具有四方环状结构反射层氮化镓基发光二极管制造技术

本发明专利技术提出了一种具有四方环状结构反射层的的发光二极管的制造方法，该方法包括：在衬底的下表面形成金属反射层；所述衬底的上表面上依次形成有GaN缓冲层、n型GaN层、多量子阱发光层（MQW）、p型AlGaN层、p型GaN层、透明电极层，p金属电极；在所述n型GaN层上形成n金属电极；所述GaN缓冲层的表面被粗化处以及所述发光二极管的上表面、所有侧面形成有表面粗化层。其中，所述p型GaN层的上表面形成有四方环状结构的反射层。

【技术实现步骤摘要】
具有四方环状结构反射层氮化镓基发光二极管
本专利技术属于半导体
，特别涉及一种具有四方环状结构反射层氮化镓基发光二极管。
技术介绍
半导体发光二极管应用日益广泛，特别是在照明方面有取代白炽灯和荧光灯的趋势，但是目前还面临一些技术上的问题，特别是光取出效率比较低，通常影响光取出效率主要有三个方面的原因一种是由于材料对光的吸收，另一种是光在穿过不同介质时产生全反射。发光二极管发光效率的提高一直是技术的追求目标，提高外延材料的质量，通过透明衬底键合，厚电流扩展窗口，这些都对效率的提高起到很好的效果。但是，当光离开二极管内部时，其无论如何都无法避免发生损耗，造成损耗的主要原因，是由于形成发光二极管表面层的半导体材料具有高折射系数。高的光折射系数会导致光在该半导体材料表面产生全反射，从而使发光二极管内部发出的光无法充分地发射出去。目前，业内已经通过表面粗化技术来改善光在二极管内部的全反射，从而提高发光效率，然而，由于现有技术通常仅对发光二极管部分组成结构的表面进行粗化处理，这导致了其粗糙化表面分布不均匀，因此无法有效的提升发光效率。同时,发光二极管发出的光是由其内部结构中的发光层产生的,发光层发出的光主要是通过发光二极管的正面发出，而从其侧面发出的光必须先经过发光二极管内部结构的全反射，使光线的光路发生改变才能由侧面发出。这就导致了现有发光二极管正面出光过多而侧面出光不足，因此也就造成发光二极管出光的不均匀。图I为现有的发光二极管结构。图I中，衬底101上依次形成GaN缓冲层102、η 型GaN层103、多量子阱发光层(MQW) 104、ρ型AlGaN层105、ρ型GaN层106、透明电极层 107，P金属电极112 ;而η型GaN层103上形成η金属电极111。其中GaN缓冲层102表面被粗化处理，以形成纳米级的锯齿状的表面粗化层122。衬底101下方还形成有金属反射层 100，从而多量子阱发光层104发出光经过金属反射层100的反射后由发光二极管的正面或侧面透出(图I中未示出)，以提高发光效率。在图I所示的发光二极管结构中，由于粗化层仅形成于发光二极管的内部，即GaN 缓冲层102的表面上，因此，由多量子阱发光层104产生的光虽然经过粗化层122的反射， 能够在一定的程度上提高侧面的发光效率，但是，这种处于发光二极管内部中的粗化层还不足以进一步提闻发光效率。而且，参见图I所示结构的发光二极管，可见多量子阱发光层104发出的光大多由发光二极管的正面透出，即由透明电极层107的上表面透出，仅有少量的光经过透明电极层107的全反射后由发光二极管的侧面透出。因此，图I所示结构的发光二极管的发光均匀性还有待改善。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的问题，提出了一种具有粗化表面以及反射层的发光二极管的制造方法，从而提高发光二极管的发光效率和发光均匀性。本专利技术提出制造方法包括以下步骤(I)在衬底上采用MOCVD外延生长GaN缓冲层，所述衬底的材料为蓝宝石、碳化硅、 硫化锌或者砷化镓；(2)利用碱性溶液对GaN缓冲层的表面进行腐蚀，从而在GaN缓冲层表面上形成表面粗化层；(3)在GaN缓冲层被粗化的表面上采用MOCVD或者分子束磊晶工艺(MBE)来依次形成η型GaN层、多量子阱发光层(MQW)、ρ型AlGaN层以及ρ型GaN层的层叠结构；(4)在ρ型GaN层的表面旋涂光刻胶，显影后露出其部分表面，此后采用等离子体对上述层叠结构进行干法蚀刻，直至蚀刻到η型GaN层的一部分为止；优选为保留η型GaN 层的厚度的1/2 ;干法蚀刻后形成图2所示的台阶结构； (5)在ρ型GaN层表面上进行光刻工艺，以便在P型GaN层的表面四周形成四方环形凹槽；(6)采用溅镀工艺或者电子束蒸发工艺在ρ型GaN层四周的凹槽上形成反射层；(7)对溅镀反射层后的ρ型GaN层表面进行化学机械抛光(CMP)工艺，以使得反射层与P型GaN层的表面平坦化；(8)在ρ型GaN层表面上采用溅镀工艺形成透明电极层；(9)将完成台阶结构的氮化镓基发光二极管浸泡在碱性溶液中，以便形成表面粗化层；(10)对衬底进行减薄，优选将衬底的厚度的1/2至2/3去除；此后在衬底的下方采用溅镀工艺形成金属反射层；(11)在η型GaN层的台阶表面形成η型电极，在透明电极层的上表面形成P型电极；其中，该反射层的材料可以是Al/Ag合金金属反射层，也可以是AlAsAlxGahAs或 AlInPzi(AlxGah)yIrvyP 分布布拉格反射层(DBR)；其中，反射层的外环与所述ρ型GaN层的侧边重合，即如图3所示的阴影部分；其中，表面粗化层为纳米级的锯齿状。