專利名稱：能增加出光率的led制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED制作方法，特別涉及一種能增加出光率的LED制作方法。
背景技術(shù)：
以GaN為代表的新一代半導(dǎo)體材料以其寬直接帶隙(Eg=3.4eV)、高熱導(dǎo)率、高硬度、 高化學(xué)穩(wěn)定性、低介電常數(shù)、抗輻射等特點(diǎn)獲得了人們的廣泛關(guān)注，在固態(tài)照明、固體激光 器、光信息存儲(chǔ)、紫外探測(cè)器等領(lǐng)域都有巨大的應(yīng)用潛力。按中國2002年的用電情況計(jì)算， 如果采用固態(tài)照明替代傳統(tǒng)光源， 一年可以省下三峽水電站的發(fā)電量，有著巨大的經(jīng)濟(jì)、環(huán) 境和社會(huì)效益；而據(jù)美國能源部測(cè)算，到2010年，全美半導(dǎo)體照明行業(yè)產(chǎn)值將達(dá)500億美元。 在光信息存儲(chǔ)方面，以GaN為基礎(chǔ)的固體藍(lán)光激光器可大幅度提高光存儲(chǔ)密度。正因?yàn)檫@些 優(yōu)點(diǎn)，GaN被寄予厚望。高亮度InGaN/GaN量子阱結(jié)構(gòu)LEDs巳經(jīng)商品化。
通常普遍的LED芯片制造工藝是先在藍(lán)寶石襯底上形成N-GaN層、量子阱層、及P-GaN 層等的層疊結(jié)構(gòu)，然后在所述層疊構(gòu)上制作各電極，如N電極、P電極等，如圖1A及1B所 示，由此形成LED。然而，現(xiàn)有工藝制作出的發(fā)光二極管，其發(fā)光亮度難以有較大突破，如 圖2所示，由于制作出的LED其表面較為平整，當(dāng)量子阱層輻射出的光子P以入射角A到達(dá) P-GaN層表面wl，經(jīng)反射后會(huì)以入射角&到達(dá)P-GaN層側(cè)壁w2，再次反射后會(huì)以入射角^ 到達(dá)側(cè)壁w3，而對(duì)于常用的氮化鎵材料的LED芯片，其光逃逸錐形臨界角(light escape cone critical angle)約為23.5°，因此，只要光子P的入射角A滿足條件23.5°<A<66.5 °時(shí)，其會(huì)因 不斷地被各壁反射而導(dǎo)致能量在芯片內(nèi)的消耗，最終無法出光。由此可見，現(xiàn)有工藝制作出 的發(fā)光二極管，不可避免會(huì)有大量光子在芯片內(nèi)部被消耗，從而導(dǎo)致LED的發(fā)光亮度難以有 較大突破。
因此，有必要對(duì)現(xiàn)有發(fā)光二極管芯片制造方法作進(jìn)一步改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能增加出光率的LED制作方法。
為了達(dá)到上述目的及其他目的，本發(fā)明提供的能增加出光率的LED制作方法包括步驟 1)在半導(dǎo)體襯底上依次生長出N-GaN層、量子阱層、及P-GaN層的層疊結(jié)構(gòu)；2)在所述層
3疊結(jié)構(gòu)表面生成介質(zhì)膜層；3)來用圖形曝光及刻蝕或蝕刻技術(shù)刻蝕或蝕刻所述介質(zhì)膜層以形 成具有多個(gè)鏤空處的鏤空?qǐng)D形；4)在所形成的鏤空?qǐng)D形的各鏤空處生長不摻雜的GaN突起以 使所述P-GaN層表面粗化；5)采用腐蝕法將所述介質(zhì)膜層的被鏤空處去除以形成鏤空微結(jié)構(gòu) 且粗化的P-GaN層；以及6)在鏤空微結(jié)構(gòu)且粗化的P-GaN層表面制作所需電極以形成LED。
此外，所述能增加出光率的LED制作方法還可包括在所述P-GaN層和所述介質(zhì)膜層之間 增加生成一金屬層的步驟，其中，所述金屬層所采用的材料為非第v族的金屬；較佳地，所 述金屬層的材料為鎳或鋅。
較佳地，所述介質(zhì)膜層的材料可為Si02、 Si3N4、或Si等；所述半導(dǎo)體襯底的材料可為硅、 藍(lán)寶石、鋁酸鋰、及SiC等。
較佳地，各鏤空處的深度未到達(dá)所述P-GaN層表面；所述鏤空?qǐng)D形中的各相鄰鏤空處之 間的距離為微米級(jí)；各鏤空處呈孔狀。
