發(fā)光二極管及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電領(lǐng)域，具體涉及一種發(fā)光二極管及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年，發(fā)光二極管(light emitting d1de,簡(jiǎn)稱LED)得到了廣泛的應(yīng)用，在各種顯示系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、汽車尾燈等領(lǐng)域起著越來(lái)越重要的作用。以AlGaInP材料作為發(fā)光層的LED具有較高的內(nèi)量子效率。對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的LED來(lái)說(shuō)，有很多因素限制它的外量子效率:內(nèi)部的全反射、金屬電極的阻擋、GaAs等半導(dǎo)體材料對(duì)光的吸收。這些LED生長(zhǎng)在吸光襯底上，而最終有很大一部分光被襯底吸收。所以對(duì)于這種傳統(tǒng)的LED結(jié)構(gòu)而言，即使內(nèi)部的光電轉(zhuǎn)化效率很高，它的外量子效率也不會(huì)很高。當(dāng)前有很多種方法來(lái)提高LED出光的提取效率，如加厚窗口層、表面粗化、透明襯底、倒金字塔結(jié)構(gòu)等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種發(fā)光二極管，其有效提高了發(fā)光二極管的外部取光效率。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案為:發(fā)光二極管，包括發(fā)光外延疊層，具有相對(duì)的第一表面和第二表面，包含η型半導(dǎo)體層、發(fā)光層和P型半導(dǎo)體層；透光性介電層，位于所述發(fā)光外延疊層的第二表面上，并直接與所述發(fā)光外延疊層接觸，其內(nèi)部具有導(dǎo)電通孔；透光性導(dǎo)電層，位于所述透光性介電層之遠(yuǎn)離發(fā)光外延疊層的一側(cè)表面上；金屬反射層，位于所述透光性導(dǎo)電層之遠(yuǎn)離所述透光性介電層的一側(cè)表面上；所述透光性介電層的折射率均小于所述發(fā)光外延疊層、透光性導(dǎo)電層的折射率。在本發(fā)明中，發(fā)光外延疊層可等效看作一高折射率涂層，透光性介電層可等效看作一低折射率高透射率涂層，透光性導(dǎo)電層可等效看作一高折射率高透射率導(dǎo)電涂層，三者構(gòu)成一增反系統(tǒng)。進(jìn)一步地，所述透光性導(dǎo)電性與金屬反射層構(gòu)成全方位反射鏡結(jié)構(gòu)。
[0005]優(yōu)選地，所述發(fā)光外延疊層、透光性介電層、透光性導(dǎo)電層的折射率分別為rl、r2和r3，其關(guān)系為:r2〈r3〈rl。
[0006]優(yōu)選地，所述發(fā)光外延疊層的第二表面的粗糙度小于第一表面的粗糙度。在一些實(shí)施例中，所述發(fā)光外延疊層的第二表面為η型半導(dǎo)體層一側(cè)表面。
[0007]優(yōu)選地，所述透光性介電層中摻雜有受熱可產(chǎn)生氣體的發(fā)泡粒子，如此既可以降低所述透光性介電層的折射率，又可以起到散射的效果，提高發(fā)光外延層與透光性介電層之間的界面發(fā)生全反射的概率。在一些實(shí)施例中，所述發(fā)光粒子選自CaC03、BaC03、Ca(HC03)2、Na2CO3^ NaHCO3中的一種或其組合。
[0008]優(yōu)選地，所述透光性導(dǎo)電層具有良好的粘附性，起到發(fā)光外延疊層與金屬反射層之間橋梁作用，增加界面強(qiáng)度，避免金屬反射層與外延脫落。在一些較佳實(shí)施例，所述透光性導(dǎo)電層采用濺射形成的ITO材料層(簡(jiǎn)稱s-ιτο)，金屬反射層采用Ag反射鏡，由于S-1TO與Ag反射鏡和發(fā)光外延疊層之間粘附性均較好，而且高溫下不與發(fā)光外延疊層之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此不會(huì)影響發(fā)光外延疊層和透光性導(dǎo)電層之間界面的平整性，即提高了鏡面反射率，進(jìn)而LED光取出率提高。在一些更佳實(shí)施例中，該S-1TO以分子狀態(tài)呈現(xiàn)，呈顆粒狀分布在所述透光性介電層上，厚度優(yōu)選10~100埃，此厚度區(qū)間薄膜尚未成膜以分子狀態(tài)存在，吸光最少，且呈顆粒狀分布在所述透光性介電層表面，對(duì)鏡面的平整度影響很小。
[0009]優(yōu)選地，所述發(fā)光外延疊層的第一表面具有一系列蜂窩構(gòu)造的粗化圖案，所述蜂窩構(gòu)造呈正六邊形分布，此種粗化結(jié)構(gòu)空間利用率高，可有效提高光取出率。在一些實(shí)施例中，所述蜂窩結(jié)構(gòu)為半球型。
[0010]本發(fā)明還提供了一種發(fā)光二極管的制作方法，其包括步驟:發(fā)光二極管的制作方法，包括步驟:1)在一生長(zhǎng)襯底上形成發(fā)光外延疊層，其依次至少包括η型半導(dǎo)體層、發(fā)光層和P型半導(dǎo)體層；2)在發(fā)光外延疊層的P側(cè)表面上制作電極，并作退火處理，形成歐姆接觸；3)在發(fā)光外延疊層的P側(cè)表面上鍵合一臨時(shí)基板；4)去除生長(zhǎng)襯底，露出η側(cè)表面；
