CN102456784B - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发光二极管，其包括基板、第一n型氮化镓层、连接层、第二n型氮化镓层、发光层、p型氮化镓层、p型电极及n型电极。所述第一n型氮化镓层形成在所述基板上，其具有一个远离所述基板的第一表面，该第一表面包括一个第一区域和一个第二区域。所述连接层、第二n型氮化镓层、发光层、p型氮化镓层和p型电极依次形成于所述第一区域上。所述n型电极形成在所述第二区域上。所述连接层能够被碱性溶液蚀刻，所述第二n型氮化镓层面向连接层的底面为反向极化氮化镓，且该底面有裸露的粗化表面。本发明还涉及一种发光二极管的制造方法。

Description

发光二极管及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种半导体元件，尤其涉及一种发光二极管及其制造方法。
背景技术
现在，发光二极管(Light Emitting Diode，LED)已经被广泛应用到很多领域。然而，发光二极管产生的光只有在小于临界角的情况下才能射出至外界，否则由于内部全反射的原因，大量的光将在发光二极管内部损失掉，无法射出至外界，导致发光二极管的出光率低下，亮度不高。目前，利用蚀刻使得发光二极管表面粗化来增加发光二极管亮度的技术已为公众熟知，现有的技术大致分为两种：1.利用高温的酸性液体(如硫酸，磷酸等)来对发光二极管进行蚀刻，其缺点为液体中易因温度不均而产生蚀刻速率不稳定的现象，且使用槽体需经良好的设计，使在高温操作的液体不具危险，因此槽体的制作成本也会较高；2.利用紫外光照光加电压的方式，使半导体组件易和氢氧化钾产生反应，进而达成蚀刻的目的，但操作上需制作绝缘物保护，在芯片上布下电极线，再进行通电照光蚀刻，由于电极导电性的问题使制作上只能在小片芯片上制作，而整片晶圆的制作上受限于电力的分布，而很难有良好的蚀刻均匀性，且制作流程较复杂。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种便于蚀刻的发光二极管及其制造方法。
一种发光二极管，其包括基板、第一n型氮化镓层、连接层、第二n型氮化镓层、发光层、p型氮化镓层、p型电极及n型电极。所述第一n型氮化镓层形成在所述基板上，其具有一个远离所述基板的第一表面，该第一表面包括一个第一区域和一个第二区域。所述连接层、第二n型氮化镓层、发光层、p型氮化镓层和p型电极依次形成于所述第一区域上。所述n型电极形成在所述第二区域上。所述连接层能够被碱性溶液蚀刻，所述第二n型氮化镓层面向连接层的底面为反向极化氮化镓，且该底面有裸露的粗化表面。
一种发光二极管的制造方法，包括以下步骤：提供一基板；在所述基板上依次成长形成第一n型氮化镓层、连接层、第二n型氮化镓层、发光层和p型氮化镓层；蚀刻所述p型氮化镓层、发光层、第二n型氮化镓层和连接层直至裸露出部分第一n型氮化镓层；采用碱性溶液蚀刻掉部分所述连接层，裸露出第二n型氮化镓层面向连接层的底面的一部分，并采用所述碱性溶液对裸露出的第二n型氮化镓层的底面进行蚀刻以形成粗化表面；及在p型氮化镓层上形成p型电极及在所述第一n型氮化镓层的裸露区域上形成n型电极。
本发明提供的发光二极管中，由于发光二极管具有易被碱性溶液蚀刻的连接层，且第二n型氮化镓层面向连接层的底面为反向极化(N-face)氮化镓，从而很容易对第二n型氮化镓层的底面进行粗化以提高发光二极管的光萃取率。
附图说明
图1是本发明实施方式提供的一种发光二极管剖视图。
图2是反向极化氮化镓被碱性溶液蚀刻后的示意图。
图3-图8是图1中的发光二极管的制造方法示意图。
主要元件符号说明
发光二极管                  100
基板                        10
第一n型氮化镓层             20
第一表面                    20a
第一区域                    21
第二区域                    22
连接层                      30
第二n型氮化镓层             40
发光层                      50
p型氮化镓层                 60
透明导电层                  70
p型电极                     80
n型电极                     90
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1，本发明实施方式提供的一种发光二极管100包括基板10、第一n型氮化镓层20、连接层30、第二n型氮化镓层40、发光层50、p型氮化镓层60、透明导电层70、p型电极80及n型电极90。
所述基板10的材质可选自硅、碳化硅、蓝宝石等。本实施方式中，所述基板10的材质为蓝宝石。
所述第一n型氮化镓层20形成在所述基板10上，其远离基板10的第一表面20a包括一个第一区域21及一个第二区域22。所述连接层30、第二n型氮化镓层40、发光层50、p型氮化镓层60、透明导电层70、p型电极80依次形成在所述第一区域21上，所述n型电极90形成在所述第二区域22上。本实施方式中，所述第二区域22环绕所述第一区域21，所述n型电极90为环绕所述第一区域21的框形电极。所述第一n型氮化镓层20的第一表面20a为正常极化(Ga-face)氮化镓。正常极化(Ga-face)氮化镓为晶格成长堆栈时，镓原子形成在表面的结构；反向极化(N-face)氮化镓为晶格成长堆栈时，氮原子形成在表面的结构。反向极化(N-face)氮化镓易被碱性溶液在低于100℃情况下蚀刻成六角锥的形态(如图2所示)；但正常极化(Ga-face)氮化镓则与碱性溶液在低于100℃情况下完全不反应。
