一種具有側(cè)壁微結(jié)構(gòu)的氮化鎵基發(fā)光二極管及其加工工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及發(fā)光二極管的生產(chǎn)制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(LED)作為代替白熾燈和熒光燈的新一代環(huán)保光源，被廣泛應(yīng)用在照明、顯示和背光等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)照明光源相比，LED具有效率高、能耗低、壽命長、無污染、體積小、色彩豐富等諸多優(yōu)點。
[0003]LED中的GaN材料的折射率為2.4，空氣的折射率為I，兩者相差較大，導(dǎo)致從有源區(qū)中出射的光子的全反射角為24.5°，大于全反射角的光子將會被反射回芯片內(nèi)不能出射，這樣導(dǎo)致LED芯片的光提取效率大幅下降。為了增加LED芯片的光提取效率，P-GaN表面粗化、ITO表面粗化、ITO表面圖形化等方法已被提出和應(yīng)用。但是通常量產(chǎn)的P-GaN層較薄，刻蝕深度不易控制，且刻蝕后對芯片表面損傷很大，因此P-GaN表面粗化不適合量產(chǎn)；ITO表面粗化和圖形化容易導(dǎo)致芯片的電壓大幅升高，不能適應(yīng)商業(yè)需求。因此如何克服現(xiàn)有的缺陷提高發(fā)光效率是亟需技術(shù)人員解決的問題。
[0004]從LED有源區(qū)中出射的光子被反射回芯片內(nèi)部后，會在芯片內(nèi)部來回反射，一部分光子始終無法出射，被GaN材料多次吸收，最終衰減至零;一部分光子會經(jīng)由多次反射到達側(cè)壁，此時側(cè)壁可以等效于芯片表面，由于材料和空氣折射率的差值，同樣存在全反射的問題，所以對側(cè)壁進行粗化可以通過改變到達側(cè)壁的光子的入射角，使更多的光子能夠從芯片內(nèi)出射，或者從另一方面來說，側(cè)壁微結(jié)構(gòu)可以通過改變微結(jié)構(gòu)處的等效折射率，使微結(jié)構(gòu)等效成一種增透結(jié)構(gòu)，令側(cè)壁的透射率更高，從而增加LED芯片的光提取效率，約提升LED的發(fā)光效率5%以上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提出一種可有效提升發(fā)光效率的具有側(cè)壁微結(jié)構(gòu)的氮化鎵基發(fā)光二極管。
[0006]本發(fā)明包括設(shè)置在襯底一側(cè)的N-GaN層，在N-GaN層上呈臺階式依次設(shè)置有源區(qū)、P-GaN層和電流擴展層，在N-GaN層的臺階面上設(shè)置N電極及N電極引腳，在電流擴展層上表面設(shè)置P電極及P電極引腳;其特征在于:所述有源區(qū)和P-GaN層的外側(cè)面為凹凸形表面。
[0007]本發(fā)明通過在ICP刻蝕后的臺階側(cè)面形成周期性或非周期性的凹凸形表面結(jié)構(gòu)，該側(cè)壁微結(jié)構(gòu)可以通過改變到達側(cè)壁的光子的入射角，使更多的光子能夠從芯片內(nèi)出射，減少發(fā)生全反射的光子數(shù)，或者從另一方面來說，側(cè)壁微結(jié)構(gòu)可以通過改變微結(jié)構(gòu)處的等效折射率，使微結(jié)構(gòu)等效成一種增透結(jié)構(gòu)，令側(cè)壁的透射率更高，從而提升LED的亮度。
[0008]本發(fā)明所述凹凸形表面可以為多種有規(guī)律或無規(guī)律的形狀，如矩形、弧形、三角形、梯形或不規(guī)則形狀中的至少任意一種。
[0009]本發(fā)明的另一目的是提出以上具有側(cè)壁微結(jié)構(gòu)的氮化鎵基發(fā)光二極管的加工工
