发光二极管的制作方法

本实用新型属于半导体器件技术领域，更具体地，涉及一种发光二极管。

背景技术：

发光二极管的发光效率主要由内量子效率(led发光层的电光转换效率)以及外量子效率(光子从发光层逸出空气中的效率)决定。目前发光二极管的内量子效率可以达到很高，而发光二极管的发光效率仍然较低。

目前提升发光二极管的外量子效率的技术中，表面粗化是最常见的，在粗糙面上光容易发生散射现象，并经粗糙面散射后不受入射角影响且部分逃逸半导体，以提高光在发光二极管中的出射几率。

因此如何增加发光二极管衬底表面粗化，成为了提升发光二极管外量子效率的研究热点。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种发光二极管，以提升发光二极管的出光面积、增大出射光的逃逸角度，从而提高发光二极管的外量子效率。

根据本发明提供的一种发光二极管，包括：蓝宝石衬底，包括彼此相对的第一表面和第二表面，所述第一表面具有阵列排布的多个立体结构；位于所述衬底第二表面上的第一外延层、发光层、第二外延层；位于所述第二外延层上的第一电极以及位于所述第一外延层上的第二电极；位于所述衬底第二表面上方的单层或叠层结构上的绝缘反射层，位于所述第一表面上用于形成所述第一表面形态的掩膜。

优选地，所述掩膜位于多个所述立体结构上。

优选地，所述立体结构为斜多棱柱体，所述立体结构的底面为圆形，所述立体结构的顶面为多边形。

优选地，所述立体结构的棱柱与底面夹角为50°～80°。

优选地，所述立体结构的底面直径为2.8μm～3.4μm。

优选地，所述立体结构的高为0.7μm～1.6μm。

优选地，所述立体结构之间的间距为0.2μm～0.5μm。

优选地，所述掩膜为二氧化硅层，所述掩膜包括多个阵列排布的图案化的图形。

优选地，所述掩膜的图案化图形为多边形。

优选地，所述掩膜的图案化图形为圆形，所述圆形的直径为0.7～1.6μm。

优选地，还包括：位于所述第二外延层之上的电流阻挡层，所述第一电极位于所述电流阻挡层之上。

优选地，还包括：位于所述电流阻挡层之上的透明导电层，所述透明导电层覆盖所述电流阻挡层，且所述第一电极位于所述透明导电层之上。

优选地，还包括：位于所述绝缘反射层上的至少两个通孔以使得部分所述第一电极以及部分所述第二电极暴露；以及位于绝缘反射层上的第一金属接触层以及第二金属接触层，所述第一金属接触层和所述第二金属接触层分别经由通孔与所述第一电极和所述第二电极互连。

优选地，所述发光二极管选自倒装发光二极管、倒装高压发光二极管、倒装大功率发光二极管、倒装mini发光二极管、倒装micro发光二极管的任一种。

优选地，所述第一外延层和所述第二外延层为gan掺杂。

根据本实用新型实施例的发光二极管，其衬底表面的阵列排布的多个立体结构的表面作为发光二极管的出光面，增加了发光二极管的出光面积。进一步地，用于在衬底表面形成阵列排布的多个立体结构的掩膜位于多个立体结构的表面，增大了出射光的逃逸角度，进一步在出光面粗糙化的基础上提高了倒装发光二极管的外量子效率。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出根据本实用新型实施例的发光二极管的结构截面图；

图2示出根据本实用新型实施例的发光二极管的制造方法的流程示意图；

图3至9示出根据本实用新型实施例的发光二极管在制造过程中不同阶段的截面图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

本实用新型可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

gan基发光二极管作为一种固态发光体，具有高光效、寿命长、低能耗等优点，在全彩显示、可见光照明等领域得到了广泛关注。gan基发光二极管通常以蓝宝石作为衬底。正装的gan基发光二极管通过gan面出光，gan折射率较高导致出射光的全反射角度较小，进而使得发光二极管的外量子效率较低。倒装的gan基发光二极管的电极面与基板电极互联，光从蓝宝石面出射。蓝宝石的折射率低于gan折射率，提升了光的逃逸角。但仍有一定量的光线由于临界角问题被困在蓝宝石内无法发射出来。光在粗糙的表面不再受临界角的影响容易发生散射，更容易从发光面逃逸出来，从而提高led芯片的外量子效率。

