[发明专利]一种发光二极管器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管器件及其制造方法，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。

背景技术

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1所示，在蓝宝石衬底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决的重要课题之一。

发明内容

根据本发明的一个方面，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微结构。

优选地，该透明电极的厚度为0.2微米-0.8微米。

根据本发明的另一个方面，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，孔的深度为1-2微米，且孔的直径为0.2-4微米。

根据本发明的又一个方面，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。

根据本发明的又一个方面，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，采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，并形成多个自透明电极层贯穿至n型半导体层的孔。最后，去除光刻胶掩模。

优选地，该干法蚀刻工艺为电感耦合式反应离子蚀刻(ICP-RIE)。