綜上所述，本發(fā)明的能增加出光率的LED制作方法通過在P-GaN層表面形成突起使 P-GaN層表面形成微結(jié)構(gòu)并粗化，可極大地降低光子的入射角落入23.5°<^<66.5°幾率，進(jìn) 而能極大地提高所形成的LED的出光率。


圖1A和IB為現(xiàn)有制作LED的制作方法示意圖。 圖2為現(xiàn)有LED的光子運(yùn)動(dòng)示意圖。
圖3A至圖3D為本發(fā)明的能增加出光率的LED制作方法的制作流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下將通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的能增加出光率的LED制作方法做進(jìn)一步詳細(xì)的描述， 其中，本發(fā)明的方法采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)進(jìn)行。
請(qǐng)參閱圖3A至圖3D，本發(fā)明的能增加出光率的LED制作方法主要包括以下步驟
首先，在半導(dǎo)體襯底上依次生長出N-GaN層、量子阱層、及P-GaN層的層疊結(jié)構(gòu)，其中，
所采用的半導(dǎo)體襯底可為硅、藍(lán)寶石、鋁酸鋰、或SiC材料等。
接著，在所述層疊結(jié)構(gòu)表面生成介質(zhì)膜層，如圖3A所示，其中，所述介質(zhì)膜層的材料可
為Si02、 Si3N4、或Si等，在本實(shí)施例中，選用Si02材質(zhì)。
接著，采用圖形曝光及刻蝕或蝕刻技術(shù)刻蝕或蝕刻所述介質(zhì)膜層以形成鏤空?qǐng)D形，如圖3B所示。在所述鏤空?qǐng)D形中，具有多個(gè)鏤空處，其俯視圖如圖3C所示，各鏤空處3呈圓孔 狀，且相鄰鏤空處3之間的距離為微米級(jí)。而且，為避免在刻蝕或蝕刻時(shí)損傷所述P-GaN層 表面，通過控制刻蝕或蝕刻條件可使其深度接近但并未到達(dá)所述P-GaN層表面。再有，在所 形成的鏤空?qǐng)D形中，還可包含用于制作P型焊墊的圓形區(qū)域1和制作N型焊墊的圓形區(qū)域2， 兩者都為非鏤空區(qū)。須注意的是，所形成的鏤空?qǐng)D形并非以本實(shí)施例為限，例如，各鏤空處 可呈不規(guī)則排列，或者鏤空處呈錐形等等。
接著，在所形成的鏤空?qǐng)D形的各鏤空處生長不摻雜的GaN (u-GaN)突起以使所述P-GaN 層表面粗化，如圖3D所示。通過控制生長條件可調(diào)節(jié)所生長的突起的粗細(xì)及高度等，在本實(shí) 施例中，所述突起呈柱狀，如此導(dǎo)致所述P-GaN層表面呈不平整的微粗糙狀態(tài)。
接著，采用腐蝕法將介質(zhì)膜層未被鏤空處去除，即將殘余的Si02薄層去除以形成鏤空微 結(jié)構(gòu)且粗化的P-GaN層。
最后，在鏤空微結(jié)構(gòu)且粗化的P-GaN層表面制作所需電極以形成LED，即在圓形區(qū)域1 處制作P電極，在圓形區(qū)域2處制作N電極等，此為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知悉，故在此不再詳 細(xì)描述。此外，在采用MOCVD生長u-GaN突起時(shí)，其溫度高達(dá)800'C，為避免Si02薄層的Si 或02擴(kuò)散進(jìn)入P-GaN層導(dǎo)致P-GaN層導(dǎo)電能力下降，可在生長介質(zhì)膜層之前，先在所形成
的層疊結(jié)構(gòu)表面生長一金屬層，所述金屬層采用第m族的金屬或第iv的中性材料，而非第v
族的金屬，然后再在所述金屬層上生成介質(zhì)膜層。在本實(shí)施方式中，選用鎳或鋅材料形成所 述金屬層。
需要說明的是，生長N-GaN層、量子阱層、P-GaN層、金屬層、介質(zhì)膜層、及n-GaN突 起等的生長條件、刻蝕或蝕刻介質(zhì)膜層的刻蝕或蝕刻條件、及腐蝕介質(zhì)膜層所采用的腐蝕液 和相應(yīng)腐蝕條件等都己為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉，故在此不再詳細(xì)描述。
