本發(fā)明涉及光電子器件領(lǐng)域，具體涉及一種具有雙電流擴展層的LED及其制作方法。

背景技術(shù)：

LED是發(fā)光二極管的簡稱，它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。LED的心臟是一個半導(dǎo)體的晶片，也就是指的PN結(jié)，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，當給發(fā)光二極管加上正向電壓后，電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。

總的來說，LED制作流程分為兩大部分：

首先在襯底上制作氮化鎵基的外延片，這個過程主要是在金屬有機化學氣相沉積外延爐(MOCVD)中完成的。該過程是通過控制溫度、壓力、流量、反應(yīng)物濃度和種類比例，從而控制成膜質(zhì)量、品質(zhì)，形成N型氮化鎵層、多量子阱層和P型氮化鎵層。

然后是對制備好的外延片進行芯片段的加工，芯片段主要作用是制作焊線電極和電流擴展層，需要經(jīng)過的工序包括清洗、鍍膜、光刻、刻蝕、研磨、劃片、測試和分揀等，最終得到所需的LED芯片。其中鍍膜工序主要作用是蒸鍍金屬電極和透明電極，透明電極主要作用是透光并具備電流擴展功能，現(xiàn)階段LED電流擴展層材質(zhì)大部分為ITO材質(zhì)，由于材料本身特性，ITO薄膜具有良好的導(dǎo)電性和可見光區(qū)較高的光透過率。電流擴展層結(jié)構(gòu)主要有單層ITO材質(zhì)、雙層ITO材質(zhì)。單層ITO材質(zhì)的電流擴展層，為了提高ITO層與P型氮化鎵層的歐姆接觸，需要進行退火處理，而退火后ITO層比退火前的ITO層電阻率升高，較大程度上影響了LED的電光轉(zhuǎn)化效率。因此，目前的生產(chǎn)工藝中LED芯片的出光率和產(chǎn)品品質(zhì)還可以進一步提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種具有光子晶體結(jié)構(gòu)的雙層ITO電流擴展層的LED及其制作方法，能夠較大程度提高LED出光效率。

為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種具有雙電流擴展層的LED，包含襯底、外延層、電極，外延層由P-MQW-N氮化鎵結(jié)構(gòu)組成，呈二級階梯狀，電極中的N電極呈扇形，位于外延層較低階梯上表面，所述的外延層較高階梯上表面有雙層ITO及電極中的P電極，P電極呈圓柱形，雙層ITO將P電極側(cè)表面環(huán)繞，雙層ITO由薄層ITO及厚層ITO組成，厚層ITO在薄層ITO上，并且厚層ITO上具有多邊形或圓形結(jié)構(gòu)的光子晶體。

作為優(yōu)選：所述的薄層ITO厚度為10nm～50nm，所述的厚層ITO厚度為50nm～200nm。

作為優(yōu)選：所述的光子晶體深度為50nm～200nm，為正六邊形或圓形結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選：所述的光子晶體直徑為2～5微米，圖形間距控制在1～5微米之間。

一種具有雙電流擴展層的LED制作方法,包括以下步驟：

A、將外延片經(jīng)過清洗處理后，在外延層表面蒸鍍一層薄層ITO,厚度為10nm～50nm；

B、通過爐管高溫退火將薄層ITO與外延層表面形成良好歐姆接觸；

C、通過氮氣吹凈對已經(jīng)蒸鍍薄層ITO的外延片進行吹凈處理，可以去除退火過程造成的ITO表面粘附雜質(zhì)；

D、在薄層ITO表面通過電子束蒸發(fā)蒸鍍厚層ITO，厚度為50nm～200nm，形成雙層ITO結(jié)構(gòu)；

E、在雙層ITO的厚層ITO里制備光子晶體結(jié)構(gòu)，光子晶體深度為50nm～200nm，為多邊形或圓形結(jié)構(gòu)。

即以雙層ITO為基本結(jié)構(gòu)，通過對結(jié)構(gòu)中的薄層ITO進行退火，實現(xiàn)薄層ITO與外延層表面的P型氮化鎵層形成歐姆接觸，而厚層ITO不進行退火，使用該方法使其電阻率降低，從而提高電光轉(zhuǎn)化效率。另在芯片電流擴展層厚層ITO里制備光子晶體，粗化外觀，改變出光角度，從而達到提升LED芯片出光效率的目的。

作為優(yōu)選：所述的蒸鍍采用以下工藝參數(shù)：真空度：5.2E-06Torr；蒸發(fā)溫度：260℃；氧氣流量：3.0sccm；蒸發(fā)功率：12%～15%；電壓：8.0kv；電流：101mA；速率：2.0 ?/s～3.0 ?/s。