附图说明附图I为现有技术中仅有部分粗化表面的发光二极管结构示意图。附图2为本专利技术提出的制造方法所制得的具有粗化表面以及反射层的发光二极管的结构示意图。附图3为图2所示发光二极管的平面结构示意图。具体实施方式图2为由本专利技术提出的制造方法制得的发光二极管，其具有全面粗化的表面，并且具有反射层，因此能够大幅度的提高发光效率以及发光均匀性。本专利技术的制造方法包括如下步骤(I)在衬底201上采用MOCVD外延生长GaN缓冲层202，所述衬底的材料为蓝宝石、 碳化娃、硫化锌或者砷化镓；(2)利用碱性溶液对GaN缓冲层202的表面进行腐蚀，从而在GaN缓冲层202表面上形成纳米级的锯齿状的表面粗化层222 ;在本专利技术中，除了可以利用碱性溶液腐蚀GaN 缓冲层202的表面以形成表面粗化层222以外，也可以利用等离子体蚀刻机对GaN缓冲层 202的表面进行干法蚀刻来完成，还可以通过先浸泡在碱性溶液中进行湿法蚀刻、然后再利用等离子体蚀刻机进行干法蚀刻相结合来完成。对于湿法蚀刻和干法蚀刻相结合来形成表面粗化层的工艺来说，本专利技术并没有限定必须先湿法蚀刻后干法蚀刻，采用先干法蚀刻在湿法蚀刻同样也是可以的；(3)在GaN缓冲层202被粗化的表面上采用MOCVD或者分子束磊晶工艺(MBE)来依次形成η型GaN层203、多量子阱发光层(MQW) 204、ρ型AlGaN层205以及ρ型GaN层206 的层叠结构；(4)在ρ型GaN层206的表面旋涂光刻胶，显影后露出其部分表面，此后采用等离子体对上述层叠结构进行干法蚀刻，直至蚀刻到η型GaN层203的一部分为止；优选为保留 η型GaN层203的厚度的1/2 ;干法蚀刻后形成图2所示的台阶结构；(5)在ρ型GaN层206表面上进行光刻工艺，以便在P型GaN层206的表面四周形成四方环形凹槽；(6)采用溅镀工艺或者电子束蒸发工艺在ρ型GaN层四周的凹槽上形成反射层231,该反射层231的材料可以是Al/Ag合金金属反射层，也可以是AlAs/AipahAs或 Al InP/(AlxGa1JyIn1^yP分布布拉格反射层(DBR);由图2的上方俯视看过去，反射层231的外环与所述发光二极管的侧边重合，即如图3所示的阴影部分；(7)对溅镀反射层231后的P型GaN层206表面进行化学机械抛光(CMP)工艺，以使得反射层231与ρ型GaN层206的表面平坦化；(8)在ρ型GaN层206表面上采用溅镀工艺形成透明电极层207 ；(9)将完成台阶结构的氮化镓基发光二极管浸泡在碱性溶液中，以便形成表面粗化层221 ；(10)对衬底本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有四方环状结构反射层的发光二极管的制造方法，包括以下步骤：?（1）在衬底上采用MOCVD外延生长GaN缓冲层，所述衬底的材料为蓝宝石、碳化硅、硫化锌或者砷化镓；?（2）利用碱性溶液对GaN缓冲层的表面进行腐蚀，从而在GaN缓冲层表面上形成表面粗化层；?（3）在GaN缓冲层被粗化的表面上采用MOCVD或者分子束磊晶工艺（MBE）来依次形成n型GaN层、多量子阱发光层（MQW）、p型AlGaN层以及p型GaN层的层叠结构；?（4）在p型GaN层的表面旋涂光刻胶，显影后露出其部分表面，此后采用等离子体对上述层叠结构进行干法蚀刻，直至蚀刻到n型GaN层的一部分为止；优选为保留n型GaN层的厚度的1/2；干法蚀刻后形成图2所示的台阶结构；?（5）在p型GaN层表面上进行光刻工艺，以便在p型GaN层的表面四周形成四方环形凹槽；?（6）采用溅镀工艺或者电子束蒸发工艺在p型GaN层四周的凹槽上形成反射层；?（7）对溅镀反射层后的p型GaN层表面进行化学机械抛光（CMP）工艺，以使得反射层与p型GaN层的表面平坦化；?（8）在p型GaN层表面上采用溅镀工艺形成透明电极层；?（9）将完成台阶结构的氮化镓基发光二极管浸泡在碱性溶液中，以便形成表面粗化层；?（10）对衬底进行减薄，优选将衬底的厚度的1/2至2/3去除；此后在衬底的下方采用溅镀工艺形成金属反射层；?（11）在n型GaN层的台阶表面形成n型电极，在透明电极层的上表面形成p型电极。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：虞浩辉，周宇杭，
申请(专利权)人：江苏威纳德照明科技有限公司，
类型：发明
国别省市：