專利名稱：一種發(fā)光二極管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體照明領(lǐng)域，尤其涉及一種發(fā)光二極管及其制作方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)是一種能將電信號轉(zhuǎn)換成光信號的結(jié)型電致發(fā)光的半導(dǎo)體器 件，氮化鎵(GaN)基發(fā)光二極管作為固態(tài)光源一經(jīng)出現(xiàn)便以其高效率、長壽命、節(jié)能環(huán) 保、體積小等優(yōu)點(diǎn)被譽(yù)為繼愛迪生發(fā)明電燈后人類照明史上的又一次革命，成為國際半 導(dǎo)體和照明領(lǐng)域研發(fā)與產(chǎn)業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，并且以氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮 化鋁鎵(AlGaN)和氮化銦鋁鎵(AlGaInN)為主的III-V族氮化物材料具有連續(xù)可調(diào)的直 接帶寬為0.7 6.2eV，覆蓋了從紫外光到紅外光的光譜范圍，是制造藍(lán)光、綠光和白光 發(fā)光器件的理想材料。目前藍(lán)寶石(A1203)襯底是氮化鎵進(jìn)行異質(zhì)外延生長最為常用的襯底之一。由 于藍(lán)寶石襯底和氮化鎵外延層間存在很大的晶格常數(shù)失配和熱膨脹系數(shù)差異，因此氮化 鎵外延層中存在很大的應(yīng)力和諸多的晶體缺陷，而缺陷往往成為非輻射復(fù)合中心，影響 了發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率和性能。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。參 照圖1，現(xiàn)有的氮化鎵基發(fā)光二極管，包含藍(lán)寶石襯底10、生長于藍(lán)寶石襯底10上的半 導(dǎo)體層20、位于半導(dǎo)體層20上的透明導(dǎo)電層40、位于半導(dǎo)體層上的η型電極30及位于 透明導(dǎo)電層40上的ρ型電極50，所述半導(dǎo)體層20縱向包括η型氮化鎵層21、發(fā)光層22 和ρ型氮化鎵層23，所述發(fā)光層22位于η型氮化鎵層21和ρ型氮化鎵層23之間。所述 透明導(dǎo)電層40位于ρ型氮化鎵層23上面，所述η型電極30連接于η型氮化鎵層21上。 將電源連接在η型、ρ型電極上，電流在透明導(dǎo)電層40上擴(kuò)散并在豎直方向流動(dòng)通過發(fā) 光層22，發(fā)光層22產(chǎn)生光并發(fā)射出來。但是，由于該半導(dǎo)體層20存在晶格缺陷，電子 和空穴在該缺陷處復(fù)合，能量將不以光能的形式散發(fā)出來而轉(zhuǎn)化成熱量，形成非輻射復(fù) 合。該半導(dǎo)體層20生長于整體平坦的藍(lán)寶石襯底10上，會(huì)在半導(dǎo)體層20內(nèi)部產(chǎn)生較多 的晶格缺陷，這樣就會(huì)產(chǎn)生較多的非輻射復(fù)合，降低了發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率，產(chǎn)生 較多熱能，能量利用率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決發(fā)光二極管發(fā)光效率低下的技術(shù)問題，提供一種可以提高內(nèi)量子 效率的發(fā)光二極管及其制作方法。具體技術(shù)方案如下一種發(fā)光二極管，依次包括襯底、半導(dǎo)體層、透明導(dǎo)電層，該發(fā)光二極管還包 括第一電極和第二電極，該第一電極與半導(dǎo)體層電連接，該第二電極與透明導(dǎo)電層電連 接；其中，所述襯底上表面具有若干突起，該突起間形成有凹槽；所述半導(dǎo)體層包括位 于凹槽的正上方的凹槽半導(dǎo)體層和位于突起的正上方的突起半導(dǎo)體層；所述透明導(dǎo)電層 位于半導(dǎo)體層之上，用于向凹槽半導(dǎo)體層提供電流。
進(jìn)一步優(yōu)選，所述透明導(dǎo)電層為梳狀透明導(dǎo)電層，具有梳齒狀透明導(dǎo)電條和與 梳齒狀透明導(dǎo)電條連接的梳架狀透明導(dǎo)電條，該梳齒狀透明導(dǎo)電條位于凹槽半導(dǎo)體層之 上。進(jìn)一步優(yōu)選，所述梳齒狀透明導(dǎo)電條的寬度小于等于凹槽的底面寬度。進(jìn)一步優(yōu)選，還包括若干絕緣條，該絕緣條位于突起半導(dǎo)體層之上，所述透明 導(dǎo)電層覆蓋所述凹槽半導(dǎo)體層和絕緣條。進(jìn)一步優(yōu)選，所述絕緣條覆蓋所述突起半導(dǎo)體層。進(jìn)一步優(yōu)選，所述絕緣條為二氧化硅薄膜條或者氮化硅薄膜條。進(jìn)一步優(yōu)選，所述半導(dǎo)體層縱向依次包括與襯底連接的緩沖層、成核層、第一 半導(dǎo)體層、多量子阱發(fā)光層、第二半導(dǎo)體層。進(jìn)一步優(yōu)選，所述襯底為藍(lán)寶石；所述多量子阱發(fā)光層具有1 10個(gè)周期的量 子阱層，該量子阱層的勢阱層厚度為2 3納米，該量子阱層的勢壘層厚度為8 15納 米。進(jìn)一步優(yōu)選，所述凹槽的寬度為2 8微米、深度為1.5 5微米，所述突起的 寬度為2 10微米。進(jìn)一步優(yōu)選，所述突起的截面為六邊形、圓弧形或者矩形。