CN102569577A - 一种提高发光效率的发光二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高发光效率的发光二极管及其制备方法，涉及光电技术领域。本发明包括蓝宝石衬底以及依次置于蓝宝石衬底上方的氮化镓层、ITO薄膜和SiO2保护层二。ITO薄膜和氮化镓层上分别置有金属电极。其结构特点是，所述蓝宝石衬底的底面有数多个粗化孔，蓝宝石衬底下表面附着反射层。同现有技术相比，本发明可以有效提高光提取效率，提升芯片的质量和性能，具有工艺简单，适宜大量生产的特点。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，特别是能提高光提取效率的发光二极管及其制备方法。
背景技术
半导体被广泛应用于固态照明光源，其绿色节能的特点被普遍关注，其具有发热量低、耗电量小、寿命长、反应速度快、体积小可平面封装等优点，使半导体照明有望成为下一代照明光源。随着LED产业的进一步发展，LED的应用市场越来越广阔，目前LED在汽车内外灯光、显示器背光、室外景观照明，便携式系统闪光灯、投影仪光源、广告灯箱、电筒、交通灯等都有广泛应用。
LED的一般制造方法是在蓝宝石衬底上生长氮化镓基材料，由于衬底两面都是光滑平面，部分光经过衬底由于折射率差引起的全反射而损耗，光子经过多次反射后被吸收，从而造成光提取效率不高的问题，影响外量子效率。为了提高光提取效率，现有技术中，如中国专利公开号为CN101345274的《一种利用图形化衬底提高GaN基LED发光效率的方法》，它采用了图形化衬底；如中国专利申请号为200910037772的《表面粗化的发光二极管芯片及其制造方法》，它提出在衬底背面做图形。然而，上述现有技术由于芯片衬底减薄后工艺操作困难，不便于大量生产。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种提高发光效率的发光二极管及其制备方法。它可以有效提高光提取效率，提升芯片的质量和性能，具有工艺简单，适宜大量生产的特点。
为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：
一种提高发光效率的发光二极管，它包括蓝宝石衬底以及依次置于蓝宝石衬底上方的氮化镓层、ITO薄膜和SiO2保护层二。ITO薄膜和氮化镓层上分别置有金属电极。其结构特点是，所述蓝宝石衬底的底面有数多个粗化孔，蓝宝石衬底下表面附着反射层。
本发明提高发光效率的发光二极管的一种制备方法包括如下步骤：
①在蓝宝石衬底下表面和在蓝宝石衬底上方生长的氮化镓的上表面用等离子化学气相沉积的方法分别覆盖SiO2保护层一；
②用激光器在蓝宝石衬底底面打数多个粗化孔；
③用加热的浓硫酸和磷酸刻蚀粗化孔的侧壁；
④用缓冲蚀刻液BOE去除SiO2保护层一，并在氮化镓的上表面用电子束蒸发方法蒸镀一层ITO薄膜；
⑤用光刻和湿法刻蚀方法定义出N型氮化镓区域，然后用ICP刻蚀出N型电极区域；
⑥用等离子化学气相沉积的方法在器件表面覆盖SiO2保护层二；
⑦用光刻和湿法刻蚀的方法定义电极位置；
⑧用电子束蒸发的方法蒸镀电极；
⑨用研磨设备对蓝宝石衬底从底面减薄；
⑩在蓝宝石衬底下表面蒸镀一层反射层。
在上述制备方法中，所述加热的浓硫酸和磷酸的温度为350℃，浓硫酸和磷酸的体积比为3∶1。
本发明提高发光效率的发光二极管的另一种制备方法包括如下步骤：
①在蓝宝石衬底上方生长氮化镓；
②在氮化镓的上表面用电子束蒸发方法蒸镀一层ITO薄膜；
③用光刻和湿法刻蚀方法定义出N型氮化镓区域，然后用ICP刻蚀出N型电极区域；
④用等离子化学气相沉积的方法在器件表面覆盖SiO2保护层二；
⑤用光刻和湿法刻蚀的方法定义电极位置；
⑥用电子束蒸发的方法蒸镀电极；
⑦用研磨设备对蓝宝石衬底从底面减薄；
⑧用钻石刀划片机在蓝宝石衬底底面按照垂直网格划出沟槽；
⑨在蓝宝石衬底下表面蒸镀一层反射层。
本发明由于采用了上述结构和制备方法，通过在蓝宝石衬底背面打孔或者划沟槽，能有效的增加芯片底部的出光几率，从而提高光提取效率，提升芯片的质量和性能。本发明具有工艺简单，适宜大量生产的特点。本发明与现有技术比较可以将光提取效率提高5-10％。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1至图10是制备本发明发光二极管实施例一的方法步骤示意图；
