发光二极管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种发光二极管及其制造方法，包括：提供(100)晶面的硅衬底；以图形化掩膜层为掩膜，湿法刻蚀硅衬底，将硅衬底的一部分转变为(111)晶面，从而使得硅衬底表面呈锥形；在硅衬底的(111)晶面上依次形成第一导电类型半导体层、有源层以及第二导电类型半导体层；形成贯穿硅衬底的接触插塞；在硅衬底远离第一导电类型半导体层的表面上形成第一电极，第一电极通过接触插塞与第一导电类型半导体层电连接；以及在第二导电类型半导体层上形成第二电极。本发明专利技术可提高发光二极管的光利用率，并且，散热效果更好，有利于节约芯片面积，提高芯片利用率。

Light emitting diode and manufacturing method thereof

The invention discloses a light emitting diode and its manufacturing method, including: (100) crystal planes of silicon substrate; a graphical mask layer as a mask, wet etching of the silicon substrate, a silicon substrate part into (111) surface, so that the tapered surface of a silicon substrate in a silicon substrate (; 111) planes are sequentially formed on the first conductive type semiconductor layer, an active layer and a second conductive type semiconductor layer; forming a contact plug through the silicon substrate; a first electrode formed from the surface of the first conductivity type semiconductor layer on a silicon substrate, a first electrode plug is connected with the first conductive type semiconductor layer through the contact form and electric plug; the second electrode on the second conductive type semiconductor layer. The invention can improve the light utilization rate of the LED, and has better heat radiation effect, and is favorable for saving the chip area and improving the chip utilization ratio.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体发光领域，特别是涉及一种。
技术介绍
发光二极管(LED，Light Emitting Diode)由于具有寿命长、耗能低等优点，应用 于各种领域，尤其随着其照明性能指标日益大幅提高，LED在照明领域常用作发光装置。其 中，以氮化镓(GaN)为代表的III-V族化合物半导体由于具有带隙宽、发光效率高、电子饱 和漂移速度高、化学性质稳定等特点，在高亮度蓝光发光二极管、蓝光激光器等光电子器件 领域有着巨大的应用潜力，引起了人们的广泛关注。然而，目前半导体发光二极管存在着发光效率低的问题。对于普通的未经封装的 发光二极管，其出光效率一般只有百分之几，大量的能量聚集在器件内部不能出射，既造成 能量浪费，又影响器件的使用寿命。因此，提高半导体发光二极管的出光效率至关重要。基于上述的应用需求，许多种提高发光二极管出光效率的方法被应用到器件结构 中，例如表面粗糙化法，金属反射镜结构等。CN 1858918A公开了一种全角度反射镜结构 GaN基发光二极管及其制作方法。参考图1，所述发光二极管包括衬底1、生长在衬底1上 的全角度反射镜4、以及制作在全角度反射镜4上的GaN LED芯片13。所述GaN LED芯片 13包括蓝宝石衬底5、N型GaN层6、有源区量子阱层7、P型GaN层8、P型电极9、P型焊 盘10、N型电极11、N型焊盘12 ；其中，全角度反射镜4生长在衬底1上，其是由高折射率层 3和低折射率层2堆叠排列成的，高折射率层3与蓝宝石衬底5接触，低折射率层2和衬底 1接触，高折射率层的折射率nH >低折射率层的折射率nL >蓝宝石材料的折射率n，且满足sin—1 -^7 < tan 1 ,其中，n、nH、nL为折射率。该专利通过在发光二极管下表面形成 nHnH全角度反射镜结构，可以将GaN材料所发光在全角度范围内以高反射率向上反射，来提高 发光二极管的出光效率。然而，该发光二极管制造方法需要在衬底上形成多层由高折射率 层与低折射率层堆叠而成的薄膜结构，制作工艺非常复杂，不利于推广应用。
技术实现思路
