本發(fā)明涉及半導體技術領域，尤其是一種發(fā)光二極管結構及其制作方法。

背景技術：

發(fā)光二極管（英文為Light Emitting Diode，簡稱LED）是半導體二極管的一種，由于其特有的帶隙范圍，優(yōu)良的光、電學性質，優(yōu)異的物理和化學性能，具有壽命長、耐沖擊、抗震、高效節(jié)能等優(yōu)異特征，在圖像顯示、信號指示、照明以及基礎研究等廣泛應用。

目前，制約LED器件的發(fā)光效率主要有兩方面因素：內量子效率和外量子效率。內量子效率是指將注入的電能轉化為光能的效率，目前技術已能達到70~80%，對于外延生長好的芯片其內量子效率甚至能達到90%。外量子效率是指將光能量從芯片中提取出來的效率，目前只有40~50%，仍然存在提升空間。改善LED發(fā)光效率的研究較為活躍，主要技術有采用表面（界面）粗化技術、引入布拉格反射層結構、透明襯底技術、襯底剝離技術、倒裝芯片技術以及異形芯片技術。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提出一種發(fā)光二極管結構及其制作方法。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種發(fā)光二極管結構，包括：襯底，以及襯底表面的發(fā)光外延層和分布布拉格反射層，發(fā)光外延層和分布布拉格反射層分別位于襯底兩側，其特征在于：所述襯底的背面具有一系列沙漏狀的凹槽結構，且所述分布布拉格反射層形成于所述凹槽結構表面。

優(yōu)選地，所述凹槽結構呈周期性規(guī)則分布。

優(yōu)選地，所述沙漏狀的凹槽結構的深度介于2μm~10μm，寬度介于2μm~10μm。

優(yōu)選地，所述分布布拉格反射層的厚度介于2μm~4μm。

優(yōu)選地，所述發(fā)光外延層包括第一半導體層、第二半導體層及夾在兩層之間的量子阱層。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，還提供一種發(fā)光二極管結構的制作方法，包括工藝步驟：

（1）提供一襯底，并在襯底的上表面形成發(fā)光外延層；

（2）采用激光隱形切割工藝，在襯底的背面形成具有一系列沙漏狀的凹槽結構；

（3）采用離子束鍍膜工藝，沿著所述凹槽結構表面形成分布布拉格反射層。

優(yōu)選地，所述步驟（2）中激光隱形切割工藝分為兩步，先對襯底進行第一次激光隱形切割工藝，形成一系列梯形狀的凹槽結構；再將襯底倒置，進行第二次激光隱形切割工藝，形成一系列倒梯形狀的凹槽結構，如此制得具有一系列沙漏狀的凹槽結構。

優(yōu)選地，所述激光隱形切割的激光能量介于0.32W~0.9W，激光頻率介于15KHz~40KHz。

優(yōu)選地，所述凹槽結構呈周期性規(guī)則分布。

優(yōu)選地，所述沙漏狀的凹槽結構的深度介于2μm~10μm，寬度介于2μm~10μm。

優(yōu)選地，所述步驟（3）中離子束鍍膜工藝的條件：離子束能量介于200W~2000W，鍍膜速率介于2?/s~5?/s，溫度介于150~300℃。

優(yōu)選地，所述分布布拉格反射層的厚度介于2μm~4μm。

優(yōu)選地，所述發(fā)光外延層包括第一半導體層、第二半導體層及夾在兩層之間的量子阱層。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果包括且不局限于：

本發(fā)明在襯底背面采用多次激光隱形切割工藝形成一系列的沙漏狀凹槽結構，并采用離子束鍍膜工藝形成分布布拉格反射層（DBR），相對于常規(guī)的平面結構，當發(fā)光外延層將光源出射，該光源經(jīng)由一系列沙漏狀凹槽結構表面并經(jīng)DBR反射至發(fā)光外延層，增加發(fā)光面積和出光效率；此外，由于沙漏狀的凹槽結構改變了全反射臨界角，減少了發(fā)生全反射現(xiàn)象，以達到提升發(fā)光二極管的光萃取效率，相對于現(xiàn)有的梯形或者三角形凹槽結構會有部分光穿透，部分光散射，小部分光反射導致取光效率較為有限，本發(fā)明可形成完整的反射鏡全周光微結構，從而達到最佳取光效果。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。

