專利名稱：垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管及其制造方法，尤其涉及一種特殊波段光線的垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管及其制造方法。
背景技術(shù)：
垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管一般包括一基板、基板上的ρ型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、η型半導(dǎo)體層及η型半導(dǎo)體層上形成的電極。由于η型半導(dǎo)體層如氮化鎵層在生長過程中至少大于 4 μ m其才能具有較佳的晶格品質(zhì)。然，當(dāng)該垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管應(yīng)用于特殊波段光線尤其是近紫外光(波長為365nm-420nm)，垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管發(fā)出的光線存在容易被η型半導(dǎo)體層吸收，如果η型半導(dǎo)體層的厚度過大，容易出現(xiàn)光線被過多吸收的問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種具有較佳品質(zhì)的氮化鎵層且具有較佳出光效率的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管及其制造方法。一種垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，包括基板、設(shè)置在基板上的ρ型半導(dǎo)體層、η型半導(dǎo)體層、及設(shè)置于P型半導(dǎo)體層與η型半導(dǎo)體層之間的發(fā)光層，該η型半導(dǎo)體層為氮化鎵層，該η型半導(dǎo)體層的厚度的范圍在1. 5 μ m至3. 5 μ m之間。一種垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制造方法，其包括提供一襯底，在該襯底上依次生長η型半導(dǎo)體層、發(fā)光層及襯底的ρ型半導(dǎo)體層；提供一導(dǎo)電的基板，該基板的一表面設(shè)有P型電極，將襯底、η型半導(dǎo)體層、發(fā)光層及ρ型半導(dǎo)體層倒置安置在基板的另一表面上， 并使P型半導(dǎo)體層與該基板固定連接；將襯底與η型半導(dǎo)體層分離；通過干式蝕刻或者濕式蝕刻制程將η型半導(dǎo)體層的厚度減少至1. 5 μ m至3. 5 μ m之間；及在η型半導(dǎo)體層上制作η型電極。通過對該η型半導(dǎo)體層的厚度的設(shè)置，使得該垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管具有較佳的出光面積及自我吸收效率。下面參照附圖，結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。


圖1為本發(fā)明實(shí)施方式中垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的剖面示意圖。圖2為圖1中垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的俯視圖。圖3為本發(fā)明垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的綜合發(fā)光效率與η型半導(dǎo)體層的厚度的關(guān)系圖。圖4至圖7為本發(fā)明垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制造過程。主要元件符號說明垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管100基板10
氮化鎵基半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)20ρ型半導(dǎo)體層21發(fā)光層22η型半導(dǎo)體層23、23a第一電極30厚度H電流擴(kuò)散長度Ls自我吸收效率Q發(fā)光面積S襯底50第二電極80綜合發(fā)光效率C
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。請參閱圖1及圖2，本發(fā)明實(shí)施方式提供的垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管100包括一基板10及形成在基板10上的氮化鎵基半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)20。該氮化鎵基半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)20 包括一置于基板10上的ρ型半導(dǎo)體層21形成在該ρ型半導(dǎo)體層21上的發(fā)光層22以及形成在所述發(fā)光層22上遠(yuǎn)離基板10的η型半導(dǎo)體層23。所述η型半導(dǎo)體層23還設(shè)有η型的第一電極30，基板10背面鍍有ρ型的第二電極80。