專利名稱：一種粗化表面發(fā)光二極管制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管的制作方法，更為具體的是涉及粗化表面氮化鎵基發(fā) 光二極管的制作方法。
背景技術(shù)：
近年來，以氮化鎵基寬帶隙半導體材料為代表的半導體照明技術(shù)的發(fā)展引起全世 界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。隨著外延和芯片工藝技術(shù)的不斷改進，氮化鎵基發(fā)光二極管的發(fā)光 效率得到不斷提升。然而，要真正意義上普及半導體照明，仍然需要在現(xiàn)有的光效水平上繼 續(xù)提高。發(fā)光二極管的光效主要取決于內(nèi)量子效率和取光效率，前者由發(fā)光材料本身的外 延晶體質(zhì)量決定，而后者則由芯片結(jié)構(gòu)、出光界面形貌、封裝材料的折射率等因素決定。由 于氮化鎵基半導體材料的折射率與空氣或者封裝材料(如環(huán)氧樹脂)的差異較大，因此在芯 片內(nèi)部存在嚴重的全反射，大部分的光被限制在芯片內(nèi)部并最終被吸收，這極大限制了芯 片的取光效率。為了抑制全反射從而提高芯片取光效率，各種針對出光表面的粗化方法被 運用到芯片結(jié)構(gòu)當中并得到較好的效果，這其中針對外延表面粗化由于粗化效果較好而得 到廣泛應用，例如通過在生長過程中降溫而得到“V”形坑狀表面粗化的P型氮化鎵外延層， 或者是通過濕法粗化氮極性面獲得金字塔形貌的薄膜氮化鎵發(fā)光二極管芯片。然而，降溫 生長粗化P型氮化鎵外延層會降低表面載流子濃度導致工作電壓升高和光效降低，氮極性 面的粗化雖然可以得到極高的取光效率但其制作工藝復雜且成品率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于改善現(xiàn)有技術(shù)制作表面粗化發(fā)光二極管的技術(shù)缺陷，以提高氮 化鎵基發(fā)光二極管的取光效率。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種粗化表面發(fā)光二極管制作方 法，制作步驟如下
1)在藍寶石襯底上形成氮化鎵基發(fā)光外延層，自下而上依次由η型氮化鎵基外延層、 有源層、P型氮化鎵基外延層和非摻雜氮化鎵基外延層組成；
2)在非摻雜氮化鎵基外延層之上定義掩膜區(qū)和粗化區(qū)，并在掩膜區(qū)的非摻雜氮化鎵基 外延層上鍍一金屬層作為掩膜以覆蓋整個掩膜區(qū)；
3)采用電化學濕法蝕刻粗化區(qū)的未摻雜氮化鎵基外延層，蝕刻停止在ρ型氮化鎵基外 延層表面，形成粗化的須狀體表面形貌，暴露出部分區(qū)域的P型氮化鎵基外延層，粗化后去 除掩膜金屬層；
4)在粗化區(qū)的ρ型氮化鎵基外延層和非摻雜氮化鎵基外延層上制作透明導電層；
5)蝕刻去除掩膜區(qū)的未摻雜氮化鎵基外延層、ρ型氮化鎵基外延層和有源層，暴露出η 型氮化鎵基外延層；
6)分別在透明導電層和η型氮化鎵基外延層上制作P電極和η電極。步驟3是本發(fā)明的創(chuàng)新點，通過采用電化學濕法蝕刻處理未摻雜氮化鎵基外延
3層，一方面可以將非摻雜氮化鎵基外延層粗化成須狀體形貌的表面以利于提升取光效率， 另一方面，由于未加偏壓的情況下，電化學蝕刻無法蝕刻P型氮化鎵基外延層，所以蝕刻會 停止其上并且將其暴露，以利于后續(xù)與透明導電層形成歐姆接觸。須狀體粗化形貌獲得的 機理是濕法蝕刻先從晶體質(zhì)量較好、無缺陷的外延層區(qū)域開始的；而缺陷會導致自由空 穴消失，所以在其附近，蝕刻被抑制住。因此，蝕刻并不是均勻地發(fā)生在所有區(qū)域內(nèi)，局部晶 體質(zhì)量好的區(qū)域開始形成蝕刻凹陷直至被完全蝕刻。氮化鎵外延層中存在一定密度的線位 錯缺陷，線位錯是有效的非輻射復合中心，起到空穴吸收器的作用，因而，缺陷周圍的外延 層的蝕刻速率不像無缺陷區(qū)域那樣快。這就使得須狀物在長時間蝕刻后得以存留，而須狀 物的密度與位錯密度直接相關(guān)。在本發(fā)明中，作為掩膜的金屬層材料選自Ti、Ni、Pt、Au或Cr，金屬層在電化學蝕 刻中又可以作為陰極，從而實現(xiàn)無電極電化學蝕刻。電化學蝕刻采用堿性溶液，并且可以通 過外加紫外光照射或者加溫到80°C以上加快蝕刻速率。本發(fā)明的有益效果是利用電化學蝕刻粗化未摻雜氮化鎵外延層，在發(fā)光二極管 結(jié)構(gòu)中引入須狀體粗化形貌，既避免了降溫外延生長帶來的電性劣化，又避免了氮極性面 粗化薄膜芯片的復雜工藝和低成品率，可以獲得工藝簡單、低成本、高取光效率的粗化表面
氮化鎵基發(fā)光二極管。


圖廣5是本發(fā)明優(yōu)選實施例的粗化表面發(fā)光二極管制作過程的示意圖。圖中各部件符號標注如下
10藍寶石襯底
11緩沖層
12:n-GaN 層
13多量子阱(MQW)
14:p-GaN 層
15=U-GaN 層
15R 須狀體U-GaN