進(jìn)一步優(yōu)選，所述突起半導(dǎo)體層的上表面具有粗糙結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步優(yōu)選，所述透明導(dǎo)電層的平均厚度為1 1000納米。一種發(fā)光二極管的制作方法，包括如下步驟A、提供一襯底；B、采用蝕刻的方法對襯底進(jìn)行蝕刻，在襯底的上表面形成若干突起，該突起間 形成有凹槽，形成圖形化襯底；C、在圖形化襯底上利用金屬有機(jī)化合物氣相沉積的方法外延生長半導(dǎo)體層，所 述半導(dǎo)體層包括位于凹槽正上方的凹槽半導(dǎo)體層和位于突起正上方的突起半導(dǎo)體層；所 述半導(dǎo)體層縱向依次包括第一半導(dǎo)體層、多量子阱發(fā)光層、第二半導(dǎo)體層；D、生長透明導(dǎo)電層采用蒸鍍的方法，通過掩膜，主要在凹槽半導(dǎo)體層上直 接生長透明導(dǎo)電層；E、采用蝕刻的方法對部分透明導(dǎo)電層、第二半導(dǎo)體層和發(fā)光層，直到露出第一 半導(dǎo)體層，形成第一半導(dǎo)體層臺(tái)面；F、采用蒸鍍的方法在透明導(dǎo)電層上制備第二電極，在第一半導(dǎo)體層臺(tái)面上制備 第一電極。進(jìn)一步優(yōu)選，所述透明導(dǎo)電層為梳狀，具有梳齒狀透明導(dǎo)電條和與梳齒狀透明 導(dǎo)電條連接的梳架狀透明導(dǎo)電條，該梳齒狀透明導(dǎo)電條位于凹槽半導(dǎo)體層上，所述步驟 D中，還包括除去掩膜的步驟。進(jìn)一步優(yōu)選，在步驟D中，所述掩膜為氮化硅薄膜條或者二氧化硅薄膜條，該 掩膜位于突起方半導(dǎo)體層上，然后在掩膜和凹槽半導(dǎo)體層上蒸鍍透明導(dǎo)電層。進(jìn)一步優(yōu)選，所述襯底為藍(lán)寶石；所述步驟C還包括在生長第一半導(dǎo)體層之前，如下步驟Cl，用金屬有機(jī)化合物氣相沉積的方法，在襯底上低溫外延生長成核層；
C2，在低溫成核層上橫向高溫外延生長緩沖層。所述步驟C在生長發(fā)光層和第二半導(dǎo)體層之間，還包括步驟C3，在發(fā)光層之上生長第二半導(dǎo)體阻擋層。進(jìn)一步優(yōu)選，所述第二半導(dǎo)體阻擋層為ρ型氮化鋁鎵層，所述第二半導(dǎo)體層包 括P型氮化鎵層；該制作方法中，還包括對P型氮化鎵層進(jìn)行活化的步驟，該步驟具體如 下在溫度為600-800°C的真空或氮?dú)夥諊逻M(jìn)行快速熱退火或者采用離子束進(jìn)行轟
擊ο進(jìn)一步優(yōu)選，所述凹槽的寬度為2 8微米、深度為1.5 5微米，所述突起的 寬度為2 10微米。進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟C在生長完第二半導(dǎo)體層之后，還包括步驟C4，該突起半導(dǎo)體層上表面進(jìn)行粗糙處理，以在該部分形成粗糙結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的發(fā)光二極管由于電流主要是通過晶格缺陷較少的凹槽半導(dǎo)體層， 而在晶格缺陷較多的突起半導(dǎo)體層只有少部分電流通過，大大降低了非輻射復(fù)合發(fā)生的 概率，提高發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率，即提高了發(fā)光二極管的發(fā)光效率。在本發(fā)明的突起半導(dǎo)體層的上表面做成粗糙表面，增加光線的射出量，有利于 進(jìn)一步提高該發(fā)光二極管的發(fā)光效率。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)提供的LED發(fā)光二.極管結(jié)構(gòu)；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例的襯底結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明實(shí)施例--的發(fā)光二二極'_俯視圖4是本發(fā)明實(shí)施例--的發(fā)光二二極'_結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明實(shí)施例二二的發(fā)光二二極'_結(jié)構(gòu)示意圖6是本發(fā)明實(shí)施例三Ξ的發(fā)光二二極'_結(jié)構(gòu)示意圖7是本發(fā)明實(shí)施例--的發(fā)光二二極'_制作方法流程圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā) 明，并不用于限定本發(fā)明。在半導(dǎo)體領(lǐng)域中，目前只存在兩種摻雜類型的半導(dǎo)體，一種為ρ型半導(dǎo)體，另 一種為N型半導(dǎo)體，當(dāng)然，不摻雜的為本征半導(dǎo)體。所以當(dāng)?shù)谝?類型)半導(dǎo)體為N型 時(shí)，則第二(類型)半導(dǎo)體為P型，其更換順序亦可。由于原理方面差不多，本發(fā)明實(shí) 施例中以第一半導(dǎo)體層為N型半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層為P型半導(dǎo)體層為例進(jìn)行說明。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的襯底結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例一的發(fā)光二極管 俯視圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例一的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例二的發(fā) 光二極管結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明實(shí)施例三的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明 實(shí)施例一的發(fā)光二極管制作方法流程圖。
