CN110034216A - Iii-v族氮化物深紫外发光二极管结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种III族氮化物深紫外发光二极管结构及其制作方法。其中，所述的制作方法包括：在衬底上生长形成深紫外发光二极管的外延结构的步骤，所述外延结构包括依次在衬底上形成的n型接触层、有源区、电子阻挡层和p型接触层，以及，制作分别与n型接触层、p型接触层电连接的n型电极、p型电极的步骤；并且还包括在位于所述发光二极管结构n侧的出光面上加工形成所述取光增强的微纳结构的步骤，所述出光面为氮面。本发明提供的III‑V族氮化物深紫外发光二极管结构具有取光效率高、热阻低、结温低和稳定性好等优点，可大幅增强深紫外发光二极管的器件性能和寿命，且其制作工艺简单快捷，易于规模化实施。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管，特别涉及一种III-V族氮化物深紫外发光二极管结构及其制作方法，属于半导体光电技术领域。
背景技术
III-V族氮化物半导体被称为第三代半导体材料，具有禁带宽度大、化学稳定性好、抗辐照性强等优点；其禁带宽度涵盖从深紫外、整个可见光、到近红外范围，可用于制作半导体发光器件，如发光二极管、激光器和超辐射发光二极管等。基于III-V族氮化物半导体的深紫外发光二极管具有节能环保、制作简单、体积小、重量轻、寿命长等优点，在杀菌消毒、水体净化、紫外光固化、植物光照以及珠宝鉴定等方面具有广阔的市场应用前景。然而目前的深紫外发光二极管输出功率很低，仅为mW量级，比蓝色发光二极管小两个量级。目前的深紫外发光二极管的外量子效率很低，一般不到10％，其主要瓶颈在于目前深紫外发光二极管的取光效率很低，仅为10％左右，远小于蓝色发光二极管的外量子效率(>80％)。导致深紫外发光二极管取光效率低的主要原因有以下两个方面：
一方面，由于蓝宝石衬底基本不会吸收深紫外光，且蓝宝石衬底非常廉价，因而现有深紫外发光二极管与大多数蓝色发光二极管类似，主要是生长在蓝宝石衬底上，如CN103137822B、CN103943737B和CN105977353A所示。然而与蓝色发光二极管采用GaN缓冲层不同，深紫外发光二极管通常采用AlN作为缓冲层，由于AlN的禁带宽度(6.2eV)远大于GaN的禁带宽度(3.4eV)，现有用于蓝宝石衬底GaN基蓝色发光二极管剥离的激光器输出的激光(4.5eV)只能被GaN缓冲层吸收，而无法被AlN缓冲层高效吸收，因此无法用于蓝宝石衬底AlN基深紫外发光二极管的剥离。而且AlN外延材料比较脆，在受到冲击时容易破裂，因此很难制备与蓝宝石衬底GaN基蓝色发光二极管类似的薄膜发光二极管结构。另外，由于Al原子的迁移能力较弱，在蓝宝石图形衬底(Patterned Sapphire Substrate，PSS)上很难生长表面平整的高质量AlN材料，因此通常在蓝宝石平片衬底上外延生长AlN和深紫外发光二极管结构，所生长的外延层也为平面结构，光从蓝宝石衬底或氮化物外延层出射时，全反射角非常小，容易发生全反射，导致大部分光在多次内部反射过程中被内部材料吸收，因此深紫外发光二极管的取光效率很低，输出功率很小。
另一方面，对于III-V族氮化物半导体而言，InN、GaN材料及其合金InGaN材料所发出的光为TE偏振模式，光可以从发光二极管的表面出射。而对于AlN和高Al组分的AlGaN材料，由于价带结构的变化，其发出的光主要为TM偏振模式，大部分光无法从发光二极管的表面出射，只能从发光二极管的侧面出射。对于深紫外发光二极管，其有源区通常为AlGaN或AlInGaN材料，随着发光二极管的波长往短波方向移动，有源区中的Al组分增加，发光二极管中TM偏振的光比例增加，TE偏振的光比例减少，导致能从外延片表面出射的光比例减少。对于传统深紫外发光二极管，表面面积较大(300μm×300μm量级)，而侧壁面积很小(300μm×2μm量级)，发光二极管内部发出的光传输到侧壁时，大部分被有源区自身吸收，因此深紫外发光二极管的取光效率很低，输出功率很小。
此外，对于III-V族氮化物半导体，通常采用二茂镁(CP2Mg)作为p型掺杂剂，由于Mg受主在氮化物中的电离能较高(GaN:170meV,AlN:470meV)，通常不到10％的Mg受主发生电离，因此p型氮化物半导体中空穴浓度较低。同时由于p型层中的Mg受主掺杂浓度较高，且空穴有效质量较大，p型层中空穴的迁移率较低，导致p型层电阻较大，远大于n型层电阻，因此深紫外发光二极管的热源主要为p型层。传统氮化物深紫外发光二极管均采用正装封装方式，如CN 105047775A和CN106025007A所示，p型层中产生的热量需经过多量子阱有源区、n型层和约100μm厚的衬底，才能传导到热沉中，发光二极管的热流路径很长，且由于蓝宝石衬底热导率较低，导致深紫外发光二极管的热阻很大。而深紫外发光二极管的热功率较大，因此器件有源区的结温较高，严重影响了器件性能和寿命。目前虽然部分芯片封装也采用倒装结构，但芯片还是采用传统的同侧电极结构，这种封装方式需要在热沉上预先沉积图形化焊料，需保证焊接过程中N侧电极焊料和P侧电极焊料隔离，且需保证N侧电极和P侧电极的电学连接等等，这种封装方式非常容易产生漏电，从而引起器件失效等等，而且发光二极管散热需通过面积较小的焊料，仍然不如采用整面接触的倒装结构芯片，因此深紫外发光二极管的热阻较大。此外由于光从蓝宝石表面出射，出射界面离有源区非常远，导致深紫外发光二极管的取光效率很低，输出功率很小。
另外，相对于GaAs或InP基材料，(0001)镓面III-V族氮化物半导体材料的化学稳定性好，耐酸碱，不易腐蚀，需通过干法刻蚀形成III-V族氮化物深紫外发光二极管的n型台面，如CN105047775A和CN106025007A所示。干法刻蚀通常会引入表面态、损伤和缺陷，这些表面态、损伤和缺陷不仅会成为非辐射复合中心，影响深紫外发光二极管的效率；还会成为漏电通道，影响器件的可靠性和稳定性。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种III-V族氮化物深紫外发光二极管结构及其制作方法，以克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种III-V族氮化物深紫外发光二极管结构，包括依次设置的n型接触层、有源区、电子阻挡层和p型接触层，所述n型接触层、p型接触层分别与n型电极、p型电极电连