本专利技术提供一种，以解决现有的发光二极管出光效率低 的问题。本专利技术提供一种发光二极管制造方法，包括提供(100)晶面的硅衬底；在所述硅 衬底上形成图形化掩膜层；以所述图形化掩膜层为掩膜，湿法刻蚀所述硅衬底，将所述硅衬 底的一部分转变为(111)晶面，从而使得所述硅衬底表面呈锥形；去除所述图形化掩膜层； 在所述硅衬底的(111)晶面上依次形成第一导电类型半导体层、有源层以及第二导电类型 半导体层；形成贯穿所述硅衬底的接触插塞；在所述硅衬底远离第一导电类型半导体层的 表面上形成第一电极，所述第一电极通过接触插塞与第一导电类型半导体层电连接；在所 述第二导电类型半导体层上形成第二电极。在所述的发光二极管制造方法中，利用碱性溶液湿法刻蚀所述硅衬底；所述碱性 溶液为四甲基氢氧化铵溶液或氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液；所述湿法刻蚀工艺的刻蚀温 度为60°C 80°C，刻蚀时间大于20分钟；利用缓冲氢氟酸溶液去除所述图形化掩膜层。在所述的发光二极管制造方法中，将所述硅衬底的一部分转变为(111)晶面之 后，还包括在所述硅衬底上依次形成第一缓冲层和第二缓冲层，所述第一缓冲层的材料为 氮化铝，所述第二缓冲层的材料为η型掺杂的氮化镓或η型掺杂的铝氮化镓。在所述的发光二极管制造方法中，形成第二导电类型半导体层之后，还包括在所 述第二导电类型半导体层上形成透明导电层，所述透明导电层的材料为镍金材料。在所述的发光二极管制造方法中，形成贯穿所述硅衬底的接触插塞的步骤包括 形成贯穿所述硅衬底和第一缓冲层的接触孔；在所述接触孔内填充第一金属材料；在所述 接触孔内填充第二金属材料。在所述的发光二极管制造方法中，所述第一导电类型为η型，所述第二导电类型 为P型。所述第一导电类型半导体层的材料为η型掺杂的氮化镓，所述有源层包括多量子 阱有源层，所述多量子阱有源层的材料为铟氮化镓；所述第二导电类型半导体层的材料为 P型掺杂的氮化镓。相应的，本专利技术还提供一种发光二极管，包括硅衬底，所述硅衬底包括(100)晶 面硅衬底以及(111)晶面硅衬底，所述(111)晶面硅衬底的表面呈锥形；形成于所述(111) 晶面硅衬底上的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层；贯穿所述硅衬 底的接触插塞；形成于所述(100)晶面硅衬底远离第一导电类型半导体层的表面上的第一 电极，所述第一电极通过所述接触插塞与第一导电类型半导体层电连接；形成于所述第二 导电类型半导体层上的第二电极，所述第二电极与第二导电类型半导体层电连接。在所述的发光二极管中，还包括依次形成于所述(111)晶面硅衬底和第一导电类 型半导体层之间的第一缓冲层和第二缓冲层，所述第一缓冲层的材料为氮化铝，所述第二 缓冲层的材料为η型掺杂的氮化镓或η型掺杂的铝氮化镓，所述接触插塞贯穿所述第一缓 冲层并与第二缓冲层相接触。在所述的发光二极管中，还包括形成于所述第二导电类型半导体层上的透明导电 层，所述透明导电层的材料为镍金材料。所述第一导电类型为η型，所述第二导电类型为ρ 型。所述第一导电类型半导体层的材料为η型掺杂的氮化镓，所述有源层包括多量子阱有 源层，所述多量子阱有源层的材料为铟氮化镓；所述第二导电类型半导体层的材料为P型 掺杂的氮化镓。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点本专利技术通过湿法刻蚀(100)晶面的硅衬底，将(100)晶面的硅衬底的一部分转变 为(111)晶面，从而使得硅衬底表面呈锥形，增加硅衬底对光的反射，提高发光二极管的外 量子效率，进而提高发光二极管的光利用率；并且，由于硅衬底表面呈锥形，可提高硅衬底 与其它膜层的晶格匹配度，降低了在硅衬底表面生长外延层的缺陷密度并获得均勻的应力 分布，提高发光二极管的内量子效率，确保器件不易破裂；此外，本专利技术在硅衬底远离第一 导电类型半导体层的表面上形成第一电极，所述第一电极通过接触插塞与第一导电类型半 导体层电连接，从而形成了垂直的发光二极管结构，相比于传统的由蓝宝石衬底制成的水 平型发光二极管结构而言，垂直的发光二极管结构散热效果更好，并且有利于节约芯片面积，提高芯片利用率。 附图说明图1为现有的发光二极管的示意图；图2为本专利技术实施例的发光二极管制造方法的流程示意图；图3A 3F为本专利技术实施例的发光二极管制造方法的剖面示意图；图4为本专利技术实施例的(111)晶面硅衬底的俯视图。具体实施例方式请参考图2，其为本专利技术一实施例的发光二极管制造方法的流程示意图，结合该 图，该方法包括以下步骤步骤S200，提供(100)晶面的硅衬底；步骤S210，在所述硅衬底上形成图形化掩膜层；以所述图形化掩膜层为掩膜，湿 法刻蚀所述硅衬底，将所述硅衬底的一部分转变为(111)晶面，从而使得所述硅衬底表面 呈锥形；去除所述图形化掩膜层；步骤S220，在所述硅衬底的(111)晶面上依次形成第一导电类型半导体层、有源 层以及第二导电类型半导体层；步骤S230，形成贯穿所述硅衬底的接触插塞；在所述硅衬底远离第一导电类型半 导体层的表面上形成第一电极，所述第一电极通过接触插塞与第一导电类型半导体层电连 接；在所述第二导电类型半导体层上形成第二电极。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种发光二极管制造方法，包括：提供（１００）晶面的硅衬底；在所述硅衬底上形成图形化掩膜层；以所述图形化掩膜层为掩膜，湿法刻蚀所述硅衬底，将所述硅衬底的一部分转变为（１１１）晶面，从而使得所述硅衬底表面呈锥形；去除所述图形化掩膜层；在所述硅衬底的（１１１）晶面上依次形成第一导电类型半导体层、有源层以及第二导电类型半导体层；形成贯穿所述硅衬底的接触插塞；在所述硅衬底远离第一导电类型半导体层的表面上形成第一电极，所述第一电极通过接触插塞与第一导电类型半导体层电连接；在所述第二导电类型半导体层上形成第二电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张汝京，黄宏嘉，牛崇实，张翼德，
申请(专利权)人：西安神光安瑞光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：87