一種倒裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種倒裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管及其制作方法。所述發(fā)光二極管包括：襯底、緩沖層、n型接觸層、活性發(fā)光層、電子阻擋層和p型接觸層；其中，所述襯底與活性發(fā)光層之間具有多孔狀或者柱狀的納米結(jié)構(gòu)層。本發(fā)明中所述發(fā)光二極管用于倒裝結(jié)構(gòu)芯片制作，且在襯底和活性發(fā)光層之間制作有利于透光的納米結(jié)構(gòu)層。
【專利說(shuō)明】一種倒裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管及其制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種高出光效率的倒裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管及其制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前紅綠藍(lán)包括其他各色LED因其廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)已經(jīng)成為光電子行業(yè)研究的熱點(diǎn)。評(píng)價(jià)LED最重要的參數(shù)就是發(fā)光效率，而影響LED發(fā)光效率的關(guān)鍵因素包括內(nèi)量子效率和出光效率兩個(gè)方面。為提高內(nèi)量子效率，目前研究的熱點(diǎn)包括襯底的選擇與制備，夕卜延質(zhì)量的改善以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化等等。目前常用的手段是采用襯底圖形化處理，一方面改善外延質(zhì)量，另一方面提高光提取。LED的出光效率主要取決于芯片結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。目前LED的結(jié)構(gòu)包括正裝結(jié)構(gòu)、倒裝結(jié)構(gòu)與垂直結(jié)構(gòu)三種。其中正裝結(jié)構(gòu)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單是目前最廣泛采用的芯片結(jié)構(gòu)；垂直結(jié)構(gòu)由于正負(fù)電極在上下兩個(gè)面，出光面積大且電流擴(kuò)展性好是制備大功率LED的首選。但其制作工藝復(fù)雜，成本高，很難推廣使用。倒裝結(jié)構(gòu)一方面由于其襯底朝上，易于制作表面微結(jié)構(gòu)提高光提?。涣硪环矫嬲?fù)電極都在下方易于與大規(guī)模集成電路集成，成為目前及下一階段LED研究的熱點(diǎn)。圖形襯底的設(shè)計(jì)正是基于正裝結(jié)構(gòu)，由于外延材料本身折射率較高，造成出光角較小，絕大部分的光無(wú)法直接輸出。采用圖形襯底后，原本那些處于臨界角以外的光通過(guò)襯底圖形的散射機(jī)制改變輸出光的角度從而增加光輸出的幾率。但是當(dāng)芯片結(jié)構(gòu)采用倒裝結(jié)構(gòu)以后，輸出光從襯底一側(cè)發(fā)出。此時(shí)我們希望圖形襯底能夠起到增加投射而不是增加反射的作用。由于當(dāng)前普遍采用的圖形襯底適宜于正裝結(jié)構(gòu)的光輸出，因此本發(fā)明提供一種有利于倒裝結(jié)構(gòu)光輸出的LED制作方法。而且采用該方法，可以省去后續(xù)在襯底表面進(jìn)行微納結(jié)構(gòu)的復(fù)雜工藝，在縮短工藝時(shí)間的同時(shí)，提高外延質(zhì)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種具有高出光效率的納米結(jié)構(gòu)的倒裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管及其制作方法。
[0004]根據(jù)本發(fā)明一方面，其通過(guò)了一種倒裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，其包括:襯底、緩沖層、η型接觸層、活性發(fā)光層、電子阻擋層和P型接觸層；其中，所述襯底與活性發(fā)光層之間具有多孔狀或者柱狀的納米結(jié)構(gòu)層。
[0005]根據(jù)本發(fā)明另一方面，其還提供了一種倒裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制作方法，其包括:
