本发明专利技术公开了一种了图形化氮化镓基发光外延片、发光芯片及其制作方法。通过两次外延生长，将图形化技术与氮极性面粗化技术整合，在常规氮化镓基发光二极管芯片内部结构中置入图形化的倒六角锥粗化外延层带。一次外延生长可粗化层作为粗化介质，通过位于芯片内部的沟道，湿法蚀刻可以将靠近沟道的可粗化层边缘部分蚀刻成倒六角锥状形貌带，从而形成图形化粗化层，然后再通过二次外延生长发光层形成图形化发光外延片以及制作电极形成图形化发光芯片。本发明专利技术的图形化发光外延片和发光芯片，其内部具有多个倒六角锥形貌带，这样可在图形化技术的基础上更进一步提高取光效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种发光外延片和发光芯片，以及其制作方法，更为具体地，涉及一种图形化氮化镓基发光外延片和发光芯片及其制作方法。
技术介绍
近年来，随着半导体照明逐渐普及，氮化镓(GaN)基发光二极管技术发展迅速。为了提高氮化镓发光二极管的发光效率，一方面要改善发光材料的晶体质量以提高内量子效率，另一方面则要通过芯片结构以及封装工艺的改进以提升取光效率。为了提升芯片的取光效率，表面(界面)粗化或者纹理化技术是较为简单有效的方式之一，诸如图形化衬底、外延表面粗化、透明导电层粗化、光子晶体等针对出光面或者衬底的粗化技术已经被广泛采用并获得明显效果。在各种表面(界面)纹理化技术中，图形化衬底和氮极性面粗化因其取光效果明显而得到广泛应用。图形化衬底技术可以同时提高晶体质量和取光效率，是目前常规氮化镓基发光二极管芯片的主流制造技术。针对氮极性面氮化镓的晶向选择性粗化可以获得亚微米级周期的六角锥(金字塔)粗化形貌，因而具有极高的取光效率，但其通常用在基于衬底剥离的薄膜氮化镓LED芯片结构上，常规的氮化镓LED芯片因生长面为镓极性，所以比较难以获得。文献 1 (L-C Chang, C-H Kuo, C-ff Kuo, Output power enhancements of nitride-based light-emitting diodes with inverted pyramid sidewalls structure, Solid-State Electronics 56 (2011) 8 - 12)报道了采用高温硫酸和磷酸腐蚀切割道侧壁边缘的n-GaN层形成倒六角锥(金字塔)状的粗化界面，通过优化条件可以获得27%的亮度提升。文献1通过激光正面划片形成切割道，切割道提供了横向蚀刻通道，高温磷酸和硫酸蚀刻切割道外延侧壁上与蓝宝石衬底交界的n-GaN层，且此n-GaN层的下表面呈氮极性， 从而形成一环绕芯片切割道边缘的倒挂悬空的六角锥形貌带。然而，采用文献1所提出的技术只能实现正装芯片切割道边缘的外延层倒六角锥粗化，其增加取光效率的幅度有限，如果能增大倒六角锥粗化的外延层区域，则可以获得更大幅度的取光提升。
技术实现思路
本专利技术的目的即在于改进现有技术的上述局限，将氮极性粗化技术和图形化衬底技术结合起来，以进一步提高正装氮化镓基发光二极管的发光效率。本专利技术的技术方案是一种图形化氮化镓基发光外延片，其结构包含 衬底；图形化粗化层形成于衬底之上，其包含复数个沟道和复数个氮化镓层区块，各个氮化镓层区块通过沟道相互隔离，并且各氮化镓层区块靠近沟道的边缘区域的下表面为倒悬六角锥状粗化形貌；氮化镓基发光外延层形成于图形化粗化层之上，并且填平所有沟道。一种图形化氮化镓基发光芯片，其结构包含 衬底；图形化粗化层形成于衬底之上，其包含复数个沟道和复数个氮化镓层区，各个氮化镓层区块通过沟道相互隔离，并且各氮化镓层区块靠近沟道的边缘区域的下表面为倒悬六角锥状粗化形貌；氮化镓基发光外延层形成于图形化粗化层之上且填平所有沟道，并且氮化镓基发光外延层依次包括η型氮化镓基外延层、有源层和ρ型氮化镓基外延层； P电极形成于P型氮化镓基外延层之上； η电极形成于η型氮化镓基外延层之上。一种图形化氮化镓基发光外延片的制作方法，包括步骤 提供一衬底；在衬底上生长一可粗化层，其材料为氮化镓，并且其下表面呈氮极性； 定义图形化可粗化层并且蚀刻部分区域的可粗化层至露出衬底，以形成多个相互隔离的可粗化层区块以及沟道；采用湿法方式将靠近侧向蚀刻沟道的可粗化层区块的边缘区域下表面蚀刻成倒六角锥状；在可粗化层上继续生长发光外延层，并且发光外延层横向填平沟道，形成图形化氮化镓基发光外延片。