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[0010]本發(fā)明包括以下步驟:
1)在襯底的同一側(cè)依次外延生長N-GaN層、有源區(qū)和P-GaN層；
2)通過勻光刻膠、曝光、顯影的方法在不需要刻蝕的P-GaN層上表面制作保護層；
3)自P-GaN層向下刻蝕，直至裸露N-GaN層；
4)將ITO蒸鍍于外延片的表面，光刻后通過化學(xué)腐蝕去除多余的部分，保留P-GaN層上表面的ITO蒸鍍層，形成電流擴展層；
5)將共Cr/Al/Ti/Pt/Au蒸鍍于外延片的表面，光刻后通過剝離工藝去除多余部分，保留裸露的N-GaN層上的共Cr/Al/Ti/Pt/Au蒸鍍層，形成N電極及N電極引腳，保留電流擴展層上表面的部分共Cr/Al/Ti/Pt/Au蒸鍍層，形成P電極及P電極引腳；
其特征在于:在步驟3)時，通過刻蝕，在有源區(qū)和P-GaN層的外側(cè)面形成凹凸形表面。
[0011]所述凹凸形表面為矩形、弧形、三角形、梯形或不規(guī)則形狀中的至少任意一種。
[0012]本發(fā)明加工藝簡單，方便實際生產(chǎn)、應(yīng)用，其中凹凸形表面可以為任意的圖形，對工藝要求低，但形成的效果顯著。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)不意圖。
[0014]圖2為圖1的A-A向剖面圖。
[0015]圖3至圖8為凹凸形表面的各種斷面形狀。
【具體實施方式】
[0016]—、生產(chǎn)工藝:
1、在襯底的同一側(cè)先后外延生長形成N-GaN層、有源區(qū)和P-GaN層。
[0017]本發(fā)明襯底的材料包括且不限于藍寶石、碳化硅、硅中的一種。
[0018]2、在刻蝕臺階前，通過勻光刻膠、曝光、顯影的方法在不需要刻蝕的P-GaN層上表面形成保護層。
[0019]保護層材料包括且不限于光刻膠、二氧化硅掩膜、氮化硅掩膜中的一種或幾種。
[0020]3、通過ICP工藝刻蝕，自P-GaN層向下刻蝕形成臺階，直至將N-GaN層裸露出來，臺階高度 10000A ?16000A。
[0021]刻蝕LED的方法包括且不限于ICP、化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕中的一種或幾種。
[0022]刻蝕時在有源區(qū)和P-GaN層的側(cè)壁形成側(cè)壁微結(jié)構(gòu)，本例中采用的側(cè)壁微結(jié)構(gòu)的圖形為周期性的弧形，其半徑約為5μπι，占空比100%。
[0023]當然，側(cè)壁微結(jié)構(gòu)的圖形包括且不限于如圖3至圖8所顯示的矩形、凹弧形、凸弧形、三角形、梯形、不規(guī)則形狀中的一種或幾種；圖形可以具有周期規(guī)律，也可為無規(guī)律排布。
[0024]4、將1100Α的ITO蒸鍍于外延片的表面，光刻后通過化學(xué)腐蝕去除多余的部分，僅保留P-GaN層上表面的ITO蒸鍍層，以此形成電流擴展層。
[0025]電流擴展層的材料包括且不限于氧化銦錫(IT0)、Au、AZ0(摻鋁ΖηΟ)、金屬納米線中的一種或幾種，厚度范圍約100Α?3000Α。
[0026]可選的，在制作電流擴展層之前，先制作電流阻擋層，電流阻擋層的材料包括且不限于Si02、SiNx、Al203中的一種或幾種，厚度范圍約10A?5000A。
[0027]5、將共13000A的Cr/Al/Ti/Pt/Au蒸鍍于外延片的表面，光刻后通過剝離工藝去除多余部分，保留裸露的N-GaN層上的共Cr/Al/Ti/Pt/Au蒸鍍層，形成N電極及N電極引腳，保留電流擴展層上表面的部分共Cr/Al/Ti/Pt/Au蒸鍍層，形成P電極及P電極引腳。
[0028]N電極和P電極的金屬包括且不限于Ag、Al、Au、Cr、N1、Pd、Pt、T1、N1、W中的一種或幾種合金，厚度范圍約為1000A?30000A。
[0029]二、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點:
