置層、Ag層-Au層-Ni層置層、Al層-SiO2層置層或Ag層_Si02置層。
[0057]具體地，在本實施例中，采用蒸鍍的方法于各該開孔107內(nèi)蒸鍍或濺射Al層以形成所述反射鏡108。
[0058]在另一實施例中，采用蒸鍍的方法于各該開孔107內(nèi)蒸鍍或濺射Ag層以形成所述反射鏡108。
[0059]在又一實施例中，采用蒸鍍的方法依次于各該開孔107內(nèi)依次蒸鍍或濺射Al、Au、Ni以形成所述反射鏡108。
[0060]在又一實施例中，采用蒸鍍的方法依次于各該開孔107內(nèi)蒸鍍或濺射Ag、Au、Ni以形成所述反射鏡108。
[0061]在又一實施例中，采用蒸鍍的方法依次于各該開孔107內(nèi)蒸鍍或濺射Ag，然后采用化學(xué)氣相沉積法沉積SiO2以形成所述反射鏡108。
[0062]在又一實施例中，采用蒸鍍的方法依次于各該開孔107內(nèi)蒸鍍或濺射Al，然后采用化學(xué)氣相沉積法沉積SiO2以形成所述反射鏡108。
[0063]當(dāng)然，在其它的實施例中，還可以采用其它的組合方式制作所述反射鏡108。
[0064]如圖7a?圖7b所示，最后進(jìn)行步驟5)，制作P電極110及N電極111。
[0065]在本實施例中，采用蒸鍍或濺射的方式于所述第一透明導(dǎo)電層106表面制作P電極110，采用蒸鍍或濺射的方式于所述N電極制備區(qū)域105制備N電極111。
[0066]需要說明的是，對于一般大功率的發(fā)光二極管，本步驟還包括從下表面減薄所述半導(dǎo)體襯底101并在所述半導(dǎo)體襯底101背面制作背鍍反射層112的步驟，所述背鍍反射層112 —般為金屬層或/及介電層，以提器件的發(fā)光效率。一般來說，可以采用研磨或濕法腐蝕等方法減薄所述半導(dǎo)體襯底101,所述金屬層可以為Cu、Ag、Pt、Al、Au、Ti或其復(fù)合的金屬層，所述介電層可以為Si02、Ti2O5等或其復(fù)合層，但不限定于此處所列舉的幾種，在實際的制作過程中，可根據(jù)需求選擇一切符合要求的背鍍反射層112。
[0067]實施例2
[0068]如圖8a?圖Sb所示，本實施例提供一種發(fā)光二極管的制造方法，其基本步驟如實施例I，其中，步驟5)中，P電極110制作包括步驟:
[0069]5-1)于所述第一透明導(dǎo)電層106及各該反射鏡108表面制作第二透明導(dǎo)電層109 ；
[0070]5-2)于所述第二透明導(dǎo)電層109表面制作P電極110。
[0071]所述第一透明導(dǎo)電層106及第二透明導(dǎo)電層109共同作為所述發(fā)光二極管的電流擴(kuò)展層。所述第二透明導(dǎo)電層109為IT0、AT0、FT0或AZ0，在本實施例中，所述第二透明導(dǎo)電層109為ITO0
[0072]綜上所述，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管的制造方法，先于所述半導(dǎo)體襯底表面沉積至少包括N型層、量子阱層及P型層的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)；然后刻蝕所述P型層及量子阱層以形成N電極制備區(qū)域；接著于所述P型層表面形成第一透明導(dǎo)電層，并采用光刻工藝刻蝕所述第一透明導(dǎo)電層，以形成多個呈周期排列且貫穿所述透明導(dǎo)電層的開孔；然后于各該開孔內(nèi)制作反射鏡；最后于所述第一透明導(dǎo)電層及各該反射鏡表面制作第二透明導(dǎo)電層并制作P電極及N電極。本發(fā)明具有以下有益效果:I)有利于電流擴(kuò)展，使得電流擴(kuò)展均勻；2)周期性緊密排列的開孔中所填充的高反材料，使得沒有透出接觸層的光以非常低的光吸收反射回來，大大降低了傳統(tǒng)接觸層中的光吸收，有利于提高光的提取效率；3)透明電極周期性開孔的面積占整個P型層面積的40飛0%，且呈周期性間隔分布，以使得電流均勻分布和光的均勻發(fā)射。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
[0073]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，所述制造方法至少包括以下步驟: 1)提供一半導(dǎo)體襯底，于所述半導(dǎo)體襯底表面沉積至少包括N型層、量子阱層及P型層的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)； 2)刻蝕所述P型層及量子阱層以形成N電極制備區(qū)域； 3)于所述P型層表面形成第一透明導(dǎo)電層，并采用光刻工藝刻蝕所述第一透明導(dǎo)電層，以形成多個呈周期排列且貫穿所述透明導(dǎo)電層的開孔； 4)于各該開孔內(nèi)制作反射鏡； 5)制作P電極及N電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:步驟5)中，P電極的制作包括步驟: 5-1)于所述第一透明導(dǎo)電層及各該反射鏡表面制作第二透明導(dǎo)電層； 5-2)于所述第二透明導(dǎo)電層表面制作P電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:所述開孔的面積總和為所述P型層面積的40%?60%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:各該開孔的周期排列方式為四方陣列排列或六方陣列排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:各該開孔為圓孔，且圓孔的孔徑為ηλ/4，其中，η為整數(shù)，λ為發(fā)光二極管發(fā)出光線的波長。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:各該開孔為正六邊形孔，且所述正六邊形的對角線長度為η λ/4，其中，η為整數(shù)，λ為發(fā)光二極管發(fā)出光線的波長。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:各該反射鏡的垂直反射率大于70%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:所述反射鏡的材料為Al層、Ag層、Al層-Au層-Ni層置層、Ag層-Au層-Ni層置層、Al層-SiO2層置層或Ag層_Si02置層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:步驟I)中所述的半導(dǎo)體襯底為藍(lán)寶石襯底，所述N型層為N-GaN層，所述量子阱層為InGaN層，所述P型層為P-GaN層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:所述步驟5)以后還包括從下表面減薄所述半導(dǎo)體襯底，并于該半導(dǎo)體襯底下表面制作背鍍反射層的步驟。
【文檔編號】H01L33/38GK103700734SQ201210367217
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月28日
【發(fā)明者】朱廣敏, 郝茂盛, 齊勝利, 潘堯波, 張楠, 陳誠, 袁根如, 李士濤 申請人:上海藍(lán)光科技有限公司