一种GaN基功率型发光二极管及其制备方法技术

本申请提供一种GaN基功率型发光二极管，包括衬底、依次制备在所述衬底上的缓冲层、n型氮化镓、量子阱、p型氮化镓和透明电流扩展层，所述n型氮化镓连接n型金属电极，所述透明电流扩展层连接p型金属电极，所述发光二极管的最上层还具有钝化保护层，所述透明电流扩展层的表面具有使表面粗化的微结构。本发明专利技术还提供了相应的GaN基功率型发光二极管制备方法。本发明专利技术能够在提高GaN基功率型发光二极管的电流注入效率和芯片出光效率的同时，简化GaN基功率型发光二极管制备所需的工艺条件，使制程容易控制，同时降低制作成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发光二极管，具体地，涉及一种GaN基功率型发光二极管(LED)及其制备方法，尤其是一种表面具有粗化微结构的发光二极管及其制造方法。
技术介绍
发光二极管(LED)具有电光转换效率高、节能、环保、寿命长、体积小等优点，基于LED的半导体照明被认为是二十一世纪最有可能进入普通照明领域的一种新型固体冷光源和最具发展前景的高新
之一。半导体照明广泛应用的关键是提高氮化物LED芯片的内量子效率和出光效率。LED芯片的内量子效率主要取决于外延材料的质量和外延结构，而出光效率主要与芯片结构有关。因此，需要从材料、外延结构、芯片表面、侧面以及背面形态等方面去提高LED芯片的内量子效率与出光效率。表面粗化是提高发光二极管光提取效率的有效方法之一。目前，一般是在生长P型氮化镓半导体层时，改变生长温度，在外延层表面形成以位错线为中心的一系列凹坑，从而达到表面粗化的效果。以被业界广泛采用的图形衬底(PatternedSapphire Substrate,PSS)为例，采用PSS衬底生长的外延片，其芯片出光效率比平面衬底片芯片高出20-40%。然而，对于图形化蓝宝石衬底上所生长的氮化镓外延层而言，由于晶体质量较好，外延缺陷较少，因此很难通过改变生长温度来使外延层表面变得粗糙不平，这导致目前PSS衬底生长的外延片的制备工艺复杂，控制难度大，成本高。
技术实现思路
为克服现有的缺陷，本专利技术提出一种工艺条件简单、制作成本低、制程容易控制的GaN基功率型发光二极管(LED)芯片的制备方法。根据本专利技术的一个方面，提出了一种GaN基功率型发光二极管，包括衬底、依次制备在所述衬底上的缓冲层、η型氮化镓、量子阱、P型氮化镓和透明电流扩展层，所述η型氮化镓连接η型金属电极，所述透明电流扩展层连接P型金属电极，所述发光二极管的最上层还具有钝化保护层，所述透明电流扩展层的表面具有使表面粗化的微结构。其中，所述透明电流扩展层为掺锡氧化铟薄膜或其它第三主族元素掺杂的氧化性透明导电薄膜。其中，所述透明电流扩展层的表面的微结构规则或无规则排布。其中，所述透明电流扩展层的表面的微结构是采用光刻胶掩膜干法刻蚀技术形成规则或不规则排列的柱状透镜突起半球形微结构。其中，所述透明电流扩展层的表面的微结构是采用光刻胶掩膜干法刻蚀技术形成规则或不规则排列的半球形凹陷微结构。其中，所述透明电流扩展层的表面的微结构是采用无光刻条件下单层介质膜掩膜腐蚀形成不定形微结构。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种GaN基功率型发光二极管的制备方法，包括下列步骤:I)在衬底上依次制备缓冲层、η型氮化镓、量子阱、P型氮化镓和透明电流扩展层；2)在透明电流扩展层制备出使表面粗化的微结构；3)制备连接所述η型氮化镓的η型金属电极，连接所述透明电流扩展层的P型金属电极，以及位于所述发光二极管的最上层的钝化保护层。其中，所述步骤2)中，采用光刻胶掩膜干法刻蚀技术形成规则或不规则排列的柱状透镜突起半球形微结构。其中，所述步骤2)中，采用光刻胶掩膜干法刻蚀技术形成规则或不规则排列的半球形凹陷微结构。其中，所述步骤2)中，采用无光刻条件下单层介质膜掩膜腐蚀形成不定形微结构。其中，所述步骤2)中，所述单层介质膜掩膜是SiO2薄膜或者SiNx掩膜。其中，所述步骤2)中，通过化学气相沉积(PECVD)的方法沉积所述SiO2薄膜或者SiNx掩膜。其中，所述步骤2)中，采用FeCl3 =HCl的混合液，硝酸、盐酸和水的混合溶液，或者稀盐酸溶液作为湿法腐蚀液。与现有技术相比，本专利技术具有下列技术效果:本专利技术在提高GaN基功率型发光二极管的电流注入效率和芯片出光效率的同时，能简化GaN基功率型发光二极管制备所需的工艺条件，使制程容易控制，同时降低制作成本。【附图说明】图1a是本专利技术采用干法刻蚀技术制作的透明导电层表面具有透镜状向上突起微结构LED芯片示意图；图1b是本专利技术采用干法刻蚀技术制作的透明导电层表面具有半球状向下凹陷微结构LED芯片示意图；图1c是本专利技术采用干法刻蚀技术制作的透明导电层表面微结构的主要制程示意图；图2a是本专利技术无掩膜湿法腐蚀技术制作的透明导电层表面具有不定形微结构LED芯片不意图；图2b是本专利技术采用无掩膜湿法腐蚀技术制作透明导电层表面不定形微结构的主要制程示意图；图3是本专利技术在制备表面微结构时保护金属电极区域透明电极的完整性的实施实例芯片示意图。图4示出了粗化前后的LED亮度提升效果和电压随粗化腐蚀时间的变化趋势图。附图标记说明:100:外延层衬底；101:氮化镓低温缓冲层；102:n型氮化镓半导体层；103:多量子阱活性层；104:p型氮化镓半导体层；105:透明电流扩展层；106:p型金属电极焊垫；107:n型金属电极焊垫；108:芯片钝化保护层；200:外延基片；201:透明导电薄膜；202:干法刻蚀或湿法腐蚀掩膜层。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例对本专利技术提供的一种GaN基功率型发光二极管(LED)芯片的制备方法进行详细描述。实施例一依据以下制程制备图1a中所示的透明导电层表面具有透镜状向上突起微结构LED芯片:1、提供一生长基板，如蓝宝石衬底；2、在蓝宝石衬底上依次生长缓冲层、第一半导体层(η型)、量子阱活性层电子阻挡层、第二半导体层(P型)，其生长方式为金属化学气相沉积法；3、利用酸性或碱性化学药品，对外延基片进行化学清洗；4、通过光刻胶掩膜、等离子(ICP)干法刻蚀等工艺在外延基片上刻蚀出裸露第一半导体层的MESA台阶；5、采用电子束蒸发设备在LED外延片上蒸镀一层ITO透明导电薄膜，ITO全称为Indium tin oxide，中文译名掺锡氧化铟，ITO透明导电薄膜的厚度根据入射光波长和ITO折射率而变化，可通过如下公式确定: r nmA/=—— 2〃上式中，λ是入射光波长，η是ITO薄膜的折射率，m是整数，t是ITO薄膜的厚度。6、根据MESA刻蚀图形，向内缩小3_7um制备ITO扩展图形，在ITO薄膜上制备出具有透镜状向上突起的微结构；其中，ITO微结构的制备，步骤如下:Ca)在沉积ITO透明导电薄膜的LED外延片上旋涂一层厚度为l_3um的正型光刻胶，然后通过电子束光刻形成周期性的纳米尺度级的圆形图形；(b)将光刻形成的图形放置在热板上烘烤，并在140°C _150°C温度下回流5min，使光刻胶上圆形图形中心的高度大于两边的高度；(c)采用ICP刻蚀技术对ITO透明导电薄膜进行刻蚀，通过调整ICP刻蚀工艺参数(如混合气体组分、反应腔体压强、ICP功率/RF功率)控制ITO刻蚀速率，在ITO透明导电层上形成凸起的半球形图形；(d)去掉掩膜光刻胶；7、在500°C高温和N2氛围下对ITO进行退火，退火时间为30分钟；8、制备金属电极和焊垫；9、金属电极合金化；10、制备钝化保护层。为便于理解，图1c示出了采用干法刻蚀技术制作的透明导电层表面微结构的主要制程，首先制备出外延基片200、透明导电薄膜201、干法刻蚀掩膜层202所组成的芯片半成品，通过曝光、回流、图形转移等工艺，即可得到透明导电薄膜表面粗化的成品芯片。本实施例中米用光刻胶掩膜，用光刻的方法在光刻胶膜层中形成规则或非规则排布的柱状微结构，并通过高温加热回流等方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GaN基功率型发光二极管，包括:衬底、依次制备在所述衬底上的缓冲层、n型氮化镓、量子阱、p型氮化镓和透明电流扩展层，所述n型氮化镓连接n型金属电极，所述透明电流扩展层连接p型金属电极，所述发光二极管的最上层还具有钝化保护层，所述透明电流扩展层的表面具有使表面粗化的微结构。