接，其中，位于所述发光二极管结构n侧的出光面为氮面，且所述氮面上形成有取光增强的微纳结构。
进一步地，所述n型接触层与有源区相背对的一侧表面为所述的氮面。
进一步地，所述取光增强的微纳结构包含锯齿形微结构、三角形微结构、纳米柱微结构、梯形微结构、倒梯形微结构、蒙古包形微结构、微纳多孔微结构中的任意一种或两种以上的组合等，但不限于此。
进一步地，所述n型接触层、p型接触层分别与n型电极、p型电极形成欧姆接触。
进一步地，所述p型电极包括p型接触电极或透明导电膜，所述p型电极与p型接触层形成欧姆接触。
更进一步地，所述p型接触电极整面沉积在p型接触层上。
更进一步地，所述透明导电膜上还覆设有高反膜。
进一步地，所述发光二极管结构的p侧与支撑片键合。
进一步地，所述发光二极管结构内还形成有穿孔结构，所述穿孔结构自所述发光二极管结构的p侧延伸至n型接触层，所述n型电极设置于所述穿孔结构内并与n型接触层形成欧姆接触。
本发明实施例还提供了一种III-V族氮化物深紫外发光二极管结构的制作方法，包括：
在衬底上生长形成发光二极管的外延结构的步骤，所述外延结构包括依次在衬底上形成的n型接触层、有源区、电子阻挡层和p型接触层，以及
制作分别与n型接触层、p型接触层电连接的n型电极、p型电极的步骤；
其特征在于还包括：
在位于所述发光二极管结构n侧的出光面上加工形成所述取光增强的微纳结构的步骤，所述出光面为氮面。
进一步地，所述衬底选自Si衬底或SiC衬底。
进一步地，所述p型电极包括p型接触电极或透明导电膜，所述p型电极与p型接触层形成欧姆接触。
更进一步地，所述p型接触电极整面沉积在p型接触层上，并且所述p型接触电极采用高反射率的金属电极。
更进一步地，所述透明导电膜上还覆设有高反膜。
进一步地，述取光增强的微纳结构包含锯齿形微结构、三角形微结构、纳米柱微结构、梯形微结构、倒梯形微结构、蒙古包形微结构、微纳多孔微结构中的任意一种或两种以上的组合。
进一步地，所述的制作方法还包括：
至少在所述的外延结构内制作穿孔结构，所述穿孔结构自所述发光二极管结构的p侧延伸至n型接触层，
以及，在所述穿孔结构内制作n型电极，并使n型电极与n型接触层形成欧姆接触。
进一步地，所述的制作方法还包括：将所述发光二极管结构的p侧与支撑片键合。
较之现有技术，本发明提供的III-V族氮化物深紫外发光二极管结构具有取光效率高、热阻低、结温低和稳定性好等优点，可大幅增强深紫外发光二极管的器件性能和寿命，且其制作工艺简单快捷，易于规模化实施。
附图说明
图1所示为本发明实施方案一中氮化物半导体深紫外发光二极管结构示意图。
图2所示为本发明实施方案一中形成p型欧姆接触后深紫外发光二极管结构示意图。
图3所示为本发明实施方案一中在p型欧姆接触侧刻蚀出n型欧姆接触孔后深紫外发光二极管结构示意图。
图4所示为本发明实施方案一中露出孔内部的n型接触层后深紫外发光二极管结构示意图。
图5所示为本发明实施方案一中制作完n型欧姆接触后深紫外发光二极管结构示意图。
图6所示为本发明实施方案一中去除Si衬底或SiC衬底和缓冲层后深紫外发光二极管结构示意图。
图7a-图7h所示分别为本发明实施方案一中在氮面n型欧姆接触层上制备各种取光增强的微纳结构后深紫外发光二极管结构示意图。
图8所示为本发明实施方案一中腐蚀或刻蚀到p型欧姆接触电极后深紫外发光二极管结构示意图。
图9所示为本发明实施方案一中在支撑片背面沉积金属电极后深紫外发光二极管结构示意图。
图10所示为本发明实施方案二中氮化物半导体深紫外发光二极管结构示意图。
图11所示为本发明实施方案二中形成p型欧姆接触后深紫外发光二极管结构示意图。
图12所示为本发明实施方案二中去除Si衬底或SiC衬底和缓冲层后深紫外发光二极管结构示意图。
图13a-图13f所示分别为本发明实施方案二中在氮面n型欧姆接触层上制备各种取光增强的微纳结构后深紫外发光二极管结构示意图。
图14所示为本发明实施方案二中制作完n型欧姆接触后深紫外发光二极管结构示意图。
图15所示为本发明实施方案二中腐蚀或刻蚀到p型欧姆接触电极后深紫外发光二极管结构示意图。
图16所示为本发明实施方案二中在支撑片背面沉积金属电极后深紫外发光二极管结构示意图。
附图标记说明：101为衬底，102为n型接触层，103为有源区，104为电子阻挡层，105为p型接触层，106为p型欧姆接触电极或者透明导电膜与高反膜的组合，107为绝缘介质膜，108为n型欧姆接触电极，109为焊料，110为支撑片，111为支撑片接触电极，201为衬底，202为n型接触层，203为有源区，204为电子阻挡层，205为p型接触层，206为p型欧姆接触电极或透明导电膜与高反膜的组合，207为焊料，208为支撑片，209为n型欧姆接触电极，210为支撑片接触电极。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步地解释说明。但是，应当理解，在本发明范围内，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
本发明实施例的一个方面提供的一种III-V族氮化物深紫外发光二极管结构包括依次设置的n型接触层、有源区、电子阻挡层和p型接触层，所述n型接触层、p型接触层分别与n型电极、p型电
极电连接，其中，位于所述发光二极管结构n侧的出光面为氮面，且所述氮面上形成有取光增强的微纳结构。
进一步地，所述n型接触层与有源区相背对的一侧表面为所述的氮面。
进一步地，所述取光增强的微纳结构包含锯齿形微结构、三角形微结构、纳米柱微结构、梯形微结构、倒梯形微结构、蒙古包形微结构、微纳多孔微结构等中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
进一步地，所述n型接触层、p型接触层分别与n型电极、p型电极形成欧姆接触。
进一步地，所述p型电极包括p型接触电极或透明导电膜，所述p型电极与p型接触层形成欧姆接触。
更进一步地，所述p型接触电极整面沉积在p型接触层上，并且所述p型接触电极采用高反射率的金属电极。
所述金属电极的材质包括Ni、Al、Ag、Pd、Pt、Au、TiN、Rh等材料中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
更进一步地，所述透明导电膜上还覆设有高反膜。