[0006]在襯底上依次制備緩沖層、η型接觸層、活性發(fā)光層、電子阻擋層和P型接觸層；
[0007]其特征在于，該方法還包括，在所述襯底與活性發(fā)光層之間制作納米結(jié)構(gòu)層。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明，其中:
[0009]圖1是本發(fā)明提供的利用聚苯乙烯球在材料表面制備納米結(jié)構(gòu)層的工藝流程示意圖。
[0010]圖2是本發(fā)明提供的利用納米壓印方法在材料內(nèi)部制備納米結(jié)構(gòu)層的工藝流程示意圖。
[0011]圖3是本發(fā)明提供的氮化鎵系藍(lán)光發(fā)光二極管倒裝結(jié)構(gòu)的芯片示意圖。
[0012]圖4是本發(fā)明提供的在緩沖層內(nèi)部或上表面制作有納米結(jié)構(gòu)層的發(fā)光二極管芯片不意圖。
[0013]圖5是本發(fā)明提供的在η型接觸層內(nèi)部或上表面制作有納米結(jié)構(gòu)層的發(fā)光二極管芯片示意圖。
[0014]圖6是本發(fā)明提供的在活性發(fā)光層內(nèi)部或下表面制作有納米結(jié)構(gòu)層的發(fā)光二極管芯片示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0016]本發(fā)明提供了一種倒裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，其包括:襯底、緩沖層、η型接觸層、活性發(fā)光層、電子阻擋層和P型接觸層；其中，所述襯底與活性發(fā)光層之間具有多孔狀(或者柱狀)納米結(jié)構(gòu)層。
[0017]可選地，所述納米結(jié)構(gòu)層可以制作在襯底表面，或者制作在緩沖層內(nèi)部或緩沖層與η型接觸層之間界面處，或者η型接觸層內(nèi)部或η型接觸層與活性發(fā)光層之間的界面處，還可以制作在活性發(fā)光層內(nèi)部。
[0018]優(yōu)選地，所述倒裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管中正電極制作在P型層表面，負(fù)電極制作在通過(guò)刻蝕工藝形成的裸露的η型層表面。
[0019]可選地，所述納米結(jié)構(gòu)層可以是通過(guò)電子束曝光、激光全息曝光干涉、納米壓印或者納米掩膜版等方法制作。
[0020]可選地，所述納米結(jié)構(gòu)層的納米結(jié)構(gòu)可以呈三方、六方、立方排布，也可以是非對(duì)稱排布。納米結(jié)構(gòu)周期值為活性發(fā)光層發(fā)射光波長(zhǎng)(λ)與活性發(fā)光材料折射率(η)比值(λ/η)的整數(shù)倍。納米孔(或者納米柱)的刻蝕深度為納米結(jié)構(gòu)周期值的整數(shù)倍。
[0021]可選地，納米孔(或者納米柱)結(jié)構(gòu)沿刻蝕方向既可以是等徑分布，也可以呈梯度漸變或臺(tái)階狀分布。
[0022]可選地，所述活性發(fā)光層所發(fā)出的光可以是從紅外到紫外光中的任意一種。
[0023]可選地，所述納米結(jié)構(gòu)的材料可以是II1-V族或I1-VI族，也可以是其中任意二元、三元或四元材料的一種或幾種的組合。
[0024]可選地，襯底由氧化鋁單晶、SiC、氧化物或者其他對(duì)活性發(fā)光層的發(fā)光無(wú)吸收的材料所制成。
[0025]本發(fā)明還提供了一種倒裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制備方法，其包括:
[0026]在襯底上依次制備緩沖層、η型層、活性發(fā)光層、電子阻擋層和P型層；其還包括，在所述襯底與活性發(fā)光層之間制作納米結(jié)構(gòu)層。
[0027]其中，所述納米結(jié)構(gòu)層可以制作在襯底表面，或者制作在緩沖層內(nèi)部或緩沖層與η型接觸層之間界面處，或者η型接觸層內(nèi)部或η型接觸層與活性發(fā)光層之間的界面處，還可以制作在活性發(fā)光層內(nèi)部。
[0028]可選地，如圖1所示，采用聚苯乙烯(ps)球作納米掩膜版，在材料表面制作納米結(jié)構(gòu)層的制備方法，具體包括:
[0029]在待制備層11上通過(guò)旋涂法淀積一層光刻膠12，所述待制備層為襯底、緩沖層、η型接觸層或活性發(fā)光層之一；
[0030]固膠后采用懸浮聚合法在光刻膠表面鋪一層聚苯乙烯(ps)球13 ;其中ps球的直徑為活性發(fā)光層發(fā)射光波長(zhǎng)(λ)與活性發(fā)光材料折射率(η)比值(λ/n)的整數(shù)倍。如圖