一种图形化氮化镓基发光芯片的制作方法，制作步骤如下 提供一衬底；在衬底上生长一可粗化层，其材料为氮化镓，并且其下表面呈氮极性； 定义图形化可粗化层并且蚀刻部分区域的可粗化层至露出衬底，以形成多个相互隔离的可粗化层区块以及沟道；采用湿法方式将靠近沟道的可粗化层区块的边缘区域下表面蚀刻成倒六角锥状； 在可粗化层上继续生长发光外延层，并且发光外延层横向填平沟道； 在发光外延层上分别制作P、η电极以形成图形化氮化镓基发光芯片。本专利技术的创新之处在于通过两次外延生长，将图形化技术与氮极性面粗化技术整合，在常规氮化镓基发光二极管芯片内部结构中置入图形化的倒六角锥粗化外延层带。一次外延生长可粗化层作为粗化介质，通过位于芯片内部的沟道，湿法蚀刻可以将靠近沟道的可粗化层边缘部分蚀刻成倒六角锥状形貌带，从而形成图形化粗化层，然后再通过二次外延生长发光层形成图形化发光外延片以及制作电极形成图形化发光芯片。本专利技术的图形化发光外延片和发光芯片，其内部具有多个倒六角锥形貌带，这样可在图形化技术的基础上更进一步提高取光效率。在本专利技术中，可粗化层和粗化后形成的图形化粗化层为未掺杂氮化镓或者η型氮化镓，这样二次外延生长不会降低发光外延层的晶体质量；为了获得足够尺度的粗化形貌， 可粗化层必须保证足够的厚度，较为理想的厚度须在1微米以上；为了不增加发光外延层横向生长难度，侧向蚀刻沟道最大宽度须小于或者等于10微米；湿法蚀刻可粗化层既可采用高温(100°C以上)的磷酸和硫酸混合溶液，也可以采用高温碱性溶液，如氢氧化钾、氢氧化钠、氨水等，或者借助紫外光辅助以加快蚀刻速率；横向蚀刻深度也必须优化以获得较佳之粗化尺寸并防止外延层剥落，可粗化层被蚀刻的边缘宽度建议不超过10微米。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是本专利技术优选实施例的图形化氮化镓基发光外延片结构示意图。图2是本专利技术优选实施例的图形化氮化镓基发光芯片结构示意图。图;T图7是本专利技术优选实施例的图形化氮化镓基发光外延片和发光芯片制作过程示意图。图8是本专利技术优选实施例的一种可用于图形化氮化镓基发光外延片和发光芯片的图案。图中部件符号说明10 蓝宝石衬底；11 成核层；12 可粗化层；120 图形化粗化层；121 氮化镓层区块； 122 沟道；13 :n-GaN 层；14 多量子阱(MQW);15 :p_GaN 层；20 =ITOjs ；21 :p 电极；22 :n 电极；100 侧向蚀刻沟道区；200 =SiO2掩膜。具体实施例方式以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本专利技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合， 所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。如图1所示，一种图形化氮化镓基发光外延片，其结构包括蓝宝石衬底10、成核层 11、图形化粗化层120和发光外延层，发光外延层依次包括n-GaN层13、多量子阱(MQW) 14 和P-GaN层15。其中，成核层11形成于蓝宝石衬底10之上，其本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种图形化氮化镓基发光外延片，其结构包括：衬底；图形化粗化层形成于衬底上，其包含复数个沟道和复数个氮化镓层区块，各个氮化镓层区块通过沟道相互隔离，并且各氮化镓层区块靠近沟道的边缘区域的下表面为倒悬六角锥状粗化形貌；氮化镓基发光外延层形成于图形化粗化层之上，并且填平所有沟道。
【技术特征摘要】
【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
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