CN102623603A - 半导体发光器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种半导体发光器件及其制备方法,属于光电技术领域。所述半导体发光器件包括:衬底、设于所述衬底上的外延层和设于所述外延层上的电极层;所述衬底的底面和所述电极层的表面中的至少一个形成有多个凸起和/或孔,所述凸起和所述孔均从所述底面或所述电极层的表面向所述半导体发光器件的内部延伸,所述凸起的高度至少为0.1μm,所述孔的深度至少为0.1μm。本发明实施例采用多孔氧化铝模板,在半导体发光器件的电极层表面和/或衬底的底面形成多个凸起和/或孔,可以有效提高半导体发光器件的取光效率,工艺简单,易于控制,适于大批量生产,进而降低了半导体发光器件的制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及光电子技术领域,特别涉及一种半导体发光器件及其制备方法。
背景技术
目前,以III-V族化合物半导体为代表的半导体发光器件已经被广泛应用于各个领域,其产业也与IC等其他产业一样具有重要地位。尤其是发光二极管(Light Emitting Diode,LED)类半导体发光器件,由于节能、高效、稳定、安全以及寿命长等优点已使其成为***照明技术。经过多年的发展,半导体发光器件已有相对成熟的生产制造技术。现在的外延工艺能够在衬底上生长出优良、高发光复合效率的发光层。但是在芯片工艺上,虽然人们做出了很多努力,半导体发光器件的取光效率仍处在一个比较低的水平。
在现有技术中,主要通过表面粗化等技术来提高半导体发光器件的取光效率。表面粗化的方式较多,如干法刻蚀、湿法腐蚀等。当采用干法刻蚀技术来实现表面粗化时,通常需要在待加工表面铺设颗粒,以颗粒作为掩膜进行刻蚀,从而在待加工表面形成期望的表面形貌,该表面形貌通常在纳米级别。
发明人在实现本发明的过程中,发现现有技术至少存在以下问题:
由于表面粗化产生的表面形貌是在纳米级别,尺寸非常小,导致在待加工表面铺设颗粒的工艺复杂且难以控制,不适于批量生产,进而导致半导体发光器件的生产成本显著增加。
发明内容
为了解决现有技术存在的对表面粗化的问题,本发明实施例提供了一种半导体发光器件及其制备方法。所述技术方案如下:
一方面,本发明实施例提供了一种半导体发光器件,该半导体发光器件包括:
衬底、设于所述衬底上的外延层和设于所述外延层上的电极层,所述外延层包括依次层叠在所述衬底的顶面上的第一半导体层、活性层和第二半导体层;所述电极层上设有第一电极,所述第二半导体层或所述衬底的底面设有第二电极,所述衬底的底面和所述电极层的表面中的至少一个形成有多个凸起和/或孔,所述凸起和所述孔均从所述底面或所述电极层的表面向所述半导体发光器件的内部延伸,所述凸起的高度至少为0.1μm,所述孔的深度至少为0.1μm。
进一步地,所述凸起和所述孔从所述电极层表面延伸至所述外延层的与所述电极层相邻的表面,或者从所述电极层表面延伸至所述第二半导体层内部。
更进一步地,所述凸起和孔的截面形状为以下形状中的一种或任意组合:柱状、锥状、梯形台状和蒙古包状。
另一方面,本发明实施例还提供了一种上述半导体发光器件的制备方法,所述方法包括:
提供待加工的半导体发光器件,所述待加工的半导体发光器件包括衬底、设于所述衬底上的外延层和设于所述外延层上的电极层,所述外延层包括依次层叠在所述衬底的顶面上的第一半导体层、活性层和第二半导体层;所述电极层上设有第一电极,所述第二半导体层或所述衬底的底面设有第二电极;
以多孔氧化铝模板为掩膜,对所述电极层的表面和/或所述衬底的底面进行刻蚀,从而在所述电极层或衬底的底面的表面形成多个孔,所述多孔氧化铝模板通过阳极氧化法制造。
具体地,所述以多孔氧化铝模板为掩膜,对所述电极层或所述衬底的底面进行刻蚀,包括:
在所述电极层的表面或所述衬底的底面形成一层铝膜,所述铝膜的厚度为0.1μm-10μm,通过阳极氧化法,将铝膜氧化成多孔氧化铝模板。
优选地,所述多孔氧化铝模板上的小孔的直径为0.1μm-10μm。
又一方面,本发明实施例还提供了一种上述半导体发光器件的制备方法,所述方法包括:
提供待加工的半导体发光器件,所述待加工的半导体发光器件包括衬底、设于所述衬底上的外延层和设于所述外延层上的电极层,所述外延层包括依次层叠在所述衬底的顶面上的第一半导体层、活性层和第二半导体层;所述电极层上设有第一电极,所述第二半导体层或所述衬底的底面设有第二电极;