圖1為本發(fā)明實施例1的發(fā)光二極管結構的剖視示意圖。

圖2~6為本發(fā)明實施例2的發(fā)光二極管結構的制作工藝流程示意圖。

圖6為圖5中的局部凹槽結構放大示意圖。

圖7為本發(fā)明實施例3的發(fā)光二極管結構的剖視示意圖。

具體實施方式

以下將結合附圖及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是，只要不構成沖突，本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結合，所形成的技術方案均在本發(fā)明的保護范圍之內。

以下將結合附圖及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。

實施例1

如圖1所示，一種正裝的發(fā)光二極管結構，包括襯底、位于襯底上表面的由第一半導體層（N型層）、第二半導體層（P型層）及夾在兩層之間的量子阱層（MQW）組成的發(fā)光外延層，位于襯底背面的分布布拉格反射層（DBR），位于P型層上的電流擴展層、位于電流擴展層上的P電極（PAD）和位于N型層上的N電極（PAD），以及絕緣保護層（PV），其中襯底的背面具有一系列呈周期性規(guī)則分布的沙漏狀的凹槽結構，且分布布拉格反射層（DBR）填充于凹槽結構內壁。

在本實施例，襯底優(yōu)選藍寶石（Sapphire），上述發(fā)光外延層可以通過采用金屬有機化合物化學氣相沉淀（英文縮寫為MOCVD）在藍寶石（Sapphire）上或通過覆晶技術粘結在散熱性襯底上。上述發(fā)光二極管為藍光系發(fā)光二極管，發(fā)光外延層材料為GaN基化合物，N型層可以是N-GaN層，P型層可以是P-GaN層或P-AlGaN層。

在所述藍寶石襯底與N型層還可以形成現(xiàn)有技術習知的緩沖層以及不摻雜氮化鎵層等；在所述P型層與電流擴展層還可以形成現(xiàn)有技術常用的SiO₂電流阻擋層（CBL）等。

電流擴展層可以選擇氧化銦錫（ITO）或氧化鋅（ZnO）或氧化鎘錫（CTO）或氧化銦（InO）或銦（In）摻雜氧化鋅（ZnO）或鋁（Al）摻雜氧化鋅（ZnO）或鎵（Ga）摻雜氧化鋅（ZnO）或前述任意組合之一，本實施例優(yōu)選ITO；電極一般可直接形成于發(fā)光外延層上或是形成于發(fā)光外延層上的電流擴展層，用于連通外部電源，激發(fā)P-N結發(fā)光，本實施例是分別在ITO電流擴展層和N-GaN層上制作P型PAD和N型PAD，從而實現(xiàn)P、N型PAD與發(fā)光外延層電性耦合。絕緣保護層（PV）可以選擇SiO₂、SiN、Al₂O₃等，本實施例優(yōu)選SiO₂。

凹槽結構的深度介于2μm~10μm，寬度介于2μm~10μm。分布布拉格反射層的厚度介于2μm~4μm。

如圖1的光路示意圖所示，由于通過在襯底背面設置一系列的沙漏狀凹槽結構并填充分布布拉格反射層（DBR），相對于常規(guī)的平面結構，當發(fā)光外延層向上下兩側發(fā)射光源，該光源經(jīng)由一系列沙漏狀凹槽結構表面并經(jīng)DBR反射至發(fā)光外延層，增加發(fā)光面積和出光效率；此外，由于沙漏狀的凹槽結構改變了全反射臨界角，減少了發(fā)生全反射現(xiàn)象，以達到提升發(fā)光二極管的光萃取效率。