图1示出根据本实用新型实施例的发光二极管的结构截面图。

发光二极管100以倒装gan基发光二极管为例进行说明。发光二极管100包括蓝宝石衬底110、蓝宝石衬底110第一表面具有阵列排布的多个立体结构111、位于蓝宝石衬底110第二表面上的第一外延层120、位于第一外延层120上且部分覆盖第一外延层120的发光层191、位于发光层191上的第二外延层130、位于第二外延层130上且部分覆盖第二外延层130的电流阻挡层192、位于第一外延层120上且部分覆盖第一外延层120的第二电极142、位于电流阻挡层192上的第一电极141、位于衬底第二表面上方的单层或叠层结构上的绝缘反射层150、位于绝缘反射层150上的至少两个通孔以使得部分第一电极141以及部分第二电极142暴露、位于绝缘反射层150上分别经由通孔与第一电极141和第二电极142互连的第一金属接触层161以及第二金属接触层162、位于蓝宝石衬底110第一表面的多个立体结构111上用于形成衬底第一表面形态的掩膜170。

替代地，可以不在第二外延层上设置电流阻挡层，并将第一电极141可直接设置在第二外延层上。

优选地，在电流阻挡层192之上还设有透明导电层，其中透明导电层覆盖所述电流阻挡层192，且第一电极141位于所述透明导电层之上。

蓝宝石衬底110的第一表面和第二表面彼此相对。绝缘反射层150分别位于第一外延层120部分表面、第二外延层130部分表面、第一电极141部分表面以及第二电极142部分表面上方。第二电极142与第二外延层130之间通过绝缘反射层150隔离。进一步地，第一金属接触层161以及第二金属接触层162为金属焊盘。第一外延层120和第二外延层130分别为不同掺杂类型，第一外延层120的掺杂类型为第一掺杂类型，第二外延层130的掺杂类型为第二掺杂类型，优先的，第一掺杂类型为n型，第二掺杂类型为p型。其中，第一外延层120和第二外延层为gan掺杂，发光层191为量子阱结构。进一步地，第一外延层120通过第二电极142经由第二金属接触层162注入电子，第二外延层130通过第一电极141经由第一金属接触层161注入空穴。在本实施例中，绝缘反射层150为dbr(distributedbraggreflection，分布式布拉格反射镜)层。

蓝宝石衬底110的第一表面作为出光面，第一表面具有采用掩膜170形成的阵列排布的多个立体结构111。进一步地，掩膜170为二氧化硅层，掩膜170包括多个阵列排布的图案化的遮挡区，该掩膜170的遮挡区的形状为多边形或者圆形，进一步地，圆形遮挡区的直径为0.7μm～1.6μm。采用掩膜在蓝宝石衬底110第一表面形成的多个立体结构111之间的间距为0.2μm～0.5μm，立体结构111为斜多棱柱体，进一步地，立体结构111的底面为圆形，顶面为多边形，本实施例中顶面例如为六边形。进一步地，立体结构111的棱柱与底面夹角为50°～80°，有利于光的逃逸。进一步地，立体结构111的底面直径为2.8～3.4μm。蓝宝石表面的阵列排布的多个立体结构111的表面作为发光二极管100的出光面，增加了发光二极管的出光面积。进一步地，用于形成多个立体结构111的掩膜170保留，以增大出射光的逃逸角度，进一步在出光面粗糙化的基础上提高了倒装发光二极管的外量子效率。

需要说明的是，发光二极管可以选自倒装发光二极管、倒装高压发光二极管、倒装大功率发光二极管、倒装mini发光二极管、倒装micro发光二极管的任一种。

图2示出根据本实用新型实施例的发光二极管的制造方法的流程示意图，图3至9示出根据本实用新型实施例的发光二极管在制造过程中不同阶段的截面图。

如图2所示，发光二极管的制造方法包括如下步骤：

在步骤s01中，在衬底第二表面形成倒装发光二极管结构。如图3所示。在衬底110的第二表面以金属有机物化学气相沉积工艺在衬底表面上生长倒装发光二极管结构。包括形成在衬底110第二表面上的第一外延层120、位于第一外延层120上的第二外延层130、位于第一外延层120上的第二电极142、位于第二外延层130上的第一电极141、位于衬底第二表面上方的单层或叠层结构上的绝缘反射层150、位于绝缘反射层150上的至少两个通孔以使得部分第一电极141以及部分第二电极142暴露、位于绝缘反射层150上分别经由通孔与第一电极141和第二电极142互连的第一金属接触层161以及第二金属接触层162。

