CN102593301A

CN102593301A - 侧面粗化的发光二极管及其制作方法

Info

Publication number: CN102593301A
Application number: CN2012100529209A
Authority: CN
Inventors: 谢海忠; 张逸韵; 王兵; 杨华; 李璟; 伊晓燕; 王军喜; 王国宏; 李晋闽
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2012-07-18

Abstract

一种侧面粗化的发光二极管，包括：一衬底，该衬底的侧面经粗化处理；一成核层，其制作在侧面粗化的衬底上；一N型掺杂层，其制作在成核层上，该N型掺杂层有一台面；一多量子阱发光层，其制作在N型掺杂层台面的另一侧上，该多量子阱发光层为10个周期交替生长的氮化镓/铟镓氮；一P型掺杂层，其制作在多量子阱发光层上；一ITO层，其制作在P型掺杂层上；一P型金属电极，其制作在ITO层上；一N型金属电极，其制作在掺杂层的台面上。本发明可以提高出光效率，使得发光二极管外量子效率提升，特别适合大尺寸功率型晶粒的制作。

Description

侧面粗化的发光二极管及其制作方法

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别是指一种侧面粗化的发光二极管及其制作方法。

背景技术

由于发光二极管具有节能、环保，寿命长等优点，在未来几年后，发光二极管有可能取代白炽灯、荧光灯等传统照明灯具，而进入千家万户。

图1为现有技术的没有经过侧面粗化的发光二极管，其发光效率低。

目前，氮化物基发光二极管材料主要异质外延生长在蓝宝石、硅、碳化硅等衬底上。由于氮化镓材料的折射率与空气存在较大差别，在逃逸界面处发生的光全反射效应，使得发光二极管器件的光提取受到非常大的限制。T.Fujii，Y.Gao，等人在Appl.Phys.Lett.84(2004)855.提出了氮化镓基发光二极管表面粗化技术来提高发光二极管的提取效率。在此之后，表面粗化是常用的提高发光二极管光提取效率的关键技术。但是，之前的表面粗化技术主要集中在p型氮化镓表面粗化、氧化铟锡透明导电层表面粗化、蓝宝石衬底背面粗化、氮化镓外延层的侧面粗化等，对发光二极管蓝宝石衬底侧壁出光面的粗化处理没有被涉及到。另外，日本滨松光子学株式会社在2007年提出了低损伤激光切割硅片的激光加工方法(申请号：200710147746.5，公开号：CN 101110392A)。但是，其并没有提及氮化镓发光二极管器件粗化的蓝宝石面对发光二极管提取效率的影响。

本技术采用激光加工技术，将发光二极管蓝宝石衬底的侧面进行处理，获得了粗糙的蓝宝石侧面结构，大大提高了发光二极管的提取效率。本技术存在着明显的优势，使工艺工序大大优化，而且使生产周期和成本大幅下降。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种侧面结构的发光二极管及其制作方法，其是在发光二极管芯片工艺制作中，对氮化镓基发光二极管衬底的侧壁粗化的方法，可以大大提高出光效率，使得发光二极管外量子效率提升，特别适合大尺寸功率型晶粒的制作。

为达到上述目的，本发明提供一种侧面粗化的发光二极管，包括：

一衬底，该衬底的侧面经粗化处理；

一成核层，其制作在侧面粗化的衬底上；

一N型掺杂层，其制作在成核层上，该N型掺杂层有一台面；

一多量子阱发光层，其制作在N型掺杂层台面的另一侧上，该多量子阱发光层为10个周期交替生长的氮化镓/铟镓氮；

一P型掺杂层，其制作在多量子阱发光层上；

一ITO层，其制作在P型掺杂层上；

一P型金属电极，其制作在ITO层上；

一N型金属电极，其制作在掺杂层的台面上。

本发明提供与现有技术相比：具有芯片工艺仅在切割过程中增加了适当的处理，简单易操作，可以大大提高出光效率，使得发光二极管外量子效率提升，特别适合大尺寸功率型晶粒的制作。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明，其中：

图1是传统发光二极管的结构示意图；

图2是本发明的第一实施例，显示衬底侧面经粗化后的结构示意图，粗化的图形为三角形结构；

图3是本发明的第二实施例，显示衬底侧面经粗化后的结构示意图，粗化的图形为圆形结构；

图4是本发明的第三实施例，显示衬底侧面经粗化后的结构示意图，粗化的图形为不连续结构；

图5是本发明的第四实施例，显示衬底侧面经粗化后的结构示意图，粗化的图形为连续结构；

图6是本发明的第五实施例，显示衬底侧面经粗化后的结构示意图，粗化的图形为连续结构，衬底为倒梯形；

图7是本发明的第六实施例，显示衬底侧面经粗化后的结构示意图，粗化的图形为不连续结构，衬底为半圆形或半球形；

具体实施方式：

请参阅图2所示，本发明提供一种侧面结构的发光二极管，包括：

一衬底21，该衬底21的侧面经粗化处理，所述粗化的侧面可降低发光二极管器件内部光线的全反射效应，提高器件的光提取效率。衬底21的材料为蓝宝石、Si、SiC、GaAs或玻璃，该衬底21的形状为矩形、倒梯形、半圆形或半球形。侧面粗化的发光二极管，其中该衬底21的侧面经粗化处理，形成连续的粗化表面或不连续的粗化表面。

一成核层22，其制作在侧面粗化的衬底21上；

一N型掺杂层23，其制作在成核层22上，该N型掺杂层23有一台面23’，其中掺杂层23的台面23’的深度小于掺杂层23的厚度。

一多量子阱发光层24，其制作在N型掺杂层23台面23’的另一侧上，该多量子阱发光层24为10个周期交替生长的氮化镓/铟镓氮；其中成核层22、N型掺杂层23和P型掺杂层24的材料为GaN。

