一种发光二极管及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一种发光二极管及其制造方法，先于半导体衬底表面形成发光外延层及透明导电层，并对该透明导电层进行退火；然后刻蚀出N电极制备区域，并在所述透明导电层欲制备P电极的区域形成一刻蚀窗口；接着于所述刻蚀窗口制作反射镜；最后制作P电极，使该P电极覆盖所述反射镜表面并与所述透明导电层形成欧姆接触接触，并于所述N电极制备区域制备N电极。本发明具有以下有益效果：在P电极下制备高反射层，使得发光区所产生的光子，几乎全部反射回去，很少被P电极吸收，从而提高LED芯片的出光效率。
【专利说明】一种发光二极管及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体照明领域，特别是涉及一种发光二极管及其制造方法。
【背景技术】
[0002]半导体照明作为新型高效固体光源，具有寿命长、节能、环保、安全等显著优点，将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃，其应用领域正在迅速扩大，正带动传统照明、显示等行业的升级换代，其经济效益和社会效益巨大。正因如此，半导体照明被普遍看作是21世纪最具发展前景的新兴产业之一，也是未来几年光电子领域最重要的制高点之一。发光二极管是由II1-1V族化合物，如GaAs (砷化镓)、GaP (磷化镓)、GaAsP (磷砷化镓)等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的1-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光。
[0003]现有一种发光二极管芯片的制备方法包括步骤:外延生长20、外延清洗、N面台阶刻蚀、涂保护胶、正划、清洗、ITO蒸镀21、ITO光亥lj、N电极24和P电极23制备、表面钝化层制备、减薄、背镀反射镜25，这种发光二极管的具体结构如图1及图2所示。但是，这种发光二极管，由于P电极直接沉积在P-GaN上或ITO上，这样P电极下的发光区直接有电流注入，P电极下的发光区所发出的光，绝大部分被P电极所吸收，从而造成发光效率降低。
[0004]现有的另一种发光二极管芯片的制备方法包括步骤:外延生长20、外延清洗、N面台阶刻蚀、涂保护胶、正划、清洗、P电极层下垫SiO2沉积22、P电极层下垫SiO2蚀刻、ITO蒸镀21、ITO光刻、N电极24和P电极23制备、表面钝化层制备、减薄、背镀反射镜25，这种发光二极管的具体结构如图3所示。这种发光二极管由于P电极下的发光区没有电流直接注入，可以提高芯片的电流密度。但是，这种发光二极管的发光区所产生的光子，仍有部分光能穿过P下SiO2层，被P电极所吸收，导致部分光子损失，造成LED芯片出光效率下降。
【发明内容】
[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种发光二极管及其制造方法，用于解决现有技术中由于P电极对光线的吸收作用导致发光二极管出光效率下降的问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种发光二极管的制造方法，所述制造方法至少包括以下步骤:
[0007]I)提供一半导体衬底，于所述半导体衬底表面沉积至少包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构；
[0008]2)于所述P型层表面蒸镀或溅射透明导电层，并对该透明导电层进行退火；
[0009]3)刻蚀所述透明导电层、P型层及量子阱层以形成N电极制备区域；
[0010]4)刻蚀所述透明导电层，以在欲制备P电极的区域形成一直至所述P型层的刻蚀窗口 ；
[0011]5)于所述刻蚀窗口制作反射镜；
[0012]6)制作P电极，使该P电极覆盖所述反射镜表面并与所述透明导电层形成欧姆接触接触，并于所述N电极制备区域制备N电极。
[0013]作为本发明的发光二极管的制造方法的一个优选方案，步骤I)中所述的半导体衬底为蓝宝石衬底，所述N型层为N-GaN层，所述量子阱层为InGaN层，所述P型层为P-GaN层。
[0014]在本发明的发光二极管的制造方法中，所述透明导电层为IT0、AT0、FT0或ΑΖ0。
[0015]作为本发明的发光二极管的制造方法的一个优选方案，所述反射镜的垂直反射率大于70%。
[0016]作为本发明的发光二极管的制造方法的一个优选方案，所述反射镜的材料为Al层、Ag层、Al层-Au层-Ni层置层、Ag层-Au层-Ni层置层、Al层-SiO2层置层或Ag层-SiO2置层。
