一种发光二极管的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种发光二极管的制造方法，先于半导体衬底表面依次沉积至少包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构；然后刻蚀所述P型层及量子阱层，形成N电极制备区域；接着于所述P型层表面形成ITO透明导电层，于所述ITO透明导电层表面制备P电极，于所述N电极制备区域制备N电极；然后将上述结构置于ZnO粉末与HCl溶液的混合液中，于上述结构表面沉积ZnO薄膜；最后去除P电极、N电极以及N电极制备区域表面的ZnO薄膜，以完成发光二极管的制造。本发明具有以下有益效果：在P-GaN层表面的ITO透明导电层上沉积一层表面粗化且对二极管没损伤的ZnO透明薄膜，有利于降低发光二极管内光线的全反射几率，提高发光二极管的亮度。
【专利说明】一种发光二极管的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体照明领域，特别是涉及一种发光二极管的制造方法。
【背景技术】
[0002]半导体照明作为新型高效固体光源，具有寿命长、节能、环保、安全等显著优点，将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃，其应用领域正在迅速扩大，正带动传统照明、显示等行业的升级换代，其经济效益和社会效益巨大。正因如此，半导体照明被普遍看作是21世纪最具发展前景的新兴产业之一，也是未来几年光电子领域最重要的制高点之一。发光二极管是由II1-1V族化合物，如GaAs (砷化镓)、GaP (磷化镓)、GaAsP (磷砷化镓)等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的1-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光。
[0003]由于空气折射率(1.0)与GaN折射率(2.3)之间有较大的差异，光从GaN逃逸出的临界角为23度，使得大部分的光在GaN层内发生全反射，以至于光的萃取效率较低。为了提高出光效率，常规LED制程是进行图案化衬底，以减少全反射对光的损伤；而对于倒装LED芯片(flip-chip)，为了提高LED发光效率，常常对倒装芯片(flip_chip)的出光面N-GaN面进行粗糙化处理。而如今市场主流LED芯片基本上都是传统的正装LED芯片结构，而P-GaN层较薄且对等离子敏感，较易收到损伤，因此对p-GaN层表面进行粗糙化处理比较困难。
[0004]现有一种发光二极管芯片的制备方法包括步骤:外延生长、外延清洗、N面台阶刻蚀、涂保护胶、正划、清洗、ITO蒸镀、ITO光刻、N电极和P电极制备、表面钝化层制备、减薄、背镀反射镜。这种发光二极管的P-GaN表面制作有一层用于电流扩展的ITO透明导电层，而ITO透明导电层的折射率一般为1.8左右，与空气折射率1.0之间依然有较大的差异，同样使光线的逃逸出的临界角较小。而且，从GaN (折射率2.3)到ITO透明导电层(折射率1.8)时，即光线从光密介质进入光疏介质，其出射的角度比入射的角度更大，这就造成了光线在ITO透明导电层出射到空气的表面入射角变大，全反射的几率增大。故提供一种能有效提高ITO透明导电层表面出光率的方法实属必要。
【发明内容】
[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种发光二极管的制造方法，用于解决现有技术中由于发光二极管对光线的全反射作用而导致出光率降低的问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种发光二极管的制造方法，所述制造方法至少包括以下步骤:
[0007]I)提供一半导体衬底，于所述半导体衬底表面依次沉积至少包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构；[0008]2)刻蚀所述P型层及量子阱层，形成N电极制备区域；
[0009]3)于所述P型层表面形成ITO透明导电层，于所述ITO透明导电层表面制备P电极，于所述N电极制备区域制备N电极；
[0010]4)将上述结构置于ZnO粉末与HCl溶液的混合液中，于上述结构表面沉积ZnO薄膜；
[0011]5)去除P电极、N电极以及N电极制备区域表面的ZnO薄膜，以完成发光二极管的制造。
[0012]作为本发明的发光二极管的制造方法的一个优选方案，步骤I)中所述的半导体衬底为蓝宝石衬底，所述N型层为N-GaN层，所述量子阱层为InGaN层，所述P型层为P-GaN层。
[0013]作为本发明的发光二极管的制造方法的一个优选方案，步骤4)中，ZnO粉末与HCl溶液的混合液的PH值为4.3~5.3。
[0014]作为本发明的发光二极管的制造方法的一个优选方案，步骤4)中于恒定温度下沉积所述ZnO薄膜。
[0015]进一步地，所述恒定温度为15~40°C。