1(a)所示；
[0031]通過(guò)紫外曝光，在光刻膠上形成納米圖案，并在曝光后將ps球去除；
[0032]通過(guò)顯影及漂洗在光刻膠上形成納米尺度微孔圖案，如圖1 (b)所示；
[0033]以光刻膠為模板，通過(guò)刻蝕工藝刻蝕襯底；去除光刻膠，最后得到需要的納米結(jié)構(gòu)層，如圖1 (C)所示。
[0034]本發(fā)明另一實(shí)施例中，如圖2所示，以納米壓印技術(shù)為例在材料內(nèi)部作納米結(jié)構(gòu)層的制作方法，具體包括:
[0035]在待制備層23上通過(guò)旋涂法淀積一層光刻膠24 (如圖2 (a)所示)，所述待制備層為成核層、緩沖層或η型接觸層之一；
[0036]通過(guò)納米壓印模板在光刻膠表面形成所需要的納米微結(jié)構(gòu)(如圖2(b)所示)，其中納米壓印模板周期值為活性發(fā)光層發(fā)射光波長(zhǎng)(λ)與活性發(fā)光材料折射率(η)比值(λ /n)的整數(shù)倍；
[0037]光刻膠通過(guò)升溫固膠后采用感應(yīng)耦合等離子體(ICP)進(jìn)行刻蝕，一直刻蝕到待制備層23內(nèi)部。且在待制備層23內(nèi)部刻蝕的深度為納米結(jié)構(gòu)周期值的整數(shù)倍(如圖2(c)所示)；
[0038]去掉表層未被刻蝕的光刻膠，在待制備層23表面形成所需要的納米結(jié)構(gòu)層(如圖
2(d)所示)；
[0039]之后將帶有納米結(jié)構(gòu)層的材料放置外延設(shè)備當(dāng)中，繼續(xù)生長(zhǎng)待制備層23，如圖
2(e)所示，完成在待制備層內(nèi)部獲得納米結(jié)構(gòu)層的制作。
[0040]圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例中倒裝結(jié)構(gòu)的氮化鎵系藍(lán)光發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示,其包括:
[0041]一襯底31，以(0001)向藍(lán)寶石(A1203)為襯底31，其他可用于襯底31的材質(zhì)還包括R-面或A-面的氧化鋁單晶、6H-SiC、4H-SiC、或晶格常數(shù)接近于氮化物半導(dǎo)體的單晶氧化物。制備中采用高純NH3作N源，高純H2和N2的混合氣體作載氣；三甲基鎵或三乙基鎵作Ga源，三甲基銦作In源，三甲基鋁作Al源；n型摻雜劑為硅烷，P型摻雜劑為二茂鎂。
[0042]一納米結(jié)構(gòu)層32，該納米結(jié)構(gòu)層32制作在藍(lán)寶石襯底31上。
[0043]一氮化鎵成核層33，該氮化鎵成核層33制作在納米結(jié)構(gòu)層32的表面。
[0044]—緩沖層34，該緩沖層34制作在成核層33上。
[0045]一 η型接觸層35，該η型接觸層35制作在緩沖層34上，該η型接觸層35由η型氮化鎵構(gòu)成。
[0046]—活性發(fā)光層36，該活性發(fā)光層36制作在η型接觸層35上并覆蓋所述η型接觸層35的部分表面，所述活性發(fā)光層36是由銦鎵氮薄層361和氮化鎵薄層362交互層疊形成的多周期的量子阱結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
[0047]一 P型電子阻擋層37，該P(yáng)型電子阻擋層37制作在ρ活性發(fā)光層36上，該ρ型電子阻擋層37由鋁鎵氮構(gòu)成。
[0048]一 ρ型接觸層38，該ρ型接觸層38制作在ρ型電子阻擋層37上，該ρ型接觸層38由ρ型氮化鎵構(gòu)成。
[0049]一正電極39，該正電極39制作在ρ型接觸層38上，由鉻鉬金或鈦鋁鈦金組成。
[0050]—負(fù)電極40,該負(fù)電極40制作在η型接觸層35未被所述活性發(fā)光層36覆蓋的表面上，由鉻鉬金或鈦鋁鈦金組成。完成氮化鎵系發(fā)光二極管的制作。
[0051]以上所述納米結(jié)構(gòu)層制作在襯底表面，此外，該納米結(jié)構(gòu)層還可以制作在緩沖層內(nèi)部或上表面(如圖4所示)，或者η型接觸層內(nèi)部或上表面(如圖5所示)，還可以制作在活性發(fā)光層內(nèi)部或下表面(如圖6所示)。納米結(jié)構(gòu)層可以是通過(guò)電子束曝光、激光全息曝光干涉、納米壓印或者納米掩膜版等方法制作。