所述连接层30易于被碱性溶液在低于100℃情况下蚀刻。所述连接层30的面积小于形成在其上的第二n型氮化镓层40，使得第二n型氮化镓层40面向所述连接层30的底面周缘裸露出。所述连接层30的材质可选自氮化铝、二氧化硅、氮化硅等。本实施方式中，所述连接层30为氮化铝。优选地，所述连接层30的厚度范围为5纳米-1000纳米。连接层30的厚度大于5纳米时，蚀刻液才会有效的侧蚀渗透，所述连接层30的厚度大于1000纳米则容易因为应力太大而导致其上形成的结构出现碎裂。
所述第二n型氮化镓层40的底面为反向极化(N-face)氮化镓，其底面裸露的部分被粗化，以能够提高发光二极管100的光萃取率。
所述透明导电层70可选自镍金双金属薄层、氧化铟锡(ITO)等。本实施方式中，所述透明导电层70为氧化铟锡。
所述发光二极管100的制造方法包括以下步骤：
请参阅图3，先提供基板10，所述基板10的材质可选自硅、碳化硅、蓝宝石等。
请参阅图4，在所述基板10上依次成长形成第一n型氮化镓层20、连接层30、第二n型氮化镓层40、发光层50和p型氮化镓层60。所述第一n型氮化镓层20远离基板10的第一表面20a可为正常极化(Ga-face)氮化镓，以避免后续被碱性溶液蚀刻。所述连接层30的厚度范围为5纳米-1000纳米。连接层30的厚度大于5纳米时，蚀刻液才会有效的侧蚀渗透，所述连接层30的厚度大于1000纳米则容易因为应力太大而导致其上形成的结构出现碎裂。所述第二n型氮化镓层40的底面为反向极化(N-face)氮化镓，以便于被碱性溶液蚀刻。
请参阅图5，蚀刻所述p型氮化镓层60、发光层50、第二n型氮化镓层40和连接层30直至裸露出部分第一n型氮化镓层20。对所述p型氮化镓层60、发光层50、第二n型氮化镓层40和连接层30的蚀刻可采用感应耦合电浆蚀刻技术(Inductively Coupled Plasma，ICP)。所述第一n型氮化镓层20也可有部分被蚀刻。本实施方式中，所述第一n型氮化镓层20的裸露区域环绕所述连接层30。
请参阅图6，采用碱性溶液蚀刻掉部分所述连接层30，裸露出第二n型氮化镓层40的部分底面，并采用所述碱性溶液对裸露出的第二n型氮化镓层40的底面进行蚀刻以形成粗化表面。为加快对连接层30及第二n型氮化镓层40的底面的蚀刻速度，优选地，所述碱性溶液为强碱性溶液，如氢氧化钾、氢氧化钠等。
请参阅图7，在所述p型氮化镓层60上形成透明导电层70。所述透明导电层70可选自镍金双金属薄层、氧化铟锡(ITO)等。本实施方式中，所述透明导电层70为氧化铟锡。
请参阅图8，在透明导电层70上形成p型电极80及在所述第一n型氮化镓层20的裸露区域上形成n型电极90。本实施方式中，所述n型电极90为环绕所述第一区域21的框形电极。
本发明实施方式提供的发光二极管中，由于发光二极管具有易被碱性溶液蚀刻的连接层，且第二n型氮化镓层面向连接层的底面为反向极化(N-face)氮化镓，从而很容易对第二n型氮化镓层的底面进行粗化以提高发光二极管的光萃取率。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种像应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种发光二极管，其包括基板、第一n型氮化镓层、连接层、第二n型氮化镓层、发光层、p型氮化镓层、p型电极及n型电极，所述第一n型氮化镓层形成在所述基板上，其具有一个远离所述基板的第一表面，该第一表面包括一个第一区域和一个第二区域，所述连接层、第二n型氮化镓层、发光层、p型氮化镓层和p型电极依次形成于所述第一区域上，所述n型电极形成在所述第二区域上，所述连接层能够被碱性溶液蚀刻，所述第二n型氮化镓层面向连接层的底面为反向极化氮化镓，且该底面有裸露的粗化表面，所述第二区域环绕所述第一区域。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述n型电极为环绕所述第一区域的框形电极。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第一n型氮化镓层的第一表面为正常极化氮化镓。
4.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述连接层的材质选自氮化铝、二氧化硅或氮化硅。
5.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述连接层的厚度范围为5纳米-1000纳米。
6.一种发光二极管的制造方法，包括以下步骤：
提供一基板；
在所述基板上依次成长形成第一n型氮化镓层、连接层、第二n型氮化镓层、发光层和p型氮化镓层；
蚀刻所述p型氮化镓层、发光层、第二n型氮化镓层和连接层直至裸露出部分第一n型氮化镓层；
采用碱性溶液蚀刻掉部分所述连接层，裸露出第二n型氮化镓层面向连接层的底面的一部分，并采用所述碱性溶液对裸露出的第二n型氮化镓层的底面进行蚀刻以形成粗化表面；及
在p型氮化镓层上形成p型电极及在所述第一n型氮化镓层的裸露区域上形成n型电极，所述第一n型氮化镓层具有一个远离所述基板的第一表面，该第一表面包括一个第一区域和一个第二区域，所述连接层、第二n型氮化镓层、发光层、p型氮化镓层和p型电极形成于所述第一区域上，所述n型电极形成在所述第二区域上，所述第二区域环绕所述第一区域。
7.如权利要求6所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述第一n型氮化镓层的裸露区域位于第一n型氮化镓层远离所述基板的表面，该裸露区域环绕所述连接层。
8.如权利要求6所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述碱性溶液为强碱性溶液。
9.如权利要求6所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述连接层的厚度范围为5纳米-1000纳米。
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