更进一步地，所述透明导电膜整面覆设在p型接触层上。
更进一步地，所述透明导电膜的材质包括AZO、IGZO、ITO、ZnO和MgO等材料中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
更进一步地，所述高反膜的材质包括Ag、Al、ZnO、MgO、SiO2、SiNx、TiO2、ZrO2、AlN、Al2O3、Ta2O5、HfO2、HfSiO4、AlON等材料中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
进一步地，所述发光二极管结构的p侧与支撑片键合。
更进一步地，所述支撑片包括硅衬底、铜支撑片、钼铜支撑片、钼支撑片、陶瓷基板、氮化铝、金刚石等中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
更进一步地，括金属键合或非金属键合。其中，所述金属键合采用的材料包括AuSn、NiSn、AuAu、NiGe中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
其中，所述非金属键合包括有机物键合和/或氧化物键合，且不限于此。
进一步地，所述发光二极管结构内还形成有穿孔结构，所述穿孔结构自所述发光二极管结构的p侧延伸至n型接触层，所述n型电极设置于所述穿孔结构内并与n型接触层形成欧姆接触。
更进一步地，所述n型电极与有源区、电子阻挡层、p型接触层及p型电极之间还分布有绝缘介质。
更进一步地，所述绝缘介质包括SiO2、SiNx、SiON、Al2O3、AlON、SiAlON、TiO2、Ta2O5和ZrO2等材料中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
本发明前述实施例提出的III-V族氮化物深紫外发光二极管结构具有取光效率高的特点，可以大幅提升深紫外发光二极管的输出功率。具体而言，本发明将基于SiC衬底或大尺寸、低成本Si衬底外延生长的深紫外发光二极管外延薄膜材料倒装键合在支撑片上，然后将Si衬底或SiC衬底和缓冲层去除，最后在氮化物材料的氮面制作取光增强的微纳结构，从而提高深紫外光的提取效率。本发明还提出通过穿孔结构(Via结构)，制作n型欧姆接触电极，避免了在氮面n型接触层上制作n型电极引起的光吸收和光散射，以进一步提高深紫外发光二极管的取光效率。此外，采用Si衬底或SiC衬底生长深紫外发光二极管结构，可以通过调控AlN/AlGaN应力控制层，调控深紫外发光二极管中的应力；制作取光增强的微纳结构，亦可以调控应力。通过调控深紫外发光二极管中的应力，可以改变量子阱能带，从而增强深紫外发光二极管中TE模式光的比例，大幅提升器件的取光效率，提升深紫外发光二极管的输出功率。
本发明前述实施例提出的III-V族氮化物深紫外发光二极管结构热阻小，可以大幅降低器件工作时的结温，提升深紫外发光二极管的性能和可靠性。进一步地讲，本发明将采用Si衬底或SiC衬底制备深紫外发光二极管结构，然后通过键合技术，将深紫外发光二极管倒装键合到热沉上，电阻较大的p型层整面与热沉直接连接，有源区和p型层中产生的热量将直接传导到热沉中，无需通过n型接触层和约100μm厚低热导率的衬底，因此本发明提出的深紫外发光二极管热阻很小。
本发明前述实施例提出的III-V族氮化物深紫外发光二极管结构具有刻蚀损伤小和稳定性好等优点，可以大幅提升深紫外发光二极管的可靠性。例如，本发明将采用湿法腐蚀制备取光增强的微纳结构以及隔离深紫外发光二极管的外延层，避免了干法刻蚀对器件的影响，从而提升了深紫外发光二极管的稳定性和可靠性。
总之，本发明提出的III-V族氮化物深紫外发光二极管结构具有取光效率高、热阻小、结温低和稳定性好等优点，可大幅增强深紫外发光二极管的输出功率和寿命。
本发明实施例的另一个方面提供的一种III-V族氮化物深紫外发光二极管结构的制作方法包括：在衬底上生长形成发光二极管的外延结构的步骤，所述外延结构包括依次在衬底上形成的n型接触层、有源区、电子阻挡层和p型接触层，以及
制作分别与n型接触层、p型接触层电连接的n型电极、p型电极的步骤；
其特征在于还包括：
在位于所述发光二极管结构n侧的出光面上加工形成所述取光增强的微纳结构的步骤，所述出光面为氮面。
进一步地，所述衬底选自Si衬底或SiC衬底。不同于蓝宝石衬底的是，Si衬底和SiC衬底会吸收深紫外光，衬底如果不剥离会严重影响深紫外发光二极管的输出功率，且SiC衬底的价格非常昂贵，因此在现有的深紫外发光二极管结构的制程中，一般不会考虑采用此类衬底。但本案发明人经长期研究及大量实验后意外发现，若在本发明的制作工艺中采用Si衬底或SiC衬底，一方面能够在此类衬底上形成高质量的外延层，提升深紫外发光二极管的取光效率及输出功率，另一方面此类衬底也易于外延层剥离的，可通过湿法腐蚀去除，进而使得薄膜深紫外发光二极管结构得以实现。又及，如前文所述，采用此类衬底生长深紫外发光二极管结构，可以通过调控AlN/AlGaN应力控制层，调控深紫外发光二极管中的应力，进而可以改变量子阱能带，从而增强深紫外发光二极管中TE模式光的比例，大幅提升器件的取光效率，提升深紫外发光二极管的输出功率。
进一步地，所述p型电极包括p型接触电极或透明导电膜，所述p型电极与p型接触层形成欧姆接触。
进一步地，所述p型接触电极整面沉积在p型接触层上。更进一步地，所述p型接触电极通过焊料与热沉整面连接。而对于现有的蓝宝石衬底深紫外发光二极管而言，由于难以剥离蓝宝石衬底，因此大多数芯片采用倒装封装，但芯片还是采用传统的同侧电极结构，焊接过程中N侧电极焊料和P侧电极焊料需要隔离，且需保证N侧电极和P侧电极的电学连接等等，因此P侧电极和N侧电极均只是与焊料小面积接触，这种封装方式非常容易产生漏电，引起器件失效，更重要的是，由于接触面积较小，蓝宝石深紫外发光二极管的散热面积较小，热阻较大。与现有蓝宝石衬底深紫外发光二极管不同，本发明提出的深紫外发光二极管结构采用电极与热沉整面接触，散热面积非常大，器件热阻很低，可以大幅提升器件的性能，提升深紫外发光二极管的输出功率。
更进一步地，所述p型接触电极采用高反射率的金属电极。
更进一步地，所述金属电极的材质包括Ni、Al、Ag、Pd、Pt、Au、TiN、Rh等材料中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
