一種發(fā)光二極管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管及其制造方法，所述發(fā)光二極管為由兩個(gè)等邊三角形單元組成的平行四邊形芯片，所述平行四邊形芯片包括依次層疊的生長襯底、發(fā)光外延結(jié)構(gòu)及電流擴(kuò)展層，所述兩個(gè)等邊三角形單元之間具有從所述電流擴(kuò)展層貫穿至所述生長襯底的出光走道，所述出光走道的兩端分別形成有供所述兩個(gè)等邊三角形單元共用的P電極及N電極。本發(fā)明利用等邊三角形芯片設(shè)計(jì)，通過增加芯片的周長，有效地提高了芯片的出光效率。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，適用于工業(yè)生產(chǎn)。
【專利說明】 一種發(fā)光二極管及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體照明領(lǐng)域，特別是涉及一種發(fā)光二極管及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體照明作為新型高效固體光源，具有壽命長、節(jié)能、環(huán)保、安全等顯著優(yōu)點(diǎn)，將成為人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后的又一次飛躍，其應(yīng)用領(lǐng)域正在迅速擴(kuò)大，正帶動(dòng)傳統(tǒng)照明、顯示等行業(yè)的升級(jí)換代，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益巨大。正因如此，半導(dǎo)體照明被普遍看作是21世紀(jì)最具發(fā)展前景的新興產(chǎn)業(yè)之一，也是未來幾年光電子領(lǐng)域最重要的制高點(diǎn)之一。發(fā)光二極管是由II1-1V族化合物，如GaAs (砷化鎵)、GaP (磷化鎵)、GaAsP (磷砷化鎵)等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的1-N特性，即正向?qū)?，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子(少子)一部分與多數(shù)載流子(多子)復(fù)合而發(fā)光。
[0003]LED照明光源早期的產(chǎn)品發(fā)光效率低，光強(qiáng)一般只能達(dá)到幾個(gè)到幾十個(gè)mcd，適用在室內(nèi)場(chǎng)合，在家電、儀器儀表、通訊設(shè)備、微機(jī)及玩具等方面應(yīng)用。目前直接目標(biāo)是LED光源替代白熾燈和熒光燈，這種替代趨勢(shì)已從局部應(yīng)用領(lǐng)域開始發(fā)展。
[0004]隨著半導(dǎo)體照明技術(shù)的發(fā)展，GaN基發(fā)光二極管逐漸顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如何提高GaN基LED的出光率是當(dāng)今人們最關(guān)心的問題之一，因?yàn)镚aN基LED的光抽取效率受制于GaN與空氣之間巨大的折射率差，根據(jù)斯涅耳定律，光從GaN (n ^ 2.5)到空氣(η=1.0)的臨界角約為23°，只有在入射角在臨界角以內(nèi)的光可以出射到空氣中，而臨界角以外的光只能在GaN內(nèi)部來回反射，直至被自吸收。
[0005]圖1為傳統(tǒng)四邊形芯片出光效果圖，傳統(tǒng)的發(fā)光二極管，當(dāng)芯片的出射角度大于23.5° ,小于66.5°時(shí),芯片的光將僅局限在芯片的內(nèi)部來回反射,光子不能逃逸出芯片外部，造成芯片的出光損失。
[0006]目前用于提高發(fā)光二極管出光效率的方法有對(duì)發(fā)光二極管的出光表面進(jìn)行圖形化、對(duì)發(fā)光二極管的出光側(cè)壁進(jìn)行圖形化等，這些技術(shù)可以一定程度地提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率，但是，只通過改進(jìn)以上兩種方法難以較大程度地繼續(xù)提高發(fā)光二極管的出光效率。
[0007]因此，提供一種方法簡(jiǎn)單、可以進(jìn)一步有效提聞LED芯片出光效率的發(fā)光_■極管結(jié)構(gòu)及其制造方法實(shí)屬必要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)光二極管及其制造方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)光二極管出光效率低等問題。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管的制造方法，至少包括以下步驟:
