[发明专利]具有改善性能的LED器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管(LED)技术领域，具体地说，本发明涉及一种具有改善性能的LED器件及其制造方法。

背景技术

发光二极管(LED)由于其可变的发光波长(从紫外波段到红光波段)而广泛应用在通用照明以及显示器背光源等领域。但是用于制备LED的半导体材料(如GaN，GaAs等)与空气的折射率差异大，这使得LED芯片有源区中产生的光存在菲涅耳损失和临界角损失，进而造成绝大部分的光在LED内部被多次反射并最终被吸收，仅有很少一部分能从LED芯片表面离开。目前常采用图形衬底技术、光子晶体技术以及表面图形化技术来提高LED的光提取效率。其中表面图形化技术简单可行，能有效提高出光效率，因而得到广泛的研究。

中国专利CN201210310976.X披露了一种GaN基LED透明电极图形化的制备方法，它是一种典型的表面图形化技术。该方法中，利用高温退火SiO₂使之重结晶来形成纳米级干法刻蚀掩膜，然后刻蚀透明电极使其图形化，从而提高光提取效率。其主要工艺步骤如下：1)在GaN基外延层上蒸镀厚度在100nm～200nm的透明电极；2)在透明电极上沉积厚度为1nm～10nm的SiO₂层；3)在250～400℃，氮气条件下进行退火5～10分钟，SiO₂层结晶形成SiO₂图形掩膜；所述图形掩膜的图形包括菱形、梯形、圆形、三角形；4)用干法刻蚀去除裸露在外的透明电极；5)用HF溶液去除SiO₂图形掩膜。这种表面图形化技术能够提高光提取效率，然而，由于需要利用高温退火SiO₂的方式让SiO₂重结晶来形成纳米级的干法刻蚀掩膜，这种提高光提取效率的方法可能会影响透明电极的导电性与透光性。

中国专利CN201410168482.1披露了另一种表面图形化技术，具体来说，中国专利CN201410168482.1披露了一种LED的外延片表面粗化工艺，它利用干湿混合的方法直接对GaN表面进行刻蚀，形成纳米级的微结构，利用这种微结构来增加LED的光提取效率。这种方案在提高光提取效率 的同时，避免了因过高的退火温度而造成的透明电极导电性与透光性降低的问题。然而，该方案并不能改善LED芯片的电学性能。

随着LED器件在应用中的不断扩展，对器件的可靠性以及诸如反向漏电流、反向击穿电压等电学性能方面的指标的要求越来越高。现有技术中，通常通过对LED芯片的表面进行钝化处理来提高器件的可靠性和电学性能，例如可以根据情况在LED芯片表面制备相应的钝化膜，例如在LED芯片表面制备SiO₂，SiN_x，SiON_x，Al₂O₃膜或者相应的复合多层膜作为钝化膜。然而，现有技术中的钝化处理方案通常难以提高LED芯片的光提取效率。即便通过对钝化膜的厚度和折射率进行精细设计来减少菲涅耳损失和临界角损失，其光提取效率的提高也难以超过10％。

因此，当前迫切需要一种能够同时提高LED芯片光提取效率和改善LED芯片电学性能的解决方案。

发明内容

本发明的任务是提供一种能够同时提高LED芯片光提取效率和改善LED芯片电学性能的解决方案。

本发明提供了一种制造具有改善性能的LED器件的方法，包括下列步骤：

1)准备未做表面钝化处理的LED芯片；

2)在步骤1)所准备的LED芯片表面沉积钝化层；

3)在所述钝化层上涂覆光刻胶，然后在所涂覆的光刻胶上制作纳米点阵；

4)将步骤3)所得的光刻胶作为掩膜，在所述钝化层刻蚀出纳米结构阵列，得到图形化的钝化层；

5)在所述图形化的钝化层上刻蚀出孔洞以露出LED芯片的P电极区域与N电极区域，在所刻蚀出的孔洞中沉积相应的电极金属。

其中，所述步骤1)中，所述未做表面钝化处理的LED芯片由下至上依次包括：GaN外延生长的衬底、N型区、有源区、P型区和透明导电层。

其中，所述步骤2)中，所述钝化层的材质为SiO₂、SiN_x或者SiON_x。

其中，所述步骤2)中，采用等离子体增强化学气相沉积技术在LED芯片表面沉积钝化层，并且在沉积钝化层时使所述钝化层覆盖所述LED 芯片的侧壁；所述钝化层厚度在250nm～600nm范围内。