下面結(jié)合附圖，列舉實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例一本發(fā)明提供的實(shí)施例一的發(fā)光二極管，依次包括襯底、半導(dǎo)體層、透明導(dǎo)電 層，還包括可與外界電連接向發(fā)光二極管提供電能的第一電極和第二電極，該第一電極 與半導(dǎo)體層電連接，該第二電極與透明導(dǎo)電層電連接；其中，所述襯底上表面具有若干 凹槽和若干突起；所述半導(dǎo)體層橫向包括凹槽半導(dǎo)體層和突起半導(dǎo)體層，所述凹槽半導(dǎo) 體層位于凹槽的正上方，所述突起半導(dǎo)體層位于突起的正上方；所述透明導(dǎo)電層位于半 導(dǎo)體層之上，用于向凹槽半導(dǎo)體層提供電流。所述襯底為圖形化襯底。所述半導(dǎo)體層縱 向依次包括與襯底連接的第一半導(dǎo)體層、發(fā)光層、第二半導(dǎo)體層。請參照圖2，本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光二極管的襯底100為圖形化襯底。該襯底100 的材料主要為藍(lán)寶石，也可以為硅(Si)、碳化硅(SiC)以及氧化鋅(ZnO)等。本發(fā)明實(shí) 施例優(yōu)選該襯底100的材料為藍(lán)寶石，對于單個(gè)發(fā)光二極管而言其形狀為長方體或者正 方體，平均厚度為70 150微米。該襯底100上表面具有若干凹槽120和突起110，突 起110和凹槽120間隔排列，該凹槽120規(guī)則排列，所謂規(guī)則排列為每個(gè)凹槽120的形狀 相同，在現(xiàn)有工藝條件下，近似即可，且每個(gè)突起110也一樣，也就是突起110與凹槽 120按周期排列。所述凹槽120可以都為平行排列，所述突起110為橫臥的柱體，其上表 面平整，所述凹槽120的底面也平整；所述凹槽110也可以分為相交的兩部分，每部分內(nèi) 部的凹槽相互平行，所述凸起110為豎立的柱體，該柱體上表面平整，所述凹槽120的底 面也平整；平整的凹槽的底面有利于外延生長半導(dǎo)體層。當(dāng)然，柱體的上表面也可以為 圓弧形。所述突起110的截面可以為圓弧形或者多邊形。多邊形中六邊形、四邊形的效 果較好，而四邊形中又以矩形效果較佳。本實(shí)施例優(yōu)選，該突起110的截面為矩形，這 樣制作工藝簡單，并且能滿足要求。為了使半導(dǎo)體層的晶格缺陷降低，本實(shí)施例優(yōu)選該 凹槽120的寬度為2 8微米、深度為1.5 5微米，該突起110的寬度為2 10微米。 本實(shí)施例進(jìn)一步優(yōu)選該凹槽120的寬度為6微米、深度為3微米，該突起110的寬度為3 微米。凹槽120的寬度是指凹槽120的底面的截面寬度，突起110的寬度為突起110正 投影到凹槽120的底面所在平面時(shí)的圖形的截面寬度。電流大部分是流經(jīng)凹槽120所正 對的半導(dǎo)體層(凹槽半導(dǎo)體層)，因此凹槽半導(dǎo)體層才起到發(fā)光的作用，因而這樣選取參 數(shù)可以達(dá)到增加半導(dǎo)體層的利用率。請參照圖3，本發(fā)明實(shí)施例一的發(fā)光二極管的透明導(dǎo)電層為梳狀透明導(dǎo)電層，具 有梳齒狀透明導(dǎo)電條920和與梳齒狀透明導(dǎo)電條920連接的梳架狀透明導(dǎo)電條910，該梳 齒狀透明導(dǎo)電條920位于凹槽半導(dǎo)體層上方，與凹槽正對著。所述梳架狀透明導(dǎo)電條910 優(yōu)選位于梳齒狀透明導(dǎo)電條920的正中間或者發(fā)光二極管的一側(cè)(半導(dǎo)體層的一側(cè)，即圖 中的上側(cè)或者下側(cè))，前者可以進(jìn)一步提到電流均勻性，后者可以減少梳架狀透明導(dǎo)電條 910寬度同時(shí)制作簡單。由于半導(dǎo)體層中電流橫向流動(dòng)能力比較差，一般認(rèn)為電流在透明 導(dǎo)電層下方的半導(dǎo)體層中是豎直方向流動(dòng)的，因此，在沒有被透明導(dǎo)電層覆蓋的半導(dǎo)體 層中的發(fā)光層中幾乎沒有電流通過，通過這樣設(shè)計(jì)透明導(dǎo)電層，達(dá)到了控制電流在半導(dǎo) 體層中流動(dòng)位置的目的，實(shí)現(xiàn)電流可選擇性的流動(dòng)。在本實(shí)施例中，第二電極為P型電 極、第一電極也就為N型電極，在圖3中，圓形狀的電極為P型電極1000，類似方形狀 的電極為N型電極1100，發(fā)光二極管通過該兩個(gè)電極與外部電源電連接。所述P型電極1000和N型電極1100的材料可以為Ti/Au合金，也可以是Ni、Au、Al、Ti、Pd、Pt、