进一步地，所述透明导电膜上还覆设有高反膜。
进一步地，所述透明导电膜整面覆设在p型接触层上。
更进一步地，所述透明导电膜的材质包括AZO、IGZO、ITO、ZnO和MgO中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
更进一步地，所述高反膜的材质包括Ag、Al、ZnO、MgO、SiO2、SiNx、TiO2、ZrO2、AlN、Al2O3、Ta2O5、HfO2、HfSiO4、AlON中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
进一步地，所述的制作方法还包括：至少采用干法刻蚀、湿法腐蚀、电化学腐蚀、或光辅助的电化学腐蚀中任意一种方式在所述的氮面上加工形成所述取光增强的微纳结构，所述的氮面为所述n型接触层与有源区相背对的一侧表面。作为对比，现有蓝宝石衬底深紫外发光二极管，由于衬底难以剥离，均采用倒装封装，光从约100μm厚的蓝宝石衬底出射，蓝宝石衬底很硬，不易加工，即使采用干法刻蚀加工制作粗化等等，由于蓝宝石衬底较厚，粗化的图形离发光有源区非常远，对光的散射效果较差，不能有效地提升深紫外发光二极管的取光效率。与现有蓝宝石衬底深紫外发光二极管不同，本发明提出的深紫外发光二极管结构衬底非常容易剥离，衬底去除后，即为氮化物材料的氮面，氮面材料非常容易加工，可通过上述方法制作取光增强的微纳结构，取光增强的微纳结构离量子阱有源区非常近，仅1-2μm，因此这种取光增强的微纳结构可以大幅提升器件的取光效率，提升深紫外发光二极管的输出功率。
进一步地，所述取光增强的微纳结构包含锯齿形微结构、三角形微结构、纳米柱微结构、梯形微结构、倒梯形微结构、蒙古包形微结构、微纳多孔微结构等中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
进一步地，所述的制作方法还可包括：至少采用湿法腐蚀方式实现所述二极管结构的外延结构的隔离。通常外延生长出来的表面为(0001)镓面，镓面有很强的化学稳定性，无法通过湿法腐蚀进行二极管外延结构的隔离，只能通过干法刻蚀来隔离，干法刻蚀通常会引入表面态、损伤和缺陷，这些表面态、损伤和缺陷不仅会成为非辐射复合中心，影响深紫外发光二极管的效率；还会成为漏电通道，影响器件的可靠性和稳定性。作为对比，蓝宝石衬底的深紫外发光二极管不能进行衬底剥离，因此无法从氮面进行湿法腐蚀来隔离外延层或者制备取光增强的微纳结构。与现有蓝宝石衬底深紫外发光二极管不同，本发明提出的深紫外发光二极管结构衬底非常容易剥离，衬底去除后，即为氮化物材料的氮面，氮面材料化学稳定性好，非常容易加工，可通过上述方法进行外延层隔离或制作取光增强的微纳结构。
更进一步地，所述湿法腐蚀采用的腐蚀试剂包括碱性或酸性溶液。
其中所述碱性溶液包括但不限于KOH、NaOH、TMAH或(NH4)2S等中的任意一种或两种以上的组合。
其中，所述酸性溶液包括但不限于H3PO4、HF或HNO3等中的任意一种或两种以上的组合。
进一步地，所述的制作方法还可包括：
至少在所述的外延结构内制作穿孔结构，所述穿孔结构自所述发光二极管结构的p侧延伸至n型接触层，
以及，在所述穿孔结构内制作n型电极，并使n型电极与n型接触层形成欧姆接触。
更进一步地，所述n型电极与有源区、电子阻挡层、p型接触层及p型电极之间还分布有绝缘介质。
进一步地，所述的制作方法还包括：将所述发光二极管结构的p侧与支撑片键合。
更进一步地，所述支撑片包括硅衬底、铜支撑片、钼铜支撑片、钼支撑片、陶瓷基板、氮化铝、金刚石等材料中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
进一步地，所述的键合包括金属键合或非金属键合。
更进一步地，所述金属键合采用的材料包括AuSn、NiSn、AuAu、NiGe等材料中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
更进一步地，所述非金属键合包括有机物键合和/或氧化物键合，且不限于此。
进一步地，所述的制作方法还可包括：至少采用减薄、研磨、干法刻蚀或湿法腐蚀中的任一种方法去除所述衬底或所述衬底及形成于衬底上的缓冲层。
更进一步地，所述的制作方法还可包括将支撑片减薄的步骤。
更进一步地，所述的制作方法还可包括在支撑片的与所述外延结构相背对的一侧表面沉积金属电极的步骤。
在本发明实施例的一个较为具体的实施方案中，一种III-V族氮化物深紫外发光二极管结构的制作方法包括如下步骤：
在Si衬底或SiC衬底上生长氮化物深紫外发光二极管结构，具体包括n型接触层、有源区、电子阻挡层和p型接触层，如图1所示。
清洗外延片，在p型接触层上整面沉积p型欧姆接触金属，或透明导电膜与高反膜的组合，并进行欧姆接触退火，以形成较好的欧姆接触，如图2所示。
在p型欧姆接触上金属进行光刻，通过刻蚀工艺形成穿孔结构(Via结构)，孔的深度达到n型接触层，用于形成n型欧姆接触，如图3所示。
在外延片表面沉积绝缘介质膜，然后通过光刻和刻蚀工艺，暴露出孔底部的n型欧姆接触层，如图4所示。
在外延片表面沉积n型欧姆接触金属，以形成n型欧姆接触，如图5所示。
将外延片倒装键合在支撑片上，深紫外发光二极管的p面朝下与支撑片键合。
采用减薄、研磨、干法刻蚀或湿法腐蚀等方法去除Si衬底或SiC衬底和缓冲层，如图6所示。
在氮面n型欧姆接触层上，采用干法刻蚀、湿法腐蚀、电化学腐蚀、或光辅助的电化学腐蚀技术中任意一种或两种以上的组合，制备取光增强的微纳结构，取光增强的微纳结构可以为锯齿形、三角形、纳米柱结构、梯形、倒梯形、蒙古包结构、微纳多孔结构等等，如图7a、图7b、图7c、图7d、图7e、图7f、图7g、图7h所示。具体而言，其中图7a中取光增强的微纳结构为纳米柱，图7b中取光增强的微纳结构为锯齿形，图7c中取光增强的微纳结构为正梯形，图7d中取光增强的微纳结构为倒梯形，图7e中取光增强的微纳结构为正梯形，其中正梯形的图形尺寸较大，部分n型接触层剩余厚度较薄或已经腐蚀完，图7f中取光增强的微纳结构为倒梯形，其中n型接触层剩余厚度较薄或已经腐蚀完，图7g中取光增强的微纳结构为蒙古包结构，图7h中取光增强的微纳结构为微纳多孔结构。
在n型接触层上光刻，形成单个芯片的图形，然后采用湿法腐蚀或干法刻蚀，腐蚀或刻蚀到p型欧姆接触电极，如图8所示。
