一种带气泡的电流阻挡层的发光二极管及其制作方法技术

本发明专利技术一种具有电流阻挡层的发光二极管的制作方法，至少包括以下步骤：在衬底上生长发光外延叠层，自下而上依次包括N型半导体层、活性层和P型半导体层；在发光外延叠层表面旋涂液态绝缘材料，并采用起泡机在液态绝缘材料中形成微小气泡；对形成微小气泡的液态绝缘材料，进行快速固化；采用黄光光刻以及蚀刻工艺，保留电流阻挡层区域，该区域位于后续电极正下方；制作电极，从而制得发光二极管芯片结构。

【技术实现步骤摘要】
一种带气泡的电流阻挡层的发光二极管及其制作方法
本专利技术涉及一种半导体发光器件的制作方法，更具体地为一种带有图形化气泡的电流阻挡层的发光二极管及其制作方法。
技术介绍
固态发光器件的发光二极管具有低能耗，高寿命，稳定性好，体积小，响应速度快以及发光波长稳定等良好光电特性，被广泛应用于照明、家电、显示屏及指示灯等领域。此类型发光器件在光效、使用寿命等方面均已有可观的进步，有希望成为新一代照明及发光器件主流。各种芯片制程技术广泛应用于器件的设计，由于LED芯片的电流积聚效应，即电流主要集中在电极正下方的发光层部分区域，横向扩展比较小，电流分布很不均匀，导致局部电流密度过大，热量过高，大大降低了芯片的使用效率和寿命。同时，在此区域电流密度最大，自然发光强度也最大，但此区域出射的光绝大部分会被正上方的不透明电极所遮挡，导致LED的出光效率低。比较常用的解决方案就是在LED器件结构中引入一电流阻挡层，阻挡层作为后引入的材料，存在制程复杂和粘附性等问题；美国专利US4864370就是采用该技术方法的典型，其在顶部焊盘下方置入一层不导电的SiO2作为电流阻挡层，通过SiO2层阻止电流注入正下方的发光层。当光从光密介质射向光疏介质时，折射角超过某一数值时，光不再产生折射，而是全反射。为了提高反射率，目前普遍采用图形化蓝宝石（PSS）衬底，并结合外延方法，使外延层中形成微小空隙或者气泡，从而提高反射率和光取出率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是改进现有技术的上述局限，以进一步改善发光二极管的工艺流程并提高出光效率。为达到上述目的，本专利技术提出一种带有图形化气泡的电流阻挡层的制作方法，至少包括如下步骤：（1）在衬底上生长发光外延叠层，自下而上依次包括N型半导体层、活性层和P型半导体层；（2）在发光外延叠层表面涂布液态绝缘材料，并采用起泡机在液态绝缘材料中形成微小气泡；（3）对形成微小气泡的液态绝缘材料，进行快速固化，用于充当电流阻挡层；（4）采用黄光光刻以及蚀刻工艺图形化所述电流阻挡层，保留位于后续电极正下方的电流阻挡层区域；（5）制作电极，从而制得发光二极管芯片结构。根据本专利技术，优选地，所述液态绝缘材料为低折射率材料，例如二氧化硅（SiO2）或氮化硅（SiN）等。根据本专利技术，优选地，所述液态绝缘材料为感光性材料，例如旋转涂布玻璃（SOG）或苯并环丁烯（BCB）或聚酰亚胺树脂（PI）或光刻胶等。根据本专利技术，优选地，所述起泡机的起泡方式包括搅拌或吹塑或其组合。根据本专利技术，优选地，所述起泡机的起泡过程可通入气体，气体包括氮气或氩气或其组合。根据本专利技术，优选地，所述微小气泡为圆球或椭球体或正方体或不规则形状。根据本专利技术，优选地，所述微小气泡的直径范围不大于20μm。与现有技术相比，本专利技术的有益效果至少包括：本专利技术选取液态绝缘材料作为电流阻挡层，先涂布于发光外延叠层表面，采用起泡机在液态绝缘材料中形成微小气泡，进行固化，再经黄光光刻和蚀刻工艺后，形成具图形化气泡的电流阻挡层。此外，图形化气泡的电流阻挡层还兼具反射层作用，用于进一步提高电极位置的反射效率，从而提升发光二极管的发光效率。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。图1~5为本专利技术实施例制作具有电流阻挡层的发光二极管流程示意图。图6为图5的局部放大示意图，示出气泡位置的光折射与反射路径。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术作进一步的描述。实施例1如图1所示，提供一蓝宝石衬底100，在蓝宝石衬底上从下至上依次生长具有N型半导体层、活性层和P型半导体层结构的GaN基发光外延叠层110；然后通过黄光光刻定义出P型发光区和N电极位置，利用干蚀刻方法，蚀刻出N电极位置以及切割走道，此道工艺为习知技术，故图中未示出。如图2所示，在位于GaN基发光外延叠层110顶层的P型半导体层上涂布液态绝缘材料111，该液态绝缘材料可以选择旋转涂布玻璃（SOG）或苯并环丁烯（BCB）或聚酰亚胺树脂（PI）或二氧化硅（SiO2）或氮化硅（SiN）或前述组合之一，在本实施例优选低折射率二氧化硅（SiO2）作为液态绝缘材料。