專利名稱：一種氮化鎵發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管的制作方法，更為具體地，涉及一種包含粗化氮極性面的正裝氮化鎵基發(fā)光二極管的制作方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著半導(dǎo)體照明逐漸普及，氮化鎵(GaN)基發(fā)光二極管技術(shù)發(fā)展迅速。為了提高氮化鎵發(fā)光二極管的發(fā)光效率，一方面要改善發(fā)光材料的晶體質(zhì)量以提高內(nèi)量子效率，另一方面則要通過芯片結(jié)構(gòu)以及封裝工藝的改進(jìn)以提升取光效率。為了提升芯片的取光效率，表面(界面)粗化或者紋理化技術(shù)是較為簡單有效的方式之一，諸如圖形化襯底、外延表面粗化、透明導(dǎo)電層粗化、光子晶體等針對出光面或者襯底的粗化技術(shù)已經(jīng)被廣泛采用并獲得明顯效果。在各種粗化技術(shù)中，針對氮極性面氮化鎵的晶向選擇性粗化可以獲得亞微米級周期的六角錐(金字塔)粗化形貌，因而具有極高的取光效率，但其通常用在基于襯底剝離的薄膜氮化鎵LED芯片結(jié)構(gòu)上，常規(guī)的氮化鎵LED芯片因生長面為鎵極性，所以比較難以獲得。文獻(xiàn) 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)報道了采用高溫硫酸和磷酸腐蝕切割道側(cè)壁邊緣的n-GaN層形成倒六角錐(金字塔)狀的粗化界面，通過優(yōu)化條件可以獲得27%的亮度提升。文獻(xiàn)1通過激光正面劃片形成切割道，切割道提供了橫向蝕刻通道，高溫磷酸和硫酸蝕刻切割道外延側(cè)壁上與藍(lán)寶石襯底交界的n-GaN層，且此n-GaN層的下表面呈氮極性， 從而形成一環(huán)繞芯片切割道邊緣的倒掛懸空的六角錐形貌帶。然而，采用文獻(xiàn)1所提出的技術(shù)只能實現(xiàn)正裝芯片切割道邊緣的外延層倒六角錐粗化，其增加取光效率的幅度有限，如果能增大倒六角錐粗化的外延層區(qū)域，則可以獲得更大幅度的取光提升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的即在于改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的上述局限，以進(jìn)一步提高正裝氮化鎵基發(fā)光二極管芯片的取光效率。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種氮化鎵發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于制作步驟如下
1.在藍(lán)寶石襯底上生長一可粗化層，其材料為氮化鎵基化合物，并且其與藍(lán)寶石襯底接觸的一側(cè)(下表面)呈氮極性；
2.蝕刻部分區(qū)域的可粗化層至露出藍(lán)寶石襯底，以形成多個側(cè)向蝕刻溝道；
3.采用濕法方式將靠近側(cè)向蝕刻溝道的可粗化層邊緣的下表面蝕刻成倒六角錐狀；
4.在可粗化層上繼續(xù)生長發(fā)光外延層，并且發(fā)光外延層橫向填平側(cè)向蝕刻溝道；5.電極化發(fā)光外延層并分離成多個發(fā)光芯粒，并且每個發(fā)光芯粒內(nèi)部至少包含一段側(cè)向蝕刻溝道。本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于通過兩次外延生長，在氮化鎵發(fā)光二極管芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)中置入倒六角錐粗化外延層帶。一次外延生長可粗化層作為粗化介質(zhì)，通過位于芯片內(nèi)部的側(cè)向蝕刻溝道，濕法蝕刻可以將靠近側(cè)向蝕刻溝道的可粗化層邊緣部分蝕刻成倒六角錐狀形貌帶，然后再通過二次外延生長發(fā)光層以及制作電極，使得每個發(fā)光芯片內(nèi)部擁有一個或者數(shù)個倒六角錐形貌帶。這樣可在原有切割道倒六角錐粗化的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步的擴大粗化區(qū)域面積，更大程度上提高取光效率。在本發(fā)明中進(jìn)一步地，可粗化層可為未摻雜氮化鎵或者η型氮化鎵，這樣二次外延生長不會降低發(fā)光外延層的晶體質(zhì)量；為了獲得足夠尺度的粗化形貌，可粗化層必須保證足夠的厚度，較為理想的厚度須在1微米以上；為了不增加發(fā)光外延層橫向生長難度，側(cè)向蝕刻溝道寬度須小于或者等于10微米；濕法蝕刻可粗化層既可采用高溫(100°C以上)的磷酸和硫酸混合溶液，也可以采用高溫堿性溶液，如氫氧化鉀、氫氧化鈉、氨水等，或者借助紫外光輔助以加快蝕刻速率；橫向蝕刻深度也必須優(yōu)化以獲得較佳之粗化尺寸并防止外延層剝落，可粗化層被蝕刻的邊緣寬度建議不超過20微米。