綜上所述，本發(fā)明的能增加出光率的LED制作方法通過在P-GaN層表面形成多個(gè)突起使 P-GaN層表面粗化，極大地降低了量子阱層所產(chǎn)生的光子，到達(dá)P-GaN層表面壁的入射角落 入23.5°<^<66.5°幾率，進(jìn)而能極大地提高所形成的LED的出光率，提高LED的亮度。
以上實(shí)施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案。任何不脫離本發(fā)明精神和范圍的技 術(shù)方案，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的專利申請(qǐng)范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1. 一種能增加出光率的LED制作方法，其特征在于包括步驟1)在半導(dǎo)體襯底上依次生長出N-GaN層、量子阱層、及P-GaN層的層疊結(jié)構(gòu)；2)在所述層疊結(jié)構(gòu)表面生成介質(zhì)膜層；3)采用圖形曝光及刻蝕或蝕刻技術(shù)刻蝕或蝕刻所述介質(zhì)膜層以形成具有多個(gè)鏤空處的鏤空?qǐng)D形；4)在所形成的鏤空?qǐng)D形的各鏤空處生長不摻雜的GaN突起以使所述P-GaN層表面粗化；5)采用腐蝕法將所述介質(zhì)膜層的未鏤空處去除以形成鏤空微結(jié)構(gòu)且粗化的P-GaN層；6)在鏤空微結(jié)構(gòu)且粗化的P-GaN層表面制作所需電極以形成LED。
2. 如權(quán)利要求l所述的能增加出光率的LED制作方法，其特征在于還包括在所述P-GaN 層和所述介質(zhì)膜層之間增加生成一金屬層的步驟，其中，所述金屬層所采用的材料為 非第v族的金屬。 ，
3. 如權(quán)利要求2所述的能增加出光率的LED制作方法，其特征在于所述金屬層的材 料為鎳或鋅。
4. 如權(quán)利要求1所述的能增加出光率的LED制作方法，其特征在于所述介質(zhì)膜層的 材料為Si02、 Si3N4、及Si中的一種。
5. 如權(quán)利要求1所述的能增加出光率的LED制作方法，其特征在于各鏤空處的深度 未到達(dá)所述P-GaN層表面。
6. 如權(quán)利要求1所述的能增加出光率的LED制作方法，其特征在于相鄰鏤空處之間 的距離為微米級(jí)。
7. 如權(quán)利要求1或5或6所述的能增加出光率的LED制作方法，其特征在于所述各 鏤空處呈孔狀。
8. 如權(quán)利要求1所述的能增加出光率的LED制作方法，其特征在于所述突起呈柱狀。
9. 如權(quán)利要求1所述的能增加出光率的LED制作方法，其特征在于所述半導(dǎo)體襯底的 材料為硅、藍(lán)寶石、鋁酸鋰、及SiC中的一種。
全文摘要
一種能增加出光率的LED制作方法，其首先在半導(dǎo)體襯底上依次生長出N-GaN層、量子阱層、及P-GaN層的層疊結(jié)構(gòu)，然后在所述層疊結(jié)構(gòu)表面生成介質(zhì)膜層，并采用圖形曝光及刻蝕或蝕刻技術(shù)刻蝕或蝕刻所述介質(zhì)膜層以形成具有多個(gè)鏤空處的鏤空?qǐng)D形，接著在所形成的鏤空?qǐng)D形的各鏤空處生長不摻雜的GaN突起以使所述P-GaN層表面粗化，再采用腐蝕法將介質(zhì)膜層的未被鏤空處去除，形成鏤空微結(jié)構(gòu)且粗化的P-GaN層表面，最后在該層表面制作所需電極以形成LED，由此可提高光子的出光率，進(jìn)而提高所形成的LED的亮度。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101488549SQ200910046838
公開日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者周健華, 楠 張, 潘堯波, 郝茂盛, 誠 陳 申請(qǐng)人:上海藍(lán)光科技有限公司;彩虹集團(tuán)公司