一種高出光效率的垂直型發(fā)光二極管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種垂直型發(fā)光二極管的制造方法，依次包括如下步驟：（1）在底電極上依次形成第一底透明導電層、底粗化層和第二底透明導電層；（2）在第二底透明導電層上依次形成p型半導體層、半導體發(fā)光層和n型半導體層；（3）在n型半導體層上依次形成第一頂透明導電層、頂粗化層和第二頂透明導電層；（4）在第二頂透明導電層上形成頂電極。
【專利說明】一種高出光效率的垂直型發(fā)光二極管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種高出光效率的垂直型發(fā)光二極管。
【背景技術(shù)】
[0002]半導體發(fā)光二極管(Light Emitting Diode)應(yīng)用日益廣泛，特別是在照明方面有取代白熾燈和熒光燈的趨勢。發(fā)光二極管是由半導體材料所制成的發(fā)光元件，元件具有兩個電極端子，在端子間施加電壓，通入極小的電流，經(jīng)由電子電洞的結(jié)合可將剩余能量以光的形式激發(fā)釋出，此即發(fā)光二極管的基本發(fā)光原理。發(fā)光二極管不同于一般白熾燈泡，發(fā)光二極管是屬冷發(fā)光，具有耗電量低、元件壽命長、無須暖燈時間及反應(yīng)速度快等優(yōu)點，再加上其體積小、耐震動、適合量產(chǎn)，容易配合應(yīng)用上的需求制成極小或陣列式的元件，目前發(fā)光二極管已普遍使用于資訊、通訊及消費性電子產(chǎn)品的指示器與顯示裝置上，成為日常生活中不可或缺的重要元件。
[0003]目前發(fā)光二極管還面臨一些技術(shù)上的問題，特別是光取出效率比較低。這導致了發(fā)光二極管的亮度不足等缺陷。針對上述問題，業(yè)內(nèi)已經(jīng)提出了通過粗化方法來改善發(fā)光二極管出光效率的問題，但是現(xiàn)有技術(shù)中粗化方法仍然存在缺陷，例如僅對發(fā)光二極管進行水平面式粗化，這種粗化方式無法進一步提高粗化面積，因此出光效率無法進一步提高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的問題，提出了一種高出光效率的垂直型發(fā)光二極管的制造方法，通過增大粗化面積，從而提高發(fā)光二極管的出光效率。
[0005]首先對本發(fā)明所采用的“上”、“下”進行定義，在本發(fā)明中，通過參照附圖，本發(fā)明所述的“上”為附圖中面向附圖時垂直向上的方向。本發(fā)明所述的“下”為附圖中面向附圖時垂直向下的方向，本文所述的“厚度”是指面向附圖時垂直方向上的距離，本文所述的“寬度”是指面向附圖時水平方向上的距離。
[0006]本發(fā)明提出的高出光效率的垂直型發(fā)光二極管的制造方法依次包括如下步驟:
[0007](I)在底電極上依次形成第一底透明導電層、底粗化層和第二底透明導電層；
[0008](2)在第二底透明導電層上依次形成P型半導體層、半導體發(fā)光層和η型半導體層；
[0009](3)在η型半導體層上依次形成第一頂透明導電層、頂粗化層和第二頂透明導電層；
[0010](4)在第二頂透明導電層上形成頂電極；
[0011]其中，步驟(I)的工藝過程為:在底電極I上淀積透明導電材料，對透明導電材料進行光刻、刻蝕后形成柱形凸起；對該凸起進行高溫加熱，從而將凸起熔化，熔化后的凸起自然收縮成半球形，然后經(jīng)冷卻后形成半球形的第一底透明導電層；然后采用化學腐蝕工藝在第一底透明導電層的球形表面以及第一底透明導電層之間形成底粗化層，然后在底粗化層的上表面淀積透明導電材料，經(jīng)平坦化后得到第二底透明導電層；[0012]其中，步驟(3)的工藝過程為:在η型半導體層上淀積透明導電材料，對透明導電材料進行光刻、刻蝕后形成柱形凸起；對該凸起進行高溫加熱，從而將凸起熔化，熔化后的凸起自然收縮成半球形，然后經(jīng)冷卻后形成半球形的第一頂透明導電層；然后采用化學腐蝕工藝在第一頂透明導電層的球形表面以及第一頂透明導電層之間形成頂粗化層，然后在頂粗化層的上表面淀積透明導電材料，經(jīng)平坦化后得到第二頂透明導電層；