在该实施例中，衬底110例如是蓝宝石。

在步骤s02中，从衬底第一表面减薄研磨。如图4所示，对衬底110的第一表面进行研磨减薄，第一表面与第二表面彼此相对，研磨后半导体结构的厚度为100μm-250μm，以保证半导体器件的成品率，当其厚度太薄会容易碎片进而降低半导体器件的成品率，当其太厚时无法保证半导体器件的可靠性。

在步骤s03中，在衬底第一表面上形成二氧化硅层。如图5所示，采用等离体增强化学气相沉积工艺或等离体增强物理气相沉积工艺，在衬底110的第一表面沉积厚度为0.08μm-0.5μm的二氧化硅层171。

在步骤s04中，在二氧化硅层上形成图案化。如图6所示，在二氧化硅层171上进行匀胶、曝光和显影，采用光刻工艺，在二氧化硅层171上形成规则孔状阵列图形，在二氧化硅层171上形成有光刻胶172，孔状以外区域被光刻胶172覆盖。进一步地，光刻胶172的厚度为0.05μm-3μm。进一步地，光刻胶图形为多边形。进一步地，光刻胶图形为圆形时直径为0.7μm-1.6μm。

在步骤s05中，光刻以形成二氧化硅掩膜。如图7所示，采用感应耦合等离体工艺对由光刻胶172暴露出来的二氧化硅层进行刻蚀，进一步地，以光刻胶172为掩膜，采用干法刻蚀技术，将光刻胶172未覆盖的二氧化硅刻蚀。之后采用有机去胶液将二氧化硅层171表面的光刻胶172去掉，以形成掩膜170。进一步地，掩膜170包括多个阵列排布的图案化图形，该掩膜170的图形为多边形或者圆形，进一步地，图案化图形为圆形时直径为0.7μm～1.6μm。

在步骤s06中，在发光二极管结构的电极表面形成保护层。如图8所示，在衬底110的第二表面上方的叠层结构表面形成保护层180，所述保护层180覆盖发光二极管结构的外表面，用以保护发光二极管的电极层在高温腐蚀不被破坏。进一步地，保护层180为光刻胶层，该光刻胶层为正胶，厚度为3μm～10μm。进一步地，所述保护层180覆盖第一金属接触层161、绝缘反射层150的部分表面，以及第二金属接触层162。

在步骤s07中，采用二氧化硅掩膜湿法刻蚀以在衬底第一表面形成阵列排布的多个立体结构。如图9所示，将图8中所示的半导体结构浸入高温腐蚀溶液中，采用掩膜170刻蚀以在衬底第一表面形成阵列排布的多个立体结构111。进一步地，采用掩膜在蓝宝石衬底110第一表面形成的多个立体结构111之间的间距为0.2μm～0.5μm，立体结构111为斜圆柱体，进一步地，立体结构111的底面为圆形，顶面为多边形。进一步地，立体结构111的母线与底面夹角为50°～80°。进一步地，立体结构111的底面直径为2.8～3.4μm。进一步地，高温腐蚀溶液在工作中的温度为200℃～300℃。进一步地，高温腐蚀溶液的组成为硫酸和磷酸按3:1配置的混合液，浓度分别为98％和86％。进一步地，图8中所示的半导体结构在高温腐蚀溶液中的腐蚀时间为1000-2500秒。

在步骤s08中，去除保护层。如图1所示，将图9中的半导体结构放入有机去胶溶液中，采用有机溶液去除保护层180，以形成发光二极管100。蓝宝石表面的阵列排布的多个立体结构111的表面作为发光二极管100的出光面，增加了发光二极管的出光面积。进一步地，掩膜170位于多个立体结构111的表面，增大了出射光的逃逸角度，进一步在出光面粗糙化的基础上提高了倒装发光二极管的外量子效率。

上述用于制造本实用新型的发光二极管的制造方法简单、成本低，并且可以大规模量产。

依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。