CN108831977B - 一种带光电隔离粗化层的发光二极管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种带光电隔离粗化层的发光二极管及其制备方法,在衬底上自下而上依次设置缓冲层、第一型半导体层、有源区、第二型半导体层、窗口层、欧姆接触层、晶格匹配层以及粗化层，所述晶格匹配层与粗化层内设置有凹槽，欧姆接触金属层设置于凹槽内且与欧姆接触层相连通，欧姆接触金属层上端设置有第二电极，所述衬底上设置有与第二电极导通的第一电极。通过设置晶格匹配层后生长粗化层，无需考虑采用何种掺杂，因此外延生长实现较为容易。在粗化层下方的欧姆接触层制备欧姆接触。电流可以通过欧姆接触层的金属进入有源区，光从粗化层出射。粗化层兼职为作为光电隔离层，可以有效的提高光提取效率。
Description
技术领域
本发明涉及光电领域，具体涉及一种带光电隔离粗化层的发光二极管及其制备方法。
背景技术
LED的发光效率是LED制备技术中不断被讨论的问题。提高发光发光二极管的方法很多，表面粗化是其中实现方式最简单、最有效的方法。其基本原理为，通过技术手段处理，将发光二极管表面处理成为有规则或者无规则的凹凸图形，当发光二极管有源区发出的光入射到粗化表面时，能够有效地将光提取出来，从而提高光提取效率，提高发光二极管的电光转换效率。
实现LED表面粗化的方法很多，比如直接利用半导体材料表面的化学腐蚀特性，利用化学药剂进行湿法腐蚀；利用掩膜图形，对半导体表面材料用ICP等蚀刻的方法，将掩膜图形转移到半导体表面；或者在发光二极管制备过程中，生长一层粗化层专门用于粗化。但是存在的问题为：第一，制备过程中生长的粗化层，既需要考虑该层的透过率、与半导体表面的欧姆接触，还需要考虑牢固度和易于粗化的程度；第二，不管是用化学方法湿腐蚀还是用干法蚀刻，都需要考虑最表层材料的性质。及时在外延设计中考虑了增加额外的粗化层，也因为欧姆接触的制备问题影响了粗化层材料的选择。
发明内容
本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种无需考虑采用何种掺杂，外延生长实现较为容易,有效的提高光提取效率的带光电隔离粗化层的发光二极管制备方法。
本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：
一种带光电隔离粗化层的发光二极管，在衬底上自下而上依次设置缓冲层、第一型半导体层、有源区、第二型半导体层、窗口层、欧姆接触层、晶格匹配层以及粗化层，所述晶格匹配层与粗化层内设置有凹槽，欧姆接触金属层设置于凹槽内且与欧姆接触层相连通，欧姆接触金属层上端设置有第二电极，所述衬底上设置有与第二电极导通的第一电极。
进一步的，上述第一电极设置于衬底下端。
进一步的，上述衬底上且位于第二电极一侧设置有第二凹槽，所述第二凹槽穿透晶格匹配层、欧姆接触层、窗口层、第二型半导体层以及有源区，第二凹槽外侧端的晶格匹配层上设置有欧姆接触金属层，所述欧姆接触金属层上设置有第一电极。
一种带光电隔离粗化层的发光二极管的制备方法，包括如下步骤：
a)采用MOCVD法生长发光二极管的外延片，在衬底上自下而上依次设置缓冲层、第一型半导体层、有源区、第二型半导体层、窗口层、欧姆接触层、晶格匹配层以及粗化层，其中当第一型半导体层采用P型半导体材料制造时，第二型半导体层采用N型半导体材料制造，当第一型半导体层采用N型半导体材料制造时，第二型半导体层采用P型半导体材料制造；
b)在粗化层上制备保护膜，利用光刻法或湿法腐蚀法去掉部分粗化层及晶格匹配层形成凹槽，所述凹槽深入到欧姆接触层；
c)在凹槽内暴露的欧姆接触层上利用金属蒸发法制备欧姆接触金属层，利用光刻法在欧姆接触金属层上光刻第二电极的图形；
d)对欧姆接触金属层进行合金；
e)制备欧姆接触金属保护层，欧姆接触金属保护层可以采用光刻胶材料制成或SiO2材料制成；
f)将欧姆接触金属层以外的粗化层的区域进行粗化处理；
g)在欧姆接触金属层上制备焊线金属层；