[0013]其中，所述底電極和頂電極為導熱性能良好的金屬材料，例如但不限于:金、銀、銅、鋁、鎳、鈦、鈷、鈀或鉬，或者也可以采用金屬合金來形成，例如但不限于:金鉬合金、銀鋁合金、鎳招合金、鎳鈦合金等。
[0014]其中，第一底透明導電層、第二底透明導電層、第一頂透明導電層和第二頂透明導電層為導電性能良好的金屬化合物材料，例如但不限于:Z n0、Ni0、Mg0、In20
3、T i O 2或I TO ;從截面上看，所述半球形的第一底透明電極層和半球形的第一頂透明電極層的球形邊緣對齊；
[0015]進一步的，P型半導體層為P型GaN層或p型AlGaN層，η型半導體層為η型GaN層或η型AlGaN層，半導體發(fā)光層為交替形成的超晶格結(jié)構(gòu)的AlxInyGazN/AIxInyGazP多量子阱層，其中 x+y+z=l、并且 0≤x ≤ 0.05、0〈y ≤0.05、0〈z ≤ 0.9 ；
[0016]進一步的，底粗化層和頂粗化層為ITO層，底粗化層均勻覆蓋在第一底透明電極層的半球形表面以及半球形的第一底透明導電層之間的區(qū)域表面；同樣的，頂粗化層均勻覆蓋在第一頂透明電極層的半球形表面以及半球形的第一頂透明導電層之間的區(qū)域表面；并且底粗化層和頂粗化層的厚度相同，都為60-70nm ；
[0017]進一步的，半球形的第一底透明導電層的半徑為6-9微米，第一底透明導電層兩個半球之間的間距為2-3微米；同樣的，半球形的第一頂透明導電層的半徑為6-9微米，第一頂透明導電層兩個半球之間的間距為2-3微米；
[0018]進一步的，第一底透明導電層的下表面與第二底透明導電層的上表面之間的間距為10-12微米；同樣的，第一頂透明導電層的下表面與第二頂透明導電層的上表面之間的間距為10-12微米。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1-5為本發(fā)明提出的發(fā)光二極管制造方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0020]實施例1
[0021]參見圖1-5，本發(fā)明提出的發(fā)光二極管的制造方法依次包括如下步驟:
[0022](1)在底電極1上依次形成第一底透明導電層21、底粗化層2和第二底透明導電層22 ；
[0023](2)在第二底透明導電層22上依次形成P型半導體層3、半導體發(fā)光層4和n型半導體層5 ；
[0024](3)在n型半導體層5上依次形成第一頂透明導電層61、頂粗化層6和第二頂透明導電層62 ；
[0025](4)在第二頂透明導電層62上形成頂電極7 ；[0026]其中，步驟(1)的工藝過程為:在底電極I上淀積透明導電材料，對透明導電材料進行光刻、刻蝕后形成柱形凸起21a ;對該凸起21a進行高溫加熱，從而將凸起21a熔化，熔化后的凸起21a自然收縮成半球形，然后經(jīng)冷卻后形成半球形的第一底透明導電層21 ;然后采用化學腐蝕工藝在第一底透明導電層21的球形表面以及第一底透明導電層21之間形成底粗化層2，然后在底粗化層2的上表面淀積透明導電材料，經(jīng)平坦化后得到第二底透明導電層22 ；
[0027]其中，步驟(3)的工藝過程為:在η型半導體層5上淀積透明導電材料，對透明導電材料進行光刻、刻蝕后形成柱形凸起61a ;對該凸起61a進行高溫加熱，從而將凸起61a熔化，熔化后的凸起61a自然收縮成半球形，然后經(jīng)冷卻后形成半球形的第一頂透明導電層61 ;然后采用化學腐蝕工藝在第一頂透明導電層61的球形表面以及第一頂透明導電層61之間形成頂粗化層6，然后在頂粗化層6的上表面淀積透明導電材料，經(jīng)平坦化后得到第二頂透明導電層62;
[0028]其中，所述底電極I和頂電極7為導熱性能良好的金屬材料，例如但不限于:金、銀、銅、鋁、鎳、鈦、鈷、鈀或鉬，或者也可以采用金屬合金來形成，例如但不限于:金鉬合金、銀鋁合金、鎳鋁合金、鎳鈦合金等。
[0029]其中，第一底透明導電層21、第二底透明導電層22、第一頂透明導電層61和第二頂透明導電層62為導電性能良好的金屬化合物材料，例如但不限于:Zn 0、N i O,Mg
