[发明专利]一种提高光提取效率发光二极管的制作方法

说明书

技术领域

 本发明涉及光电技术领域，特别是具有自然粗化ITO薄膜的能提高光提取效率发光二极管的制作方法。

背景技术

半导体发光二极管LED被广泛应用于固态照明光源，其绿色节能的特点被普遍关注，其具有发热量低、耗电量小、寿命长、反应速度快、体积小可平面封装等优点，使半导体发光二极管有望成为下一代照明光源。随着LED产业的进一步发展，LED的应用市场越来越广阔，目前LED在汽车内外灯光、显示器背光、室外景观照明，便携式系统闪光灯、投影仪光源、广告灯箱、电筒、交通灯等都有广泛应用。

就发光二极管技术发展而言，目前最重要的课题是如何提高发光二极管的亮度。要提高发光二极管的亮度，就要提高发光二极管的内部量子效率及光取出效率。内部量子效率代表电子转换成光子的效率，其重点在于调整提高发光结构层的晶体质量，目前随着晶体外延生长技术的提高，已经可以将内部量子效率提升至90%甚至更高；而光取出效率则与物理现象有关。根据光的折射原理，光从光密介质射到光疏介质的界面时，光要离开法线折射，当入射角增加到某种情形时，折射线将沿表面进行，即折射角为90度，该入射角称为临界角，若入射角大于临界角，则无折射，全部光线均返回光密介质，此现象即为光的全反射。

现有技术中，LED的一般制造方法是在蓝宝石衬底上外延生长氮化镓基材料，在半导体材料（GaN材料折射率约2.45）与空气（折射率为1.0）界面，折射率差会引起全反射损耗，只有小于临界角的光子才可以射出，其余的光子则会被反射回芯片内，进一步被吸收，从而造成光提取效率不高的问题，影响LED器件的外量子效率。ITO透明导电薄膜因其高的光透过率和良好的导电性能被用做P型透明导电层。然而，使用的ITO薄膜折射率约为2.0，与空气界面仍然有折射率差，存在全反射损耗问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种提高光提取效率发光二极管的制作方法。它利用自然粗化ITO薄膜对光的散射性质，可以增加光子出射几率，解决由于折射率差引起的全反射损耗的问题，实现提高光提取效率的目的，从而提升芯片的质量和性能。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：

一种提高光提取效率发光二极管的制作方法，它包括如下步骤：

  在蓝宝石衬底上生长的氮化镓材料的表面用光刻定义并刻蚀出N型氮化镓区域；

  在氮化镓材料上表面用电子束蒸发方法蒸镀具有自然粗化性质的ITO薄膜；

  用光刻和湿法刻蚀的方法定义出ITO电流传导区域；

  用等离子化学气相沉积的方法在器件表面覆盖SiO₂保护层；

  用光刻和湿法刻蚀的方法定义电极位置；

  用电子束蒸发的方法蒸镀P型和N型电极。

在上述制作方法中，所述蒸镀ITO薄膜时的腔体温度为250℃，氧气分压为1.0×10^-2Pa，蒸镀速率为2.0?/s，ITO薄膜的厚度为0.24μm。ITO薄膜表面呈不规则针状或者块状结构，其粗糙度范围在40-400?，透光率范围在80%-100%。

在上述制作方法中，所述SiO₂保护层的厚度为0.24μm，所述电极的厚度为1.5-2μm。

本发明由于采用了上述方法，利用自然粗化ITO薄膜对光的散射性质，可以有效的增加半导体材料与空气界面的出光几率，解决由于折射率差引起的全反射损耗的问题，从而提高光提取效率。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1 至图6为本发明制作方法步骤图。 

具体实施方式

参看图1至图6，本发明的制作方法步骤如下：

  在蓝宝石衬底上生长的氮化镓材料1的表面用光刻定义并刻蚀出N型氮化镓区域2。

  在氮化镓材料1上表面用电子束蒸发方法蒸镀具有自然粗化性质的ITO薄膜3，腔体温度为250℃，氧气分压为1.0×10^-2Pa，蒸镀速率为2.0?/s。ITO薄膜3的厚度为0.24μm，ITO薄膜3表面呈不规则针状或者块状结构，其粗糙度范围在40-400?，透光率范围在80%-100%。

  用光刻和湿法刻蚀的方法定义出ITO电流传导区域4；

  用等离子化学气相沉积的方法在器件表面覆盖厚度为0.24μm的SiO₂保护层5；

  用光刻和湿法刻蚀的方法定义电极位置6；

  用电子束蒸发的方法蒸镀厚度为1.5-2μm的 P型和N型电极7。