Sn、Cr中任意兩種或則多種金屬的合金，其厚度為0.2 1微米。本實(shí)施優(yōu)選P型電極 1000和N型電極1100的材料可以為Ti/Au合金，其厚度為0.5微米。P型電極1000接 收到電流，并將電流傳導(dǎo)到透明導(dǎo)電層中，該透明導(dǎo)電層又將電流分配到梳齒狀透明導(dǎo) 電條920和梳架狀透明導(dǎo)電條910中，可以實(shí)現(xiàn)分配電流的目的，還可以起到均勻分配電 流的目的。由于電流向下流的范圍取決于梳齒狀透明導(dǎo)電條920的寬度，為了盡可能多 的將電流安置在凹槽半導(dǎo)體層中，提高內(nèi)量子效應(yīng)，本實(shí)施優(yōu)選所述梳齒狀透明導(dǎo)電條 的寬度等于或者小于凹槽的寬度。為了使發(fā)光二極管發(fā)出光線容易射出，優(yōu)選所述透明 導(dǎo)電層的平均厚度為1 1000納米。請參照圖4，本發(fā)明實(shí)施例一的發(fā)光二極管，包括上述圖形化的襯底100，位于 圖形化的襯底100上方縱向依次是成核層200、緩沖層300、N型半導(dǎo)體層(第一半導(dǎo)體 層)400、發(fā)光層500、位于發(fā)光層500之上的第二半導(dǎo)體阻擋層600、鎂摻雜P型半導(dǎo)體 層700、重?fù)诫sP型半導(dǎo)體層800、上述梳狀透明導(dǎo)電層900。該圖形化的襯底100具有 凹槽120和突起110。本實(shí)施例的發(fā)光二極管還包括N型電極1100和P型電極1000。在 某些實(shí)施例中的發(fā)光二極管可以不具有成核層200、緩沖層300，這樣得到的半導(dǎo)體層與 襯底100之間晶格常數(shù)失配而導(dǎo)致的晶格缺陷會(huì)比較多。本實(shí)施例為了降低晶格缺陷， 獲得更好的半導(dǎo)體層而在發(fā)光二極管中起用該兩層。所述鎂摻雜P型半導(dǎo)體層700和重 摻雜P型半導(dǎo)體層800構(gòu)成第二半導(dǎo)體層，當(dāng)然，在有些實(shí)施例中，也可以只需要重?fù)诫s P型半導(dǎo)體層800構(gòu)成第二半導(dǎo)體層。所述N型半導(dǎo)體層400有部分區(qū)域沒有被發(fā)光層 500覆蓋而形成一個(gè)平臺(tái)，該平臺(tái)用于承載第一電極(即N型電極1100)。在梳狀透明導(dǎo) 電層900上形成P型電極層1000。透明導(dǎo)電層900與襯底100之間的結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為半導(dǎo)體 層。該半導(dǎo)體層橫向包括凹槽半導(dǎo)體層1和突起半導(dǎo)體層2，所述凹槽半導(dǎo)體層1位于凹 槽的正上方，所述突起半導(dǎo)體層2位于突起的正上方；該半導(dǎo)體層通過生長在圖形化的 襯底100上，其晶格缺陷較生長在整體平坦的襯底上是要低的，尤其是在凹槽120上方的 部分半導(dǎo)體層(凹槽半導(dǎo)體層1)的晶格缺陷較少。因?yàn)橐r底的凹槽120處生長形成的凹 槽半導(dǎo)體1中的缺陷會(huì)在襯底的突起110處改變延伸方向而不能穿過該部分的發(fā)光層，而 襯底的突起110處生長形成的突起半導(dǎo)體2中的缺陷一般不會(huì)被打斷而穿透該部分的發(fā)光 層，所以凹槽半導(dǎo)體1中的發(fā)光層的晶格缺陷較少。請?jiān)賲⒄請D3，由于梳齒狀透明導(dǎo)電 條920位于凹槽120的正上方，所以電流絕大部分電流都是通過晶格缺陷較少的凹槽半導(dǎo) 體層1，而在其他晶格缺陷較多的半導(dǎo)體層區(qū)域(突起半導(dǎo)體層2)只有與梳架狀透明導(dǎo)電 條910接觸的部分才有少量電流通過，大大降低了非輻射復(fù)合發(fā)生的概率，提高發(fā)光二 極管的內(nèi)量子效率同時(shí)也提高了能量轉(zhuǎn)化率即提高了電能利用率。發(fā)光二極管的發(fā)光效率分為內(nèi)量子效率和外量子效率。該外量子效率是指二極 管產(chǎn)生的光中有效射出的光的效率。由于以前的技術(shù)是將整個(gè)透明導(dǎo)電層覆蓋在P型半 導(dǎo)體層上使光不容易射出，現(xiàn)在只是部分覆蓋，這樣也就增加了光的射出，提高了外量 子效率。為了更進(jìn)一步提高外量子效率，在沒有被透明導(dǎo)電層覆蓋的P型半導(dǎo)體層上進(jìn) 行粗糙化處理，形成若干V型凸起的粗糙結(jié)構(gòu)810，當(dāng)然這種粗糙結(jié)構(gòu)也可以為其他的例 如，球形凸起、其他不規(guī)則凸起等。這樣就增加光的折射和降低光的全反射，進(jìn)一步提 高了發(fā)光二極管的外量子效率。
該半導(dǎo)體層的材料為以氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化鋁鎵(AlGaN) 和氮化銦鋁鎵(AlGaInN)為主的III-V族氮化物材料。其中優(yōu)選，N型半導(dǎo)體層400為 N型氮化鎵層400，第二半導(dǎo)體阻擋層600為P型氮化鋁鎵阻擋層600，參鎂P型半導(dǎo)體 層700為參鎂P型氮化鎵層700和重?fù)诫s半導(dǎo)體層800為重?fù)诫sP型氮化鎵層800。所述發(fā)光層500為多量子阱發(fā)光層，該多量子阱發(fā)光層生長在η型氮化鎵層400 上。該量子阱的結(jié)構(gòu)優(yōu)選為InxGai_xN/GaN(0<x<l)量子阱結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，該量子阱結(jié) 構(gòu)也可以為 InxGahN/AlyGa1-JrN (0 < χ < U 0<y<l)、AlxGayIn1TyNZGaN (0 < χ < 1、
