一种粗化表面发光二极管制作方法技术

本发明专利技术公开了一种粗化表面发光二极管制作方法，利用电化学蚀刻粗化未掺杂氮化镓外延层，在发光二极管结构中引入须状体粗化形貌，既避免了降温外延生长带来的电性劣化，又避免了氮极性面粗化薄膜芯片的复杂工艺和低成品率，可以获得工艺简单、低成本、高取光效率的粗化表面氮化镓基发光二极管。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种发光二极管的制作方法，更为具体的是涉及粗化表面氮化镓基发 光二极管的制作方法。
技术介绍
近年来，以氮化镓基宽带隙半导体材料为代表的半导体照明技术的发展引起全世 界范围内的广泛关注。随着外延和芯片工艺技术的不断改进，氮化镓基发光二极管的发光 效率得到不断提升。然而，要真正意义上普及半导体照明，仍然需要在现有的光效水平上继 续提高。发光二极管的光效主要取决于内量子效率和取光效率，前者由发光材料本身的外 延晶体质量决定，而后者则由芯片结构、出光界面形貌、封装材料的折射率等因素决定。由 于氮化镓基半导体材料的折射率与空气或者封装材料(如环氧树脂)的差异较大，因此在芯 片内部存在严重的全反射，大部分的光被限制在芯片内部并最终被吸收，这极大限制了芯 片的取光效率。为了抑制全反射从而提高芯片取光效率，各种针对出光表面的粗化方法被 运用到芯片结构当中并得到较好的效果，这其中针对外延表面粗化由于粗化效果较好而得 到广泛应用，例如通过在生长过程中降温而得到“V”形坑状表面粗化的P型氮化镓外延层， 或者是通过湿法粗化氮极性面获得金字塔形貌的薄膜氮化镓发光二极管芯片。然而，降温 生长粗化P型氮化镓外延层会降低表面载流子浓度导致工作电压升高和光效降低，氮极性 面的粗化虽然可以得到极高的取光效率但其制作工艺复杂且成品率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于改善现有技术制作表面粗化发光二极管的技术缺陷，以提高氮 化镓基发光二极管的取光效率。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种粗化表面发光二极管制作方 法，制作步骤如下1)在蓝宝石衬底上形成氮化镓基发光外延层，自下而上依次由η型氮化镓基外延层、 有源层、P型氮化镓基外延层和非掺杂氮化镓基外延层组成；2)在非掺杂氮化镓基外延层之上定义掩膜区和粗化区，并在掩膜区的非掺杂氮化镓基 外延层上镀一金属层作为掩膜以覆盖整个掩膜区；3)采用电化学湿法蚀刻粗化区的未掺杂氮化镓基外延层，蚀刻停止在ρ型氮化镓基外 延层表面，形成粗化的须状体表面形貌，暴露出部分区域的P型氮化镓基外延层，粗化后去 除掩膜金属层；4)在粗化区的ρ型氮化镓基外延层和非掺杂氮化镓基外延层上制作透明导电层；5)蚀刻去除掩膜区的未掺杂氮化镓基外延层、ρ型氮化镓基外延层和有源层，暴露出η 型氮化镓基外延层；6)分别在透明导电层和η型氮化镓基外延层上制作P电极和η电极。步骤3是本专利技术的创新点，通过采用电化学湿法蚀刻处理未掺杂氮化镓基外延3层，一方面可以将非掺杂氮化镓基外延层粗化成须状体形貌的表面以利于提升取光效率， 另一方面，由于未加偏压的情况下，电化学蚀刻无法蚀刻P型氮化镓基外延层，所以蚀刻会 停止其上并且将其暴露，以利于后续与透明导电层形成欧姆接触。须状体粗化形貌获得的 机理是湿法蚀刻先从晶体质量较好、无缺陷的外延层区域开始的；而缺陷会导致自由空 穴消失，所以在其附近，蚀刻被抑制住。因此，蚀刻并不是均勻地发生在所有区域内，局部晶 体质量好的区域开始形成蚀刻凹陷直至被完全蚀刻。氮化镓外延层中存在一定密度的线位 错缺陷，线位错是有效的非辐射复合中心，起到空穴吸收器的作用，因而，缺陷周围的外延 层的蚀刻速率不像无缺陷区域那样快。这就使得须状物在长时间蚀刻后得以存留，而须状 物的密度与位错密度直接相关。在本专利技术中，作为掩膜的金属层材料选自Ti、Ni、Pt、Au或Cr，金属层在电化学蚀 刻中又可以作为阴极，从而实现无电极电化学蚀刻。电化学蚀刻采用碱性溶液，并且可以通 过外加紫外光照射或者加温到80°C以上加快蚀刻速率。本专利技术的有益效果是利用电化学蚀刻粗化未掺杂氮化镓外延层，在发光二极管 结构中引入须状体粗化形貌，既避免了降温外延生长带来的电性劣化，又避免了氮极性面 粗化薄膜芯片的复杂工艺和低成品率，可以获得工艺简单、低成本、高取光效率的粗化表面氮化镓基发光二极管。