h)将衬底进行减薄处理，使衬底厚度达到100-300μm，衬底减薄后在衬底下端或外延片上端的第二电极一侧利用金属蒸镀法制备第一电极；
i)将衬底切割制成发光二极管。
优选的，步骤a)中晶格匹配层的厚度为1-10μm，粗化层的厚度为1-4μm。
优选的，步骤b)中保护膜可以为光刻胶材料制成或SiO2材料制成。
优选的，步骤c)中欧姆接触金属层采用Au与Be的混合金属或ITO材料或GeAu材料或NiAu材料制成。
优选的，步骤d)中欧姆接触金属层进行合金时的温度为200-500℃，时间为3-30min。
优选的，步骤f)中粗化处理采用ICP进行干法腐蚀或采用腐蚀液进行湿法腐蚀，腐蚀液采用H3PO4或HCl。
优选的，步骤g)中焊线金属层厚度为1-3μm，焊线金属采用Au材料或Al材料。
本发明的有益效果是：通过设置晶格匹配层后生长粗化层，无需考虑采用何种掺杂，因此外延生长实现较为容易。在粗化层下方的欧姆接触层制备欧姆接触。电流可以通过欧姆接触层的金属进入有源区，光从粗化层出射。粗化层兼职为作为光电隔离层，可以有效的提高光提取效率。
附图说明
图1为本发明的发光二极管的外延片结构示意图；
图2为本发明的制成的第一种发光二极管结构示意图；
图3为本发明的制成的发光二极管光电效率曲线图；
图4为本发明的制成的第二种发光二极管结构示意图；
图中，1.衬底 2.缓冲层 3.第一型半导体层 4.有源区 5.第二型半导体层 6.窗口层 7.欧姆接触层 8.晶格匹配层 9.粗化层 10.第一电极 11.欧姆接触金属层 12.第二电极 13.发光功率曲线Ⅰ 14.发光功率曲线Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图1至附图4对本发明做进一步说明。
一种带光电隔离粗化层的发光二极管，在衬底1上自下而上依次设置缓冲层2、第一型半导体层3、有源区4、第二型半导体层5、窗口层6、欧姆接触层7、晶格匹配层8以及粗化层9，晶格匹配层8与粗化层9内设置有凹槽，欧姆接触金属层11设置于凹槽内且与欧姆接触层7相连通，欧姆接触金属层11上端设置有第二电极12，衬底1上设置有与第二电极12导通的第一电极10。通过设置晶格匹配层8后生长粗化层9，无需考虑采用何种掺杂，因此外延生长实现较为容易。在粗化层9下方的欧姆接触层7制备欧姆接触。电流可以通过欧姆接触层7的金属进入有源区4，光从粗化层9出射。粗化层9兼职为作为光电隔离层，可以有效的提高光提取效率。
第一电极10具有两种设置方式，下面通过两种实施例分别说明。
实施例1：
第一电极10设置于衬底1下端。
实施例2：
上述衬底1上且位于第二电极12一侧设置有第二凹槽，第二凹槽穿透晶格匹配层8、欧姆接触层7、窗口层6、第二型半导体层5以及有源区4，第二凹槽外侧端的晶格匹配层8上设置有欧姆接触金属层11，欧姆接触金属层11上设置有第一电极10。
本发明还涉及一种带光电隔离粗化层的发光二极管的制备方法，包括如下步骤：a)采用MOCVD法生长发光二极管的外延片，在衬底1上自下而上依次设置缓冲层2、第一型半导体层3、有源区4、第二型半导体层5、窗口层6、欧姆接触层7、晶格匹配层8以及粗化层9，其中当第一型半导体层3采用P型半导体材料制造时，第二型半导体层5采用N型半导体材料制造，当第一型半导体层3采用N型半导体材料制造时，第二型半导体层5采用P型半导体材料制造。粗化层9的生长可以为P型材料、也可以为中性材料。也可以为N型材料，只需考虑粗化层9的粗化特性，通过晶格匹配层8实现欧姆接触层7与粗化层9的晶格匹配。
b)在粗化层9上制备保护膜，利用光刻法或湿法腐蚀法去掉部分粗化层9及晶格匹配层8形成凹槽，凹槽深入到欧姆接触层7。
c)在凹槽内暴露的欧姆接触层7上利用金属蒸发法制备欧姆接触金属层11，利用光刻法在欧姆接触金属层11上光刻第二电极12的图形
d)对欧姆接触金属层11进行合金，通过合金处理可以使欧姆接触金属层11与欧姆接触层7形成良好的接触。
e)制备欧姆接触金属保护层，欧姆接触金属保护层可以采用光刻胶材料制成或SiO2材料制成。
f)将欧姆接触金属层11以外的粗化层9的区域进行粗化处理。
g)在欧姆接触金属层11上制备焊线金属层。