0 < y < U x+y < 1) > AlxGayIn1^yN/AlzGa1^zN((0 < χ < U 0 < y < U x+y<l、ζ < 1)中的一種或幾種組合形成的量子阱結(jié)構(gòu)。量子阱層包括勢壘層和勢阱層。該量子 阱層的勢阱層厚度為2 3納米，該量子阱層的勢壘層厚度為8 15納米，該多量子阱 發(fā)光層具有1到10個(gè)周期的量子阱層，有利于提高內(nèi)量子效率?？昭ê碗娮釉诙嗔孔于?層中復(fù)合產(chǎn)生光子，將電能轉(zhuǎn)化成光能，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體發(fā)光。進(jìn)一步說明本發(fā)明實(shí)施例一的發(fā)光二極管的制作方法。請參見圖7和圖4，圖 7為本發(fā)明實(shí)施例一的發(fā)光二極管制作方法流程圖，本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光二極管的制作方 法包括如下步驟SlOO 提供一襯底；該襯底為藍(lán)寶石、硅(Si)、碳化硅(SiC)以及氧化鋅 (ZnO)中的一種，其厚度為70 150微米；本實(shí)施例優(yōu)選該襯底為藍(lán)寶石，厚度為100 微米。S200 采用蝕刻的方法對襯底進(jìn)行蝕刻，在襯底的上表面形成有凹槽120和突 起110，該凹槽120形成于該突起110之間，形成圖形化的襯底；蝕刻工藝為一現(xiàn)有工藝 在此不再贅述。該凹槽120規(guī)則排列，所謂規(guī)則排列為每個(gè)凹槽120的形狀相同，在現(xiàn)有 工藝條件下，近似即可，且對于每個(gè)突起110而言也一樣，也就是說所述突起110與凹槽 120進(jìn)行周期性排列。所述凹槽120可以都為平行排列，所述突起110為橫臥的柱體，其 上表面平整，所述凹槽120的底面也平整；所述凹槽120也可以分為相交的兩部分，各部 分內(nèi)部相互平行，所述凸起110為豎立的柱體，該柱體上表面平整，所述凹槽120的底面 也平整；當(dāng)然，柱體的上表面也可以為圓弧形。凹槽120的底面平整有利于外延生長半 導(dǎo)體層。所述突起110的截面可以為圓弧形、六邊形、四邊形等規(guī)則圖形，四邊形中又 以矩形效果較佳。本實(shí)施例優(yōu)選，該突起110的截面為矩形，這樣制作工藝簡單，并且 能達(dá)到很好的效果。為了使上述半導(dǎo)體層的晶格缺陷降低，本實(shí)施例優(yōu)選該凹槽120的 寬度為2 8微米、深度為1.5 5微米，該突起110的寬度為2 10微米。突起110 的寬度一般也指突起110在凹槽120的底面所在平面上的正投影的圖形(截面)寬度。 本實(shí)施例進(jìn)一步優(yōu)選該凹槽120的寬度為6微米、深度為3微米，該突起110的寬度為3 微米，這樣有利于增加上述半導(dǎo)體層的利用率，因?yàn)殡娏鞔蟛糠质橇鹘?jīng)凹槽120所正對 的那部分半導(dǎo)體層(凹槽半導(dǎo)體層)，而只有電流經(jīng)過的那部分半導(dǎo)體層才起到發(fā)光的作 用，因而這樣選取參數(shù)可以達(dá)到增加半導(dǎo)體層的利用率。S300用金屬有機(jī)化合物氣相沉積的方法，在襯底上低溫外延生長成核層 200；金屬有機(jī)化合物氣相沉積的方法為現(xiàn)有制作LED器件常用工藝方法。而在襯底上 低溫生長成核層，可以提高后續(xù)各層晶體結(jié)構(gòu)。S400 在成核層200上高溫橫向外延生長緩沖層300 ；該緩沖層300優(yōu)選為本征氮化鎵層300。在生長過程中，通過對溫度、壓強(qiáng)、氮化物與鎵源的比例等工藝參數(shù)的控 制實(shí)現(xiàn)氮化鎵在圖形化襯底凹槽區(qū)域上方的橫向外延生長。高溫生長緩沖層300的目的 在于緩和上述半導(dǎo)體層與襯底之間的晶格常數(shù)不配備現(xiàn)象，進(jìn)一步為生長具有較好晶格 結(jié)構(gòu)的上述半導(dǎo)體層打下良好基礎(chǔ)。上述半導(dǎo)體層包括透明導(dǎo)電層900與襯底100之間的 各層結(jié)構(gòu)。所述半導(dǎo)體層橫向包括凹槽半導(dǎo)體層1和突起半導(dǎo)體層2，所述凹槽半導(dǎo)體層 1位于凹槽120的正上方，所述突起半導(dǎo)體層2位于突起110的正上方；該半導(dǎo)體層的材 料為以氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)和氮化銦鋁鎵(AlGaInN) 為主的III-V族氮化物材料。S500 利用金屬有機(jī)化合物氣相沉積的方法縱向依次在緩沖層300 (本征氮化鎵 層300)上生長第一半導(dǎo)體層400、發(fā)光層500;本實(shí)施例的第一半導(dǎo)體層為N型氮化鎵層 400，發(fā)光層500為多量子阱發(fā)光層。該量子阱的結(jié)構(gòu)優(yōu)選為InxGai_xN/GaN(0 < χ < 1) 量子阱結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，該量子阱結(jié)構(gòu)也可以為InxGahN/AlyGanNOXxCl、0<y<l)、 AlxGayIn1^yNZGaN (O <χ<1、O < y < U x+y < 1) > Al.Gayln^^N/AlzGa1^zN ((O < χ < 1、O < y < 1、x+y < 1、ζ < 1)中的一種或幾種組合形成的量子阱結(jié)構(gòu)。該量子阱 層的勢阱層厚度為2 3納米，勢壘層厚度為8 15納米，多量子阱發(fā)光層包括1到10 個(gè)周期的量子阱層。S600依次在發(fā)光層500生長第二半導(dǎo)體阻擋層600、第二半導(dǎo)體層。