附图说明图广5是本专利技术优选实施例的粗化表面发光二极管制作过程的示意图。图中各部件符号标注如下10蓝宝石衬底11缓冲层12:n-GaN 层13多量子阱(MQW)14:p-GaN 层15=U-GaN 层15R 须状体U-GaN16=ITOM17:p电极18:n电极20 :Ti/Au掩膜层 100 粗化区 200 掩膜区。具体实施例方式下面结合图广5和优选实施例对本专利技术做进一步说明。，其制作步骤包括如图ι所示，在蓝宝石衬底10上采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)依次外延生长 缓冲层 ll、n-GaN 层 12、多量子阱(MQW) 13、p_GaN 层 14 和 U-GaN 层 15。如图2所示，采用光刻在U-GaN层15上分别定义出粗化区100和掩膜区200，粗化4区即为后续的发光台面，采用电子束蒸发在掩膜区200的U-GaN层15上蒸镀一 Ti/Au掩膜 层20，厚度为5(Tl00nm。如图3所示，采用电化学蚀刻处理粗化区100区域内的U-GaN层15，具体工艺条件 包括“采用辐射范围在280 350nm的汞灯照射发光外延层表面，功率密度为50mW/cm2，蚀 刻液采用0. 05摩尔/升的KOH溶液，温度为室温”，蚀刻持续时间120分钟，最终蚀刻形成 一定密度的须状体15R，其余区域的U-GaN层15被完全蚀刻且停止在p_GaN层14，从而将 这些区域的P-GaN层14暴露出；电化学蚀刻结束后将Ti/Au掩膜层20用王水蚀刻去除。如图4所示，在粗化区(发光台面)上制作光刻胶掩膜，采用干法ICP蚀刻，将无掩 膜保护区域的U-GaN层15、p-GaN层14和MQW13蚀刻去除，暴露出n_GaN层12。如图5所示，采用电子束蒸发方法在粗化区(发光台面)上制作ITO透明导电层16， 厚度为250nm，ITO层16均勻地覆盖在粗化区的须状体U-GaN 15R和暴露出的ρ-GaN层14 上，整个出光界面呈须状形貌，ITO层16与p-GaN层14形成欧姆接触。在ITO层16之上 制作P电极17 ；在n-GaN层12上制作η电极18。以上实施例仅供说明本专利技术之用，而非对本专利技术的限制，本
的技术人员， 在不脱离本专利技术的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技 术方案也应该属于本专利技术的范畴，应由各权利要求限定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粗化表面发光二极管制作方法，其步骤包括：１）在蓝宝石衬底上依次生长ｎ型氮化镓基外延层、有源层、ｐ型氮化镓基外延层和非掺杂氮化镓基外延层；２）在非掺杂氮化镓基外延层上定义掩膜区和粗化区，并在掩膜区的非掺杂氮化镓基外延层上镀一金属层，以覆盖整个掩膜区；３）采用电化学湿法蚀刻粗化区的未掺杂氮化镓基外延层，蚀刻停止在ｐ型氮化镓基外延层表面，形成粗化的须状体表面形貌，暴露出部分区域的ｐ型氮化镓基外延层，粗化后去除掩膜金属层；４）在粗化区的ｐ型氮化镓基外延层和非掺杂氮化镓基外延层上制作透明导电层；５）蚀刻去除掩膜区的未掺杂氮化镓基外延层、ｐ型氮化镓基外延层和有源层，暴露出ｎ型氮化镓基外延层；６）分别在透明导电层和ｎ型氮化镓基外延层上制作ｐ电极和ｎ电极。

【技术特征摘要】
一种粗化表面发光二极管制作方法，其步骤包括1)在蓝宝石衬底上依次生长n型氮化镓基外延层、有源层、p型氮化镓基外延层和非掺杂氮化镓基外延层；2)在非掺杂氮化镓基外延层上定义掩膜区和粗化区，并在掩膜区的非掺杂氮化镓基外延层上镀一金属层，以覆盖整个掩膜区；3)采用电化学湿法蚀刻粗化区的未掺杂氮化镓基外延层，蚀刻停止在p型氮化镓基外延层表面，形成粗化的须状体表面形貌，暴露出部分区域的p型氮化镓基外延层，粗化后去除掩膜金属层；4)在粗化区的p型氮化镓基外延层和非掺杂氮化镓基外延层上制作透明...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘群峰，吴志强，林科闯，
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：92[中国|厦门]