本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電器件領(lǐng)域，尤其涉及氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管及制作方法領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

現(xiàn)今，發(fā)光二極管（LED），特別是氮化物發(fā)光二極管因其較高的發(fā)光效率，在普通照明領(lǐng)域已取得廣泛的應(yīng)用。因氮化物半導(dǎo)體有源發(fā)光層發(fā)光后，光線經(jīng)過半導(dǎo)體入射到空氣存在全反射角，例如GaN的折射率為2.5，根據(jù)斯涅爾定律可計(jì)算出其全反射角僅為23.6度，導(dǎo)致GaN的光逸出效率僅為4.18%。氮化物半導(dǎo)體較低的光提取效率制約了其外量子效率的提升。為了提升光提取效率，一般可用圖形化襯底、側(cè)壁倒斜角或者正面粗化等方法，改變光的路徑，從而提升光的逸出效率，從而提升氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的外量子效率。由于光提取率對于發(fā)光二極管的競爭性影響較大，然而，經(jīng)過長期研究，我們發(fā)現(xiàn)目前的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的光提取率還存在很大的提升空間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管及其制作方法，其公開的發(fā)光二極管以及采用該制作方法制作的發(fā)光二極管能夠提升氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的光提取效率和反射效率，增加產(chǎn)品競爭力。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出結(jié)合凸形的圖形化襯底和凹形的V形坑的散射反射層結(jié)構(gòu)及其斜面平面的反射層，形成凹凸排列的多層散射反射鏡，提升氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的光提取效率。

本發(fā)明公開的一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其在圖形化襯底的圖形之間具有N個(gè)周期的V形坑層和反射層構(gòu)成的散射反射層，周期N≥1，所述V形坑層的V形坑（V-shappits）斜面為（10-10）晶面，V形坑之間的平面為（0001）面，每一個(gè)周期V形坑層的材料為In_xGa_1-xN/GaN(0<x<1)，厚度為5～50nm；該散射反射層的每一周期厚度為T，總厚度Ta=N×T小于等于圖形化襯底的圖形高度H，即H≥Ta；通過斜面鍍有反射層的凸形圖形化襯底和V形坑斜面、平面鍍有反射層的凹形V形坑構(gòu)成凹凸排列的散射反射層，通過凸形圖形化襯底和凹形V形坑改變光傳輸路徑，提升發(fā)光二極管的光提取效率和反射效率。

作為本發(fā)明公開的一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的具體實(shí)施方式中：其包括圖形化襯底，V形坑控制層，在圖形化襯底的圖形之間至少具有一個(gè)周期的V形坑層和反射層構(gòu)成的散射反射層，緩沖層，第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層，有源發(fā)光層，第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層；所述V形坑層的材料為In_xGa_1-xN/GaN(0<x<1)組合，每一周期厚度為5～50nm，位于圖形化襯底之間；所述散射反射層的周期數(shù)為N，每一周期厚度為T，總厚度Ta=N×T小于等于圖形化襯底的圖形高度H，即H≥Ta；所述V形坑控制層可控制形成開角范圍為55～65度的V形坑層。

作為本發(fā)明公開的一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的優(yōu)選實(shí)施方式：所述V形坑的斜面為（10-10）晶面，V形坑之間的平面為（0001）晶面，In_xGa_1-xN/GaN(0<x<1)組合的多量子阱或超晶格的周期數(shù)20≥K≥3，優(yōu)選K=10；

作為本發(fā)明公開的一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的優(yōu)選實(shí)施方式：所述具有N個(gè)V形坑層和反射層構(gòu)成的散射反射層的周期為N≥1，但N的取值要保證散射反射層的總厚度小于等于圖形化襯底的圖形高度。

作為本發(fā)明公開的一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的優(yōu)選實(shí)施方式：所述反射層的材料為Al反射鏡或Ag反射鏡等反射材料，優(yōu)選Al反射鏡。

作為本發(fā)明公開的一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的優(yōu)選實(shí)施方式：所述V形坑控制層材料為低溫GaN與低溫低In組分In_yGa_1-yN/GaN超晶格的組合，In組分0.3>y>0.01,優(yōu)選y=0.05，低溫低In組分In_yGa_1-yN/GaN超晶格的組合的周期數(shù)20≥M≥3，優(yōu)選M=10。

作為本發(fā)明公開的一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的優(yōu)選實(shí)施方式：所述圖形化襯底的材料為藍(lán)寶石Al2O3、Si、SiC、GaAs、GaN、AlN等襯底材料，優(yōu)選藍(lán)寶石Al2O3襯底。