一P型掺杂层25，其制作在多量子阱发光层24上；

一ITO层26，其制作在P型掺杂层25上，其中ITO层26有利于电流扩展，提高了电子的注入效率以及器件的内量子效率。

一P型金属电极27，其制作在ITO层26上；

一N型金属电极28，其制作在掺杂层23的台面23’上，制备的P型金属电极27以及N型金属电极28可以与外界电源相连接。

其中上述的矩形、倒梯形、半圆形或半球形衬底21的侧面，经粗化处理后，均可为连续的粗化表面或不连续的粗化表面，其形状均可为三角形、菱形、圆形或多边形。

请再参阅图2所示，本发明提供一种侧面结构的发光二极管的制作方法，包括如下步骤：

步骤1：取一衬底21，该衬底21的侧面进行粗化处理，形成连续的粗化表面或不连续的粗化表面，其中表面粗化的衬底21的材料为蓝宝石、Si、SiC、GaAs或玻璃，该衬底21的形状为矩形、倒梯形、半圆形或半球形，其中衬底21侧壁粗化，是用激光在衬底21的侧壁表面形成诱导形状，经腐蚀液腐蚀出三角形、菱形、圆形或多边形。所述粗化的侧面可降低发光二极管器件内部光线的全反射效应，提高器件的光提取效率。

步骤2：在衬底21上采用MOCVD方法依次生长成核层22、N型掺杂层23、多量子阱发光层24、P型掺杂层25和ITO层26，其中成核层22、N型掺杂层23和P型掺杂层24的材料为GaN，其中该多量子阱发光层24为10个周期交替生长的氮化镓/铟镓氮。

步骤3：采用光刻的方法，在ITO层26上的一侧向下刻蚀，刻蚀深度到达N型掺杂层23内，形成台面23’；

步骤4：在ITO层26上未刻蚀的一侧上制备P型金属电极27，在台面23’，上制备N型金属电极28，制备的P型金属电极27以及N型金属电极28可以与外界电源相连接。

实施例1：

如图2所示，其与前述内容基本一致，其是显示衬底201侧面粗化的形状为三角形结构。

实施例2：

如图3所示，其与前述内容基本一致，其是显示衬底201侧面粗化的形状为圆形结构。

实施例3：

如图4所示，其与前述内容基本一致，其是显示衬底201侧面粗化的形状为不连续粗化结构。

实施例4：

如图5所示，其与前述内容基本一致，其是显示衬底201侧面粗化的形状为连续粗化结构。

实施例5：

如图6所示，其与前述内容基本一致，其是显示衬底201侧面粗化的形状为倒梯形不连续粗化结构。

实施例6：

如图7所示，其与前述内容基本一致，其是显示衬底201侧面粗化的形状为圆形或半球形不连续粗化结构。

以上实例仅供说明本发明只用，而非对本发明的限制，本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换或变化；因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。

Claims

1.一种侧面粗化的发光二极管，包括：

一衬底，该衬底的侧面经粗化处理，粗化处理后的衬底侧面为三角形、菱形、圆形或多边形；

一成核层，其制作在侧面粗化的衬底上；

一N型掺杂层，其制作在成核层上，该N型掺杂层有一台面；

一P型掺杂层，其制作在多量子阱发光层上；

一ITO层，其制作在P型掺杂层上；

一P型金属电极，其制作在ITO层上；

一N型金属电极，其制作在掺杂层的台面上。

2.根据权利要求1所述的侧面粗化的发光二极管，其中表面粗化的衬底的材料为蓝宝石、Si、SiC、GaAs或玻璃，该衬底的形状为矩形、倒梯形、半圆形或半球形。

3.根据权利要求2所述的侧面结构的发光二极管，其中该衬底的侧面的粗化处理后，形成连续的粗化表面或不连续的粗化表面。

4.根据权利要求1所述的侧面结构的发光二极管，其中成核层、N型掺杂层和P型掺杂层的材料为GaN。

5.根据权利要求1所述的侧面结构的发光二极管，其中N型掺杂层的台面的深度小于N型掺杂层的厚度。

6.一种侧面结构的发光二极管的制作方法，包括如下步骤：

步骤1：取一衬底，该衬底的侧面进行粗化处理，形成连续的粗化表面或不连续的粗化表面；

步骤2：在衬底上采用MOCVD方法依次生长成核层、N型掺杂层、多量子阱发光层、P型掺杂层和ITO层；

步骤3：采用光刻的方法，在ITO层上的一侧向下刻蚀，刻蚀深度到达N型掺杂层内，形成台面；

步骤4：在ITO层上未刻蚀的一侧上制备P型金属电极；

步骤5：在台面上制备N型金属电极。

7.根据权利要求6所述的侧面结构的发光二极管的制作方法，其中表面粗化的衬底的材料为蓝宝石、Si、SiC、GaAs或玻璃，该衬底的形状为矩形、倒梯形、半圆形或半球形。

8.根据权利要求6所述的侧面结构的发光二极管的制作方法，其中成核层、N型掺杂层和P型掺杂层的材料为GaN。

9.根据权利要求6所述的侧面结构的发光二极管的制作方法，其中该多量子阱发光层为10个周期交替生长的氮化镓/铟镓氮。

10.根据权利要求6所述的侧面结构的发光二极管的制作方法，其中衬底侧壁粗化，是用激光在衬底的侧壁表面形成诱导形状，经腐蚀液腐蚀出三角形、菱形、圆形或多边形。