[0016]作为本发明的发光二极管的制造方法的一个优选方案，所述ZnO粉末与HCl溶液的混合液的制备方法为:先将ZnO粉末放入HCl稀溶液中，然后搅拌45~90分钟完成制备。
[0017]作为本发明的发光二极管的制造方法的一个优选方案，步骤5)后还包括于所述发光二极管表面制备钝化层的步骤。
[0018]如上所述，本发明提供一种发光二极管的制造方法，先于半导体衬底表面依次沉积至少包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构；然后刻蚀所述P型层及量子阱层，形成N电极制备区域；接着于所述P型层表面形成ITO透明导电层，于所述ITO透明导电层表面制备P电极，于所述N电极制备区域制备N电极；然后将上述结构置于ZnO粉末与HCl溶液的混合液中，于上述结构表面沉积ZnO薄膜；最后去除P电极、N电极以及N电极制备区域表面的ZnO薄膜，以完成发光二极管的制造。本发明具有以下有益效果:在P-GaN层表面的ITO透明导电层上沉积一层表面粗化且对二极管没损伤的ZnO透明薄膜，有利于降低发光二极管内光线的全反射几率，提高发光二极管的亮度。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图广图2显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤I)所呈现的结构示意图。
[0020]图3显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤2)所呈现的结构示意图。
[0021]图4-图5显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤3)所呈现的结构示意图。
[0022]图6显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤4)所呈现的结构示意图。
[0023]图7显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤5)所呈现的结构示意图。
[0024]元件标号说明
[0025]101半导体衬底
[0026]102N 型层
[0027]103量子阱层
[0028]104P 型层[0029]105N电极制备区域
[0030]106ITO透明导电层
[0031]107P 电极
[0032]108N 电极
[0033]109ZnO 薄膜
【具体实施方式】
[0034]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0035]请参阅图f图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0036]如图f图7所示，本实施例提供一种发光二极管的制造方法，所述制造方法至少包括以下步骤:
[0037]如图f图2所示，首先进行步骤1)，提供一半导体衬底101，于所述半导体衬底101表面依次沉积至少包括N型层102、量子阱层103及P型层104的发光外延结构。
[0038]所述半导体衬底101为Si衬底、SiC衬底、AsGa衬底、蓝宝石衬底等，在本实施例中，所述的半导体衬底101为蓝宝石衬底。所述N型层102为N-GaN层、N-GaP层等，所述量子阱层103为InGaN层、AlInGaP层等，所述P型层104为P-GaN层、P-GaP层等。在本实施例中，所述N型层102为N-GaN层，所述量子阱层103为InGaN层，所述P型层104为P-GaN层，制备方法为化学气相沉积法。当然，在其它的实施例中，可以选用其它的发光外延层，其制备方法也可以选用一切预期的外延手段。
[0039]如图3所示，然后进行步骤2)，刻蚀所述P型层104及量子阱层103，形成N电极制备区域105。
[0040]在本实施例中，先依据N电极制备区域105制作光刻图形，然后采用感应耦合等离子体刻蚀法ICP刻蚀所述P型层104及量子阱层103，必要时刻蚀部分的N型层102，获得一 N型层平台，该N型层平台即为N电极制备区域105。
[0041]如图4-图5所示，接着进行步骤3)，于所述P型层104表面形成ITO透明导电层106，于所述ITO透明导电层106表面制备P电极107，于所述N电极制备区域105制备N电极 108。
[0042]在本实施例中，采用蒸镀或溅射的方法于所述P型层104等表面形成ITO透明导电层106，然后通过光刻工艺去除除所述P型层104表面以外的ITO透明导电层106。然后于所述ITO透明导电层106表面制备P电极107，于所述N电极制备区域105制备N电极，所述P、N电极的材料可以为Au、Pt、T1、W等或其合金。
[0043]如图6所示，然后进行步骤4)，将上述结构置于ZnO粉末与HCl溶液的混合液中，于上述结构表面沉积ZnO薄膜109。[0044]在本实施例中，所述ZnO粉末与HCl溶液的混合液的制备方法为:先将ZnO粉末放入HCl稀溶液中，然后于恒定温度下搅拌45~90分钟完成制备，优选地，所述恒定温度为15^400C。所述ZnO粉末与HCl溶液的比例根据沉积速度、沉积的质量等工艺需求而定。