所述基板10的材料為導(dǎo)電材料，可以為碳化硅(SiC)、硅(Si)、砷化鎵(GaAs)、銅 (Cu)、銅鎢合金(Cu/W)、鍺(Ge)、或鎳(Ni)等導(dǎo)電基底。在其它實(shí)施例中，該基板10與ρ 型半導(dǎo)體層21之間設(shè)置有一反射層(圖未示)，該反射層的材料可以為鎳(Ni)、銀(Ag)、鋁 (Al)、金(Au)或者鎳、銀、鋁、金之任意兩種材料或者兩種以上材料的合金。該反射層可以是由分別連接基板10、ρ型半導(dǎo)體層21的兩層金屬共晶而成。所述η型半導(dǎo)體層23為η型氮化鎵層。當(dāng)本發(fā)明垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管100工作時，所述η型半導(dǎo)體層23其厚度H越小，則η型半導(dǎo)體層23對光的自我吸收越少，使得垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管100的光特性顯示越好；然而η型半導(dǎo)體層23其厚度H越小，垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管100的電流擴(kuò)散長度Ls就越小，使得垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管100 的發(fā)光面積S越小，從而影響了垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管100的發(fā)光效率。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證， 當(dāng)所述η型半導(dǎo)體層23的厚度H的范圍在1. 5 μ m至3. 5 μ m之間時，可以使得垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管100的光電特性顯示較好因此發(fā)光效率可以最佳化。優(yōu)選地，該η型半導(dǎo)體層23的厚度H范圍在2μπι至2.5μπι之間為最佳化厚度。在本實(shí)施例中，該η型半導(dǎo)體層 23的厚度H為2. 5 μ m。請一并參閱圖3，為本發(fā)明垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管100在其η型半導(dǎo)體層23的厚度H從0到4 μ m變化時垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管100的綜合發(fā)光效率C的變化圖。其中線a表示厚度H從0到4 μ m變化時垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管100的發(fā)光面積S與厚度 H的比例關(guān)系；線b表示厚度H從0到4 μ m變化時垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管100的自我吸收效率Q與厚度H的比例關(guān)系；線c則表示η型半導(dǎo)體層23的厚度H從0到4 μ m變化時，
4垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管100的綜合發(fā)光效率C與厚度H的比例關(guān)系。由圖中可知，當(dāng)厚度H在1.5μπι至3.5μπι之間取值時，垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管100的綜合發(fā)光效率具有較高的值；當(dāng)厚度H在2μπι至2.5μπι之間取值時，綜合發(fā)光效率具有最優(yōu)化的值。本發(fā)明垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管100的制造方法包括以下步驟首先，請參閱圖4，在襯底50上依次生長η型半導(dǎo)體層23a、n型半導(dǎo)體層23a上的發(fā)光層22及遠(yuǎn)離襯底50的ρ型半導(dǎo)體層21。其中該襯底50的材料為藍(lán)寶石(Sapphire)， 該η型半導(dǎo)體層23a為η型氮化鎵層。為了生長具有較佳的晶格品質(zhì)，此時η型半導(dǎo)體層 23的厚度大于或等于4 μ m。其次，請參閱圖5，提供一基板10及其背面的ρ型電極80，該基板10的材料為導(dǎo)電材料，可以為碳化硅(SiC)、硅(Si)、砷化鎵(GaAs)JIf (Cu)、銅鎢合金(Cu/W)、鍺(Ge)、或鎳(Ni)等導(dǎo)電基底；將襯底50、η型半導(dǎo)體層23、發(fā)光層22及ρ型半導(dǎo)體層21倒置安置在基板10上，使ρ型半導(dǎo)體層21固定在基板10上。在其它實(shí)施例中，可以在基板10上、ρ 型半導(dǎo)體層21上分別鍍一層金屬，然后通過共晶將兩層金屬結(jié)合在一起，從而將ρ型半導(dǎo)體層21固定在基板10并同時形成一反射層。該反射層的材料可以為鎳(Ni)、銀(Ag)、鋁 (Al)、金(Au)或者鎳、銀、鋁、金之任意兩種材料或者兩種以上材料的合金。接下來，請參閱圖6，通過激光剝離、化學(xué)剝離或者機(jī)械研磨或者其它方法使襯底 50與η型半導(dǎo)體層23a分離，此時η型半導(dǎo)體層23a的厚度大于4 μ m。