作為優(yōu)選：所述的退火溫度為450℃～550℃，退火時間為15min～20min。

作為優(yōu)選：所述的氮氣吹凈，氮氣壓力為4～6kg /cm2，時間為30s。

作為優(yōu)選：所述的光子晶體為正六邊形或圓形結(jié)構(gòu)，直徑為2～5微米，圖形間距控制在1～5微米之間。

作為優(yōu)選：所述的制備光子晶體結(jié)構(gòu)，先在厚層ITO表面沉積氧化硅膜層，在氧化硅膜層上涂覆光刻膠，通過光刻技術(shù)制備出多邊形或圓形的光子晶體形狀，通過濕法氧化硅腐蝕形式將光子晶體形狀轉(zhuǎn)移至氧化硅上，之后去除光刻膠，再利用氧化硅作光子晶體掩模，通過干法刻蝕對厚層ITO膜層進行刻蝕，刻蝕后去除氧化硅膜層，制得光子晶體結(jié)構(gòu)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少能實現(xiàn)以下一種有益效果：采用本發(fā)明可提高LED芯片出光率，經(jīng)測試，相比于普通雙層ITO結(jié)構(gòu)，可提高出光率5%～10%左右；采用高溫退火使薄層ITO與外延層表面形成良好歐姆接觸，而對厚層ITO不進行退火，使用該方法使其電阻率降低，從而提高電光轉(zhuǎn)化效率。另在芯片電流擴展層厚層ITO里制備光子晶體，粗化外觀，改變出光角度，從而達到提升LED芯片出光效率的目的。并采用氮氣吹凈再進行厚層ITO的蒸鍍，去除退火過程造成的ITO表面粘附雜質(zhì)，提高產(chǎn)品品質(zhì)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制得的LED芯片結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖2為本發(fā)明制得的LED芯片結(jié)構(gòu)45°俯視圖。

圖3為本發(fā)明制得的LED芯片斜切結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中各部件的標記如下：1、襯底，2、外延層，3、電極，4、光子晶體，5、雙層ITO。

具體實施方式

為了使發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1和圖2示出了此種具有雙電流擴展層的LED制作方法制得的LED芯片結(jié)構(gòu)示意圖，下面結(jié)合圖例列舉幾個實施例。

實施例1：

一種具有雙電流擴展層的LED制作方法,包括以下步驟：

A、將外延片經(jīng)過清洗處理后，在外延層2表面蒸鍍一層薄層ITO,厚度為10nm；

B、通過爐管高溫退火將薄層ITO與外延層表面形成良好歐姆接觸；

C、通過氮氣吹凈對已經(jīng)蒸鍍薄層ITO的外延片進行吹凈處理，可以去除退火過程造成的ITO表面粘附雜質(zhì)；

D、在薄層ITO表面通過電子束蒸發(fā)蒸鍍厚層ITO，厚度為50nm，形成雙層ITO5結(jié)構(gòu)；

E、在雙層ITO的厚層ITO里制備光子晶體5結(jié)構(gòu)，光子晶體5深度為50nm，為多邊形或圓形結(jié)構(gòu)。

即以雙層ITO為基本結(jié)構(gòu)，在雙層ITO上制備光子晶體，粗化外觀，改變出光角度，從而達到提升LED芯片出光效率的目的，相比于普通雙層ITO結(jié)構(gòu)，可提高出光率5%～10%左右；采用高溫退火使薄層ITO與外延層表面形成良好歐姆接觸；采用氮氣吹凈再進行厚層ITO的蒸鍍，去除退火過程造成的ITO表面粘附雜質(zhì)，提高產(chǎn)品品質(zhì)。

實施例2：

一種具有雙電流擴展層的LED制作方法,包括以下步驟：

A、將外延片經(jīng)過清洗處理后，在外延層2表面蒸鍍一層薄層ITO,厚度為50nm，蒸鍍采用以下工藝參數(shù)：真空度：5.2E-06Torr；蒸發(fā)溫度：260℃；氧氣流量：3.0sccm；蒸發(fā)功率：12%；電壓：8.0kv；電流：101mA；速率：2.0 ?/s。