0、In20 3、Ti02或ITO;從截面上看，所述半球形的第一底透明電極層21和半球形的第一頂透明電極層61的球形邊緣對齊，參見圖5，所述球形邊緣以虛線A和B對齊；
[0030]進一步的，P型半導體層3為P型GaN層或p型AlGaN層，η型半導體層5為η型GaN層或η型AlGaN層，半導體發(fā)光層4為交替形成的超晶格結(jié)構(gòu)的AlxInyGazN/AIxInyGazP多量子阱層，其中 x+y+z=l、并且 0〈x ( 0.05、0〈y ( 0.05、0〈z ^ 0.9 ；
[0031]進一步的，底粗化層2和頂粗化層6為ITO層，底粗化層2均勻覆蓋在第一底透明電極層21的半球形表面以及半球形的第一底透明導電層21之間的區(qū)域表面；同樣的，頂粗化層6均勻覆蓋在第一頂透明電極層61的半球形表面以及半球形的第一頂透明導電層61之間的區(qū)域表面；并且底粗化層2和頂粗化層6的厚度相同，都為60-70nm ；
[0032]進一步的，半球形的第一底透明導電層21的半徑為6-9微米，第一底透明導電層21兩個半球之間的間距為2-3微米；同樣的，半球形的第一頂透明導電層61的半徑為6-9微米，第一頂透明導電層61兩個半球之間的間距為2-3微米；
[0033]進一步的，第一底透明導電層21的下表面與第二底透明導電層22的上表面之間的間距為10-12微米；同樣的，第一頂透明導電層61的下表面與第二頂透明導電層62的上表面之間的間距為10-12微米。
[0034]實施例2
[0035]下面介紹本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
[0036]參見圖1-5，本發(fā)明提出的發(fā)光二極管的制造方法依次包括如下步驟:
[0037](1)在底電極I上依次形成第一底透明導電層21、底粗化層2和第二底透明導電層22 ；
[0038](2)在第二底透明導電層22上依次形成P型半導體層3、半導體發(fā)光層4和η型半導體層5 ；[0039](3)在η型半導體層5上依次形成第一頂透明導電層61、頂粗化層6和第二頂透明導電層62 ；
[0040](4)在第二頂透明導電層62上形成頂電極7 ；
[0041]其中，步驟(I)的工藝過程為:在底電極I上淀積透明導電材料，對透明導電材料進行光刻、刻蝕后形成柱形凸起21a ;對該凸起21a進行高溫加熱，從而將凸起21a熔化，熔化后的凸起21a自然收縮成半球形，然后經(jīng)冷卻后形成半球形的第一底透明導電層21 ;然后采用化學腐蝕工藝在第一底透明導電層21的球形表面以及第一底透明導電層21之間形成底粗化層2，然后在底粗化層2的上表面淀積透明導電材料，經(jīng)平坦化后得到第二底透明導電層22 ；
[0042]其中，步驟(3)的工藝過程為:在η型半導體層5上淀積透明導電材料，對透明導電材料進行光刻、刻蝕后形成柱形凸起61a ;對該凸起61a進行高溫加熱，從而將凸起61a熔化，熔化后的凸起61a自然收縮成半球形，然后經(jīng)冷卻后形成半球形的第一頂透明導電層61 ;然后采用化學腐蝕工藝在第一頂透明導電層61的球形表面以及第一頂透明導電層61之間形成頂粗化層6，然后在頂粗化層6的上表面淀積透明導電材料，經(jīng)平坦化后得到第二頂透明導電層62;
[0043]其中，所述底電極I和頂電極7為導熱性能良好的金屬材料，例如但不限于:金、銀、銅、鋁、鎳、鈦、鈷、鈀或鉬，或者也可以采用金屬合金來形成，例如但不限于:金鉬合金、銀鋁合金、鎳鋁合金、鎳鈦合金等。
[0044]其中，第一底透明導電層21、第二底透明導電層22、第一頂透明導電層61和第二頂透明導電層62為導電性能良好的金屬化合物材料，例如但不限于:Zn 0、N i O,Mg
0、In20 3、Ti02或ITO;從截面上看，所述半球形的第一底透明電極層21和半球形的第一頂透明電極層61的球形邊緣對齊，參見圖5，所述球形邊緣以虛線A和B對齊；
[0045]進一步的，P型半導體層3為P型GaN層或p型AlGaN層，η型半導體層5為η型GaN層或η型AlGaN層，半導體發(fā)光層4為交替形成的超晶格結(jié)構(gòu)的AlxInyGazN/AIxInyGazP多量子阱層，其中 x=0.045、y=0.55、ζ=0.9 ；
