技术领域
[0001] 本
发明属于
半导体技术领域，特别涉及一种氮化镓基
发光二极管的制造方法。
背景技术
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 图1为现有的发光二极管结构。图1中，衬底101上依次形成GaN
缓冲层102、n型GaN层103、多
量子阱发光层（MQW）104、p型AlGaN层105、p型GaN层106、透明
电极层107，p金属电极112；而n型GaN层103上形成n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1中未示出），以提高发光效率。
[0006] 在图1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高发光效率。
[0007] 而且，参见图1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1所示结构的发光二极管的发光均匀性还有待改善。
发明内容
[0008] 本发明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氮化镓基发光二极管的制造方法，通过本发明的制造方法得到的氮化镓基发光二极管，其具有提高的发光效率和发光均匀性。
[0009] 本发明提出的氮化镓基发光二极管的制造方法包括以下步骤：
[0010] （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；
[0011] （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；
[0012] （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；
[0013] （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至2/3；
[0014] （5）在p型GaN层表面的两侧分别形成凹槽；
[0015] （6）采用溅
镀工艺或者
电子束
蒸发工艺在p型GaN层两侧的凹槽上形成第一反射层和第二反射层；
[0016] （7）对溅镀第一反射层和第二反射层后的p型GaN层表面进行化学机械
抛光（CMP）工艺，以使得第一反射层、第二反射层与p型GaN层的表面平坦化；
[0017] （8）在p型GaN层表面上采用溅镀工艺形成透明电极层；
[0018] （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；
[0019] （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；
[0020] （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；
[0021] 其中，所述第一反射层和第二反射层的材料可以是Al/Ag
合金金属反射层，也可以是AlAs/AlxGa1-xAs或AlInP/(AlxGa1-x)yIn1-yP分布布拉格反射层（DBR）；第一反射层和第二反射层呈平行的两列结构而分别布置在p型GaN层的两边；
[0022] 其中，所述表面粗化层为纳米级锯齿状粗化层。
附图说明
[0023] 附图1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。
[0024] 附图2为本发明提出的具有粗化表面以及反射层的发光二极管结构示意图。
[0025] 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
[0026] 本发明提出的氮化镓基发光二极管的制造方法包括以下步骤：
[0027] （1）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、碳化硅、硫化锌或者砷化镓；
[0028] （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；在本发明中，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，本发明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；
[0029] （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n型GaN层203、多量子阱发光层（MQW）204、p型AlGaN层205以及p型GaN层206的层叠结构；
[0030] （4）在p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n型GaN层203的一部分为止；优选为保留n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；
[0031] （5）在p型GaN层206表面的两侧分别形成凹槽（图2的232和231的
位置）；
[0032] （6）采用溅镀工艺或者
电子束蒸发工艺在p型GaN层206两侧的凹槽上形成反射层231和232，该反射层231和232的材料可以是Al/Ag合金金属反射层，也可以是AlAs/AlxGa1-xAs或AlInP/(AlxGa1-x)yIn1-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和232呈平行的两列结构而分别布置在p型GaN层206的两边，即如图3所示的阴影部分；
[0033] （7）对溅镀反射层231和232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、232与p型GaN层206的表面平坦化；
[0034] （8）在p型GaN层206表面上采用溅镀工艺形成透明电极层207；
[0035] （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；
[0036] （10）对衬底201进行减薄，优选将衬底201的厚度的1/2至2/3去除；此后在衬底201的下方采用溅镀工艺形成金属反射层200；
[0037] （11）在n型GaN层203的台阶表面形成n型电极211，在透明电极层207的上表面形成p型电极212；电极211和212的形成方法可采用本领域常规的工艺来形成，比如首先在透明电极层207的表面上旋涂光刻胶，显影后露出将要形成电极212的透明电极层207的表面，此后通过溅镀工艺以形成电极212；电极211的形成方法与此相同。
[0038] 由本发明提出的的制造方法制得的氮化镓基发光二极管，由于衬底201下方还形成有金属反射层200，从而多量子阱发光层204发出光经过金属反射层200的反射后由发光二极管的正面或侧面透出（图2中未示出），以提高发光效率。
[0039] 此外，为了能够大幅度的提高发光二极管2的发光效率，在本发明中，除了对GaN缓冲层202表面进行粗化处理，以形成纳米级的锯齿状的表面粗化层222以外，还对发光二极管2的上表面，即透明电极层207的上表面进行粗化处理，与此同时，还进一步对发光二极管2的所有侧面同样进行粗化处理，从而形成如图2所示的表面粗化层221。通过对发光二极管2的整个外表面进行粗化处理后，多量子阱发光层204发出的光在到达发光二极管2的各个表面后，在透射临界
角之外的光由于经过表面粗化层的多次折射，最后可进入临界角内由各个表面透射出来，从而使得发光二极管2发出更多的光，因此也就提高了发光效率。
[0040] 为了解决现有技术中发光二极管发光均匀性不足的问题，本发明进一步制备了反射层。参见图2，在p型GaN层206中设有两排反射层231和232，该反射层231和232可以是Al/Ag合金金属反射层，也可以是AlAs/AlxGa1-xAs或AlInP/(AlxGa1-x)yIn1-yP分布布拉格反射层（DBR）。该反射层231和232可以设置在p型GaN层206的上表面（如图2所示），也可以设置在p型AlGaN层205的上表面（图2中未示出），或者设置在p型GaN层206或p型AlGaN层205的下表面亦可。
[0041] 参见图2，通过设置反射层231和232，由多量子阱发光层204发出的光的一部分直接由发光二极管2的正面透出，而另一部分则经过反射层231和232的反射后由发光二极管2的侧面透出。由于有反射层231和232的存在，那么能够到达发光二极管2正面的光就被限制为图2中反射层231和232之间的部分，而由反射层231和232反射的光将只能从发光二极管2的侧面透出，因此，这种设计就能提高发光二极管正面和侧面的发光均匀性。
[0042] 图3为图2的平面示意图，即由图2的上方俯视而得的示意图。参见图3，反射层231和232为平行的两列结构，发光二极管2的多量子阱发光层204发出的光的一部分由图3中的区域300透出，而另一部分光由于反射层232和231的反射而从发光二极管的侧面透出。
[0043] 至此，已经详细的说明了本发明制造方法。但前文描述的
实施例仅仅只是本发明的优选实施例，其并非用于限定本发明。本领域技术人员在不脱离本发明精神的前提下，可对本发明做任何的
修改，而本发明的保护范围由所附的
权利要求来限定。
