[发明专利]具有高光萃取效率的圆台状发光二极管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及四元系发光二极管，尤其是一种具有高光萃取效率的圆台状发光二极管及其制作方法。

背景技术

发光二极管(英文为Light Emitting Diode，简称LED)是半导体二极管的一种具有工作电压和电流低、可靠性高、寿命长且可方便调节发光亮度等优点。半导体红光发光二极管是最早采用液相外延生长技术做成的LED。自从金属有机化学外延生长技术成功开发后，铝镓铟磷(AlGaInP)系材料发展迅速被用来制作高功率高亮度红光及黄光LED。

在四元系AlInGaP发光二极管芯片中，从有源层发出来的光射出LED芯粒时，由于光由光密介质射向光疏介质时发生光的全反射现象，使得大于临界角的光发生全反射，被如GaAs(其红光吸光率可达50％)等吸光材料而吸收，大大限制了LED外量子效率的提高。另外，由于LED芯粒为长方体结构，侧边四个面出光角度为圆锥形状，也大大限制了芯粒侧面出光效率。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种具有高光萃取效率的圆台状发光二极管及其制作方法，增大光线全反射发生的临界角，以减少由于光的全反射而带来的光损失，提高发光二极管发光效率的优点。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：具有高光萃取效率的圆台状发光二极管，包括一衬底，在衬底上表面依次叠层布拉格反射层、第一型磊晶层、发光层、第二型磊晶层和窗口层，构成一层叠结构的晶片，其特征在于：晶片的外形为圆台状，在发光芯片的顶面连接一P电极，在晶片的底面连接一N电极。

上述具有高光萃取效率的圆台状发光二极管的制作方法，其制作步骤如下：

1)在衬底上依次外延生长布拉格反射层、第一型磊晶层、发光层、第二型磊晶层和窗口层构成一晶片；

2)在窗口层形成P电极；

3)在晶片的顶面形成第一光刻胶用于遮盖P电极，并通过光罩、蚀刻作业，使第一光刻胶呈圆形；

4)在第一光刻胶顶面依次形成保护层和第二光刻胶，并通过光罩、蚀刻作业，使保护层和第二光刻胶呈圆形且上下重叠；

5)通过干法蚀刻，对晶片进行非等向性刻蚀，使晶片呈圆台状；

6)在晶片中的衬底底面形成N电极；

7)去除残留的光刻胶和保护层，用钻石刀将晶片切穿即得发光二极管芯粒。

本发明中衬底材料选用GaAs、GaP或前述的任意组合之一；P电极材料选自Au、BeAu、ZnAu或前述的任意组合之一；N电极材料选自Au、GeAu、Ni或前述的任意组合之一；第二光刻胶的图案面积小于第一光刻胶的图案面积；保护层选自SiO₂、SiN_x、Ni、Cr或前述的任意组合之一；干法蚀刻采用的蚀刻气体选自Ar、O₂、BCl₃、Cl₂、SiCl₄或前述的任意组合之一。

本发明将发光二极管制作成圆台状，增大全反射发生的临界角，减少由于光的全反射而带来的光损失，大大地提高侧面出光效率。此外，圆台状发光二极管的晶片，由于其截面呈圆形，所以在侧面出光时将不会发生全反射现象，即除了介质本身的吸收及两界面处不可避免的光反射而损失的光以外，不会发生全反射现象，大幅度提高LED外量子效率。

附图说明

图1至图6是本发明高光萃取效率的圆台状发光二极管制备准备过程的截面示意图。

附图中部件说明如下：

1.衬底；2.布拉格反射层；3.第一型磊晶层；4.发光层；5.第二型磊晶层；6.窗口层；7.P电极；8.第一光刻胶；9.保护层；10.第二光刻胶；11.N电极。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具有高光萃取效率的圆台状发光二极管的制作方法，其工艺步骤如下：

如图1所示，在GaAs衬底1上依次外延生长布拉格反射层2、第一型磊晶层3、发光层4、第二型磊晶层5和窗口层6构成一晶片；在窗口层6上形成P电极7。

如图2所示，在晶片的顶面形成第一光刻胶8用于遮盖材料为BeAu的P电极7，并通过光罩、蚀刻作业，使第一光刻胶呈圆形；

如图3所示，在第一光刻胶8顶面依次形成SiO₂保护层9和第二光刻胶10，并通过光罩、蚀刻作业，使SiO₂保护层9和第二光刻胶10呈圆形且上下重叠；