[0010]I)提供一生長襯底，于所述生長襯底表面形成至少包括N型層、量子阱層及P型層的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)；
[0011]2)于所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)表面形成電流擴(kuò)展層；
[0012]3)于所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)中定義出多個(gè)由兩個(gè)等邊三角形單元組成的平行四邊形芯片，于該兩個(gè)等邊三角形單元之間采用深刻蝕技術(shù)刻蝕出至少貫穿至所述生長襯底的出光走道，且在所述出光走道兩端預(yù)留有N電極制備區(qū)域及P電極制備區(qū)域；
[0013]4)于所述N電極制備區(qū)域刻蝕出N電極制備平臺(tái)；
[0014]5)于所述P電極制備區(qū)域表面形成P電極，于所述N電極制備平臺(tái)表面形成N電極；
[0015]6)依據(jù)所定義的平行四邊形芯片進(jìn)行切割，獲得相互獨(dú)立的發(fā)光二極管芯片。
[0016]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法的一種優(yōu)選方案，所述生長襯底為藍(lán)寶石襯底、圖形藍(lán)寶石襯底或GaN襯底。
[0017]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法的一種優(yōu)選方案，所述N型層為N-GaN層，所述量子阱層為InGaN/GaN多量子阱層，所述P型層為P-GaN層。
[0018]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法的一種優(yōu)選方案，步驟3)采用的深刻蝕技術(shù)為感應(yīng)耦合等離子體ICP刻蝕技術(shù)。
[0019]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法的一種優(yōu)選方案，步驟5)后還包括對(duì)所述生長襯底進(jìn)行減薄的步驟。
[0020]進(jìn)一步地，在所述生長襯底減薄后還包括于所述生長襯底背面制作反射鏡的步驟。
[0021]本發(fā)明還提供一種發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管為由兩個(gè)等邊三角形單元組成的平行四邊形芯片，所述平行四邊形芯片包括依次層疊的生長襯底、發(fā)光外延結(jié)構(gòu)及電流擴(kuò)展層，所述兩個(gè)等邊三角形單元之間具有從所述電流擴(kuò)展層至少貫穿至所述生長襯底的出光走道，所述出光走道的兩端分別形成有供所述兩個(gè)等邊三角形單元共用的P電極及N電極。
[0022]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的一種優(yōu)選方案，所述生長襯底為藍(lán)寶石襯底或圖形藍(lán)寶石襯底。
[0023]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的一種優(yōu)選方案，所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)包括N-GaN層、InGaN/GaN多量子阱層及P-GaN層。
[0024]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的一種優(yōu)選方案，所述生長襯底背面還結(jié)合有反射鏡。
[0025]如上所述，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管及其制造方法，所述發(fā)光二極管為由兩個(gè)等邊三角形單元組成的平行四邊形芯片，所述平行四邊形芯片包括依次層疊的生長襯底、發(fā)光外延結(jié)構(gòu)及電流擴(kuò)展層，所述兩個(gè)等邊三角形單元之間具有從所述電流擴(kuò)展層貫穿至所述生長襯底的出光走道，所述出光走道的兩端分別形成有供所述兩個(gè)等邊三角形單元共用的P電極及N電極。本發(fā)明利用等邊三角形芯片設(shè)計(jì)，通過增加芯片的周長，有效地提高了芯片的出光效率。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，適用于工業(yè)生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的四邊形發(fā)光二極管的出光效果示意圖。