【技术特征摘要】
1.一种GaN基功率型发光二极管，包括:衬底、依次制备在所述衬底上的缓冲层、n型氮化镓、量子阱、P型氮化镓和透明电流扩展层，所述η型氮化镓连接η型金属电极，所述透明电流扩展层连接P型金属电极，所述发光二极管的最上层还具有钝化保护层，所述透明电流扩展层的表面具有使表面粗化的微结构。2.根据权利要求1所述的GaN基功率型发光二极管，其特征在于，所述透明电流扩展层为掺锡氧化铟薄膜或其它第三主族元素掺杂的氧化性透明导电薄膜。3.根据权利要求1所述的GaN基功率型发光二极管，其特征在于，所述透明电流扩展层的表面的微结构规则或无规则排布。4.根据权利要求1所述的GaN基功率型发光二极管，其特征在于，所述透明电流扩展层的表面的微结构是采用光刻胶掩膜干法刻蚀技术形成规则或不规则排列的柱状透镜突起半球形微结构。5.根据权利要求1所述的GaN基功率型发光二极管，其特征在于，所述透明电流扩展层的表面的微结构是采用光刻胶掩膜干法刻蚀技术形成规则或不规则排列的半球形凹陷微结构。6.根据权利要求1所述的GaN基功率型发光二极管，其特征在于，所述透明电流扩展层的表面的微结构是采用无光刻条件下单层介质膜掩膜腐蚀形成不定形微结构。7.—种权利要求1所述的GaN基功率型发光二极管的制备方法，其特征在于，包括下列步骤: 1)在衬底上依次制备缓冲层、η型氮化镓、量子阱、P型氮化镓和透明电流扩展层； 2)在透明电流扩展层制备出使表面粗化的微结构； 3)制...

【专利技术属性】
技术研发人员：王书方，周圣军，
申请(专利权)人：广东量晶光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：