图10也是本发明发光二极管的结构示意图。
具体实施方式
参看图10，本发明发光二极管包括蓝宝石衬底1以及依次置于蓝宝石衬底1上方的氮化镓层2、ITO薄膜5和SiO2保护层二7。ITO薄膜5和氮化镓层2上分别置有金属电极9。蓝宝石衬底1的底面有数多个粗化孔4，蓝宝石衬底1下表面附着反射层10。
实施例一，本发明发光二极管的一种制备方法是：
①参看图1，在蓝宝石衬底1下表面和在蓝宝石衬底上方生长的氮化镓2的上表面用等离子化学气相沉积的方法分别覆盖SiO2保护层一3；
②参看图2，用355nm激光器在蓝宝石衬底1底面打数多个深度为350-400μm的粗化孔4；
③参看图3，用350℃体积比为3∶1的浓硫酸和磷酸刻蚀粗化孔4的侧壁；
④参看图4，用缓冲蚀刻液BOE去除SiO2保护层一3，并在氮化镓2的上表面用电子束蒸发方法蒸镀一层厚度为0.24μm的ITO薄膜5；
⑤参看图5，用光刻和湿法刻蚀方法定义出N型氮化镓区域，然后用ICP刻蚀出N型电极区域6；
⑥参看图6，用等离子化学气相沉积的方法在器件表面覆盖厚度为0.24μm的SiO2保护层二7；
⑦参看图7，用光刻和湿法刻蚀的方法定义电极位置8；
⑧参看图8，用电子束蒸发的方法蒸镀厚度为1.5-2μm的电极9；
⑨参看图9，用研磨设备对蓝宝石衬底1从底面减薄至80-120μm，粗化孔4的孔深为10-20μm；
⑩参看图10，在蓝宝石衬底1下表面蒸镀一层反射层10。
实施例二，本发明发光二极管的另一种制备方法是：
①在蓝宝石衬底1上方生长氮化镓2；
②在氮化镓2的上表面用电子束蒸发方法蒸镀一层ITO薄膜5；
③用光刻和湿法刻蚀方法定义出N型氮化镓区域，然后用ICP刻蚀出N型电极区域6；
④用等离子化学气相沉积的方法在器件表面覆盖SiO2保护层二7；
⑤用光刻和湿法刻蚀的方法定义电极位置8；
⑥用电子束蒸发的方法蒸镀电极9；
⑦用研磨设备对蓝宝石衬底1从底面减薄；
⑧用钻石刀划片机在蓝宝石衬底1底面按照垂直网格划出沟槽；
⑨在蓝宝石衬底1下表面蒸镀一层反射层10。
Claims (4)
1.一种提高发光效率的发光二极管，它包括蓝宝石衬底(1)以及依次置于蓝宝石衬底(1)上方的氮化镓层(2)、ITO薄膜(5)和SiO2保护层二(7)，ITO薄膜(5)和氮化镓层(2)上分别置有金属电极(9)，其特征在于，所述蓝宝石衬底(1)的底面有数多个粗化孔(4)，蓝宝石衬底(1)下表面附着反射层(10)。
2.一种提高发光效率的发光二极管的制备方法，它包括如下步骤：
①在蓝宝石衬底(1)下表面和在蓝宝石衬底上方生长的氮化镓(2)的上表面用等离子化学气相沉积的方法分别覆盖SiO2保护层一(3)；
②用激光器在蓝宝石衬底(1)底面打数多个粗化孔(4)；
③用加热的浓硫酸和磷酸刻蚀粗化孔(4)的侧壁；
④用缓冲蚀刻液BOE去除SiO2保护层一(3)，并在氮化镓(2)的上表面用电子束蒸发方法蒸镀一层ITO薄膜(5)；
⑤用光刻和湿法刻蚀方法定义出N型氮化镓区域，然后用ICP刻蚀出N型电极区域(6)；
⑥用等离子化学气相沉积的方法在器件表面覆盖SiO2保护层二(7)；
⑦用光刻和湿法刻蚀的方法定义电极位置(8)；
⑧用电子束蒸发的方法蒸镀电极(9)；
⑨用研磨设备对蓝宝石衬底(1)从底面减薄；
⑩在蓝宝石衬底(1)下表面蒸镀一层反射层(10)。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述加热的浓硫酸和磷酸的温度为350℃，浓硫酸和磷酸的体积比为3∶1。
4.一种提高发光效率的发光二极管的制备方法，它包括如下步骤：
①在蓝宝石衬底(1)上方生长氮化镓(2)；
②在氮化镓(2)的上表面用电子束蒸发方法蒸镀一层ITO薄膜(5)；
③用光刻和湿法刻蚀方法定义出N型氮化镓区域，然后用ICP刻蚀出N型电极区域(6)；
④用等离子化学气相沉积的方法在器件表面覆盖SiO2保护层二(7)；
⑤用光刻和湿法刻蚀的方法定义电极位置(8)；
⑥用电子束蒸发的方法蒸镀电极(9)；
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⑨在蓝宝石衬底(1)下表面蒸镀一层反射层(10)。
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