一种发光二极管器件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种发光二极管器件及其制造方法。该发光二极管器件包括：基板；设置在基板上的ｎ型半导体层；设置于ｎ型半导体层上的发光层；设置于发光层上的ｐ型半导体层；和设置于ｐ型半导体层上的透明电极层。其中该透明电极层的上表面具有多个凹凸形的微结构。根据本发明专利技术，减少或避免了由于全反射造成的光损耗，提高了发光二极管的外部光效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，尤其涉及一种通过表面 粗化层提高光提取效率的发光二极管器件及其制造方法。
技术介绍
发光二极管(LED)是用半导体材料制作的正向偏置的PN结二极管。 其发光机理是当在PN结两端注入正向电流时，注入的非平衡载流子(电子 -空穴对)在扩散过程中复合发光，这种发射过程主要对应光的自发发射过 程。制作半导体发光二极管的材料是重掺杂的，热平衡状态下的N区有很多 迁移率很高的电子，P区有较多的迁移率较低的空穴。由于PN结阻挡层的 限制，在常态下，二者不能发生自然复合。而当给PN结加以正向电压时， 沟区导带中的电子则可逃过PN结的势垒进入到P区一侧。于是在PN结附 近稍偏于P区一边的地方，处于高能态的电子与空穴相遇时，便产生发光复 合。这种发光复合所发出的光属于自发辐射。一般而言，传统的发光二极管(LED)器件的制造方法是在衬底上外延 生长包括n型半导体材料层、发光层和p型半导体材料层的层叠结构。随着 发光二极管发射的光的波长不同，发光二极管所采用的材料和结构也不同。 例如，对于发射蓝光和绿光二极管，通常采用绝缘的蓝宝石作为衬底，而采 用氮化镓铟外延结构作为层叠结构。由于蓝宝石衬底为绝缘衬底，所以发光 二极管的阴极和阳极均设置在正面。例如，如图l所示，在蓝宝石村底6上 依次形成了 n型氮化镓层5、发光层4、 p型氮化镓层3、透明电极2。阳极 1和阴极7分别形成于透明电极2和n型氮化镓层5上。当由发光层4产生 的光向外发射时，光依次经由p形氮化镓层5，透明电极2以及位于透明电 极2上方的封装树脂材料(未显示)被发射到外部。由于p型氮化镓层5的 折射率通常为2.4,透明电极2的折射率通常为1.85-2.0,而封装树脂材料 的折射率通常为1.45 - 1.55,所以光从高折射率材料向低折射率材料传播。 在此过程中，在高折射率材料和低折射率材料界面之间容易发生全反射，导致大量从发光二极管器件发出的光无法被提取到外部，使得蓝绿发光二极管 的外部光效率较低。因此提高发光二极管的外部光效率已经成为业界亟待解 泱的重要课题之一。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种发光二极管器件，该发光二极管包括基板；设置在基板上的n型半导体层；设置于部分的n型半导体层上的 发光层；设置于发光层上的p型半导体层；设置于p型半导体层上的透明电 极层；设置于透明电极层上的阳极；以及设置于部分的n型半导体层上的阴 极，其中该透明电极层的上表面具有多个凹凸形的微结构。优选地，该透明电极的下表面也可以具有多个凹凸形的樣t结构。优选地，该透明电极的厚度为0.2微米-0.8微米。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种发光二极管器件，该发光二极管 包括基板；设置在基板上的n型半导体层；设置于部分的n型半导体层上 的发光层；设置于发光层上的p型半导体层；设置于p型半导体层上的透明 电极层；设置于透明电极层上的阳极；以及设置于部分的n型半导体层上的 阴极，其中形成有多个自该透明电极层贯穿至n形半导体层的孔。优选地，所述孔的间距为2-8微米，孑L的深度为l-2微米，且孔的直 径为0.2-4微米。根据本专利技术的又一个方面，还提供了 一种发光二极管器件的制造方法， 所述方法包括在基板上依次沉积n型半导体层、发光层、p型半导体层。然 后在p型半导体层形成透明电极层。然后，采用光刻暨蚀刻工艺构图透明电 极层、p型半导体层、发光层和n型半导体层，使得透明电极层、p型半导 体层、发光层形成于部分的n型半导体层上。接着，采用粗化蚀刻剂，通过 湿法蚀刻在透明电极层上形成多个凹凸形的微结构。优选地，所述粗化蚀刻剂为包括硫酸、抑制剂、表面活性剂和去离子水 的混合酸性'溶液。优选地，在p型半导体层上形成透明电极层之前，可以采用干法或湿法 蚀刻工艺粗糙化p型半导体层的上表面。根据本专利技术的又一个方面，还提供了一种发光二极管器件的制造方法， 所述方法包括在基板上依次沉积n型半导体层、发光层、p型半导体层。然后在p型半导体层形成透明电极层。然后，在透明电极层上涂布光刻胶，釆 用光刻工艺构图光刻胶以在部分的透明电极层上形成具有多个孔的光刻胶 图案。接着，利用该光刻胶图案作为蚀刻掩模，利用干法蚀刻来蚀刻透明电极层、p型半导体层、发光层和n型半导体层，从而〗吏得透明电极层、p型 半导体层、发光层形成于部分的n型半导体层上，并形成多个自透明电极层 贯穿至n型半导体层的孔。