附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。圖1 圖6是本發(fā)明優(yōu)選實施例的氮化鎵發(fā)光二極管的制作過程的示意圖。圖7 圖8是本發(fā)明優(yōu)選實施例的形成側(cè)向蝕刻溝道的光刻版圖。圖中部件符號說明
10:藍(lán)寶石襯底11:緩沖層
12:可粗化層13:n-GaN層
14:多量子阱(MQW)15:p-GaN 層
20:IT0 層21 :ρ 電極
22:η電極100:側(cè)向蝕刻溝道
200 =SiO2掩膜300 切割道。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和優(yōu)選實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。一種氮化鎵發(fā)光二極管的制作方法，其制作步驟包括
如圖ι所示，在藍(lán)寶石襯底10上采用金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)依次外延生長 緩沖層11和可粗化層12。緩沖層11材料為未摻雜GaN，可粗化層12的材料為氮化鎵基化合物，為獲得較好的外延晶格質(zhì)量，可為未摻雜氮化鎵或者η型氮化鎵。在本實施例中可粗化層12為厚度2微米左右的n-GaN層。CN 102255010 A
說明書
3/3頁如圖2所示，采用光刻和蝕刻在可粗化層12之上定義出S^2掩膜區(qū)200和側(cè)向蝕刻溝道區(qū)域100。光刻版圖可以采用圖7或者圖8進(jìn)行設(shè)計，圖7所示為每一發(fā)光芯粒中心位置包含單一段側(cè)向蝕刻溝道，溝道寬度設(shè)定為5微米，長度可以設(shè)定為相對芯片邊長內(nèi)縮；圖8所示則為每一發(fā)光芯粒中心位置包含兩段成十字交叉的側(cè)向蝕刻溝道，同樣地， 溝道寬度可以設(shè)為5微米，長度可以設(shè)為相對芯片邊長內(nèi)縮。定義完掩膜區(qū)200和側(cè)向蝕刻溝道區(qū)100后，即可采用干法等離子體蝕刻側(cè)向蝕刻溝道區(qū)100的可粗化層12和緩沖層 11直至完全露出藍(lán)寶石襯底10。如圖3所示，采用250°C的硫酸和磷酸(比例3:2)濕法蝕刻側(cè)向蝕刻溝道100兩端的外延層，蝕刻時間控制在2、分鐘，這樣可以得到環(huán)繞側(cè)向蝕刻溝道100的橫向蝕刻深度在5 15微米左右的倒六角錐形貌帶。如圖4所示，在可粗化層12之上繼續(xù)外延生長發(fā)光層，依次包括n-GaN層13、多量子阱(MQW)14和P-GaN層15，并且發(fā)光外延層橫向填平寬度為5微米的側(cè)向蝕刻溝道100。如圖5所示，制作發(fā)光芯片，包括蝕刻部分區(qū)域的發(fā)光外延層至露出n-GaN層13， 在P-GaN層15之上制作ITO透明導(dǎo)電層20，在ITO層20之上制作ρ電極21 ；在n_GaN層 13上制作η電極22。如圖6所示，在發(fā)光芯片之上沉積SW2掩膜層，隨后采用激光進(jìn)行正面劃片以分離發(fā)光芯粒，激光正劃在發(fā)光芯粒四周形成切割道300，切割道300暴露出藍(lán)寶石襯底10與外延層的界面。采用250°C的硫酸和磷酸(比例3 2)濕法蝕刻切割道300邊緣的外延層，蝕刻時間控制在2、分鐘，從而得到將環(huán)繞切割道300的橫向蝕刻深度在5 15微米左右的倒六角錐形貌帶。濕法蝕刻后去除掩膜層并采用裂片完全分離發(fā)光芯粒。濕法蝕刻液也可以采用高溫堿性溶液，如氫氧化鉀、氫氧化鈉、氨水等，若借助紫外光輔助以加快蝕刻速率。完成上述步驟后，即可獲得如圖6所示的具有切割道和芯片內(nèi)部倒六角錐粗化結(jié)構(gòu)的發(fā)光芯片，相比于僅切割道粗化的發(fā)光芯片，由于增加了粗化區(qū)域面積，發(fā)光芯片的取光效率得到更進(jìn)一步的提升。很明顯地，本發(fā)明的說明不應(yīng)理解為僅僅限制在上述實施例，而是包括利用本發(fā)明構(gòu)思的全部實施方式。
權(quán)利要求