B、通過爐管高溫退火將薄層ITO與外延層表面形成良好歐姆接觸；

C、通過氮氣吹凈對已經(jīng)蒸鍍薄層ITO的外延片進行吹凈處理，可以去除退火過程造成的ITO表面粘附雜質(zhì)；

D、在薄層ITO表面通過電子束蒸發(fā)蒸鍍厚層ITO，厚度為50nm，形成雙層ITO5結(jié)構(gòu)；

E、在雙層ITO的厚層ITO里制備光子晶體5結(jié)構(gòu)，光子晶體5深度為50nm，為多邊形或圓形結(jié)構(gòu)。

即以雙層ITO為基本結(jié)構(gòu)，通過對結(jié)構(gòu)中的薄層ITO進行退火，實現(xiàn)薄層ITO與外延層表面的P型氮化鎵層形成歐姆接觸，而厚層ITO不進行退火，使用該方法使其電阻率降低，從而提高電光轉(zhuǎn)化效率。另在雙層ITO上制備光子晶體，粗化外觀，改變出光角度，從而達到提升LED芯片出光效率的目的，相比于普通雙層ITO結(jié)構(gòu)，可提高出光率5%～10%左右；采用氮氣吹凈再進行厚層ITO的蒸鍍，去除退火過程造成的ITO表面粘附雜質(zhì)，提高產(chǎn)品品質(zhì)。

實施例3：

一種具有雙電流擴展層的LED制作方法,包括以下步驟：

A、將外延片經(jīng)過清洗處理后，在外延層2表面蒸鍍一層薄層ITO,厚度為50nm，蒸鍍采用以下工藝參數(shù)：真空度：5.2E-06Torr；蒸發(fā)溫度：260℃；氧氣流量：3.0sccm；蒸發(fā)功率： 15%；電壓：8.0kv；電流：101mA；速率：3.0 ?/s。；

B、通過爐管高溫退火將薄層ITO與外延層表面形成良好歐姆接觸，退火溫度為450℃，退火時間為20min；

C、通過氮氣吹凈對已經(jīng)蒸鍍薄層ITO的外延片進行吹凈處理，可以去除退火過程造成的ITO表面粘附雜質(zhì)；

D、在薄層ITO表面通過電子束蒸發(fā)蒸鍍厚層ITO，厚度為200nm，形成雙層ITO5結(jié)構(gòu)；

E、在雙層ITO的厚層ITO里制備光子晶體5結(jié)構(gòu)，光子晶體5深度為200nm，為多邊形或圓形結(jié)構(gòu)。

即以雙層ITO為基本結(jié)構(gòu)，通過對結(jié)構(gòu)中的薄層ITO進行退火，實現(xiàn)薄層ITO與外延層表面的P型氮化鎵層形成歐姆接觸，而厚層ITO不進行退火，使用該方法使其電阻率降低，從而提高電光轉(zhuǎn)化效率。另在雙層ITO上制備光子晶體，粗化外觀，改變出光角度，從而達到提升LED芯片出光效率的目的，相比于普通雙層ITO結(jié)構(gòu)，可提高出光率5%～10%左右；采用氮氣吹凈再進行厚層ITO的蒸鍍，去除退火過程造成的ITO表面粘附雜質(zhì)，提高產(chǎn)品品質(zhì)。

實施例4：

一種具有雙電流擴展層的LED制作方法,包括以下步驟：

A、將外延片經(jīng)過清洗處理后，在外延層2表面蒸鍍一層薄層ITO,厚度為50nm，蒸鍍采用以下工藝參數(shù)：真空度：5.2E-06Torr；蒸發(fā)溫度：260℃；氧氣流量：3.0sccm；蒸發(fā)功率： 15%；電壓：8.0kv；電流：101mA；速率： 3.0 ?/s。；

B、通過爐管高溫退火將薄層ITO與外延層表面形成良好歐姆接觸，退火溫度為4550℃，退火時間為15min；

C、通過氮氣吹凈對已經(jīng)蒸鍍薄層ITO的外延片進行吹凈處理，氮氣壓力為4kg /cm2，時間為30s，可以去除退火過程造成的ITO表面粘附雜質(zhì)；

D、在薄層ITO表面通過電子束蒸發(fā)蒸鍍厚層ITO，厚度為200nm，形成雙層ITO5結(jié)構(gòu)；

E、在雙層ITO的厚層ITO里制備光子晶體5結(jié)構(gòu)，光子晶體5深度為200nm，為多邊形或圓形結(jié)構(gòu)。

即以雙層ITO為基本結(jié)構(gòu)，通過對結(jié)構(gòu)中的薄層ITO進行退火，實現(xiàn)薄層ITO與外延層表面的P型氮化鎵層形成歐姆接觸，而厚層ITO不進行退火，使用該方法使其電阻率降低，從而提高電光轉(zhuǎn)化效率。另在雙層ITO上制備光子晶體，粗化外觀，改變出光角度，從而達到提升LED芯片出光效率的目的，相比于普通雙層ITO結(jié)構(gòu)，可提高出光率5%～10%左右；采用氮氣吹凈再進行厚層ITO的蒸鍍，去除退火過程造成的ITO表面粘附雜質(zhì)，提高產(chǎn)品品質(zhì)。