5)在發(fā)光外延疊層的η側(cè)表面上依次形成透光導(dǎo)電層、金屬反射層，并進(jìn)行退火處理形成歐姆接觸；6)在金屬反射層上鍵合一基板，并去除臨時(shí)基板。在本制作方法中，均在進(jìn)行基板鍵合前先進(jìn)行熱處理形成η側(cè)歐姆接觸和P側(cè)歐姆接觸，使得金屬反射層蒸鍍后無(wú)需在基板鍵合后再進(jìn)行熱處理而損失亮度。
[0011]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說(shuō)明】
[0012]附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)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。
[0013]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1之一種發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0014]圖2為圖1中B的局部放大圖。
[0015]圖3顯示了一種制作圖1所示發(fā)光二極管的流程圖。
[0016]圖4~圖9顯示了制作圖1所示發(fā)光二極管的各個(gè)過(guò)程的剖視圖。
[0017]圖10為本發(fā)明實(shí)施例2之一種發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0018]圖11為本發(fā)明實(shí)施例3之一種發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0019]圖12為圖11所不發(fā)光二極管的第一表面的粗化圖案。
[0020]圖13為圖11所示發(fā)光二極管的單個(gè)半球形粗化結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的描述，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說(shuō)明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0022]圖1顯示了本發(fā)明的第一個(gè)較佳實(shí)施例之發(fā)光二極管，其自下而上依次包括:基板100、金屬鍵合層110、金屬反射層120、透光性導(dǎo)電層130、透光性介電層140、發(fā)光外延疊層150。其中，發(fā)光外延疊層150包第一半導(dǎo)體層151、發(fā)光層152及第二半導(dǎo)體層153，當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體層151為P型半導(dǎo)體，第二半導(dǎo)體層153可為相異電性的η型半導(dǎo)體，反之，當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體層151為η型半導(dǎo)體，第二半導(dǎo)體層153可為相異電性的P型半導(dǎo)體。發(fā)光層152位于第一半導(dǎo)體層151及第二半導(dǎo)體層153之間，可為中性、P型或η型電性的半導(dǎo)體。施以電流通過(guò)半導(dǎo)體發(fā)光疊層時(shí)，激發(fā)發(fā)光層152發(fā)光出光線。當(dāng)發(fā)光層152以氮化物為基礎(chǔ)的材料時(shí)，會(huì)發(fā)出藍(lán)或綠光；當(dāng)以磷化鋁銦鎵為基礎(chǔ)的材料時(shí)，會(huì)發(fā)出紅、橙、黃光的琥?白色系的光。在本實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體層151為η型半導(dǎo)體、第二半導(dǎo)體層153為ρ型半導(dǎo)體，發(fā)光層152采用磷化鋁銦鎵為基礎(chǔ)的材料，在第二半導(dǎo)體層153上方還設(shè)有一 GaP窗Π層。
[0023]具體的，金屬反射層120采用高反射材料層，以Ag反射鏡為佳。由于Ag反射鏡與外延之間粘附性較差，因此透光性導(dǎo)電層130可采用與外延和Ag反射鏡之間的粘附性都較佳的ITO材料層，如此在增加粘合強(qiáng)度的同時(shí)與鏡面之間形成ODR系統(tǒng)。更佳的，透光性導(dǎo)電層130優(yōu)選S-1T0，厚度優(yōu)選10埃~100埃之間，此厚度區(qū)間ITO薄膜尚未成膜，以分子狀態(tài)呈現(xiàn)分布在透光性介電層140的表面，由于S-1TO與外延的粘附性既好又不會(huì)在高溫情況下與外延發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而破壞鏡面平整度以影響反射率。透光性介電層140由二氧化硅材料層141構(gòu)成，其內(nèi)部具有導(dǎo)電通孔142，該導(dǎo)電通孔可直接填充透光性導(dǎo)電材料或由n-GaAs層142a和η型歐姆接觸層142b構(gòu)成，圖2顯示了圖1中B的局部放大圖。
[0024]在本實(shí)施例中，透光性導(dǎo)電層130和金屬反射層120構(gòu)成全方位反射結(jié)構(gòu)，在透光性導(dǎo)電層130與發(fā)光外延疊層150增加一透光性介電性140，其中該透光性介電層140為一低折射率高透射率涂層，其折射率同時(shí)小于發(fā)光外延疊層和透光性導(dǎo)電層的折射率，與透光性導(dǎo)電層130和發(fā)光外延疊層150組合起來(lái)既構(gòu)成一增強(qiáng)反射系統(tǒng)，又可起到η型電流阻擋層的作用。
[0025]一般的，在發(fā)光外延結(jié)構(gòu)中