本發(fā)明的 第二半導(dǎo)體阻擋層600與第二半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體類型是一致。本實(shí)施例優(yōu)選第二半導(dǎo)體 阻擋層600為P型氮化鋁鎵阻擋層600，本實(shí)施例的第二半導(dǎo)體層包括摻鎂P型半導(dǎo)體層 700和重?fù)诫s半導(dǎo)體層800，具體為摻鎂P型氮化鎵層700和重?fù)诫sP型氮化鎵層800， 這種結(jié)構(gòu)可以降低與透明導(dǎo)電層的接觸電阻。采用在圖形化的襯底上生長半導(dǎo)體層，有利于降低半導(dǎo)體層中晶格缺陷，尤其 是凹槽半導(dǎo)體層1的晶格缺陷較少。S700 對第二半導(dǎo)體層進(jìn)行活化處理；本實(shí)施例對摻鎂P型氮化鎵層700和重 摻雜P型氮化鎵層800進(jìn)行活化，具體活化步驟如下在溫度為600-800°C的真空或氮?dú)?氛圍下進(jìn)行快速熱退火或者采用離子束進(jìn)行轟擊。S800 對該突起半導(dǎo)體層2的上表面進(jìn)行粗糙處理，以在該部分形成粗糙結(jié)構(gòu) 810。該粗糙處理可以通過激光處理、也可以通過蝕刻處理，都為現(xiàn)有技術(shù)。粗糙結(jié)構(gòu) 可以為若干V型凸起的粗糙結(jié)構(gòu)，當(dāng)然這種粗糙結(jié)構(gòu)也可以為其他的例如，球形凸起、 其他不規(guī)則凸起等。S900生長透明導(dǎo)電層900;采用蒸鍍的方法，通過掩膜，在凹槽半導(dǎo)體層部 分上直接生長透明導(dǎo)電層；本實(shí)施例優(yōu)選該掩膜的形狀為梳狀，該正投影到襯底上能覆 蓋襯底上的突起110。這樣蒸鍍形成的透明導(dǎo)電層也為梳狀透明導(dǎo)電層，具有梳齒狀透 明導(dǎo)電條920和與梳齒狀透明導(dǎo)電條連接的梳架狀透明導(dǎo)電條910，該梳齒狀透明導(dǎo)電條 920位于凹槽120的正上方，當(dāng)然在所述步驟中，還包括除去掩膜的步驟。所述梳架狀透 明導(dǎo)電條910優(yōu)選位于梳齒狀透明導(dǎo)電條的正中間或者發(fā)光二極管的一側(cè)(第二半導(dǎo)體層 的一側(cè)，即圖中的上側(cè)或者下側(cè))，前者可以進(jìn)一步提到電流均勻性，后者可以減少梳架 狀透明導(dǎo)電條寬度同時(shí)制作簡單。由于半導(dǎo)體層中電流橫向流動(dòng)能力比較差，一般認(rèn)為 電流在半導(dǎo)體層中是豎直方向流動(dòng)的，因此，在沒有被透明導(dǎo)電層覆蓋的半導(dǎo)體層中的多量子阱發(fā)光層幾乎沒有電流通過，通過這樣設(shè)計(jì)透明導(dǎo)電層，達(dá)到了控制電流在半導(dǎo) 體層中流動(dòng)位置的目的，實(shí)現(xiàn)電流可選擇性的流動(dòng)。該梳狀透明導(dǎo)電層既可以實(shí)現(xiàn)分配 電流的目的，又可以起到均勻分配電流的目的。由于電流向下流的范圍取決于梳齒狀透 明導(dǎo)電條的寬度，為了盡可能多的將電流安置在凹槽半導(dǎo)體層中，提高內(nèi)量子效應(yīng)，本 實(shí)施優(yōu)選所述梳齒狀透明導(dǎo)電條的寬度等于或者小于凹槽的寬度。為了使發(fā)光二極管發(fā) 出光線容易射出，優(yōu)選所述透明導(dǎo)電層的平均厚度為1 1000納米。
S1000 采用蝕刻的方法對部分透明導(dǎo)電層900、第二半導(dǎo)體層(參鎂P型氮化 鎵層700和重?fù)诫sP型氮化鎵層800)、第二半導(dǎo)體阻擋層(P型氮化鋁鎵阻擋層600)和 發(fā)光層500(多InxGai_xN/GaN(0 < χ < 1)量子阱層)進(jìn)行蝕刻，直到露出第一半導(dǎo)體層 (N型氮化鎵層400)，形成第一半導(dǎo)體層(N型氮化鎵層400)臺(tái)面，這樣方便制作第一電 極(N型電極1100)。
SllOO 采用蒸鍍的方法在透明導(dǎo)電層900上制備第二電極(P型電極1000)，在 第一半導(dǎo)體層(N型氮化鎵層400)臺(tái)面上制備第一電極(N型電極1100)。所述P型電極 1000和N型電極1100的材料可以為Ti/Au合金，也可以是Ni、Au、Al、Ti、Pd、Pt、 Sn、Cr中任意兩種或則多種金屬的合金，其厚度為0.2 1微米。本實(shí)施優(yōu)選P型電極 和N型電極的材料可以為Ti/Au合金，其厚度為0.5微米。這種選擇接觸電阻會(huì)得到優(yōu) 化，也對發(fā)光二極管的發(fā)光效率影響較小。
采用本實(shí)施例的發(fā)光二極管制作方法得到的發(fā)光二極管，由于梳齒狀透明導(dǎo)電 條位于凹槽的正上方，所以電流絕大部分電流都是通過晶格缺陷較少的部分半導(dǎo)體層， 而在其他晶格缺陷較多的半導(dǎo)體層區(qū)域只有少部分電流通過，大大降低了非輻射復(fù)合發(fā) 生的概率，提高發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率同時(shí)也提高了能量轉(zhuǎn)化率即提高了電能利用 率。同時(shí)由于梳狀透明導(dǎo)電層和粗糙結(jié)構(gòu)，使發(fā)光二極管的外量子效率得以提高。所 以，本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光二極管的發(fā)光效率較現(xiàn)有技術(shù)有所提高。
實(shí)施例二