實施例2

如圖2~6所示，本實施例提供一種發(fā)光二極管結構的制備方法，其工藝步驟包括：

如圖2所示，提供一襯底，優(yōu)選藍寶石（Sapphire），采用金屬有機化合物化學氣相沉淀（英文縮寫為MOCVD）發(fā)光外延層在藍寶石（Sapphire）上。發(fā)光外延層材料為GaN基化合物，從下至上包括N型層（N-GaN層）、發(fā)光層（MQW）以及P型層（P-GaN層）。采用ICP工藝從部分P-GaN層蝕刻至露出部分N-GaN層）表面，在發(fā)光外延層之P-GaN層上形成ITO電流擴展層，接著再分別在ITO電流擴展層和N-GaN層上制作P型PAD和N型PAD，從而實現(xiàn)P、N型PAD與發(fā)光外延層電性耦合。最后，采用化學氣相沉積（CVD）形成SiO₂絕緣保護層（PV）。

如圖3所示，采用激光隱形切割工藝，先對Sapphire襯底進行第一次激光隱形切割工藝，形成一系列梯形狀的凹槽結構，激光隱形切割的激光能量介于0.32W~0.9W，激光頻率介于15KHz~40KHz。

如圖4所示，將Sapphire襯底倒置，進行第二次激光隱形切割工藝，形成一系列倒梯形狀的凹槽結構，激光隱形切割的激光能量介于0.32W~0.9W，激光頻率介于15KHz~40KHz，如此制得具有一系列沙漏狀的凹槽結構，沙漏狀的凹槽結構的深度介于2μm~10μm，寬度介于2μm~10μm。

如圖5和6所示，采用離子束鍍膜工藝，可使分子藉由離子動能沿著凹槽結構表面（內壁）形成分布布拉格反射層，厚度介于2μm~4μm。離子束鍍膜工藝的條件包括：離子束能量介于200W~2000W，鍍膜速率介于2?/s~5?/s，溫度介于150~300℃。

實施例3

如圖7所示，與實施例1不同的是，實施例1的分布布拉格反射層填充于沙漏狀凹槽結構但不填滿，而本實施例的分布布拉格反射層填滿于沙漏狀凹槽結構中。由于分布布拉格反射層（DBR）對小角度入射的光的反射效果比較明顯，所以仍有一些大角度入射的光會穿透過DBR層，當實施例1用于制作封裝體時，一般在芯片的底部設置固晶銀膠（圖中未示出），如此則穿透DBR層的光線（如圖1中光線A）會經(jīng)固晶銀膠反射至沙漏狀凹槽結構中的DBR層，可能需要在凹槽結構內壁反射多次方可出射；本實施例用于制作封裝體時，穿透DBR層的光線（如圖7中光線B）會經(jīng)固晶銀膠反射至填滿于沙漏狀凹槽結構中的DBR層，避免在沙漏凹槽結構中多次反射而損失光效。相對于現(xiàn)有的梯形或者三角形凹槽結構會有部分光穿透，部分光散射，小部分光反射導致取光效率較為有限，本實施例可形成完整的反射鏡全周光微結構，從而達到最佳取光效果。

綜上所述，本發(fā)明的發(fā)光二極管結構及其制作方法設計精神在于：在襯底背面采用多次激光隱形切割工藝形成一系列的沙漏狀凹槽結構，并采用離子束鍍膜工藝形成分布布拉格反射層（DBR），相對于常規(guī)的平面結構，當發(fā)光外延層將光源出射，該光源經(jīng)由一系列沙漏狀凹槽結構表面并經(jīng)DBR反射至發(fā)光外延層，增加發(fā)光面積和出光效率；此外，由于沙漏狀的凹槽結構改變了全反射臨界角，減少了發(fā)生全反射現(xiàn)象，以達到提升發(fā)光二極管的光萃取效率，相對于現(xiàn)有的梯形或者三角形凹槽結構會有部分光穿透，部分光散射，小部分光反射導致取光效率較為有限，本發(fā)明可形成完整的反射鏡全周光微結構，從而達到最佳取光效果。

顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。