[發(fā)明專利]倒裝發(fā)光二極管的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910057583.0
• 申請(qǐng)日: 2009-07-09
• 公開（公告）號(hào): CN101593801A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顏建鋒;郝茂盛;李淼;周健華;潘堯波;袁根如;陳誠(chéng);李士濤;張國(guó)義
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海藍(lán)光科技有限公司;彩虹集團(tuán)公司;北京大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L33/00
• 分類號(hào): H01L33/00;H01L21/782;H01L21/784;H01L27/15
• 代理公司: 上海浦一知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 孫大為

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種二極管的制備方法，具體設(shè)計(jì)一種倒裝發(fā)光二極管的制備方法。

背景技術(shù)

發(fā)光二極管具有體積小、效率高和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在交通指示、戶外全色顯示等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，從而成為目前光電子學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，尤其是利用大功率發(fā)光二極管可實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體固態(tài)照明，實(shí)現(xiàn)人類照明史上的新的革命.研究表明實(shí)現(xiàn)這一歷史革命突破的科學(xué)技術(shù)瓶頸是提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率。

而提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率的方法主要集中于對(duì)發(fā)光二極管內(nèi)、外量子效率的提高。由于GaN薄膜主要異質(zhì)外延生長(zhǎng)在藍(lán)寶石等襯底上，導(dǎo)致外延薄膜的材料質(zhì)量較差，影響了內(nèi)量子效率的提升，而圖形襯底技術(shù)是被認(rèn)為是能夠提高外延薄膜材料質(zhì)量，從而提高內(nèi)量子效率的行之有效的方法；另一方面，光提取效率是限制器件外量子效率的主要因素，其主要原因是外延材料、襯底材料以及空氣之間的折射率差別較大，導(dǎo)致有源區(qū)產(chǎn)生的光在不同折射率材料界面發(fā)生全反射而不能導(dǎo)出芯片。

目前已經(jīng)提出了提高芯片光提取效率的方法，主要包括：改變芯片的幾何外形，減少光在芯片內(nèi)部的傳播路程，降低光的吸收損耗，如采用倒金字塔結(jié)構(gòu)；控制和改變自發(fā)輻射，通常采用諧振腔或光子晶體等結(jié)構(gòu)；采用表面粗糙化方法，使光在粗糙的半導(dǎo)體和空氣界面發(fā)生漫反射，增加其投射的機(jī)會(huì)；此外利用倒裝焊接技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種倒裝發(fā)光二極管的制備方法，通過該方法能顯著提高所制備的發(fā)光二極管的發(fā)光效率。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的倒裝發(fā)光二極管的制備方法，包括如下步驟：

1)先在襯底表面制造出周期性排列的微結(jié)構(gòu)圖形；

2)在所述具有微結(jié)構(gòu)圖形的襯底表面制備發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，并分別制備P電極和N電極；

3)從所述襯底的背面采用激光照射所述襯底，使所述襯底與發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)分離，將微結(jié)構(gòu)圖形轉(zhuǎn)移至所述發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中未摻雜的氮化鎵表面。

本發(fā)明的制備方法，采用先在襯底上制備周期性排列的微結(jié)構(gòu)圖形，而后生長(zhǎng)發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，最后采用激光照射剝離襯底，并將襯底上的圖形直接轉(zhuǎn)移至未摻雜的氮化鎵層表面，同時(shí)結(jié)合倒裝焊接技術(shù)，可以同時(shí)提高所制備的發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率及外量子效率。與現(xiàn)有常見的發(fā)光二極管相比，出光效率可提高40～80％。

附圖說明

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明：

圖1為本發(fā)明的制備方法流程圖；

圖2為采用本發(fā)明的方法制備完成發(fā)光二極管芯片后的一具體截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為對(duì)圖2所示的發(fā)光二極管芯片進(jìn)行激光處理的對(duì)應(yīng)截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為采用本發(fā)明的方法制備完成發(fā)光二極管芯片后的另一具體截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為對(duì)圖4所示的發(fā)光二極管芯片進(jìn)行激光處理的對(duì)應(yīng)截面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的倒裝發(fā)光二極管的制備方法，以氮化鎵基發(fā)光二極管為例，包括如下步驟(見圖1)：

1)先在襯底6(一般為藍(lán)寶石襯底)表面制造出周期性排列的微結(jié)構(gòu)圖形。該微結(jié)構(gòu)圖形可為一維或二維結(jié)構(gòu)的鋸齒型(見圖2)、矩型(見圖4)或梯型周期性排列圖形，還可以是二維結(jié)構(gòu)的圓柱型、圓錐型、立方型或拋物線型等等其他周期性排列的陣列。微結(jié)構(gòu)圖形中每個(gè)周期寬度為0.05-15μm，該微結(jié)構(gòu)圖形高度(或深度)為0.05-15μm。

2)在微結(jié)構(gòu)圖形表面制備氮化鎵基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，并按器件設(shè)計(jì)要求分別制備P電極和N電極。該氮化鎵基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)為常規(guī)的氮化鎵基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，最常見的為依次在有微結(jié)構(gòu)圖形的襯底表面外延生長(zhǎng)未摻雜的氮化鎵層5、n型氮化鎵層4、多量子阱發(fā)光層3、p型AlGaN層2和p型氮化鎵層1。為提高外延層的質(zhì)量，還可在生長(zhǎng)未摻雜的氮化鎵層前先在襯底表面生長(zhǎng)氮化鎵緩沖層，該緩沖層的厚度可為20-30nm。

3)而后從藍(lán)寶石襯底的背面采用激光照射藍(lán)寶石襯底，使藍(lán)寶石襯底6與氮化鎵基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)分離，將所述微結(jié)構(gòu)圖形轉(zhuǎn)移至所述氮化鎵基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中的未摻雜的氮化鎵層表面(見圖3和圖5)。該具有微結(jié)構(gòu)的未摻雜的氮化鎵層表面在進(jìn)行倒裝焊接后成為發(fā)光二極管的出光面。當(dāng)采用步驟二所列的多層外延層構(gòu)成的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)時(shí)，激光照射后藍(lán)寶石襯底6與氮化鎵基發(fā)光二極管中的未摻雜的氮化鎵層5相分離，將微結(jié)構(gòu)圖形轉(zhuǎn)移至未摻雜的氮化鎵層表面。

之后進(jìn)行常規(guī)的倒裝焊接工藝，將剝離襯底后的氮化鎵基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)和制備有反射層的硅襯底進(jìn)行倒裝焊接。

采用本發(fā)明的方法所制備的未摻雜氮化鎵層上的微結(jié)構(gòu)圖形，具體地，鋸齒型周期性排列的圖形將發(fā)光二極管的出光面作了類粗化的效果增加外量子效率，而矩型、梯型周期性排列圖形，或圓柱型、圓錐型、立方型和拋物線型等周期性排列的陣列則能起到類光子晶格的作用，同樣能增加發(fā)光器件的外量子效率。