請參照圖5，本發(fā)明實(shí)施例二的發(fā)光二極管，包括上述圖形化的襯底2100，位 于圖形化的襯底2100上方依次是成核層2200、緩沖層2300、N型半導(dǎo)體層(第一半導(dǎo)體 層)2400、發(fā)光層2500、位于發(fā)光層2500之上的第二半導(dǎo)體阻擋層沈00、鎂摻雜P型半 導(dǎo)體層2700、具有粗糙結(jié)構(gòu)觀10的重?fù)诫sP型半導(dǎo)體層觀00、透明導(dǎo)電層四00。該圖 形化的襯底2100具有凹槽2120和突起2110。本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光二極管還包括N型電 極21100和P型電極21000。本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別點(diǎn)有二，一為本實(shí)施例的發(fā)光二 極管的透明導(dǎo)電層的結(jié)構(gòu)為一完整的層狀結(jié)構(gòu)，并完全覆蓋重?fù)诫sP型半導(dǎo)體層觀00。 另一為，還包括若干絕緣條21200，該絕緣條21200正好覆蓋粗糙結(jié)構(gòu)觀10，也就是該絕 緣條位于突起半導(dǎo)體層的正上方。當(dāng)透明導(dǎo)電層四00向半導(dǎo)體層提供電流時(shí)，該凹槽 2120正上方的半導(dǎo)體層具有電流通過，其他地方由于絕緣條的存在而不能傳導(dǎo)電流。本 實(shí)施例優(yōu)選所述絕緣條為二氧化硅薄膜條或者氮化硅薄膜條，生產(chǎn)工藝簡單，也不會(huì)對 光線射出有較大的阻力作用。
本實(shí)施例發(fā)光二極管的制作方法上與實(shí)施例一的制作方法的區(qū)別點(diǎn)在于一、 在步驟S800和步驟S900之間增加如下步驟該粗糙結(jié)構(gòu)的上方制作二氧化硅薄膜條或者 氮化硅薄膜條，此方法可以先用掩膜然后再生長二氧化硅薄膜或者氮化硅薄膜最后再除去該掩膜的方法得到。二、直接以絕緣條為掩膜在重?fù)诫sP型半導(dǎo)體層觀00蒸鍍成透明 導(dǎo)電層2900。
實(shí)施例三
請參照圖6，本發(fā)明的實(shí)施例三的發(fā)光二極管為垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，包括 N型半導(dǎo)體層(第一半導(dǎo)體層)3400、發(fā)光層3500、位于發(fā)光層3500之上的第二半導(dǎo)體阻 擋層3600、鎂摻雜P型半導(dǎo)體層3700、具有粗糙結(jié)構(gòu)3810的重?fù)诫sP型半導(dǎo)體層3800、 正好覆蓋粗糙結(jié)構(gòu)觀10的絕緣條31200、明導(dǎo)電層3900。本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光二極管還 包括N型電極31100和P型電極31000。該N型電極31100與N型半導(dǎo)體層3400電連 接并位于其下方，該P(yáng)型電極31000與透明導(dǎo)電層四00電連接并位于其上方。本實(shí)施例 的發(fā)光二極管是在實(shí)施例二的基礎(chǔ)上通過研磨或者激光剝離技術(shù)將襯底、成核層和緩沖 層去除，然后在N型半導(dǎo)體層3400的下方制作N型電極31100得到。這種垂直結(jié)構(gòu)的 發(fā)光二極管具有更好的出光效率。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的 精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，依次包括襯底、半導(dǎo)體層、透明導(dǎo)電層，該發(fā)光二極管還包 括第一電極和第二電極，該第一電極與半導(dǎo)體層電連接，該第二電極與透明導(dǎo)電層電連 接；其特征在于，所述襯底上表面具有若干突起，該突起間形成有凹槽；所述半導(dǎo)體層 包括位于凹槽正上方的凹槽半導(dǎo)體層和位于突起正上方的突起半導(dǎo)體層；所述透明導(dǎo)電 層位于半導(dǎo)體層之上，用于向凹槽半導(dǎo)體層提供電流。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述透明導(dǎo)電層為梳狀透明導(dǎo)電 層，具有梳齒狀透明導(dǎo)電條和與梳齒狀透明導(dǎo)電條連接的梳架狀透明導(dǎo)電條，該梳齒狀 透明導(dǎo)電條位于凹槽半導(dǎo)體層之上。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述梳齒狀透明導(dǎo)電條的寬度小于 或者等于凹槽的底面寬度。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，還包括若干絕緣條，該絕緣條位于 突起半導(dǎo)體層之上，所述透明導(dǎo)電層覆蓋所述凹槽半導(dǎo)體層和絕緣條。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述絕緣條覆蓋所述突起半導(dǎo)體層。
6.如權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述絕緣條為二氧化硅薄膜條或者 氮化硅薄膜條。
7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述半導(dǎo)體層縱向依次包括與襯底 連接的緩沖層、成核層、第一半導(dǎo)體層、多量子阱發(fā)光層、第二半導(dǎo)體層。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述襯底為藍(lán)寶石；所述多量子 阱發(fā)光層具有1 10個(gè)周期的量子阱層，該量子阱層的勢阱層厚度為2 3納米，該量 子阱層的勢壘層厚度為8 15納米。