本發(fā)明公開的一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的制作方法采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于，包含以下步驟：

1）在平面襯底上制作圖形化襯底的圖形；

2）在圖形化襯底的圖形間隙沉積V形坑控制層，然后，沉積帶有V形坑的第一V形坑層，所述V形坑層的材料為In_xGa_1-xN/GaN(0<x<1)，每一周期厚度為5～50nm，位于圖形化襯底之間；V形坑的斜面為（10-10）晶面，V形坑之間的平面為（0001）晶面；所述V形坑（V-shappits）控制層可控制V形坑的尺寸、密度和開角，V形坑的開角范圍為55～65度；

3）在第一V形坑層的斜面、平面和圖形化襯底的斜面上沉積第一反射層；

4）在反射層上方沉積帶有V形坑的第二V形坑層，V形坑的斜面為（10-10）晶面，V形坑（V-shappits）之間的平面為（0001）晶面 ；所述V形坑控制層可控制V形坑的尺寸、密度和開角，V形坑的開角范圍為55～65度；所述V形坑層的材料為In_xGa_1-xN/GaN(0<x<1)，每一周期厚度為5～50nm，位于圖形化襯底之間；

5）在第二V形坑層斜面和平面上沉積第二反射層；所述的V形坑層及反射層的周期數(shù)為N，每一周期厚度為T，構(gòu)成的散射反射層的總厚度Ta=N×T小于等于圖形化襯底的圖形高度H，即H≥Ta；

6）在在周期數(shù)為N的V形坑和反射層構(gòu)成多重散射反射層上沉積緩沖層；

7）在緩沖層上依次沉積第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層，有源發(fā)光層，第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層，從而制作氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管；

作為上述制作方法的一種優(yōu)選實(shí)施方式：所述V形坑控制層材料為低溫GaN與低溫低In組分In_yGa_1-yN/GaN超晶格的組合，生長溫度為600-900攝氏度，低溫GaN優(yōu)選溫度750攝氏度，低溫低In組分InyGa1-yN/GaN超晶格優(yōu)選800/900攝氏度；

作為上述制作方法的一種優(yōu)選實(shí)施方式：所述緩沖層采用磁控濺射方法沉積，沉積材料為AlN、GaN或混晶AlGaN緩沖層，優(yōu)選AlN緩沖層。

本發(fā)明有益效果是：

本發(fā)明公開的方案中，結(jié)合凸形的圖形化襯底和凹形的V形坑（V-shappits）的散射反射層結(jié)構(gòu)及其斜面平面的反射層，形成凹凸排列的多層散射反射鏡，提升氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的光提取效率。具體的，本發(fā)明通過斜面鍍有反射層的凸形圖形化襯底和V形坑斜面、平面鍍有反射層的凹形V形坑構(gòu)成凹凸排列的散射反射層，通過凸形圖形化襯底和凹形V形坑改變光傳輸路徑，提升發(fā)光二極管的光提取效率和反射效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明公開的一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的制作方法的步驟（1）；

圖2為本發(fā)明公開的一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的制作方法的步驟（2）；

圖3為本發(fā)明公開的一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的制作方法的步驟（3）；

圖4為本發(fā)明公開的一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的制作方法的步驟（4）；

圖5為本發(fā)明公開的一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的制作方法的步驟（5）；

圖6為本發(fā)明公開的一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的制作方法的步驟（6）；

圖7為本發(fā)明公開的一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管及其制作方法的步驟（7）。圖7同樣為本發(fā)明公開的一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

100：襯底，101：圖形化襯底的圖形，102：V形坑控制層，103a：第一V形坑層：103b：第二V形坑層，104a： 第一反射層，104b：第二反射層，105：散射反射層，106：緩沖層，107：第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層，108：有源發(fā)光層，109：第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例描述本發(fā)明具體實(shí)施方式：

如圖所示，其示出了本發(fā)明的具體實(shí)施例，現(xiàn)有技術(shù)中，因氮化物半導(dǎo)體有源發(fā)光層發(fā)光后，光線經(jīng)過半導(dǎo)體入射到空氣存在全反射角，例如GaN的折射率為2.5，根據(jù)斯涅爾定律可計(jì)算出其全反射角僅為23.6度，導(dǎo)致GaN的光逸出效率僅為4.18%。氮化物半導(dǎo)體較低的光提取效率制約了其外量子效率的提升。為了提升光提取效率，一般可用圖形化襯底、側(cè)壁倒斜角或者正面粗化等方法，改變光的路徑，從而提升光的逸出效率，提升氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的外量子效率。