實施例5：

一種具有雙電流擴展層的LED制作方法,包括以下步驟：

A、將外延片經(jīng)過清洗處理后，在外延層2表面蒸鍍一層薄層ITO,厚度為50nm，蒸鍍采用以下工藝參數(shù)：真空度：5.2E-06Torr；蒸發(fā)溫度：260℃；氧氣流量：3.0sccm；蒸發(fā)功率： 15%；電壓：8.0kv；電流：101mA；速率： 3.0 ?/s。；

B、通過爐管高溫退火將薄層ITO與外延層表面形成良好歐姆接觸，退火溫度為4550℃，退火時間為15min；

C、通過氮氣吹凈對已經(jīng)蒸鍍薄層ITO的外延片進行吹凈處理，氮氣壓力為6kg /cm2，時間為30s，可以去除退火過程造成的ITO表面粘附雜質(zhì)；

D、在薄層ITO表面通過電子束蒸發(fā)蒸鍍厚層ITO，厚度為200nm，形成雙層ITO5結(jié)構(gòu)；

E、在雙層ITO的厚層ITO里制備光子晶體5結(jié)構(gòu)，光子晶體5深度為200nm，光子晶體4為正六邊形或圓形結(jié)構(gòu)，直徑為2微米，圖形間距控制在1微米。

即以雙層ITO為基本結(jié)構(gòu)，通過對結(jié)構(gòu)中的薄層ITO進行退火，實現(xiàn)薄層ITO與外延層表面的P型氮化鎵層形成歐姆接觸，而厚層ITO不進行退火，使用該方法使其電阻率降低，從而提高電光轉(zhuǎn)化效率。另在雙層ITO上制備光子晶體，粗化外觀，改變出光角度，從而達到提升LED芯片出光效率的目的，相比于普通雙層ITO結(jié)構(gòu)，可提高出光率5%～10%左右；采用氮氣吹凈再進行厚層ITO的蒸鍍，去除退火過程造成的ITO表面粘附雜質(zhì)，提高產(chǎn)品品質(zhì)。

實施例6：

一種具有雙電流擴展層的LED，包含襯底1、外延層2、電極3，外延層2由P-MQW-N氮化鎵結(jié)構(gòu)組成，呈二級階梯狀，電極3中的N電極呈扇形，位于外延層2較低階梯上表面，所述的外延層2較高階梯上表面有雙層ITO5及電極3中的P電極，P電極呈圓柱形，雙層ITO5將P電極側(cè)表面環(huán)繞，雙層ITO5由薄層ITO及厚層ITO組成，厚層ITO在薄層ITO上，并且厚層ITO上具有多邊形或圓形結(jié)構(gòu)的光子晶體4。

實施例7：

一種具有雙電流擴展層的LED，包含襯底1、外延層2、電極3，外延層2由P-MQW-N氮化鎵結(jié)構(gòu)組成，呈二級階梯狀，電極3中的N電極呈扇形，位于外延層2較低階梯上表面，所述的外延層2較高階梯上表面有雙層ITO5及電極3中的P電極，P電極呈圓柱形，雙層ITO5將P電極側(cè)表面環(huán)繞，雙層ITO5由薄層ITO及厚層ITO組成，所述的薄層ITO厚度為10nm，所述的厚層ITO厚度為200nm。厚層ITO在薄層ITO上，并且厚層ITO上具有多邊形或圓形結(jié)構(gòu)的光子晶體4。

實施例7：

一種具有雙電流擴展層的LED，包含襯底1、外延層2、電極3，外延層2由P-MQW-N氮化鎵結(jié)構(gòu)組成，呈二級階梯狀，電極3中的N電極呈扇形，位于外延層2較低階梯上表面，所述的外延層2較高階梯上表面有雙層ITO5及電極3中的P電極，P電極呈圓柱形，雙層ITO5將P電極側(cè)表面環(huán)繞，雙層ITO5由薄層ITO及厚層ITO組成，所述的薄層ITO厚度為10nm，所述的厚層ITO厚度為50nm。厚層ITO在薄層ITO上，并且厚層ITO上具有多邊形或圓形結(jié)構(gòu)的光子晶體4，深度為50nm。