[0027]圖2?4顯示為本發(fā)明發(fā)光二級(jí)管的制造方法步驟I)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖3為圖2中A-A’截面圖。
[0028]圖5顯示為本發(fā)明發(fā)光二級(jí)管的制造方法步驟2)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖6?圖7顯示為本發(fā)明發(fā)光二級(jí)管的制造方法步驟3)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖8顯示為本發(fā)明發(fā)光二級(jí)管的制造方法步驟4)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖9?圖10顯示為本發(fā)明發(fā)光二級(jí)管的制造方法步驟5)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖10為圖9中B-B’截面圖。
[0032]元件標(biāo)號(hào)說明
[0033]101生長襯底
[0034]102N 型層
[0035]103量子阱層
[0036]104P 型層
[0037]105電流擴(kuò)展層
[0038]106出光走道
[0039]107N電極制備平臺(tái)
[0040]108P 電極
[0041]109N 電極
[0042]110反射鏡

【具體實(shí)施方式】
[0043]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0044]請(qǐng)參閱圖2?圖10。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0045]需要說明的是，為了使圖示更清晰簡(jiǎn)潔，圖2?圖10只顯示了一個(gè)發(fā)光二極管單元的工藝步驟，實(shí)際操作過程中，本發(fā)明的制造方法為晶圓級(jí)的制造工藝。
[0046]如圖2?圖10所示，本實(shí)施例提供一種發(fā)光二極管的制造方法，至少包括以下步驟:
[0047]如圖2?圖4所示，首先進(jìn)行步驟1)，提供一生長襯底101，于所述生長襯底101表面形成至少包括N型層102、量子阱層103及P型層104的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)。
[0048]作為示例，所述生長襯底101為藍(lán)寶石襯底、圖形藍(lán)寶石襯底或GaN襯底。當(dāng)然，在其它的實(shí)施例中，所述生長襯底101也可以是如Si襯底、SiC襯底等，可以根據(jù)不同的工藝需求進(jìn)行選擇，并不限于此處所列舉的幾種。
[0049]作為示例，采用化學(xué)氣相沉積法形成所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)。
[0050]作為示例，所述N型層102為N-GaN層，所述量子阱層為InGaN/GaN多量子阱層103，所述P型層104為P-GaN層。當(dāng)然，所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)也可以是如GaAs (砷化鎵)、GaP(磷化鎵)、GaAsP (磷砷化鎵)等半導(dǎo)體制成的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)所需產(chǎn)品的性能進(jìn)行選擇，且并不限于此處所列舉的幾種。
[0051]如圖5所示，然后進(jìn)行步驟2)，于所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)表面形成電流擴(kuò)展層105。
[0052]作為示例，所述電流擴(kuò)展層105為透明導(dǎo)電層，在本實(shí)施例中為ITO透明導(dǎo)電層，可以采用如電子束蒸發(fā)等技術(shù)形成。當(dāng)然，在其它的實(shí)施例中，所述電流擴(kuò)展層105也可是如金屬薄膜或其它的透明導(dǎo)電薄膜。
[0053]如圖6?圖7所示，接著進(jìn)行步驟3)，于所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)中定義出多個(gè)由兩個(gè)等邊三角形單元組成的平行四邊形芯片，于該兩個(gè)等邊三角形單元之間采用深刻蝕技術(shù)刻蝕出至少貫穿至所述生長襯底101的出光走道106，且在所述出光走道106兩端預(yù)留有N電極制備區(qū)域及P電極108制備區(qū)域。
[0054]作為示例，采用的深刻蝕技術(shù)為感應(yīng)耦合等離子體ICP刻蝕技術(shù)。刻蝕的過程中，可以只刻蝕至所述生長襯底101表面就停止刻蝕，即只刻穿所述電流擴(kuò)展層105及發(fā)光外延結(jié)構(gòu)，也可以是刻蝕至所述生長襯底101 —預(yù)設(shè)深度，但是，該預(yù)設(shè)深度的要求為不影響后續(xù)的減薄及裂片工藝為宜。