為了進(jìn)一步提升圖形化襯底的光提取效率，本發(fā)明公開的一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的制作方法的具體實(shí)施例如圖所示，包含以下步驟：

步驟（1）：在傳統(tǒng)的藍(lán)寶石平面襯底100上制作圖形化襯底的圖形101，該圖形可采用干法蝕刻制作子彈型的圖形，也可采用濕法蝕刻成金字塔狀的圖形；

步驟（2）：在圖形化襯底的圖形101間隙采用MOCVD外延生長沉積V形坑控制層102，V形坑控制層材料為低溫GaN與低溫低In組分In_yGa_1-yN/GaN超晶格的組合，首先生長一層溫度為750攝氏度的低溫GaN層，然后，低溫低In組分In_yGa_1-yN/GaN超晶格，超晶格周期為M=10，In組分為y=0.05，In_yGa_1-yN生長溫度為800攝氏度，GaN生長溫度為900攝氏度。所述V形坑控制層可控制V形坑的尺寸、密度和開角，V形坑的開角范圍為55～65度；接著，在圖形化襯底的圖形之間與V形坑控制層102上方沉積帶有V形坑的第一V形坑層103a，V形坑的斜面為（10-10）晶面，V形坑之間的平面為（0001）晶面，所述V形坑層的材料為In_xGa_1-xN/GaN(x=0.15)，每一周期厚度為15nm，In_xGa_1-xN/GaN的組合周期K=10；

步驟（3）：在第一V形坑層103a的斜面平面和圖形化襯底斜面沉積第一反射層104a，所述的反射層為Al反射鏡，生長方法為在MOCVD反應(yīng)室內(nèi)，將反應(yīng)室的NH₃排干凈，然后，通過氮?dú)釴₂和氫氣H₂，將外延生長溫度降至900攝氏度通過TMAl，沉積一層Al原子層，然后，升至1200攝氏度進(jìn)行快速退火，形成Al反射鏡；可重復(fù)以上步驟，以提升Al反射鏡的致密性。

步驟（4）：在第一反射層104a上方沉積帶有V形坑的第二V形坑層103b ，V形坑的斜面為（10-10）晶面，V形坑之間的平面為（0001）晶面 ；所述V形坑層的材料為In_xGa_1-xN/GaN(0<x<1)，厚度為5～50nm；

步驟（5）：在第二V形坑層103b的斜面和平面上沉積第二反射層104b，所述的反射層為Al反射鏡，生長方法為在MOCVD反應(yīng)室內(nèi)，將反應(yīng)室的NH₃排干凈，然后，通過氮?dú)釴₂和氫氣H₂，將外延生長溫度降至900攝氏度通過TMAl，沉積一層Al原子層，然后，升至1200攝氏度進(jìn)行快速退火，形成Al反射鏡；可重復(fù)以上步驟，以提升Al反射鏡的致密性。

所述的V形坑層及反射層的周期數(shù)為N（N≥1），位于圖形化襯底的圖形之間，通過斜面鍍有反射層的凸形圖形化襯底和V形坑斜面、平面鍍有反射層的凹形V形坑構(gòu)成凹凸排列的散射反射層105，通過凸形圖形化襯底和凹形V形坑改變光傳輸路徑，提升發(fā)光二極管的光提取效率和反射效率。

每一周期的V形坑及反射層的厚度為T，散射反射層105的總厚度Ta=N*T小于等于圖形化襯底的圖形高度H，即H≥Ta；

步驟（6）：在周期數(shù)為N的V形坑和反射層構(gòu)成多重散射反射層105上沉積緩沖層106，將制作成多重散射反射層105的外延片取出，在磁控濺射機(jī)臺沉積一層AlN緩沖層106，構(gòu)成籽晶層；

步驟（7）：在緩沖層106上依次沉積第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層107，有源發(fā)光層108，第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層109，從而制作成氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管。

本發(fā)明通過結(jié)合凸形的圖形化襯底和凹形的V形坑的N周期的散射反射層105結(jié)構(gòu)以及其斜面鍍的反射層，形成凹凸排列的多層散射反射層，可以極大地提升氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的光提取效率。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化，這些變化涉及本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的相關(guān)技術(shù)，這些都落入本發(fā)明專利的保護(hù)范圍。

不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍可以做出許多其他改變和改型。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于特定的實(shí)施方式，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。