9.如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述凹槽的寬度為2 8 微米、深度為1.5 5微米，所述突起的寬度為2 10微米。
10.如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述突起的截面為六邊 形、圓弧形或者矩形。
11.如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述突起半導(dǎo)體層的上 表面具有粗糙結(jié)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述透明導(dǎo)電層的平均 厚度為1 1000納米。
13.—種發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于，包括如下步驟A、提供一襯底；B、采用蝕刻的方法對襯底進(jìn)行蝕刻，在襯底的上表面形成若干突起，該突起間形成 有凹槽，形成圖形化襯底；C、在圖形化襯底上利用金屬有機(jī)化合物氣相沉積的方法外延生長半導(dǎo)體層，所述半 導(dǎo)體層包括位于凹槽正上方的凹槽半導(dǎo)體層和位于突起正上方的突起半導(dǎo)體層；所述半 導(dǎo)體層縱向依次包括第一半導(dǎo)體層、多量子阱發(fā)光層、第二半導(dǎo)體層；D、生長透明導(dǎo)電層采用蒸鍍的方法，通過掩膜，在凹槽半導(dǎo)體層上直接生長透 明導(dǎo)電層；E、采用蝕刻的方法對部分透明導(dǎo)電層、第二半導(dǎo)體層和發(fā)光層進(jìn)行蝕刻，直到露出第一半導(dǎo)體層，形成第一半導(dǎo)體層臺(tái)面；F、采用蒸鍍的方法在透明導(dǎo)電層上制備第二電極，在第一半導(dǎo)體層臺(tái)面上制備第一 電極。
14.如權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于，所述透明導(dǎo)電層為梳 狀，具有梳齒狀透明導(dǎo)電條和與梳齒狀透明導(dǎo)電條連接的梳架狀透明導(dǎo)電條，該梳齒狀 透明導(dǎo)電條位于凹槽半導(dǎo)體層上，所述步驟D中，還包括除去掩膜的步驟。
15.如權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于，在步驟D中，所述掩 膜為氮化硅薄膜條或者二氧化硅薄膜條，該掩膜位于突起半導(dǎo)體層上，然后在掩膜和凹 槽半導(dǎo)體層上蒸鍍透明導(dǎo)電層。
16.如權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于所述襯底為藍(lán)寶石；所述步驟C還包括在生長第一半導(dǎo)體層之前，如下步驟Cl，用金屬有機(jī)化合物氣相沉積的方法，在襯底上低溫外延生長成核層；C2，在低溫成核層上橫向高溫外延生長緩沖層。所述步驟C在生長發(fā)光層和第二半導(dǎo)體層之間，還包括步驟C3，在發(fā)光層之上生長第二半導(dǎo)體阻擋層。
17.如權(quán)利要求16所述的發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于，所述第二半導(dǎo)體阻擋 層為ρ型氮化鋁鎵層，所述第二半導(dǎo)體層包括ρ型氮化鎵層；該制作方法中，還包括對ρ 型氮化鎵層進(jìn)行活化的步驟，該步驟具體如下在溫度為600-800°C的真空或氮?dú)夥諊逻M(jìn)行快速熱退火或者采用離子束進(jìn)行轟擊。
18.如權(quán)利要求13-17任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于，所述凹槽 的寬度為2 8微米、深度為1.5 5微米，所述突起的寬度為2 10微米。
19.如權(quán)利要求13-17任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于，所述步驟 C在生長完第二半導(dǎo)體層之后，還包括步驟C4，該突起半導(dǎo)體層上表面進(jìn)行粗糙處理，以在該部分形成粗糙結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種發(fā)光二極管及其制作方法。該發(fā)光二極管依次包括襯底、半導(dǎo)體層、透明導(dǎo)電層，該發(fā)光二極管還包括第一電極和第二電極，該第一電極與半導(dǎo)體層電連接，該第二電極與透明導(dǎo)電層電連接；其中，所述襯底上表面具有若干突起，該突起間形成有凹槽；所述半導(dǎo)體層包括位于凹槽正上方的凹槽半導(dǎo)體層和位于突起正上方的突起半導(dǎo)體層；所述透明導(dǎo)電層位于半導(dǎo)體層之上，用于向凹槽半導(dǎo)體層提供電流。本發(fā)明的發(fā)光二極管由于電流主要是通過晶格缺陷較少的凹槽半導(dǎo)體層，而在晶格缺陷較多的突起半導(dǎo)體層只有少部分電流通過，大大降低了非輻射復(fù)合發(fā)生的概率，提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
文檔編號H01L33/22GK102024888SQ20091023896
公開日2011年4月20日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者張旺, 胡紅坡, 蘇喜林, 謝春林 申請人:比亞迪股份有限公司