然后，如圖7所示，通過干式蝕刻或者濕式蝕刻制程將η型半導(dǎo)體層23a的厚度H 減少至1. 5 μ m至3. 5 μ m之間，優(yōu)選地，將η型半導(dǎo)體層23的厚度H減少至2μπι至2. 5μπι 之間。在本實(shí)施例中，η型半導(dǎo)體層23的厚度H取值2.5 μ m。最后，請再次參考圖1，在η型半導(dǎo)體層23上制作η型的第一電極30?？梢岳斫獾氖?，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思做出其它各種像應(yīng)的改變與變形，而所有這些改變與變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，包括基板、設(shè)置在基板上的P型半導(dǎo)體層、η型半導(dǎo)體層、及設(shè)置于P型半導(dǎo)體層與η型半導(dǎo)體層之間的發(fā)光層，其特征在于該η型半導(dǎo)體層為氮化鎵層，該η型半導(dǎo)體層的厚度的范圍在1. 5 μ m至3. 5 μ m之間。
2.如權(quán)利要求1所述的垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，其特征在于所述η型半導(dǎo)體層23 的厚度范圍在2μπι至2. 5μπι之間。
3.如權(quán)利要求1所述的垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，其特征在于所述η型半導(dǎo)體層23 的厚度等于2.5 μ m。
4.如權(quán)利要求1所述的垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，其特征在于所述垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管還包括一連接η型半導(dǎo)體層的η型第一電極、及連接基板的P型第二電極。
5.如權(quán)利要求1所述的垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，其特征在于所述基板與P型半導(dǎo)體層之間設(shè)置有一反射層，該反射層的材料可以為鎳(Ni)、銀(Ag)、鋁(Al)、金(Au)或者鎳、銀、鋁、金之任意兩種材料或者兩種以上材料的合金。
6.一種垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制造方法，其包括提供一襯底，在該襯底上依次生長η型半導(dǎo)體層、發(fā)光層及襯底的ρ型半導(dǎo)體層；提供一導(dǎo)電的基板，該基板的一表面設(shè)有P型電極，將襯底、η型半導(dǎo)體層、發(fā)光層及ρ 型半導(dǎo)體層倒置安置在基板的另一表面上，并使P型半導(dǎo)體層與該基板固定連接；將襯底與η型半導(dǎo)體層分離；通過干式蝕刻或者濕式蝕刻制程將η型半導(dǎo)體層的厚度減少至1. 5 μ m至3. 5 μ m之間；及在η型半導(dǎo)體層上制作η型電極。
7.如權(quán)利要求6所述的垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于所述η型半導(dǎo)體層的厚度減少至2 μ m與2. 5 μ m之間。
8.如權(quán)利要求6所述的垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于所述η型半導(dǎo)體層的厚度減少至2. 5 μ m。
9.如權(quán)利要求6所述的垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于在第二步驟中，先將基板、P型半導(dǎo)體層上分別鍍一層金屬，然后通過共晶將兩層金屬結(jié)合在一起，從而將P型半導(dǎo)體層固定在基板上，及在基板與P型半導(dǎo)體層之間形成一反射層。
10.如權(quán)利要求6所述的垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于所述襯底與η型半導(dǎo)體層通過激光剝離、化學(xué)剝離或者機(jī)械研磨分離。
全文摘要
一種垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，包括基板、設(shè)置在基板上的p型半導(dǎo)體層、n型半導(dǎo)體層、及設(shè)置于p型半導(dǎo)體層與n型半導(dǎo)體層之間的發(fā)光層，該n型半導(dǎo)體層為氮化鎵層，該n型半導(dǎo)體層的厚度的范圍在1.5μm至3.5μm之間。本發(fā)明還包括一種垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制造方法。通過對該n型半導(dǎo)體層的厚度的設(shè)置，使得該垂直電極結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管具有較佳的出光面積及自我吸收效率。
文檔編號H01L33/20GK102456790SQ201010516069
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者凃博閔, 楊順貴, 黃世晟, 黃嘉宏 申請人:展晶科技(深圳)有限公司, 榮創(chuàng)能源科技股份有限公司