液态绝缘材料先通过起泡机台进行起泡，形成微小气泡112；起泡过程中将气体吹塑进入绝缘材料，通入气体可以包括氮气、氩气等。微小气泡112的形状为圆球或椭球体或正方体或不规则形状，在本实施例优选为圆形，且直径范围不大于20μm。如图3所示，对形成微小气泡的液态绝缘材料，进行快速固化，固化时间为5~30分钟，固化温度为150~450℃，固化后形成具微小气泡的绝缘层，用于充当电流阻挡层，并可兼做反射层；接着采用黄光光刻和化学蚀刻仅保留电流阻挡层区域，该区域位于后续电极正下方。如图4所示，在电流阻挡层区域以及部分P型半导体层上披覆电流扩展层113，该电流扩展层材料可以选择氧化铟锡或金属材料或金属化合物或前述任意组合，在本实施例优选氧化铟锡。如图5所示，在位于电流阻挡层正上方的电流扩展层上制备P电极114，同时在N电极位置制作N电极（习知工艺，图中未示出），P或N电极金属材料首选Cr/Pt/Au合金，厚度在0.5~10μm之间，也可以是包括Cr、Ni、Co、Cu、Sn、Au在内的任何一种合金制成；最后，对器件进行研磨和背镀，以及单一化，形成具有电流阻挡层的发光二极管。一般来说，GaN基发光外延叠层材料的折射率在2.4左右，而低折射率绝缘材料的折射率比发光外延叠层材料低，如二氧化硅（SiO2）的折射率在1.6左右，氮化硅（SiN）的折射率在2.0左右。如图6所示，从气泡位置的光折射与反射路径可知，由于光从折射率高的材料进入折射率低的材料容易形成全反射，故发光外延叠层发出的光线经过透明电流阻挡层时会发生全反射，进一步地，在透明电流阻挡层中形成微小气泡（空气的折射率为1），在气泡位置更易产生全反射，大大增加全反射面积，而采用图形化分布可以进一步提高反射率，从而提高光取出效率。本专利技术利用发光外延叠层、电流阻挡层和空气之间的折射率差异，将图形化气泡引入透明电流阻挡层，用于提高光萃取效率；此外，具图形化气泡的电流阻挡层还兼具反射层作用，用于进一步提高电极位置的反射效率，从而提升发光二极管的发光效率。实施例2与实施例1不同的是，本实施例优选液态绝缘材料为感光型材料，如光敏旋转涂布玻璃（SOG）或光敏苯并环丁烯（BCB）或感光聚酰亚胺树脂（PI），采用感光性绝缘材料时，起泡生成微小气泡后进行固化，然后直接进行黄光光刻工艺，形成电流阻挡层（兼做反射层），从而省去涂布光刻胶等制程，有利于简化工艺，节省制造成本。需要指出的是，上述各实施例示出的制作发光二极管芯片结构为水平结构，而应该知晓，本专利技术的带有图形化气泡的电流阻挡层的制作方法同样适用于倒装结构或垂直结构。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有电流阻挡层的发光二极管的制作方法，至少包括以下步骤：（1）在衬底上生长发光外延叠层，自下而上依次包括N型半导体层、活性层和P型半导体层；（2）在发光外延叠层表面涂布液态绝缘材料，并采用起泡机在液态绝缘材料中形成微小气泡；（3）对形成微小气泡的液态绝缘材料，进行快速固化；（4）采用黄光光刻以及蚀刻工艺，保留电流阻挡层区域，该区域位于后续电极正下方；（5）制作电极，从而制得发光二极管芯片结构。

【技术特征摘要】
1.一种带气泡的电流阻挡层的发光二极管的制作方法，至少包括以下步骤：（1）在衬底上生长发光外延叠层，自下而上依次包括N型半导体层、活性层和P型半导体层；（2）在发光外延叠层表面涂布液态绝缘材料，并采用起泡机在液态绝缘材料中形成微小气泡；（3）对形成微小气泡的液态绝缘材料，进行快速固化，用于充当电流阻挡层；（4）采用黄光光刻以及蚀刻工艺图形化所述电流阻挡层，保留位于后续电极正下方的电流阻挡层区域；（5）制作电极，从而制得发光二极管芯片结构。2.根据权利要求1所述的一种带气泡的电流阻挡层的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述液态绝缘材料为低折射率材料，且折射率比发光外延叠层材料低。3.根据权利要求1所述的一种带气泡的电流阻挡层的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述液态绝缘材料为感光性材料。4.根据权利要求1所述的一种带气泡的电流阻挡层的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述液态绝缘材料为旋转涂布玻璃（SOG）或苯并环丁烯（BCB）或聚酰亚胺树脂（PI）或二氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟志白，冯岩，杨力勋，江彦志，李佳恩，林素慧，徐宸科，
申请(专利权)人：厦门市三安光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35