减薄支撑片，在支撑片的背面沉积金属电极，如图9所示。
进行管芯切割，形成单个的深紫外发光二极管管芯。
在本发明实施例的一个较为具体的实施方案中，另一种III-V族氮化物深紫外发光二极管结构的制作方法可以包括如下步骤：
在Si衬底或SiC衬底上生长氮化物深紫外发光二极管结构，具体包括n型接触层、有源区、电子阻挡层和p型接触层，如图10所示。
清洗外延片，在p型接触层上整面沉积p型欧姆接触金属，或透明导电膜与高反膜的组合，并进行欧姆接触退火，以形成较好的欧姆接触，如图11所示。
将外延片倒装键合在支撑片上，深紫外发光二极管的p面朝下与支撑片键合。
采用减薄、研磨、干法刻蚀或湿法腐蚀等方法去除Si衬底或SiC衬底和缓冲层，如图12所示。
在氮面n型欧姆接触层上，采用干法刻蚀、湿法腐蚀、电化学腐蚀、或光辅助的电化学腐蚀技术中任意一种或两种以上的组合，制备取光增强的微纳结构，取光增强的微纳结构可以为锯齿形、三角形、纳米柱结构、梯形、倒梯形、蒙古包结构、微纳多孔结构等等，如图13a、图13b、图13c、图13d、图13e、图13f所示。具体地讲，其中图13a中取光增强的微纳结构为纳米柱，图13b中取光增强的微纳结构为锯齿形，图13c中取光增强的微纳结构为正梯形，图13d中取光增强的微纳结构为倒梯形，图13e中取光增强的微纳结构为蒙古包结构，图13f中取光增强的微纳结构为微纳多孔结构。
在外延片表面部分区域沉积n型欧姆接触金属，以形成n型欧姆接触，如图14所示。
在n型接触层上光刻，形成单个芯片的图形，然后采用湿法腐蚀或干法刻蚀，腐蚀或刻蚀到p型欧姆接触电极，然后减薄支撑片，如图14所示；或减薄支撑片，在支撑片的背面沉积金属电极，如图15所示。
进行管芯切割，形成单个的深紫外发光二极管管芯。
本发明的上述实施例所述及的制作工艺中，通过采用SiC衬底或大尺寸、低成本的Si衬底外延生长制备深紫外发光二极管结构，然后通过键合技术，将深紫外发光二极管倒装键合到高热导率的热沉上，然后通过减薄、研磨、干法刻蚀或湿法腐蚀等工艺去除Si衬底或SiC衬底，在氮化物材料的氮面制作特殊的取光增强微纳结构，以提高深紫外发光二极管的取光效率。
本发明的上述实施例所述及的制作工艺中，通过采用Si衬底或SiC衬底生长深紫外发光二极管结构，还可以通过调控AlN/AlGaN应力控制层，建立压应力，改变量子阱的价带结构，在保证相同发光波长的前提下，增强深紫外发光二极管中TE模式光的比例，从而提升器件的取光效率。本发明的上述实施例所述及的制作工艺中，通过在氮化物材料的氮面制作特殊的取光增强微纳结构亦可以调控深紫外发光二极管中的应力，从而增加深紫外发光二极管中TE模式光的比例，提升器件的取光效率。
本发明的上述实施例所述及的制作工艺中，深紫外发光二极管中p型欧姆接触为整面接触，欧姆接触金属通过焊料与热沉整面连接，可以将电阻较大的p型层中产生的热量直接传导到高热导率的热沉中，从而大幅减小深紫外发光二极管的热阻，降低器件结温，提升器件可靠性。
本发明的上述实施例所述及的制作工艺中，本发明将采用湿法腐蚀等技术制备取光增强的微纳结构和隔离深紫外发光二极管的外延层，以减小器件的刻蚀损伤，提升器件的可靠性和稳定性。
以下结合若干实施例对本发明的技术方案作更为详细地说明：
实施例1本实施例涉及一种Si衬底320nm(发光波长)紫外发光二极管的制作工艺，其包括如下步骤：
S1：在Si衬底上生长氮化物深紫外发光二极管结构，具体包括1000nm n-Al0.3Ga0.7N接触层、6对Al0.15Ga0.85N/Al0.25Ga0.75N多量子阱，其中每层Al0.15Ga0.85N量子阱2nm，每层Al0.25Ga0.75N量子垒10nm，20nm的p-Al0.4Ga0.6N电子阻挡层，100nm p-Al0.3Ga0.7N接触层。此时器件的结构可以参阅图1所示。
S2：采用丙酮、酒精、盐酸和去离子水等清洗外延片，在p-AlGaN接触层上依次沉积200nm的AZO和8对光学厚度均为1/4波长的SiO2/TiO2，并利用快速退火炉在压缩空气气氛中500℃退火3分钟，以形成较好的欧姆接触。此时器件的结构可以参阅图2所示。
S3：在SiO2/TiO2高反膜上进行光刻，通过刻蚀工艺形成穿孔结构(Via结构)，孔的深度达到n型AlGaN接触层，用于形成n型欧姆接触。此时器件的结构可以参阅图3所示。
S4：在外延片表面沉积200nm的SiO2绝缘介质膜，然后通过光刻和刻蚀工艺，暴露出孔底部的n型AlGaN欧姆接触层。此时器件的结构可以参阅图4所示。
S5：在外延片表面沉积50nm Cr/300nm Au，形成n型欧姆接触。此时器件的结构可以参阅图5所示。
S6：将深紫外发光二极管的p面朝下，与Si支撑片倒装键合在一起。
S7：采用减薄、研磨、干法刻蚀或湿法腐蚀等方法去除Si衬底和缓冲层，留下n型接触层。此时器件的结构可以参阅图6所示。
S8：在氮面n型AlGaN接触层上，采用热磷酸H3PO4溶液制备取光增强的微纳结构，取光增强的微纳结构可以为锯齿形、三角形、纳米柱结构、梯形、倒梯形、蒙古包结构等等，如图7a、7b、7c、7d、7e、7f、7g所示；也可以采用草酸溶液，进行电化学腐蚀，制备取光增强的微纳多孔结构，如图7h所示。
S9：在n型AlGaN接触层上光刻，形成单个芯片的图形，然后采用热磷酸进行湿法腐蚀，腐蚀到p型欧姆接触电极，然后减薄支撑片，如图8所示；或减薄支撑片，在支撑片的背面沉积金属电极30nmGe/100nmAu，如图9所示。
S10：进行管芯切割，形成单个深紫外发光二极管管芯。
实施例2本实施例涉及一种SiC衬底280nm(发光波长)紫外发光二极管的制作方法，包括如下步骤：
S1：在SiC衬底上生长氮化物深紫外发光二极管结构，具体包括2000nm n-Al0.65Ga0.35N接触层、8对Al0.45Ga0.55N/Al0.65Ga0.35N多量子阱，其中每层Al0.45Ga0.55N量子阱2.5nm，每层Al0.65Ga0.35N量子垒8nm，20nm的p-Al0.9Ga0.1N电子阻挡层，70nm p-Al0.45Ga0.55N接触层。此时器件的结构可以参阅图1所示。
S2：采用丙酮、酒精、盐酸和去离子水等清洗外延片，在p-AlGaN接触层上依次沉积3nm的Ni和200nm的Rh，并利用快速退火炉在压缩空气气氛中550℃退火10分钟，以形成较好的欧姆接触。此时器件的结构可以参阅图2所示。