[0017]作为本发明的发光二极管的制造方法的一个优选方案，所述步骤6)以后还包括从下表面减薄所述半导体衬底并于该半导体衬底下表面制作背镀反射层的步骤。
[0018]本发明还提供一种发光二极管，至少包括:
[0019]半导体衬底，其下表面结合有背镀反射层；
[0020]发光外延结构，至少包括依次层叠于所述半导体衬底表面的N型层、量子阱层、P型层，且所述N型层表面具有N电极制备区域；
[0021]透明导电层，结合于所述P型层表面，且具有一刻蚀窗口 ；
[0022]反射镜，填充于所述刻蚀窗口 ；
[0023]P电极，覆盖于所述发射镜表面且与所述透明导电层形成欧姆接触接触；
[0024]N电极，制备于所述N电极制备区域。
[0025]作为本发明的发光二极管的一个优选方案，所述半导体衬底为蓝宝石衬底，所述N型层为N-GaN层，所述量子阱层为InGaN层，所述P型层为P-GaN层。
[0026]在本发明的发光二极管中，所述透明导电层为IT0、AT0、FT0或ΑΖ0。
[0027]作为本发明的发光二极管的一个优选方案，所述反射镜的垂直反射率大于70%。
[0028]在本发明的发光二极管中，所述反射镜的材料为Al层、Ag层、Al层-Au层-Ni层置层、Ag层-Au层-Ni层置层、A1层-Si02层置层或Ag层-Si02层置层。
[0029]如上所述，本发明的提供一种发光二极管及其制造方法，先于半导体衬底表面形成发光外延层及透明导电层，并对该透明导电层进行退火；然后刻蚀出N电极制备区域，并在所述透明导电层欲制备P电极的区域形成一刻蚀窗口 ；接着于所述刻蚀窗口制作反射镜；最后制作P电极，使该P电极覆盖所述反射镜表面并与所述透明导电层形成欧姆接触接触，并于所述N电极制备区域制备N电极。本发明具有以下有益效果:在P电极下制备高反射层，使得发光区所产生的光子，几乎全部反射回去，很少被P电极吸收，从而提高LED芯片的出光效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图广图3显示为现有技术中的发光二极管结构示意图。[0031]图4~图5显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤I)所呈现的结构示意图。
[0032]图6显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤2)所呈现的结构示意图。
[0033]图7显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤3)所呈现的结构示意图。
[0034]图8显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤4)所呈现的结构示意图。
[0035]图9显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤5)所呈现的结构示意图。
[0036]图10显示为本发明的发 光二极管的制造方法步骤6)所呈现的结构示意图。
[0037]图11显示为本发明的发光二极管所呈现的结构示意图。
[0038]元件标号说明
[0039]101 半导体衬底
[0040]102 N 型层
[0041]103 量子阱层
[0042]104 P 型层
[0043]105 透明导电层
[0044]106 N电极制备区域
[0045]107 刻蚀窗口
[0046]108 反射镜
[0047]109 P 电极
[0048]110 N 电极
[0049]111 背镀反射层
【具体实施方式】
[0050]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0051]请参阅图4~图11。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0052]实施例1
[0053]如图4~图11所示，本实施例提供一种发光二极管的制造方法，所述制造方法至少包括以下步骤:
[0054]如图4~图5所示，首先进行步骤I)，提供一半导体衬底101，于所述半导体衬底101表面依次沉积至少包括N型层102、量子阱层103及P型层104的发光外延结构。
[0055]所述半导体衬底101为Si衬底、SiC衬底、AsGa衬底、蓝宝石衬底等，在本实施例中，所述的半导体衬底101为蓝宝石衬底。所述N型层102为N-GaN层、N-GaP层等，所述量子阱层103为InGaN层、AlInGaP层等，所述P型层104为P-GaN层、P-GaP层等。在本实施例中，所述N型层102为N-GaN层，所述量子阱层103为InGaN层，所述P型层104为P-GaN层，制备方法为化学气相沉积法。当然，在其它的实施例中，可以选用其它的发光外延层，其制备方法也可以选用一切预期的外延手段。