h)将衬底1进行减薄处理，使衬底1厚度达到100-300μm，衬底1减薄后在衬底1下端或外延片上端的第二电极12一侧利用金属蒸镀法制备第一电极10。
i)将衬底1切割制成发光二极管。
通过上述制备，通过晶格匹配层8生长粗化层9，无需考虑采用何种掺杂，外延生长实现较为容易。通过部分区域的粗化层9腐蚀形成凹槽，因此在粗化层9下方的欧姆接触层7制备欧姆接触。电流可以通过欧姆接触层7金属进入有源区4，光从粗化层9出射。有效的提高光提取效率。
实施例3：
步骤a)中晶格匹配层8的厚度为1-10μm，粗化层9的厚度为1-4μm。
实施例4：
步骤b)中保护膜可以为光刻胶材料制成或SiO2材料制成。
实施例5：
步骤c)中欧姆接触金属层11采用Au与Be的混合金属或ITO材料或GeAu材料或NiAu材料制成。
实施例6：
步骤d)中欧姆接触金属层11进行合金时的温度为200-500℃，时间为3-30min。
实施例7：
步骤f)中粗化处理采用ICP进行干法腐蚀或采用腐蚀液进行湿法腐蚀，腐蚀液采用H3PO4或HCl。
实施例8：
步骤g)中焊线金属层厚度为1-3μm，焊线金属采用Au材料或Al材料。
Claims (7)
1.一种带光电隔离粗化层的发光二极管的制备方法，其特征在于，
包括如下步骤：
a)采用MOCVD法生长发光二极管的外延片，在衬底(1)上自下而上依次设置缓冲层(2)、第一型半导体层(3)、有源区(4)、第二型半导体层(5)、窗口层(6)、欧姆接触层(7)、晶格匹配层(8)以及粗化层(9)，其中当第一型半导体层(3)采用P型半导体材料制造时，第二型半导体层(5)采用N型半导体材料制造，当第一型半导体层(3)采用N型半导体材料制造时，第二型半导体层(5)采用P型半导体材料制造；
b)在粗化层(9)上制备保护膜，利用光刻法或湿法腐蚀法去掉部分粗化层(9)及部分晶格匹配层(8)形成凹槽，所述凹槽深入到欧姆接触层(7)；
c)在凹槽内暴露的欧姆接触层(7)上利用金属蒸发法制备欧姆接触金属层(11)，利用光刻法在欧姆接触金属层(11)上光刻第二电极(12)的图形；
d)对欧姆接触金属层(11)进行合金；
e)制备欧姆接触金属保护层，欧姆接触金属保护层可以采用光刻胶材料制成或SiO2材料制成；
f)将欧姆接触金属层(11)以外的粗化层(9)的区域进行粗化处理；
g)在欧姆接触金属层(11)上制备焊线金属层；
h)将衬底(1)进行减薄处理，使衬底(1)厚度达到100-300μm，衬底(1)减薄后在衬底(1)下端或外延片上端的第二电极(12)一侧利用金属蒸镀法制备第一电极(10)；
i)将衬底(1)切割制成发光二极管。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤a)中晶格匹配层(8)的厚度为1-10μm，粗化层(9)的厚度为1-4μm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤b)中保护膜可以为光刻胶材料制成或SiO2材料制成。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤c)中欧姆接触金属层(11)采用Au与Be的混合金属或ITO材料或GeAu材料或NiAu材料制成。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤d)中欧姆接触金属层(11)进行合金时的温度为200-500℃，时间为3-30min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤f)中粗化处理采用ICP进行干法腐蚀或采用腐蚀液进行湿法腐蚀，腐蚀液采用H3PO4或HCl。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤g)中焊线金属层厚度为1-3μm，焊线金属采用Au材料或Al材料。
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