最后，去除光刻胶掩^f莫。优选地，该干法蚀刻工艺为电感耦合式反应离子蚀刻(ICP-RIE)。' 才艮据本专利技术，由于在透明电极层的上表面或上下两个表面上形成了凹凸 形的微结构，所以改变了入射到透明电极层或透明电极层上方的封装材料的 光线的角度，使得大部分光的入射角小于全反射的临界角，大幅度提高了发 光二极管器件的外部光效率。另外，多个自透明电极层贯穿至n型半导体层 的孔减少或避免了由于全反射造成的光损耗，提高了发光二极管的外部光效 率。与常规的倒装片芯片相比，根据本专利技术的半导体发光器件的光效率增加 了 20% -30%。附图说明图1为传统的发射蓝光和绿光的发光二极管器件的平面示意图；图2为沿图1的II -II线所截取的发光二极管器件的剖面示意图；图3为根据本专利技术的发光二极管器件的平面示意图；图4为沿图3的IV-IV线所截取的根据本专利技术的第一实施例的发光二 极管器件的剖面示意图；图5A-5C为描述根据本专利技术的第 一 实施例的发光二极管器件的制造方 法的剖面示意图；图6为沿图3的IV-IV线所截取的才艮据本专利技术的第二实施例的发光二 极管器件的剖面示意图；图7为显示图6中所示的微结构的放大示意图；图8A - 8C为描述根据本专利技术的第二实施例的发光二极管器件的制造方 法的剖面示意图；以及图9为沿图3的IV-IV线所截取的根据本专利技术的第三实施例的发光二 极管器件的剖面示意图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。为了清晰显示的目 的，附图中的层和特征并未按照比例绘制。 第一实施例图3为根据本专利技术的发光二极管器件的平面示意图。图4为沿图3的IV -IV线所截取的根据本专利技术的第一实施例的发光二极管器件的剖面示意图。 如图4所示，该发光二极管器件包括基板16、设置在基板16上的n型半 导体层15;设置于n型半导体层15上的发光层14;设置于发光层14上的p 型半导体层13和设置于p型半导体层13上的透明电极层12，设置于透明电 极层12上的阳极11;以及设置于部分的n型半导体层15上的阴极17。该 透明电极层12的上表面具有多个凹凸形的微结构。 、n型半导体层15、发光层14以及p型半导体层13可以由氮化镓材料构 成。透明电极层12的材料可以选自氧化铟锡(ITO)或氧化锌(ZnO)或其 他透明导电材料。该透明电极层12的厚度为0.2微米-0.8微米。现将参考图5A- 5C描述根据本专利技术的第一实施例的发光二极管器件的 制造方法。首先，在基板16上依次沉积n型半导体层15、发光层14和p 型半导体层13。然后，在p型半导体层13的上表面上形成透明电极层12， 如图5A所示。例如，可以在p型半导体层13的上表面上贴附厚度为0.2-0.8微米的透明电极层12。然后利用光刻暨蚀刻工艺构图透明电极层12、 p 型半导体层1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管器件，包括：基板；设置在基板上的ｎ型半导体层；设置于部分的ｎ型半导体层上的发光层；设置于发光层上的ｐ型半导体层；设置于ｐ型半导体层上的透明电极层；设置于透明电极层上的阳极；以及设置于部分的ｎ型半导体层上的阴极；其中该透明电极层的上表面具有多个凹凸形的微结构。

【技术特征摘要】
1、一种发光二极管器件，包括基板；设置在基板上的n型半导体层；设置于部分的n型半导体层上的发光层；设置于发光层上的p型半导体层；设置于p型半导体层上的透明电极层；设置于透明电极层上的阳极；以及设置于部分的n型半导体层上的阴极；其中该透明电极层的上表面具有多个凹凸形的微结构。2、 根据权利要求1所述的发光二极管器件，其中该透明电极的下表面 具有多个凹凸形的微结构。3、 根据权利要求1所述的发光二极管器件，其中该透明电极的厚度为 0.2微米至0.8微米。4、 一种发光二极管器件，包括 基板；设置在基板上的n型半导体层；设置于部分的n型半导体层上的发光层；设置于发光层上的p型半导体层；设置于p型半导体层上的透明电极层；设置于透明电极层上的阳极；以及设置于部分的n型半导体层上的阴极；其中形成有多个自该透明电极层贯穿至n形半导体层的孔。5、 根据权利要求4所述的发光二极管器件，其中所述孔的间距为2至8 微米，孔的深度为1至2微米，且孔的直径为0.2至4孩i米。6、 一种发光二极管器件的制造方法，包括 在基板上依次沉积n型半导体层、发光层、p型半导体层； 在p型半导体层形成透明电极层；采用光刻暨蚀刻工艺构图透明电极层、p型半导体层、发光层和n型半 导体层，使得透明电极层、p型半导体层、发光层形成于部分的...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊邦弘，翁新川，叶国光，
申请(专利权)人：鹤山丽得电子实业有限公司，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]