[0056]如图6所示，然后进行步骤2 )，于所述P型层104表面蒸镀或溅射透明导电层105，并对该透明导电层105进行退火。
[0057]所述透明导电层105为ITO、ATO、FTO或ΑΖ0，在本实施例中，所述透明导电层105为Ι--。先于所述P型层104表面蒸镀或溅射透明导电层105，并对该透明导电层105进行退火，以使所述透明导电层105变得致密，并消除其内应力及缺陷。
[0058]如图7所示，接着进行步骤3)，刻蚀所述透明导电层105、P型层104及量子阱层103以形成N电极110制备区域106。
[0059]在本实施例中，先制作光刻掩膜版，然后采用ICP刻蚀法刻蚀所述透明导电层105、P型层104及量子阱层103以形成N电极110制备区域106。
[0060]如图8所示，接着进行步骤4)，刻蚀所述透明导电层105，以在欲制备P电极109的区域形成一直至所述P型层104的刻蚀窗口 107。
[0061]在本实施例中，先制作光刻掩膜版，然后采用ICP刻蚀法刻蚀所述透明导电层105，以在欲制备P电极109的区域形成一直至所述P型层104的刻蚀窗口 107，该刻蚀窗口 107的面积比P电极109略小，以使后面制作P电极109时可以使P电极109与所述透明导电层105形成欧姆接触。
[0062]如图9所示，接着进行步骤5)，于所述刻蚀窗口 107制作反射镜108。在本实施例中，要求所述反射 镜108的垂直反射率大于70%。所述反射镜108的材料为Al层、Ag层、Al层-Au层-Ni层置层、Ag层-Au层-Ni层置层、Al层-SiO2层置层或Ag层-SiO2置层。
[0063]具体地，在本实施例中，采用蒸镀的方法于所述刻蚀窗口 107蒸镀Al层以形成所述反射镜108。
[0064]在另一实施例中，采用蒸镀的方法于所述刻蚀窗口 107蒸镀Ag层以形成所述反射镜 108。
[0065]在又一实施例中，采用蒸镀的方法依次于所述刻蚀窗口 107蒸镀Al、Au、Ni以形成所述反射镜108。
[0066]在又一实施例中，采用蒸镀的方法依次于所述刻蚀窗口 107蒸镀Ag、Au、Ni以形成所述反射镜108。
[0067]在又一实施例中，采用蒸镀的方法依次于所述刻蚀窗口 107蒸镀Ag，然后采用化学气相沉积法沉积SiO2以形成所述反射镜108。
[0068]在又一实施例中，采用蒸镀的方法依次于所述刻蚀窗口 107蒸镀Al，然后采用化学气相沉积法沉积SiO2以形成所述反射镜108。
[0069]如图10所示，最后进行步骤6)，制作P电极109，使该P电极109覆盖所述反射镜108表面并与所述透明导电层105形成欧姆接触接触，并于所述N电极110制备区域106制备N电极110。
[0070]当然，本实施例的发光二极管的制造方法还包括从下表面减薄所述半导体衬底101并于该半导体衬底101下表面制作背镀反射层111、划片、裂片等步骤，如图11所示。
[0071]具体地，采用研磨或湿法化学腐蚀对所述半导体衬底101进行减薄，然后通过溅射、蒸镀等方法于所述半导体衬底101下表面制作背镀反射层111。
[0072]所述划片工艺为正划工艺，于步骤3)后进行，所述裂片工艺采用裂片刀裂片的方式在背镀反光层工艺后进行，以获得独立的发光单元。
[0073]实施例2
[0074]如图11所示，本发明还提供一种发光二极管，至少包括:
[0075]半导体衬底101，其下表面结合有背镀反射层111 ；
[0076]发光外延结构，至少包括依次层叠于所述半导体衬底101表面的N型层102、量子阱层103、P型层104，且所述N型层102表面具有N电极110制备区域106 ；
[0077]透明导电层105，结合于所述P型层104表面，且具有一刻蚀窗口 107 ；
[0078]反射镜108，填充于所述刻蚀窗口 107 ；
[0079]P电极109，覆盖于所述发射镜表面且与所述透明导电层105形成欧姆接触接触；
[0080]N电极110，制备于所述N电极110制备区域106。
[0081]所述半导体衬底101为Si衬底、SiC衬底、AsGa衬底、蓝宝石衬底等，在本实施例中，所述的半导体衬底101为蓝宝石衬底。所述N型层102为N-GaN层、N-GaP层等，所述量子阱层103为InGaN层、AlInGaP层等，所述P型层104为P-GaN层、P-GaP层等。在本实施例中，所述N型层102为N-GaN层，所述量子阱层103为InGaN层，所述P型层104为P-GaN 层。
[0082]所述透明导电层105为IT0、AT0、FT0或ΑΖ0。在本实施例中，所述透明导电层105为 ITOo