[0046]進一步的，底粗化層2和頂粗化層6為ITO層，底粗化層2均勻覆蓋在第一底透明電極層21的半球形表面以及半球形的第一底透明導電層21之間的區(qū)域表面；同樣的，頂粗化層6均勻覆蓋在第一頂透明電極層61的半球形表面以及半球形的第一頂透明導電層61之間的區(qū)域表面；并且底粗化層2和頂粗化層6的厚度相同，都為65nm ；
[0047]進一步的，半球形的第一底透明導電層21的半徑為8微米，第一底透明導電層21兩個半球之間的間距為2.5微米；同樣的，半球形的第一頂透明導電層61的半徑為8微米，第一頂透明導電層61兩個半球之間的間距為2.5微米；
[0048]進一步的，第一底透明導電層21的下表面與第二底透明導電層22的上表面之間的間距為11微米；同樣的，第一頂透明導電層61的下表面與第二頂透明導電層62的上表面之間的間距為11微米。
[0049]至此，上述描述已經(jīng)詳細的說明了本發(fā)明的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，相對于現(xiàn)有的發(fā)光二極管，本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)能夠大幅度提高發(fā)光亮度。前文的描述的實施例僅僅只是本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其并非用于限定本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神的前提下，可對本發(fā)明做任何的修改，而本發(fā)明的保護范圍由所附的權(quán)利要求來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種垂直型發(fā)光二極管的制造方法，依次包括如下步驟: (1)在底電極上依次形成第一底透明導電層、底粗化層和第二底透明導電層； (2)在第二底透明導電層上依次形成P型半導體層、半導體發(fā)光層和η型半導體層； (3)在η型半導體層上依次形成第一頂透明導電層、頂粗化層和第二頂透明導電層； (4)在第二頂透明導電層上形成頂電極。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 其中，步驟(I)的工藝過程為:在底電極I上淀積透明導電材料，對透明導電材料進行光刻、刻蝕后形成柱形凸起；對該凸起進行高溫加熱，從而將凸起熔化，熔化后的凸起自然收縮成半球形，然后經(jīng)冷卻后形成半球形的第一底透明導電層；然后采用化學腐蝕工藝在第一底透明導電層的球形表面以及第一底透明導電層之間形成底粗化層，然后在底粗化層的上表面淀積透明導電材料，經(jīng)平坦化后得到第二底透明導電層； 其中，步驟(3)的工藝過程為:在η型半導體層上淀積透明導電材料，對透明導電材料進行光刻、刻蝕后形成柱形凸起；對該凸起進行高溫加熱，從而將凸起熔化，熔化后的凸起自然收縮成半球形，然后經(jīng)冷卻后形成半球形的第一頂透明導電層；然后采用化學腐蝕工藝在第一頂透明導電層的球形表面以及第一頂透明導電層之間形成頂粗化層，然后在頂粗化層的上表面淀積透明導電材料，經(jīng)平坦化后得到第二頂透明導電層。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于: 半球形的第一底透明導電層的半徑為6-9微米，優(yōu)選8微米，第一底透明導電層兩個半球之間的間距為2-3微米，優(yōu)選2.5微米；同樣的，半球形的第一頂透明導電層的半徑為6-9微米，優(yōu)選8微米；第一頂透明導電層兩個半球之間的間距為2-3微米，優(yōu)選2.5微米。
【文檔編號】H01L33/36GK103594582SQ201310514622
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月26日
【發(fā)明者】叢國芳 申請人:溧陽市東大技術(shù)轉(zhuǎn)移中心有限公司