S3：在p型欧姆接触上进行光刻，通过刻蚀工艺形成穿孔结构(Via结构)，孔的深度为600nm，达到n型AlGaN接触层，用于形成n型欧姆接触。此时器件的结构可以参阅图3所示。
S4：在外延片表面沉积150nm的SiNx绝缘介质膜，然后通过光刻和刻蚀工艺，暴露出孔底部的n型AlGaN欧姆接触层。此时器件的结构可以参阅图4所示。
S5：在外延片表面沉积50nmTi/60nm Pt/100nm Au，形成n型欧姆接触。此时器件的结构可以参阅图5所示。
S6：将深紫外发光二极管的p面朝下，与钼铜支撑片倒装键合在一起。
S7：采用减薄、研磨、干法刻蚀或湿法腐蚀等方法去除SiC衬底和缓冲层，留下n型接触层。此时器件的结构可以参阅图6所示。
S8：在氮面n型AlGaN接触层上，采用70℃的(NH4)2S溶液制备取光增强的微纳结构，取光增强的微纳结构可以为锯齿形、三角形、纳米柱结构、梯形、倒梯形、蒙古包结构等等，如图7a、7b、7c、7d、7e、7f、7g所示；也可以采用草酸溶液，进行电化学腐蚀，制备取光增强的微纳多孔结构，如图7h所示。
S9：在n型AlGaN接触层上光刻，形成单个芯片的图形，然后采用85℃的KOH溶液进行湿法腐蚀，腐蚀到p型欧姆接触电极，然后减薄支撑片，如图8所示；或减薄支撑片，在支撑片的背面沉积金属电极50nm Ti/100nmAu。此时器件的结构可以参阅图9所示。
S10：进行管芯切割，形成单个深紫外发光二极管管芯。
实施例3本实施例涉及一种SiC衬底222nm(发光波长)紫外发光二极管的制作方法，包括如下步骤：
S1：在SiC衬底上生长氮化物深紫外发光二极管结构，具体包括1200nm n-Al0.9Ga0.1N接触层、8对Al0.83Ga0.17N/Al0.9Ga0.1N多量子阱，其中每层Al0.83Ga0.17N量子阱1.5nm，每层Al0.9Ga0.1N量子垒7nm，20nm的p-Al0.98Ga0.02N电子阻挡层，50nmp-Al0.89Ga0.11N接触层。此时器件的结构可以参阅图10所示。
S2：采用丙酮、酒精、盐酸和去离子水等清洗外延片，在p-AlGaN接触层上依次沉积100nm的Al，并利用快速退火炉在氮气气氛中600℃退火6分钟，以形成较好的欧姆接触。此时器件的结构可以参阅图11所示。
S3：将深紫外发光二极管的p面朝下，与铜支撑片倒装键合在一起。
S4：采用减薄、研磨、干法刻蚀或湿法腐蚀等方法去除SiC衬底和缓冲层，留下n型接触层。此时器件的结构可以参阅图12所示。
S5：在氮面n型AlGaN欧姆接触层上，采用ICP刻蚀技术和TMAH湿法腐蚀技术，制备取光增强的微纳结构，取光增强的微纳结构可以为锯齿形、三角形、纳米柱结构、梯形、倒梯形、蒙古包结构等等，如图13a、13b、13c、13d、13e所示；也可以采用草酸溶液，进行电化学腐蚀，制备取光增强的微纳多孔结构，如图13f所示。
S6：在外延片表面沉积20nmTi/40nm Pt/300nm Au，形成n型欧姆接触。此时器件的结构可以参阅图14所示。
S7：在n型AlGaN接触层上光刻，形成单个芯片的图形，然后采用85℃的TMAH溶液进行湿法腐蚀，腐蚀到p型欧姆接触电极，然后减薄支撑片。此时器件的结构可以参阅图15所示；或减薄支撑片，在支撑片的背面沉积金属电极。此时器件的结构可以参阅图16所示。
S8：进行管芯切割，形成单个的深紫外发光二极管管芯。
此外，本案发明人还以本说明书中述及的其它材料及工艺条件等替代前述实施例1-3中的相应材料及工艺条件制取了深紫外发光二极管，并对其性能进行了测试，并发现本发明实施例所获的这些深紫外发光二极管均具有取光效率高、热阻低、结温低，稳定性好等优点，器件性能和寿命也具有显著改善。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种III-V族氮化物深紫外发光二极管结构，包括依次设置的n型接触层、有源区、电子阻挡层和p型接触层，所述n型接触层、p型接触层分别与n型电极、p型电极电连接，其特征在于：位于所述发光二极管结构n侧的出光面为氮面，且所述氮面上形成有取光增强的微纳结构。
2.根据权利要求1所述的III-V族氮化物深紫外发光二极管结构，其特征在于：所述n型接触层与有源区相背对的一侧表面为所述的氮面；和/或，所述取光增强的微纳结构包含锯齿形微结构、三角形微结构、纳米柱微结构、梯形微结构、倒梯形微结构、蒙古包形微结构、微纳多孔微结构中的任意一种或两种以上的组合。
3.根据权利要求1所述的III-V族氮化物深紫外发光二极管结构，其特征在于：所述n型接触层、p型接触层分别与n型电极、p型电极形成欧姆接触；优选的，所述p型电极包括p型接触电极或透明导电膜，所述p型电极与p型接触层形成欧姆接触；更优选的，所述p型接触电极整面沉积在p型接触层上，并且所述p型接触电极采用高反射率的金属电极；或者，所述透明导电膜上还覆设有高反膜；更优选的，所述透明导电膜整面覆设在p型接触层上；更优选的，所述金属电极的材质包括Ni、Al、Ag、Pd、Pt、Au、TiN、Rh中的任意一种或两种以上的组合；更优选的，所述透明导电膜的材质包括AZO、IGZO、ITO、ZnO和MgO中的任意一种或两种以上的组合；更优选的，所述高反膜的材质包括Ag、Al、ZnO、MgO、SiO2、SiNx、TiO2、ZrO2、AlN、Al2O3、Ta2O5、HfO2、HfSiO4、AlON中的任意一种或两种以上的组合。
4.根据权利要求1所述的III-V族氮化物深紫外发光二极管结构，其特征在于：所述发光二极管结构的p侧与支撑片键合；优选的，所述支撑片包括硅衬底、铜支撑片、钼铜支撑片、钼支撑片、陶瓷基板、氮化铝、金刚石中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述的键合包括金属键合或非金属键合，所述金属键合采用的材料包括AuSn、NiSn、AuAu、NiGe中的任意一种或两种以上的组合，所述非金属键合包括有机物键合和/或氧化物键合。
5.根据权利要求1所述的III-V族氮化物深紫外发光二极管结构，其特征在于：所述发光二极管结构内还形成有穿孔结构，所述穿孔结构自所述发光二极管结构的p侧延伸至n型接触层，所述n型电极设置于所述穿孔结构内并与n型接触层形成欧姆接触；优选的，所述n型电极与有源区、电子阻挡层、p型接触层及p型电极之间还分布有绝缘介质；更优选的，所述绝缘介质包括SiO2、SiNx、SiON、Al2O3、AlON、SiAlON、TiO2、Ta2O5和ZrO2等材料中的任意一种或两种以上的组合。