1.一種氮化鎵發(fā)光二極管的制作方法，包括如下步驟在藍(lán)寶石襯底上生長一可粗化層，其材料為氮化鎵基化合物，并且其與藍(lán)寶石襯底接觸的一側(cè)呈氮極性；蝕刻部分區(qū)域的可粗化層至露出藍(lán)寶石襯底，以形成多個側(cè)向蝕刻溝道；采用濕法方式將靠近側(cè)向蝕刻溝道的可粗化層邊緣的下表面蝕刻成倒六角錐狀；在可粗化層上繼續(xù)生長發(fā)光外延層，并且發(fā)光外延層橫向填平側(cè)向蝕刻溝道；電極化發(fā)光外延層并分離成多個發(fā)光芯粒，并且每個發(fā)光芯粒內(nèi)部至少包含一段側(cè)向蝕刻溝道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鎵發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于所述的可粗化層為未摻雜氮化鎵或者η型氮化鎵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鎵發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于所述的可粗化層厚度大于或者等于1微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鎵發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于所述的側(cè)向蝕刻溝道寬度小于或者等于10微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鎵發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于所述可粗化層被蝕刻的邊緣寬度小于或者等于20微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鎵發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于所述濕法蝕刻可粗化層采用磷酸和硫酸混合溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氮化鎵發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于所述磷酸和硫酸混合溶液的溫度大于或者等于100°c。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鎵發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于所述濕法蝕刻可粗化層采用氫氧化鉀、氫氧化鈉、氨水等堿性溶液。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氮化鎵發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于通過加溫或者紫外光輔助照射加快濕法蝕刻的速率。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鎵發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于還包括采用濕法蝕刻方式將發(fā)光芯粒切割道邊緣的可粗化層下表面蝕刻成倒六角錐狀。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氮化鎵發(fā)光二極管的制作方法，通過兩次外延生長，在氮化鎵發(fā)光二極管芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)中置入倒六角錐粗化外延層帶。一次外延生長可粗化層作為粗化介質(zhì)，通過位于芯片內(nèi)部的側(cè)向蝕刻溝道，濕法蝕刻可以將靠近側(cè)向蝕刻溝道的可粗化層邊緣部分蝕刻成倒六角錐狀形貌帶，然后再通過二次外延生長發(fā)光層以及制作電極，使得每個發(fā)光芯片內(nèi)部擁有一個或者數(shù)個倒六角錐形貌帶。這樣可在原有切割道倒六角錐粗化的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步的擴大粗化區(qū)域面積，更大程度上提高取光效率。
文檔編號H01L33/00GK102255010SQ20111019559
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月13日
發(fā)明者吳志強, 林科闖, 潘群峰 申請人:廈門市三安光電科技有限公司