CN102760813B - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管，包括基板、第一n型氮化镓层、第二n型氮化镓层、发光层、p型氮化镓层以及电极层。第一n型氮化镓层、第二n型氮化镓层、发光层、p型氮化镓层以及电极层依次形成在基板的表面。第二n型氮化镓层底面包括形成在边缘处的裸露的粗化表面，且所述粗化表面为反向极化氮化镓结构。由于在第二n型氮化镓层上形成粗化表面，提高了发光二极管的光萃取效率。本发明还提供了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
本发明涉及一种发光二极管的制造方法。
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。一种是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，且所使用的槽体需经良好的设计，使在高温操作的液体不具危险；另一种是利用紫外光照射加电压的方式，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，再进行通电并进行紫外光照射蚀刻，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，有必要提供一种较高出光效率的发光二极管以及相应的制造方法。
一种发光二极管，包括基板、第一n型氮化镓层、第二n型氮化镓层、发光层、p型氮化镓层以及电极层。第一n型氮化镓层、第二n型氮化镓层、发光层、p型氮化镓层以及电极层依次形成在基板的表面。第二n型氮化镓层底面包括形成在边缘处的裸露的粗化表面，且所述粗化表面为反向极化氮化镓结构。
一种发光二极管的制造方法，包括以下步骤：
a：提供一基板；
b：在所述基板上成长缓冲层以及第一n型氮化镓层；
c：在所述第一n型氮化镓层表面形成一层图案化氮化铝层，所述氮化铝层覆盖在第一n型氮化镓层表面的边缘处；
d：在第一n型氮化镓层的未被氮化铝层覆盖的表面成长第二n型氮化镓层，所述第二n型氮化镓层成长至覆盖氮化铝层，且第二n型氮化镓层与氮化铝层所相邻的表面为反向极化氮化镓；
e：在第二n型氮化镓层表面依次成长发光层以及p型氮化镓层；
f：采用碱性溶液蚀刻掉所述氮化铝层，裸露出第二n型氮化镓层的与氮化铝层相邻的表面，并采用所述碱性溶液对裸露出的第二n型氮化镓层的表面进行蚀刻以形成粗化表面；以及
g：在p型氮化镓层表面制作电极层。
本发明提供的发光二极管中，由于氮化铝层容易被碱性溶液所蚀刻，且第二n型氮化镓层与氮化铝层相邻为反向极化(N-face)氮化镓，从而很容易对第二n型氮化镓层的表面进行粗化以提高发光二极管的光萃取率。并且，由于氮化铝层只位于第一n型氮化镓层和第二n型氮化镓层接触面的边缘位置，其不会增加第一n型氮化镓层和第二n型氮化镓层之间的接触电阻而影响发光二极管的性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基板的结构示意图。
图2是在图1的基板上生长缓冲层、未掺杂氮化镓层、第一n型氮化镓层以及氮化铝层的结构示意图。
图3是对图2中的氮化铝层进行蚀刻以进行图案化的过程的示意图。
图4是图3中的氮化铝层的俯视示意图。
图5是在图3中的第一n型氮化镓层未被氮化铝所覆盖的区域生长第二n型氮化镓层的过程的示意图。
图6是在图5中的第二n型氮化镓层的表面生长发光层及p型氮化镓层的过程的示意图。
图7是对图6中的氮化铝层和第二n型氮化镓层进行蚀刻后的示意图。
图8是在图7中的p型氮化镓层的表面制作电极的结构示意图。
图9是本发明第二实施例所提供的图案化氮化铝层的结构示意图。
主要元件符号说明
基板 110
缓冲层 120
未掺杂氮化镓层 130
第一n型氮化镓层 140
氮化铝层 150、250
环形本体 251
触角 252
第二n型氮化镓层 160
粗化表面 161
发光层 170
p型氮化镓层 180
电极层 190
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将介绍所述发光二极管的制造方法，本发明实施例提供的发光二极管的制造方法包括以下步骤：
请参阅图1，提供基板110，所述基板110的材质可选自硅、碳化硅、蓝宝石等。
请参阅图2，在所述基板110上依次成长缓冲层120、未掺杂氮化镓层130、第一n型氮化镓层140以及氮化铝层150。所述氮化铝层150的厚度范围为5-500nm。氮化铝层的厚度大于5nm时，蚀刻液才会有效的侧蚀渗透，所述氮化铝层150的厚度大于500nm则容易因为应力太大而导致其上形成的结构出现碎裂。优选地，在本实施例中氮化铝层150的厚度为50nm。所述的缓冲层120和未掺杂氮化镓层130用于提高第一n型氮化镓层140的晶格品质。根据需要，也可以在缓冲层120上直接成长第一n型氮化镓层140或者直接在基板110上直接成长第一n型氮化镓层140。所述第一n型氮化镓层140具有一远离基板110的第一表面111，该第一表面111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；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。
请参阅图3，利用感应耦合等离子蚀刻(Inductively Coupled Plasma, ICP)的方法去除位于第一n型氮化镓层140表面中心区域的氮化铝层150，从而使氮化铝层150形成在第一n型氮化镓层140表面的边缘处。如图4所示，所述氮化铝层150的图案与第一n型氮化镓层140的形状相对应。在本实施例中，所述氮化铝层150的图案为环状。具体地，所述氮化铝层150为正方形环状结构。