[0052]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種倒裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，其包括:襯底、緩沖層、η型接觸層、活性發(fā)光層、電子阻擋層和P型接觸層；其中，所述襯底與活性發(fā)光層之間具有多孔狀或者柱狀的納米結(jié)構(gòu)層。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中，所述納米結(jié)構(gòu)層制作在襯底上表面，或者制作在緩沖層內(nèi)部或上表面，或者制作在η型接觸層內(nèi)部或上表面，或者制作在活性發(fā)光層內(nèi)部或下表面。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中，所述納米結(jié)構(gòu)層通過(guò)電子束曝光、激光全息曝光干涉、納米壓印或者納米掩膜版制作。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中，所述納米結(jié)構(gòu)層呈三方、六方、立方排布或非對(duì)稱排布，納米結(jié)構(gòu)的周期值為活性發(fā)光層發(fā)射光波長(zhǎng)與活性發(fā)光材料折射率比值的整數(shù)倍，所述納米孔或者納米柱的刻蝕深度為納米結(jié)構(gòu)周期值的整數(shù)倍。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中，所述納米結(jié)構(gòu)層中的納米孔或者納米柱沿刻蝕方向等徑分布、呈梯度漸變或臺(tái)階狀分布。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中，所述活性發(fā)光層所發(fā)出的光是從紅外到紫外光的任意一種。
7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中，所述納米結(jié)構(gòu)層材料為II1-V族或I1-VI族，或者II1-V族或I1-VI族中任意二元、三元或四元材料的一種或幾種的組合。
8.一種倒裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制作方法，其包括: 在襯底上依次制備緩沖層、η型接觸層、活性發(fā)光層、電子阻擋層和P型接觸層； 其特征在于，該方法還包括，在所述襯底與活性發(fā)光層之間制作納米結(jié)構(gòu)層。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，在所述襯底與活性發(fā)光層之間制作納米結(jié)構(gòu)層具體包括: 在待制備層上通過(guò)旋涂法淀積一層光刻膠，所述待制備層為襯底、緩沖層、η型接觸層或活性發(fā)光層之一； 固膠后采用懸浮聚合法在光刻膠表面鋪一層聚苯乙烯球；其中聚苯乙烯球的直徑為活性發(fā)光層發(fā)射光波長(zhǎng)與活性發(fā)光材料折射率比值的整數(shù)倍； 通過(guò)紫外曝光，在光刻膠上形成納米圖案，并在曝光后將聚苯乙烯球去除； 通過(guò)顯影及漂洗在光刻膠上形成納米結(jié)構(gòu)圖案； 以光刻膠為模板，通過(guò)刻蝕工藝刻蝕襯底；去除光刻膠，最后得到需要的納米結(jié)構(gòu)層。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，在所述襯底與活性發(fā)光層之間制作納米結(jié)構(gòu)層具體包括: 在待制備層上通過(guò)旋涂法淀積一層光刻膠，所述待制備層為成核層、緩沖層或η型接觸層之一； 通過(guò)納米壓印模板在光刻膠表面形成所需要的納米微結(jié)構(gòu)，其中納米壓印模板周期值為活性發(fā)光層發(fā)射光波長(zhǎng)與活性發(fā)光材料折射率比值的整數(shù)倍； 光刻膠通過(guò)升溫固膠后采用感應(yīng)耦合等離子體進(jìn)行刻蝕，一直刻蝕到待制備層內(nèi)部，且在待制備層內(nèi)部刻蝕的深度為納米結(jié)構(gòu)周期值的整數(shù)倍； 去掉表層未被刻蝕的光刻膠，在待制備層表面形成所需要的納米結(jié)構(gòu)層； 之后將帶有納米結(jié)構(gòu)層的材料放直外延設(shè)備當(dāng)中，繼續(xù)生長(zhǎng)待制備層，完成在待制備層內(nèi)部獲得納米結(jié)構(gòu)層的制作。
【文檔編號(hào)】H01L33/02GK104393127SQ201410658854
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】馬平, 吳冬雪, 王軍喜, 李晉閩 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所