實施例8：

一種具有雙電流擴展層的LED，包含襯底1、外延層2、電極3，外延層2由P-MQW-N氮化鎵結(jié)構(gòu)組成，呈二級階梯狀，電極3中的N電極呈扇形，位于外延層2較低階梯上表面，所述的外延層2較高階梯上表面有雙層ITO5及電極3中的P電極，P電極呈圓柱形，雙層ITO5將P電極側(cè)表面環(huán)繞，雙層ITO5由薄層ITO及厚層ITO組成，所述的薄層ITO厚度為10nm，所述的厚層ITO厚度為50nm，厚層ITO在薄層ITO上，并且厚層ITO上具有多邊形或圓形結(jié)構(gòu)的光子晶體4，深度為50nm，光子晶體直徑為2微米，圖形間距控制在1微米。

最優(yōu)實施例：

一種具有雙電流擴展層的LED，包含襯底1、外延層2、電極3，外延層2由P-MQW-N氮化鎵結(jié)構(gòu)組成，呈二級階梯狀，電極3中的N電極呈扇形，位于外延層2較低階梯上表面，所述的外延層2較高階梯上表面有雙層ITO5及電極3中的P電極，P電極呈圓柱形，雙層ITO5將P電極側(cè)表面環(huán)繞，雙層ITO5由薄層ITO及厚層ITO組成，所述的薄層ITO厚度為50nm，所述的厚層ITO厚度為200nm，厚層ITO在薄層ITO上，并且厚層ITO上具有正六邊形結(jié)構(gòu)的光子晶體4，深度為200nm，光子晶體直徑為2微米，圖形間距控制在1微米。

最優(yōu)實施例：

一種具有雙電流擴展層的LED制作方法,包括以下步驟：

A、將外延片經(jīng)過清洗處理后，在外延層2表面蒸鍍一層薄層ITO,厚度為50nm，蒸鍍采用以下工藝參數(shù)：真空度：5.2E-06Torr；蒸發(fā)溫度：260℃；氧氣流量：3.0sccm；蒸發(fā)功率： 15%；電壓：8.0kv；電流：101mA；速率： 3.0 ?/s。；

B、通過爐管高溫退火將薄層ITO與外延層表面形成良好歐姆接觸，退火溫度為4550℃，退火時間為15min；

C、通過氮氣吹凈對已經(jīng)蒸鍍薄層ITO的外延片進行吹凈處理，氮氣壓力為6kg /cm2，時間為30s可以去除退火過程造成的ITO表面粘附雜質(zhì)；

D、在薄層ITO表面通過電子束蒸發(fā)蒸鍍厚層ITO，厚度為200nm，形成雙層ITO5結(jié)構(gòu)；

E、在雙層ITO的表面制備光子晶體5結(jié)構(gòu)，光子晶體5深度為200nm，光子晶體4為正六邊形或圓形結(jié)構(gòu)，直徑為5微米，圖形間距控制在5微米，先在厚層ITO表面沉積氧化硅膜層，在氧化硅膜層上涂覆光刻膠，通過光刻技術(shù)制備出多邊形或圓形的光子晶體4形狀，通過濕法氧化硅腐蝕形式將光子晶體4形狀轉(zhuǎn)移至氧化硅上，之后去除光刻膠，再利用氧化硅作光子晶體掩模，通過干法刻蝕對厚層ITO膜層進行刻蝕，刻蝕后去除氧化硅膜層，制得光子晶體4結(jié)構(gòu)。

即以雙層ITO為基本結(jié)構(gòu)，通過對結(jié)構(gòu)中的薄層ITO進行退火，實現(xiàn)薄層ITO與外延層表面的P型氮化鎵層形成歐姆接觸，而厚層ITO不進行退火，使用該方法使其電阻率降低，從而提高電光轉(zhuǎn)化效率。另在雙層ITO上制備光子晶體，粗化外觀，改變出光角度，從而達到提升LED芯片出光效率的目的，相比于普通雙層ITO結(jié)構(gòu)，可提高出光率5%～10%左右；采用氮氣吹凈再進行厚層ITO的蒸鍍，去除退火過程造成的ITO表面粘附雜質(zhì)，提高產(chǎn)品品質(zhì)。

在本說明書中所談到多個解釋性實施例，指的是結(jié)合該實施例描述的具體方法包括在本申請概括性描述的至少一個實施例中。在說明書中多個地方出現(xiàn)同種表述不是一定指的是同一個實施例。進一步來說，結(jié)合任意一實施例描述一個結(jié)構(gòu)時，所要主張的是結(jié)合其他實施例來實現(xiàn)這種方法落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。