请参阅图5，在第一n型氮化镓层140的未被氮化铝层150覆盖的表面上生长第二n型氮化镓层160。所述第二n型氮化镓层160生长至覆盖在氮化铝层150的表面上，且第二n型氮化镓层160与氮化铝层150所相邻的表面为反向极化氮化镓，以便于被后续的碱性溶液所蚀刻。所述第二n型氮化镓层160的厚度范围为300-500nm。
请参阅图6，在第二n型氮化镓层160的表面上生长发光层170以及p型氮化镓层180。根据需要，所述发光层170为InGaN/GaN多量子阱结构。
请参阅图7，采用碱性溶液蚀刻掉所述氮化铝层150，裸露出第二n型氮化镓层160的与氮化铝层150相邻的底面，同时采用所述碱性溶液对裸露出的第二n型氮化镓层160的表面进行蚀刻以形成粗化表面161。为加快对氮化铝层150及第二n型氮化镓层160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。具体的，可采用85摄氏度的氢氧化钾溶液对所述氮化铝层150及第二n型氮化镓层160蚀刻30-60分钟。
请参阅图8，在p型氮化镓层180的表面制作电极层190。所述电极层190的制作材料选自金（Au）、银（Ag）、铜（Cu）、铝（Al）、锡（Sn）、镍（Ni）、钴（Co）其中之一或其合金。该电极层190通过蒸镀或者溅镀的方法形成在p型氮化镓层180的表面。
在电极层190的制作完成之后，所述发光二极管的制造过程也相应完成。所制备的发光二极管包括基板110以及依次形成在基板110表面上的缓冲层120、未掺杂氮化镓层130、第一n型氮化镓层140、第二n型氮化镓层160、发光层170、p型氮化镓层180以及电极层190。第二n型氮化镓层160的底面包括形成在边缘处的裸露的粗化表面161，所述粗化表面161为反向极化氮化镓结构。由于粗化表面161可将发光层170所发出的光线反射到其出光面，从而提高了发光二极管的光萃取效率。
并且，在上述发光二极管的制造方法中，由于发光二极管具有易被碱性溶液蚀刻的氮化铝层150，且第二n型氮化镓层160的与氮化铝层150相邻的表面为反向极化(N-face)氮化镓，从而很容易对所暴露出的第二n型氮化镓层160的底面进行粗化以提高发光二极管的光萃取率。并且，由于氮化铝层150并非直接设置在第一n型氮化镓层140和第二n型氮化镓层160之间，而仅设置在上述第一n型氮化镓层140的边缘处，所述氮化铝层150并不会影响第一n型氮化镓层140和第二n型氮化镓层160之间的电学性能。
根据需要，所述图案化的氮化铝层并不限于上述实施方式。如图9所示，本发明第二实施例所形成的图案化氮化铝层250包括环形本体251以及触角252。所述触角252从环形本体251向内延伸。在本实施中，环形本体251为正方形环状结构，所述触角252从环形本体251的四个顶角向内延伸。所述的图案化氮化铝层250可以用于第一实施例中的氮化铝层150。并且，由于本实施例中的氮化铝层250包括从环形本体251向内延伸的触角252，使到在后续的用碱性溶液蚀刻氮化铝层250的时候，所述蚀刻溶液能够进入更加深入的位置，从而使第二n型氮化镓层形成粗化表面的区域面积增加，提高所制造的发光二极管的光萃取效率。相应地，当氮化铝层250包括从环形本体251向内延伸的触角252时，所形成的粗化表面也将包括环形的本体以及从环形本体向内延伸的触角。
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 (7)

1.一种发光二极管，包括基板、第一n型氮化镓层、第二n型氮化镓层、发光层、p型氮化镓层以及电极层，所述第一n型氮化镓层、第二n型氮化镓层、发光层、p型氮化镓层以及电极层依次形成在基板的表面，其特征在于，所述第二n型氮化镓层底面包括形成在边缘处的裸露的粗化表面，且所述粗化表面为反向极化氮化镓结构，所述粗化表面包括环形的本体以及从环形本体向内延伸的触角。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述粗化表面环绕第二n型氮化镓层设置。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述基板选自蓝宝石基板、硅基板或者是碳化硅基板。
4.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第二n型氮化镓层的厚度范围为300-500nm。
5.一种发光二极管的制造方法，包括以下步骤：
a：提供一基板；
b：在所述基板上成长第一n型氮化镓层；
c：在所述第一n型氮化镓层表面形成一层图案化氮化铝层，所述氮化铝层覆盖在第一n型氮化镓层表面的边缘处；
d：在第一n型氮化镓层的未被氮化铝层覆盖的表面成长第二n型氮化镓层，所述第二n型氮化镓层成长至覆盖氮化铝层，且第二n型氮化镓层与氮化铝层所相邻的表面为反向极化氮化镓；
e：在第二n型氮化镓层表面依次成长发光层以及p型氮化镓层；
f：采用碱性溶液蚀刻掉所述氮化铝层，裸露出第二n型氮化镓层的与氮化铝层相邻的底面，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，所述粗化表面包括环形的本体以及从环形本体向内延伸的触角；以及
g：在p型氮化镓层表面制作电极层。
6.如权利要求5所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述碱性溶液选自氢氧化钾溶液或者氢氧化钠溶液。
7.如权利要求5所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：在步骤e中，采用85℃的碱性溶液对所述氮化铝层和第二n型氮化镓层蚀刻30-60分钟。8.如权利要求5所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述图案化的氮化铝层包括环形本体以及从环形本体向内延伸的触角。
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