[0045]将所述发光二极管置于PH值为4.3~5.3的ZnO粉末与HCl溶液的混合液中沉积ZnO薄膜109，沉积温度为室温。
[0046]在一具体地实施过程中，将所述发光二极管置于PH值为4.3的ZnO粉末与HCl溶液的混合液中沉积ZnO薄膜109，沉积温度为15°C。
[0047]在另一具体的实施过程中，将所述发光二极管置于PH值为5的ZnO粉末与HCl溶液的混合液中沉积ZnO薄膜109，沉积温度为25°C。
[0048]在又一具体的实施过程中，将所述发光二极管置于PH值为5.3的ZnO粉末与HCl溶液的混合液中沉积ZnO薄膜109，沉积温度为40°C。
[0049]需要说明的是，ZnO薄膜109的沉积时间可根据所需的薄膜厚度来确定。采用本方法制备的ZnO薄膜109为表面粗糙的透明薄膜，可以克服因光线全反射而导致出光效率低的缺陷，从而大大地提高发光二极管的亮度。进一步地，本方法对P-GaN层表面无损伤，不影响发光二极管的发光效率。
[0050]如图7所示，最后进行步骤5)，去除P电极107、N电极108以及N电极制备区域105表面的ZnO薄膜109，以完成发光二极管的制造。
[0051]首先制备光刻图 形，然后刻蚀以去除所述P电极107、N电极108以及N电极制备区域105表面的ZnO薄膜109。在本实施例中，刻蚀完成后，还包括于所述发光二极管表面制备钝化层的步骤。所述钝化层可以为氧化硅或氮化硅等。
[0052]当然，制备所述发光二极管还包括从背面减薄所述半导体衬底101、背镀反射镜、裂片等工艺，获得独立的发光二极管单元，完成所述发光二极管的制备。
[0053]综上所述，本发明提供一种发光二极管的制造方法，先于半导体衬底表面依次沉积至少包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构；然后刻蚀所述P型层及量子阱层，形成N电极制备区域；接着于所述P型层表面形成ITO透明导电层，于所述ITO透明导电层表面制备P电极，于所述N电极制备区域制备N电极；然后将上述结构置于ZnO粉末与HCl溶液的混合液中，于上述结构表面沉积ZnO薄膜；最后去除P电极、N电极以及N电极制备区域表面的ZnO薄膜，以完成发光二极管的制造。本发明具有以下有益效果:在P-GaN层表面的ITO透明导电层上沉积一层表面粗化且对二极管没损伤的ZnO透明薄膜，有利于降低发光二极管内光线的全反射几率，提高发光二极管的亮度。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0054]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，所述制造方法至少包括以下步骤: 1)提供一半导体衬底，于所述半导体衬底表面依次沉积至少包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构； 2)刻蚀所述P型层及量子阱层，形成N电极制备区域； 3)于所述P型层表面形成ITO透明导电层，于所述ITO透明导电层表面制备P电极，于所述N电极制备区域制备N电极； 4)将上述结构置于ZnO粉末与HCl溶液的混合液中，于上述结构表面沉积ZnO薄膜； 5)去除P电极、N电极以及N电极制备区域表面的ZnO薄膜，以完成发光二极管的制造。
2.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于:步骤I)中所述的半导体衬底为蓝宝石衬底，所述N型层为N-GaN层，所述量子阱层为InGaN层，所述P型层为P-GaN 层。
3.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于:步骤4)中，ZnO粉末与HCl溶液的混合液的PH值为4.3?5.3。
4.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于:步骤4)中于恒定温度下沉积所述ZnO薄膜。
5.根据权利要求4所述的发光二极管的制造方法，其特征在于:所述恒定温度为15 ?40。。。
6.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于:所述ZnO粉末与HCl溶液的混合液的制备方法为:先将ZnO粉末放入HCl稀溶液中，然后搅拌45?90分钟完成制备。
7.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于:步骤5)后还包括于所述发光二极管表面制备钝化层的步骤。
【文档编号】H01L33/00GK103855255SQ201210500627
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年11月29日 优先权日:2012年11月29日
【发明者】朱广敏, 郝茂盛, 齐胜利, 潘尧波, 张楠, 陈诚, 陈耀, 杨杰, 袁根如, 李士涛 申请人:上海蓝光科技有限公司