薄膜型发光二极管及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种薄膜型发光二极管及其制作方法，其采用图形化衬底进行外延生长，然后进行芯片制程中在衬底剥离过程中，使衬底图形的尖端从其衬底主体上断裂并保留在外延层上，从而在发光外延叠层的出光面上形成蓝宝石微透镜。所述薄膜型发光二极管包括发光外延叠层，所述发光外延叠层包含第一类型导体层、发光层和第二类型半导体层，其表面设有一系列由透明生长衬底构成的微透镜。

Film type light-emitting diode and manufacturing method thereof

The invention discloses a film type light-emitting diode and its manufacturing method, which uses the patterned substrate for epitaxial growth, chip and process in the substrate stripping process, the substrate pattern on a substrate body from the fracture tip and retained in the epitaxial layer, resulting in the formation of a light emitting epitaxial lamination micro sapphire lens surface. The film type light emitting diode includes a light emitting epitaxial lamination, the light emitting epitaxial stack comprises a first type semiconductor layer, a light-emitting layer and a second type semiconductor layer arranged on the surface of a series composed of transparent micro lens substrate.

【技术实现步骤摘要】
薄膜型发光二极管及其制作方法
本专利技术涉及一种半导体发光器件的制作方法，更具体地为一种薄膜型发光二极管及其制作方法。
技术介绍
发光二极管（LightEmittingDiode，简称LED）具有低能耗、高寿命、稳定性好、体积小、响应速度快以及发光波长稳定等良好光电特性，被广泛应用于照明、家电、显示屏及指示灯等领域。对于传统LED来说，有诸多因素限制了它的发光效率，例如：在外延生长方面，生长衬底与外延晶格失配导致内量子效率低下；在芯片方面，横向型LED芯片中常用蓝宝石、AlN等绝缘衬底，其导热率比较低导致PN结温度比较高；在光导出方面，半导体折射率与空气折射率差，抑制了光从半导体出射等。为提升发光二极管发光效率，业内出现了多种方法，例如：利用图形化蓝宝石衬底进行外延生长，可以降低位错密度提高晶体质量，并提升光功率；采用激光剥离蓝宝石衬底制作垂直类的大功率发光二极管，可以改善横向结构的电流分布问题，也可以解决电极的遮光问题，从而提升LED的发光效率。
技术实现思路
本专利技术提供了一种薄膜型发光二极管及其制作方法，其采用图形化衬底进行外延生长，然后在衬底剥离过程中，使衬底图形的尖端从其衬底主体上断裂并保留在外延层上，从而在发光外延叠层的出光面上形成蓝宝石微透镜。本专利技术的技术方案为：薄膜型发光二极管，包括发光外延叠层，所述发光外延叠层包含第一类型导体层、发光层和第二类型半导体层，具有相对的上表面和下面，所述发光层在电激发下辐射光线并向所述上表面射出，所述发光外延叠层的上表面设有一系列由透明生长衬底构成的微透镜。优选地，所述薄膜型发光二极管还包括一支撑结构，其位于所述发光外延叠层的下表面，用于支撑和保护所述发光外延叠层。在一些实施例，所述支撑结构为一导电基板，其通过一粘结层与所述发光外延叠层的下表面粘结，从而构成垂直型发光二极管。在一些实施例中，所述支撑结构可以是一具有足够厚度的电极结构，该电极结构的厚度一般达50微米以上，以具有足够的强度以保护所述外延层，从而构成倒装型发光二极管，此时发光外延叠层的出面光上即可不用制作电极结构，可增加出光面积。在一些实施例中，所述支撑结构还可以是具有良好散热性能的绝缘基板，其通过绝缘接合层与发光外延叠层的下表面接合，此时可在出光面上制作电极。优选地，所述微透镜呈上宽下窄状，其尺寸高度为0.5~3.0微米。优选地，所述微透镜侧面的锥度为30~85°。优选地，所述微透镜离散分布，相邻微透镜之间的间距为1.0~6.0微米。优选地，所述微透镜之远离所述发外外延叠层的端面为球面状。优选地，所述发光层的发光波长为λ时，所述微透镜的尺寸为λ/4以上。优选地，所述微透镜呈锥体状，其尺寸高度为0.5~3.0微米，中心间距1.0~6.0微米。优选地，所述微透镜具有两个相对的端部，其中第一个端部嵌入所述发光外延叠层内，第二个端部高出所述发光外延叠层的上表面。优选地，所述生长衬底为蓝宝石衬底或AlN衬底。本专利技术同时提供了一种薄膜型发光二极管的制作方法，包括以下步骤：（1）提供图形化的透明衬底，其上表面具有一系列具有凸起结构；（2）在所述透明衬底的上表面上外延生长发光外延叠层，包括第一类型导体层、发光层和第二类型半导体层；（3）在所述发光外延叠层的表面上制作支撑结构；（4）移除所述透明衬底，裸露出部分发光外延叠层的表面，并使透明衬底的凸起结构从透明衬底的主体上断裂并保留在发光外延叠层上，从而在发光外延叠层表面上形成一系列由透明衬底的尖端组成的微透镜。优选地，所述步骤（1）中凸起结构的高度为1~3微米，顶部具有尖端，中心间距1.0~6.0微米。在一些实施例中，所述步骤（4）中采用激光剥离的方式剥离透明衬底，具体为将激光能量聚集到所述衬底凸起结构的某一厚度D，控制能量参数使所述透明衬底的凸起断裂并保留在发光外延叠层上。优选地，所述步骤（4）中将激光能量聚集到距离所述衬底的凸起结构的顶部0.5~3.0微米厚度的位置。优选地，所述步骤（4）中控制激光能量参数为100mJ~1000mJ。在一些实施例中，所述步骤（4）中采用研磨、蚀刻或者其组合移除所述生长衬底，截止位置到距离所述衬底凸起的顶部0.5~3.0微米厚度的位置，裸露出部分发光外延叠层的表面。优选地，所述步骤（4）中还包括采用干法蚀刻或/和湿法蚀刻对微透镜进行修饰。优选地，还包括步骤（5）：对裸露出的发光外延叠层表面进行粗化，并制作电极。本专利技术在发光外延叠层的出光面上形成由透明衬底构成的微透镜，利用微透镜增加光取出，增加光的增透或耦合。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。图1为根据本专利技术实施的一种薄膜型发光二极管的结构示意图。图2为根据本专利技术实施的一种薄膜型发光二极管的微透镜分布示意图。图3为根据本专利技术实施的一种薄膜型发光二极管的制作流程图。图4~9为根据本专利技术实施的制作薄膜型发光二极管的过程示意图。图10为根据本专利技术实施的另一种薄膜型发光二极管的结构示意图。图11为根据本专利技术实施的再一种薄膜型发光二极管的结构示意图。图12为根据本专利技术实施的再一种薄膜型发光二极管的结构示意图。图13~18为制作图12所示薄膜型发光二极管的过程示意图。具体实施方式下面结合示意图对本专利技术的薄膜芯片及其制作方法进行详细的描述，在进一步介绍本专利技术之前，应当理解，由于可以对特定的实施例进行改造，因此，本专利技术并不限于下述的特定实施例。还应当理解，由于本专利技术的范围只由所附权利要求限定，因此所采用的实施例只是介绍性的，而不是限制性的。实施例1如图1所示，一种薄膜型发光二极管，包括：导电基板300、接合层310、发光外延叠层200和顶面电极400。其中，导电基板300可以选用陶瓷衬底或者镀上绝缘材料的金属基板或者硅片，本实施例优选硅片。接合层310可以是金属键合层、透明导电氧化物键合层或导电胶，在接合层310与发光外延叠层300之间还可以进一步设置接触层以及镜面反射层（Mirror）。发光外延叠层200选用III-V族材料，可以由III族的硼、铝、镓、铟与V族的氮、磷、砷排列组合而成，一般至少包括P型半导体层230、发光层220、N型半导体层210，发光层220的发光波长在200~1150nm之间，优选为蓝光波段或紫外波段，如UV-C波段（200~280nm）、UV-B波段（280~315nm）以及UV-A波段（315~380nm）。其中N型半导体层210一侧表面为出光面，出表面上具有一系列由保留在发光外延叠层上的生长衬底构成的微透镜112，如图2所示。该微透镜为图形化生长衬底的一部分，在生长衬底与发光外延叠层分离时通过将生长衬底的图形末端部与主体部分生断裂并保留在发光外延叠层，从而获得一系列微透镜。该微透镜呈上宽下窄状，其中下端部嵌入发光外延叠层200内，上端部高出发光外延叠层的上表面，其尺寸w1为λ/4以上，高度h1为0.5~3.0微米，侧面锥度β为30~本文档来自技高网...