在所述电极层的表面和/或所述衬底的底面涂覆一层光刻胶层;
提供多孔氧化铝模板,所述多孔氧化铝模板通过阳极氧化法制造;
以氧化铝模板为压印模,在所述光刻胶层上压出预定形状的光刻胶图形;
移除所述氧化铝模板;
以压印后的光刻胶层为掩膜,对所述电极层或所述衬底的底面进行刻蚀,从而在所述电极层或衬底的底面的表面形成多个凸起。
具体地,涂覆的所述光刻胶层的厚度为0.1μm-10μm。
进一步地,所述多孔氧化铝模板上的小孔的直径为0.1μm-10μm。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:本发明实施例通过在半导体发光器件的电极层表面和/或衬底的底面形成多个凸起和/或孔,从而在半导体发光器件形成光折射和/或散射单元,可以有效提高半导体发光器件的取光效率。另外,本发明实施例采用多孔氧化铝模板来形成所述凸起和/孔,工艺简单,易于控制,适于大批量生产,进而降低了半导体发光器件的制造成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1中提供的半导体发光器件的结构示意图;
图2是本发明实施例2中提供的半导体发光器件的结构示意图;
图3是本发明实施例3中提供的半导体发光器件的结构示意图;
图4是本发明实施例4中提供的半导体发光器件的结构示意图;
图5是本发明实施例5中提供的半导体发光器件的结构示意图;
图6是本发明实施例6中提供的半导体发光器件的结构示意图;
图7a是本发明实施例7中提供的半导体发光器件的制备方法的流程图;
图7b是本发明实施例7中提供的刻蚀过程的示意图;
图8a是本发明实施例8中提供的半导体发光器件的制备方法的流程图;
图8b是本发明实施例8中提供的刻蚀过程的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
如图1所示,本发明实施例提供了一种半导体发光器件,该半导体发光器件包括衬底10、设于衬底10上的外延层20和设于外延层20上的电极层30。该外延层20包括依次层叠在衬底10的顶面上的第一半导体层21、活性层22和第二半导体层23。电极层30上设有第一电极40,第二半导体层23上设有第二电极50。电极层30的表面形成有多个孔61,孔61从电极层30的表面向该半导体发光器件的内部延伸,孔61的深度至少为0.1μm。
具体地,在本实施例中,孔61从电极层30的表面延伸至电极层30的内部,也就是说,没有穿透电极层30。
进一步地,孔61的形状为以下形状中的一种或任意组合:柱状、锥状、梯形台状和蒙古包状。孔的形状可以通过控制刻蚀参数来控制。
具体地,如图1所示,本实施例中的外延层20还包括设置在衬底10和第一半导体层21之间的半导体扩展层24,该半导体扩展层24可以根据实际需要设置。
需要说明的是,本实施例中,第二电极50设置在第二半导体层上32上,但是,其也可以设置在,此为本领域技术人员所熟知,在此不再赘述。
本发明实施例通过在半导体发光器件的电极层表面形成多个或孔,从而在半导体发光器件形成光折射和/或散射单元,可以有效提高半导体发光器件的取光效率。
实施例2
如图2所示,本实施例的半导体发光器件的结构与实施例1基本相同,不同之处仅在于,本实施例中,孔62从电极层30的表面延伸至第二半导体层23的内部。
容易知道,孔62也可以从电极层30的表面延伸至外延层20的与电极层30相邻的表面,也就是穿透电极层30,到达第二半导体层23的表面。
本发明实施例通过在半导体发光器件的电极层表面形成多个孔,从而在半导体发光器件形成光折射和/或散射单元,可以有效提高半导体发光器件的取光效率。
实施例3
如图3所示,本实施例的半导体发光器件的结构与实施例1基本相同,不同之处仅在于,本实施例中,电极层30的表面没有形成孔61,而是衬底10的底面形成有多个孔63,孔63从衬底10的底面向该半导体发光器件的内部延伸,孔63的深度至少为0.1μm。
本发明实施例通过在半导体发光器件的衬底的底面形成多个孔,从而在半导体发光器件形成光折射和/或散射单元,可以有效提高半导体发光器件的取光效率。
实施例4
如图4所示,本实施例的半导体发光器件的结构与实施例1基本相同,不同之处仅在于,本实施例中,电极层30的表面形成有多个凸起64,凸起64从电极层30的表面向该半导体发光器件的内部延伸,凸起64的高度至少为0.1μm。