[0083]所述刻蚀窗口 107的面积比P电极109略小，以使所述P电极109与所述透明导电层105形成欧姆接触。
[0084]所述反射镜108的垂直反射率大于70%。所述反射镜108的材料为Al层、Ag层、Al层-Au层-Ni层置层、Ag层-Au层-Ni层置层、Al层-SiO2层置层或Ag层-SiO2层置层。
[0085]综上所述，本发明的提供一种发光二极管及其制造方法，先于半导体衬底101表面形成发光外延层及透明导电层105，并对该透明导电层105进行退火；然后刻蚀出N电极110制备区域106，并在所述透明导电层105欲制备P电极109的区域形成一刻蚀窗口 107 ；接着于所述刻蚀窗口 107制作反射镜108 ;最后制作P电极109，使该P电极109覆盖所述反射镜108表面并与所述透明导电层105形成欧姆接触接触，并于所述N电极110制备区域106制备N电极110。本发明具有以下有益效果:在P电极109下制备高反射镜108，使得发光区所产生的光子，几乎全部反射回去，很少被P电极109吸收，从而提高LED芯片的出光效率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0086]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，所述制造方法至少包括以下步骤: 1)提供一半导体衬底，于所述半导体衬底表面沉积至少包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构； 2)于所述P型层表面蒸镀或溅射透明导电层，并对该透明导电层进行退火； 3)刻蚀所述透明导电层、P型层及量子阱层以形成N电极制备区域； 4)刻蚀所述透明导电层，以在欲制备P电极的区域形成一直至所述P型层的刻蚀窗Π ； 5)于所述刻蚀窗口制作反射镜； 6)制作P电极，使该P电极覆盖所述反射镜表面并与所述透明导电层形成欧姆接触接触，并于所述N电极制备区域制备N电极。
2.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于:步骤I)中所述的半导体衬底为蓝宝石衬底，所述N型层为N-GaN层，所述量子阱层为InGaN层，所述P型层为P-GaN 层。
3.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于:所述透明导电层为ITO、ATO、FTO 或 AZO。
4.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于:所述反射镜的垂直反射率大于70%。
5.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于:所述反射镜的材料为Al层、Ag层、Al层-Au层-Ni层置层、Ag层-Au层-Ni层置层、Al层-SiO2层置层或Ag层_Si02置层。
6.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于:所述步骤6)以后还包括从下表面减薄所述半导体衬底，并于该半导体衬底下表面制作背镀反射层的步骤。
7.一种发光二极管，其特征在于，至少包括: 半导体衬底，其下表面结合有背镀反射层； 发光外延结构，至少包括依次层叠于所述半导体衬底上表面的N型层、量子阱层、P型层，且所述N型层表面具有N电极制备区域； 透明导电层，结合于所述P型层表面，且具有一刻蚀窗口 ； 反射镜，填充于所述刻蚀窗口 ； P电极，覆盖于所述发射镜表面且与所述透明导电层形成欧姆接触接触； N电极，制备于所述N电极制备区域。
8.根据权利要求7所述的发光二极管，其特征在于:所述半导体衬底为蓝宝石衬底，所述N型层为N-GaN层，所述量子阱层为InGaN层，所述P型层为P-GaN层。
9.根据权利要求7所述的发光二极管，其特征在于:所述透明导电层为ITO、ATO、FTO或 ΑΖ0。
10.根据权利要求7所述的发光二极管，其特征在于:所述反射镜的垂直反射率大于70%。
11.根据权利要求?所述的发光二极管，其特征在于:所述反射镜的材料为Al层、Ag层、Al层-Au层-Ni层置层、Ag层-Au层-Ni层置层、Al层-SiO2层置层或Ag层-SiO2层叠层。
【文档编号】H01L33/00GK103700735SQ201210367771
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年9月28日 优先权日:2012年9月28日
【发明者】朱广敏, 郝茂盛, 齐胜利, 潘尧波, 张楠, 陈诚, 袁根如, 李士涛 申请人:上海蓝光科技有限公司