【技术保护点】
薄膜型发光二极管，包括发光外延叠层，所述发光外延叠层包含第一类型导体层、发光层和第二类型半导体层，具有相对的上表面和下面，所述发光层在电激发下辐射光线并向所述上表面射出，其特征在于：所述发光外延叠层的上表面设有一系列由透明生长衬底构成的微透镜。

【技术特征摘要】
1.薄膜型发光二极管，包括发光外延叠层，所述发光外延叠层包含第一类型导体层、发光层和第二类型半导体层，具有相对的上表面和下面，所述发光层在电激发下辐射光线并向所述上表面射出，其特征在于：所述发光外延叠层的上表面设有一系列由透明生长衬底构成的微透镜。2.根据权利要求1所述的薄膜型发光二极管，其特征在于：还包括一支撑结构，其位于所述发光外延叠层的下表面，用于支撑和保护所述发光外延叠层。3.根据权利要求1所述的薄膜型发光二极管，其特征在于：所述微透镜呈上宽下窄状，其尺寸高度为0.5~3.0微米。4.根据权利要求2所述的薄膜型发光二极管，其特征在于：所述微透镜侧面的锥度为30~85°。5.根据权利要求1所述的薄膜型发光二极管，其特征在于：所述微透镜离散分布，相邻微透镜之间的间距为1.0~6.0微米。6.根据权利要求1所述的薄膜型发光二极管，其特征在于：所述微透镜之远离所述发外外延叠层的端面为球面状。7.根据权利要求1所述的薄膜型发光二极管，其特征在于：所述微透镜具有两个相对的端部，其中第一个端部嵌入所述发光外延叠层内，第二个端部高出所述发光外延叠层的上表面。8.薄膜型发光二极管的制作方法，包括以下步骤：（1）提供图形化的透明衬底，其上表面具有一系列凸起结构；（2）在所述透明衬底的上表面上外延生长发光外延叠层，包括第一类型导体层、发光层和第二类型半导体层；（3）在所述发光外延叠层的表面上制作支撑结构；（4）移除所述透明衬底，裸露出部分发光外延叠层的表面，并使透明衬底的凸起结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟志白，郑锦坚，杨力勋，李佳恩，徐宸科，康俊勇，
申请(专利权)人：厦门市三安光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35