在本实施例中,凸起64从电极层30表面延伸至电极层30内部,也就是说,凸起64的顶部64a大致与电极层30的表面相平,凸起64的底部64b位于电极层30的内部。但是并不限于该形式,在其它实施例中,凸起64也可以从电极层30表面延伸至外延层20的与电极层30相邻的表面,或者从电极层30表面延伸至第二半导体层23内部,也就是说,凸起64的底部64b也可以位于第二半导体层23的表面或第二半导体层23的内部。
本发明实施例通过在半导体发光器件的电极层表面形成多个凸起,从而在半导体发光器件形成光折射和/或散射单元,可以有效提高半导体发光器件的取光效率。
实施例5
如图5所示,本实施例的半导体发光器件的结构与实施例1基本相同,不同之处仅在于,本实施例中,衬底10的底面没有形成孔63,而是形成有多个凸起65,凸起65从衬底10的底面向该半导体发光器件的内部延伸,凸起65的高度至少为0.1μm。
本发明实施例通过在半导体发光器件的或衬底的底面形成多个凸起,从而在半导体发光器件形成光折射和/或散射单元,可以有效提高半导体发光器件的取光效率。
实施例6
如图6所示,本实施例的半导体发光器件的结构与实施例4基本相同,不同之处仅在于,本实施例中,除了电极层30的表面形成有多个凸起64,衬底10的底面也形成有多个凸起65。
容易知道,在其他的实施方式中,也可以在电极层表面形成凸起,衬底的底面形成孔;或者在电极层表面形成孔,衬底的底面形成凸起;或者在电极层表面和衬底的底面都形成孔。
本发明实施例通过在半导体发光器件的电极层表面和衬底的底面形成多个凸起,从而在半导体发光器件形成光折射和/或散射单元,可以有效提高半导体发光器件的取光效率。
实施例7
如图7a所示,本发明提供了一种半导体发光器件的制备方法,适用于制造上述实施例1-3所述的半导体发光器件,该方法包括:
步骤701:提供待加工的半导体发光器件。
该待加工的半导体发光器件包括衬底、设于衬底上的外延层和设于外延层上的电极层,外延层包括依次层叠在该衬底的顶面上的第一半导体层、活性层和第二半导体层;电极层上设有第一电极,第二半导体层或衬底的底面设有第二电极。
参见图7b,为了便于描绘,图7b中简化了半导体发光器件的具体结构,该具体结构可以参见图1-6。
步骤702:以多孔氧化铝模板为掩膜,对电极层的表面进行刻蚀,从而在电极层的表面形成多个孔,该多孔氧化铝模板通过阳极氧化法制造。
具体地,如图7b所示,该步骤包括:
A、在待加工的半导体发光器件7的表面(可以是电极层的表面,也可以是衬底的底面)形成一层铝膜71,该铝膜71的厚度为0.1μm-10μm。
B、通过阳极氧化法,将铝膜71氧化成多孔氧化铝模板72;具体地,多孔氧化铝模板上的小孔的直径为0.1μm-10μm。小孔的直径可以由阳极氧化的时间、溶液浓度、电流等控制,此为本领域技术人员熟知,在此省略详细描述。
C、在该多孔氧化铝模板72的掩盖下,对该待加工的半导体发光器件7的表面进行刻蚀,从而形成多个孔73。通过控制刻蚀参数,可以形成不同形状的孔73,孔的形状包括但不限于柱状、锥状、梯形台状和蒙古包状。
D、移除多孔氧化铝模板72,即可获得实施例1或2或3中的半导体发光器件。
进一步地,步骤C中,可以采用干法刻蚀、湿法刻蚀、或者干法刻蚀与湿法刻蚀相结合。
本发明实施例采用多孔氧化铝模板在半导体发光器件表面形成孔,可以提高产品的取光效率,且制备工艺简单,易于控制,适于大批量生产,进而降低了半导体发光器件的制造成本。
实施例8
如图8a所示,本发明提供了另一种半导体发光器件的制备方法,适用于制造上述实施例4-6所述的半导体发光器件。如图8a-8b所示,该方法包括:
步骤801:提供待加工的半导体发光器件8。
该待加工的半导体发光器件包括衬底、设于衬底上的外延层和设于外延层上的电极层,外延层包括依次层叠在该衬底的顶面上的第一半导体层、活性层和第二半导体层;电极层上设有第一电极,第二半导体层或衬底的底面设有第二电极。
参见图8b,为了便于描绘,图8b中简化了半导体发光器件的具体结构,该具体结构可以参见图1-6。
步骤802:在待加工的半导体发光器件8的表面(电极层的表面和/或所述衬底的底面)涂覆一层光刻胶层81(见图8b中的步骤B)。具体地,该光刻胶层的厚度为0.1μm-10μm。
步骤803:提供多孔氧化铝模板82,该多孔氧化铝模板通过阳极氧化法制造(见图8b中的步骤A)。
步骤804:以氧化铝模板82为压印模,在光刻胶层81上压出预定形状的光刻胶图形(见图8b中的步骤C)。