如圖1至8所示，本發(fā)明在襯底101—側(cè)設(shè)置有N-GaN層102，在N-GaN層102上呈臺階式依次設(shè)置有源區(qū)103、P-GaN層104和電流擴展層105(部分產(chǎn)品在P-GaN層104和電流擴展層105之間還可設(shè)置電流阻擋層)，在N-GaN層102的臺階面上設(shè)置N電極及N電極引腳106，在電流擴展層105上表面設(shè)置P電極及P電極引腳107。本發(fā)明的有源區(qū)103和P-GaN層104的外側(cè)面為凹凸形表面，凹凸形表面為圖3至圖8的矩形、弧形、三角形、梯形或不規(guī)則形狀中的至少任意一種。
【主權(quán)項】
1.一種具有側(cè)壁微結(jié)構(gòu)的氮化鎵基發(fā)光二極管，包括設(shè)置在襯底一側(cè)的N-GaN層，在N-GaN層上呈臺階式依次設(shè)置有源區(qū)、P-GaN層和電流擴展層，在N-GaN層的臺階面上設(shè)置N電極及N電極引腳，在電流擴展層上表面設(shè)置P電極及P電極引腳;其特征在于:有源區(qū)和P-GaN層的外側(cè)面為凹凸形表面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有側(cè)壁微結(jié)構(gòu)的氮化鎵基發(fā)光二極管，其特征在于:所述凹凸形表面為矩形、弧形、三角形、梯形或不規(guī)則形狀中的至少任意一種。3.如權(quán)利要求1所述具有側(cè)壁微結(jié)構(gòu)的氮化鎵基發(fā)光二極管的加工工藝，包括以下步驟: 1)在襯底的同一側(cè)依次外延生長N-GaN層、有源區(qū)和P-GaN層； 2)通過勻光刻膠、曝光、顯影的方法在不需要刻蝕的P-GaN層上表面制作保護層； 3)自P-GaN層向下刻蝕，直至裸露N-GaN層； 4)將ITO蒸鍍于外延片的表面，光刻后通過化學(xué)腐蝕去除多余的部分，保留P-GaN層上表面的ITO蒸鍍層，形成電流擴展層； 5)將共Cr/Al/Ti/Pt/Au蒸鍍于外延片的表面，光刻后通過剝離工藝去除多余部分，保留裸露的N-GaN層上的共Cr/Al/Ti/Pt/Au蒸鍍層，形成N電極及N電極引腳，保留電流擴展層上表面的部分共Cr/Al/Ti/Pt/Au蒸鍍層，形成P電極及P電極引腳； 其特征在于:在步驟3)時，通過刻蝕，在有源區(qū)和P-GaN層的外側(cè)面形成凹凸形表面。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述加工工藝，其特征在于:所述凹凸形表面為矩形、弧形、三角形、梯形或不規(guī)則形狀中的至少任意一種。
【專利摘要】一種具有側(cè)壁微結(jié)構(gòu)的氮化鎵基發(fā)光二極管及其加工工藝，涉及發(fā)光二極管的生產(chǎn)制造技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過在ICP刻蝕后的臺階側(cè)面形成周期性或非周期性的凹凸形表面結(jié)構(gòu)，該側(cè)壁微結(jié)構(gòu)可以通過改變到達側(cè)壁的光子的入射角，使更多的光子能夠從芯片內(nèi)出射，減少發(fā)生全反射的光子數(shù)，或者從另一方面來說，側(cè)壁微結(jié)構(gòu)可以通過改變微結(jié)構(gòu)處的等效折射率，使微結(jié)構(gòu)等效成一種增透結(jié)構(gòu)，令側(cè)壁的透射率更高，從而提升LED的亮度。
【IPC分類】H01L33/22, H01L33/00
【公開號】CN105679906
【申請?zhí)枴緾N201610155125
【發(fā)明人】王文娟, 呂奇孟, 宋彬, 彭紹文, 江方, 姚素霞, 溫華熾
【申請人】廈門乾照光電股份有限公司
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年3月18日