16=ITOM
17:p電極
18:n電極
20 :Ti/Au掩膜層 100 粗化區(qū) 200 掩膜區(qū)。
具體實施例方式
下面結(jié)合圖廣5和優(yōu)選實施例對本發(fā)明做進一步說明。一種粗化表面發(fā)光二極管制作方法，其制作步驟包括
如圖ι所示，在藍寶石襯底10上采用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)依次外延生長 緩沖層 ll、n-GaN 層 12、多量子阱(MQW) 13、p_GaN 層 14 和 U-GaN 層 15。如圖2所示，采用光刻在U-GaN層15上分別定義出粗化區(qū)100和掩膜區(qū)200，粗化
4區(qū)即為后續(xù)的發(fā)光臺面，采用電子束蒸發(fā)在掩膜區(qū)200的U-GaN層15上蒸鍍一 Ti/Au掩膜 層20，厚度為5(Tl00nm。如圖3所示，采用電化學蝕刻處理粗化區(qū)100區(qū)域內(nèi)的U-GaN層15，具體工藝條件 包括“采用輻射范圍在280 350nm的汞燈照射發(fā)光外延層表面，功率密度為50mW/cm2，蝕 刻液采用0. 05摩爾/升的KOH溶液，溫度為室溫”，蝕刻持續(xù)時間120分鐘，最終蝕刻形成 一定密度的須狀體15R，其余區(qū)域的U-GaN層15被完全蝕刻且停止在p_GaN層14，從而將 這些區(qū)域的P-GaN層14暴露出；電化學蝕刻結(jié)束后將Ti/Au掩膜層20用王水蝕刻去除。如圖4所示，在粗化區(qū)(發(fā)光臺面)上制作光刻膠掩膜，采用干法ICP蝕刻，將無掩 膜保護區(qū)域的U-GaN層15、p-GaN層14和MQW13蝕刻去除，暴露出n_GaN層12。如圖5所示，采用電子束蒸發(fā)方法在粗化區(qū)(發(fā)光臺面)上制作ITO透明導電層16， 厚度為250nm，ITO層16均勻地覆蓋在粗化區(qū)的須狀體U-GaN 15R和暴露出的ρ-GaN層14 上，整個出光界面呈須狀形貌，ITO層16與p-GaN層14形成歐姆接觸。在ITO層16之上 制作P電極17 ；在n-GaN層12上制作η電極18。以上實施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員， 在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化。因此，所有等同的技 術(shù)方案也應該屬于本發(fā)明的范疇，應由各權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
一種粗化表面發(fā)光二極管制作方法，其步驟包括1)在藍寶石襯底上依次生長n型氮化鎵基外延層、有源層、p型氮化鎵基外延層和非摻雜氮化鎵基外延層；2)在非摻雜氮化鎵基外延層上定義掩膜區(qū)和粗化區(qū)，并在掩膜區(qū)的非摻雜氮化鎵基外延層上鍍一金屬層，以覆蓋整個掩膜區(qū)；3)采用電化學濕法蝕刻粗化區(qū)的未摻雜氮化鎵基外延層，蝕刻停止在p型氮化鎵基外延層表面，形成粗化的須狀體表面形貌，暴露出部分區(qū)域的p型氮化鎵基外延層，粗化后去除掩膜金屬層；4)在粗化區(qū)的p型氮化鎵基外延層和非摻雜氮化鎵基外延層上制作透明導電層；5)蝕刻去除掩膜區(qū)的未摻雜氮化鎵基外延層、p型氮化鎵基外延層和有源層，暴露出n型氮化鎵基外延層；6)分別在透明導電層和n型氮化鎵基外延層上制作p電極和n電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粗化表面發(fā)光二極管制作方法，其特征在于所述金屬層材 料選自 Ti、Ni、Pt、Au 或 Cr。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粗化表面發(fā)光二極管制作方法，其特征在于所述電化學蝕 刻是在紫外光照射條件下或者加溫的條件下進行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粗化表面發(fā)光二極管制作方法，其中的電化學蝕刻溶液呈堿性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種粗化表面發(fā)光二極管制作方法，利用電化學蝕刻粗化未摻雜氮化鎵外延層，在發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中引入須狀體粗化形貌，既避免了降溫外延生長帶來的電性劣化，又避免了氮極性面粗化薄膜芯片的復雜工藝和低成品率，可以獲得工藝簡單、低成本、高取光效率的粗化表面氮化鎵基發(fā)光二極管。
文檔編號H01L33/22GK101964386SQ20101051784
公開日2011年2月2日 申請日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者吳志強, 林科闖, 潘群峰 申請人:廈門市三安光電科技有限公司