6.一种III-V族氮化物深紫外发光二极管结构的制作方法，包括：
在衬底上生长形成发光二极管的外延结构的步骤，所述外延结构包括依次在衬底上形成的n型接触层、有源区、电子阻挡层和p型接触层，以及
制作分别与n型接触层、p型接触层电连接的n型电极、p型电极的步骤；
其特征在于还包括：
在位于所述发光二极管结构n侧的出光面上加工形成所述取光增强的微纳结构的步骤，所述出光面为氮面。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于：所述取光增强的微纳结构包含锯齿形微结构、三角形微结构、纳米柱微结构、梯形微结构、倒梯形微结构、蒙古包形微结构、微纳多孔微结构中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述衬底选自Si衬底或SiC衬底；和/或，所述p型电极包括p型接触电极或透明导电膜，所述p型电极与p型接触层形成欧姆接触；优选的，所述p型接触电极整面沉积在p型接触层上，并且所述p型接触电极采用高反射率的金属电极；或者，所述透明导电膜上还覆设有高反膜；更优选的，所述金属电极的材质包括Ni、Al、Ag、Pd、Pt、Au、TiN、Rh中的任意一种或两种以上的组合；更优选的，所述透明导电膜的材质包括AZO、IGZO、ITO、ZnO和MgO中的任意一种或两种以上的组合；更优选的，所述高反膜的材质包括Ag、Al、ZnO、MgO、SiO2、SiNx、TiO2、ZrO2、AlN、Al2O3、Ta2O5、HfO2、HfSiO4、AlON中的任意一种或两种以上的组合。
8.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于还包括：至少采用干法刻蚀、湿法腐蚀、电化学腐蚀、或光辅助的电化学腐蚀中任意一种方式在所述的氮面上加工形成所述取光增强的微纳结构，所述的氮面为所述n型接触层与有源区相背对的一侧表面；和/或，至少采用湿法腐蚀方式实现所述二极管结构的外延结构的隔离；优选的，所述湿法腐蚀采用的腐蚀试剂包括碱性或酸性溶液，其中所述碱性溶液包括KOH、NaOH、TMAH或(NH4)2S中的任意一种或两种以上的组合，所述酸性溶液包括H3PO4、HF或HNO3中的任意一种或两种以上的组合。
9.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于还包括：至少在所述的外延结构内制作穿孔结构，所述穿孔结构自所述发光二极管结构的p侧延伸至n型接触层，以及，在所述穿孔结构内制作n型电极，并使n型电极与n型接触层形成欧姆接触；
优选的，所述n型电极与有源区、电子阻挡层、p型接触层及p型电极之间还分布有绝缘介质；更优选的，所述绝缘介质包括SiO2、SiNx、SiON、Al2O3、AlON、SiAlON、TiO2、Ta2O5和ZrO2等材料中的任意一种或两种以上的组合。
10.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于还包括：将所述发光二极管结构的p侧与支撑片键合；优选的，所述支撑片包括硅衬底、铜支撑片、钼铜支撑片、钼支撑片、陶瓷基板、氮化铝、金刚石中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述的键合包括金属键合或非金属键合，所述金属键合采用的材料包括AuSn、NiSn、AuAu、NiGe中的任意一种或两种以上的组合，所述非金属键合包括有机物键合和/或氧化物键合；更优选的，所述的制作方法还包括：采用减薄、研磨、干法刻蚀或湿法腐蚀中的任意一种或两种以上组合去除所述衬底或所述衬底及形成于衬底上的缓冲层；更优选的，所述的制作方法还包括将支撑片减薄的步骤；更优选的，所述的制作方法还包括在支撑片的与所述外延结构相背对的一侧表面沉积金属电极的步骤。
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| CN (1) | CN110034216A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112563381A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-03-26 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种低欧姆接触电阻的深紫外发光二极管及其制备方法 |
| CN114335271A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-04-12 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管制作方法及其发光二极管 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006135222A (ja) * | 2004-11-09 | 2006-05-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | エッチング方法及び半導体素子の製造方法 |
| CN1886827A (zh) * | 2003-12-09 | 2006-12-27 | 加利福尼亚大学董事会 | 经表面粗化的高效氮化镓基发光二极管 |
| CN201060874Y (zh) * | 2007-06-12 | 2008-05-14 | 天津工业大学 | 功率型氮化镓基发光二极管芯片 |
| CN101604721A (zh) * | 2003-12-09 | 2009-12-16 | 加利福尼亚大学董事会 | 经表面粗化的高效(B,Al,Ga,In)N基发光二极管 |
| CN101661985A (zh) * | 2009-09-18 | 2010-03-03 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 一种垂直结构氮化镓基发光二极管制作方法 |
| CN101874307A (zh) * | 2007-11-30 | 2010-10-27 | 加利福尼亚大学董事会 | 通过表面粗糙化的高光提取效率的基于氮化物的发光二极管 |