步骤805:移除该氧化铝模板82(见图8b中的步骤D)。
步骤806:以压印后的光刻胶层81为掩膜,对该待加工半导体发光器件8的表面进行刻蚀,从而在待加工的半导体发光器件8的表面形成多个凸起83(见图8b中的步骤E)。
该步骤806中,可以采用干法刻蚀、湿法刻蚀、或者干法刻蚀与湿法刻蚀相结合。
本发明实施例采用多孔氧化铝模板在半导体发光器件表面形成凸起,可以提高产品的取光效率,且制备工艺简单,易于控制,适于大批量生产,进而降低了半导体发光器件的制造成本。
容易知道,当待加工表面同时存在凸起和孔时,可以先加工一种形状,再加工另一种形状,即将实施例7和8组合。
需要说明的是,本发明实施例中的半导体发光器件包括但不限于LED、LD(Laser Diode,激光二极管)、SLD(Superluminescent Light Diode,超辐射发光二极管)等器件。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种半导体发光器件,所述半导体发光器件包括衬底、设于所述衬底上的外延层和设于所述外延层上的电极层,所述外延层包括依次层叠在所述衬底的顶面上的第一半导体层、活性层和第二半导体层;所述电极层上设有第一电极,所述第二半导体层或所述衬底的底面设有第二电极,其特征在于,
所述衬底的底面和所述电极层的表面中的至少一个形成有多个凸起和/或孔,所述凸起和所述孔均从所述底面或所述电极层的表面向所述半导体发光器件的内部延伸,所述凸起的高度至少为0.1μm,所述孔的深度至少为0.1μm。
2.根据权利要求1所述的半导体发光器件,其特征在于,所述凸起和所述孔从所述电极层表面延伸至所述外延层的与所述电极层相邻的表面,或者从所述电极层表面延伸至所述第二半导体层内部。
3.根据权利要求1所述的半导体发光器件,其特征在于,所述凸起和孔为以下形状中的一种或任意组合:柱状、锥状、梯形台状和蒙古包状。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的半导体发光器件的制备方法,其特征在于,所述方法包括:
提供待加工的半导体发光器件,所述待加工的半导体发光器件包括衬底、设于所述衬底上的外延层和设于所述外延层上的电极层,所述外延层包括依次层叠在所述衬底的顶面上的第一半导体层、活性层和第二半导体层;所述电极层上设有第一电极,所述第二半导体层或所述衬底的底面设有第二电极;
以多孔氧化铝模板为掩膜,对所述电极层的表面和/或所述衬底的底面进行刻蚀,从而在所述电极层或衬底的底面的表面形成多个孔,所述多孔氧化铝模板通过阳极氧化法制造。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述以多孔氧化铝模板为掩膜,对所述电极层或所述衬底的底面进行刻蚀,包括:
在所述电极层的表面或所述衬底的底面形成一层铝膜,所述铝膜的厚度为0.1μm-10μm,通过阳极氧化法,将铝膜氧化成多孔氧化铝模板。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述多孔氧化铝模板上的小孔的直径为0.1μm-10μm。
7.一种如权利要求1-3任一项所述的半导体发光器件的制备方法,其特征在于,所述方法包括:
提供待加工的半导体发光器件,所述待加工的半导体发光器件包括衬底、设于所述衬底上的外延层和设于所述外延层上的电极层,所述外延层包括依次层叠在所述衬底的顶面上的第一半导体层、活性层和第二半导体层;所述电极层上设有第一电极,所述第二半导体层或所述衬底的底面设有第二电极;
在所述电极层的表面和/或所述衬底的底面涂覆一层光刻胶层;
提供多孔氧化铝模板,所述多孔氧化铝模板通过阳极氧化法制造;
以氧化铝模板为压印模,在所述光刻胶层上压出预定形状的光刻胶图形;
移除所述氧化铝模板;
以压印后的光刻胶层为掩膜,对所述电极层或所述衬底的底面进行刻蚀,从而在所述电极层或衬底的底面的表面形成多个凸起。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,涂覆的所述光刻胶层的厚度为0.1μm-10μm。
9.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述多孔氧化铝模板上的小孔的直径为0.1μm-10μm。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120801 |