[0055]所述出光走道106應(yīng)該具有一定的寬度，以保證出光路徑。
[0056]預(yù)留的N電極制備區(qū)域及P電極108制備區(qū)域?yàn)閮蓚€(gè)等邊三角形單元的結(jié)合處，以保證后續(xù)電極制備后，兩個(gè)等邊三角形單元能共用一對(duì)N電極109和P電極108。
[0057]本步驟通過將刻蝕出一個(gè)出光走道106將平行四邊形芯片隔成兩個(gè)等邊三角形單元，利用等邊三角形周長較長，且可以降低光線在芯片內(nèi)的全反射概率的原理，可以大大增加發(fā)光二極管側(cè)壁的出光效率。
[0058]如圖8所示，然后進(jìn)行步驟4)，于所述N電極制備區(qū)域刻蝕出N電極制備平臺(tái)107。
[0059]作為示例，采用ICP刻蝕去除部分的電流擴(kuò)展層105、P型層104、量子阱層103、及N型層102，形成一個(gè)N型層102平臺(tái)，作為N電極制備平臺(tái)107。
[0060]如圖9?圖10所示，接著進(jìn)行步驟5)，于所述P電極108制備區(qū)域表面形成P電極108，于所述N電極制備平臺(tái)107表面形成N電極109。
[0061]作為示例，所述N電極109及P電極108可以為Au、Pt、Cr，Ti, Ni, Al等材料。
[0062]作為示例，本步驟后還包括對(duì)所述生長襯底101進(jìn)行減薄的步驟。
[0063]作為示例，為了增加發(fā)光二極管的出光效率，在所述生長襯底101減薄后還包括于所述生長襯底101背面制作反射鏡110的步驟。
[0064]作為示例，所述反射鏡110為全方位反射鏡ODR或布拉格反射鏡DBR。
[0065]最后進(jìn)行步驟6)，依據(jù)所定義的平行四邊形芯片進(jìn)行切割，獲得相互獨(dú)立的發(fā)光二極管芯片。
[0066]作為示例，可以采用激光切割或機(jī)械切割方法對(duì)晶圓進(jìn)行切割。
[0067]如圖9?圖10所示，本實(shí)施例還提供一種發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管為由兩個(gè)等邊三角形單元組成的平行四邊形芯片，所述平行四邊形芯片包括依次層疊的生長襯底101、發(fā)光外延結(jié)構(gòu)及電流擴(kuò)展層105，所述兩個(gè)等邊三角形單元之間具有從所述電流擴(kuò)展層105至少貫穿至所述生長襯底101的出光走道106，所述出光走道106的兩端分別形成有供所述兩個(gè)等邊三角形單元共用的P電極108及N電極109。
[0068]作為示例，所述生長襯底101為藍(lán)寶石襯底、圖形藍(lán)寶石襯底或GaN襯底。當(dāng)然，在其它的實(shí)施例中，所述生長襯底101也可以是如Si襯底、SiC襯底等，可以根據(jù)不同的性能需求進(jìn)行選擇，并不限于此處所列舉的幾種。
[0069]作為示例，所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)包括N-GaN層、InGaN/GaN多量子阱層及P-GaN層。當(dāng)然，所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)也可以是如GaAs (砷化鎵)、GaP (磷化鎵)、GaAsP (磷砷化鎵)等半導(dǎo)體制成的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)所需產(chǎn)品的性能進(jìn)行選擇，且并不限于此處所列舉的幾種。
[0070]作為示例，所述電流擴(kuò)展層105為透明導(dǎo)電層，在本實(shí)施例中為ITO透明導(dǎo)電層，可以采用如電子束蒸發(fā)等技術(shù)形成。當(dāng)然，在其它的實(shí)施例中，所述電流擴(kuò)展層105也可是如金屬薄膜或其它的透明導(dǎo)電薄膜。
[0071]作為示例，所述出光走道106可以是貫穿所述電流擴(kuò)展層105及發(fā)光外延結(jié)構(gòu)的溝槽結(jié)構(gòu)，也可以是貫穿至所述生長襯底101 —預(yù)設(shè)深度的溝槽結(jié)構(gòu)。
[0072]所述出光走道106應(yīng)該具有一定的寬度，以保證出光路徑。
[0073]作為示例，所述N電極109制作于N電極制備平臺(tái)107，所述N電極制備平臺(tái)107為去除了部分的電流擴(kuò)展層105、P-GaN層、InGaN/GaN多量子阱層、及N-GaN層獲得的一個(gè)N型層102平臺(tái)。
[0074]作為示例，為了增加發(fā)光二極管的出光效率，所述生長襯底101背面還結(jié)合有反射鏡110。
[0075]作為示例，所述反射鏡110為全方位反射鏡ODR或布拉格反射鏡DBR。
[0076]綜上所述，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管及其制造方法，所述發(fā)光二極管為由兩個(gè)等邊三角形單元組成的平行四邊形芯片，所述平行四邊形芯片包括依次層疊的生長襯底101、發(fā)光外延結(jié)構(gòu)及電流擴(kuò)展層105，所述兩個(gè)等邊三角形單元之間具有從所述電流擴(kuò)展層105貫穿至所述生長襯底101的出光走道106，所述出光走道106的兩端分別形成有供所述兩個(gè)等邊三角形單元共用的P電極108及N電極109。本發(fā)明利用等邊三角形芯片設(shè)計(jì)，通過增加芯片的周長，有效地提高了芯片的出光效率。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，適用于工業(yè)生產(chǎn)。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
[0077]上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，至少包括以下步驟: 1)提供一生長襯底，于所述生長襯底表面形成至少包括N型層、量子阱層及P型層的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)； 2)于所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)表面形成電流擴(kuò)展層； 3)于所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)中定義出多個(gè)由兩個(gè)等邊三角形單元組成的平行四邊形芯片，于該兩個(gè)等邊三角形單元之間采用深刻蝕技術(shù)刻蝕出至少貫穿至所述生長襯底的出光走道，且在所述出光走道兩端預(yù)留有N電極制備區(qū)域及P電極制備區(qū)域； 4)于所述N電極制備區(qū)域刻蝕出N電極制備平臺(tái)； 5)于所述P電極制備區(qū)域表面形成P電極，于所述N電極制備平臺(tái)表面形成N電極； 6)依據(jù)所定義的平行四邊形芯片進(jìn)行切割，獲得相互獨(dú)立的發(fā)光二極管芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:所述生長襯底為藍(lán)寶石襯底、圖形藍(lán)寶石襯底或GaN襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:所述N型層為N-GaN層，所述量子阱層為InGaN/GaN多量子阱層，所述P型層為P-GaN層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:步驟3)采用的深刻蝕技術(shù)為感應(yīng)耦合等離子體ICP刻蝕技術(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:步驟5)后還包括對(duì)所述生長襯底進(jìn)行減薄的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:在所述生長襯底減薄后還包括于所述生長襯底背面制作反射鏡的步驟。
7.一種發(fā)光二極管，其特征在于，所述發(fā)光二極管為由兩個(gè)等邊三角形單元組成的平行四邊形芯片，所述平行四邊形芯片包括依次層疊的生長襯底、發(fā)光外延結(jié)構(gòu)及電流擴(kuò)展層，所述兩個(gè)等邊三角形單元之間具有從所述電流擴(kuò)展層至少貫穿至所述生長襯底的出光走道，所述出光走道的兩端分別形成有供所述兩個(gè)等邊三角形單元共用的P電極及N電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述生長襯底為藍(lán)寶石襯底或圖形藍(lán)寶石襯底。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)包括N-GaN層、InGaN/GaN多量子阱層及P-GaN層。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述生長襯底背面還結(jié)合有反射鏡。
【文檔編號(hào)】H01L33/20GK104183673SQ201310190126
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2013年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月21日
【發(fā)明者】張楠, 陳耀, 袁根如, 楊杰, 郝茂盛 申請(qǐng)人:上海藍(lán)光科技有限公司