| CN102255010A (zh) * | 2011-07-13 | 2011-11-23 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 一种氮化镓发光二极管的制作方法 |
| CN102790165A (zh) * | 2011-05-16 | 2012-11-21 | 株式会社东芝 | 半导体发光器件 |
| US20140225142A1 (en) * | 2013-02-12 | 2014-08-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting device |
| CN104733577A (zh) * | 2015-03-30 | 2015-06-24 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | 垂直结构led芯片及其制造方法 |
| CN105762242A (zh) * | 2014-12-17 | 2016-07-13 | 晶能光电（江西）有限公司 | 一种GaN基薄膜LED芯片及其制备方法 |
| US20170345971A1 (en) * | 2016-05-30 | 2017-11-30 | Toyoda Gose Co.,Ltd. | Method for producing a semiconductor light-emitting device |
-
2018
- 2018-01-12 CN CN201810030554.4A patent/CN110034216A/zh active Pending
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1886827A (zh) * | 2003-12-09 | 2006-12-27 | 加利福尼亚大学董事会 | 经表面粗化的高效氮化镓基发光二极管 |
| CN101604721A (zh) * | 2003-12-09 | 2009-12-16 | 加利福尼亚大学董事会 | 经表面粗化的高效(B,Al,Ga,In)N基发光二极管 |
| JP2006135222A (ja) * | 2004-11-09 | 2006-05-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | エッチング方法及び半導体素子の製造方法 |
| CN201060874Y (zh) * | 2007-06-12 | 2008-05-14 | 天津工业大学 | 功率型氮化镓基发光二极管芯片 |
| CN101874307A (zh) * | 2007-11-30 | 2010-10-27 | 加利福尼亚大学董事会 | 通过表面粗糙化的高光提取效率的基于氮化物的发光二极管 |
| CN101661985A (zh) * | 2009-09-18 | 2010-03-03 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 一种垂直结构氮化镓基发光二极管制作方法 |
| CN102790165A (zh) * | 2011-05-16 | 2012-11-21 | 株式会社东芝 | 半导体发光器件 |
| CN102255010A (zh) * | 2011-07-13 | 2011-11-23 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 一种氮化镓发光二极管的制作方法 |
| US20140225142A1 (en) * | 2013-02-12 | 2014-08-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting device |
| CN105762242A (zh) * | 2014-12-17 | 2016-07-13 | 晶能光电（江西）有限公司 | 一种GaN基薄膜LED芯片及其制备方法 |
| CN104733577A (zh) * | 2015-03-30 | 2015-06-24 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | 垂直结构led芯片及其制造方法 |
| US20170345971A1 (en) * | 2016-05-30 | 2017-11-30 | Toyoda Gose Co.,Ltd. | Method for producing a semiconductor light-emitting device |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112563381A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-03-26 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种低欧姆接触电阻的深紫外发光二极管及其制备方法 |
| CN112563381B (zh) * | 2020-12-29 | 2022-04-05 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种低欧姆接触电阻的深紫外发光二极管及其制备方法 |
| CN114335271A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-04-12 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管制作方法及其发光二极管 |
| CN114335271B (zh) * | 2021-12-27 | 2024-04-30 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管制作方法及其发光二极管 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190719 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |