CN102983238B

CN102983238B - 具有环形反射层的发光器件的制造方法

Info

Publication number: CN102983238B
Application number: CN201210434939.XA
Authority: CN
Inventors: 虞浩辉; 周宇杭
Original assignee: JIANGSU WINAD LIGHTING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JIANGSU WINAD LIGHTING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2032-11-05
Also published as: CN102983238A

Abstract

本发明公开了一种具有环形反射层的发光器件的制造方法，包括步骤：在衬底的上表面上依次形成有GaN缓冲层、n型GaN层、多量子阱发光层（MQW）、p型AlGaN层、p型GaN层、透明电极层，p金属电极；所述衬底的下表面形成有透明金属欧姆接触层，所述透明金属欧姆接触层下方形成有n型电极；所述GaN缓冲层的表面以及所述具有环形反射层的发光器件的上表面、下表面以及所有侧面都形成表面粗化层；所述p型GaN层的上表面形成有反射层，该反射层为四方环状结构。

Description

具有环形反射层的发光器件的制造方法

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别涉及一种具有环形反射层的发光器件的制造方法。

背景技术

半导体发光器件应用日益广泛，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。

近年来，为了提高发光器件的发光功率和效率，发展了垂直结构的发光器件，相对于正装结构的发光器件来说，垂直结构的发光器件诸多优点。对于正装结构的发光器件而言，由于n、p电极都处于衬底的同一侧，因此电流须在同侧的n、p型电极之间横向流动，这样就导致电流拥挤，发热量高。而垂直结构发光器件的两个电极分别处于发光器件的两侧，电流几乎全部垂直流过外延层，没有横向流动的电流，因此电流分布均匀，产生的热量相对较少。并且由于垂直结构的两个电极处于两侧，因此出光过程中不会受到同侧电极的阻挡，其出光效率更高。

在发光器件的实际工作过程中，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，是由于形成发光器件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，从而使发光器件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器件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。

同时，发光器件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器件的正面发出，而从其侧面发出的光必须先经过发光器件内部结构的全反射，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器件正面出光过多而侧面出光不足，因此也就造成发光器件出光的不均匀。

图1为现有的具有粗化层的发光器件。图1中，衬底101下方形成有透明金属欧姆接触层100，n型电极111通过该透明金属欧姆接触层100而与该衬底101实现电连接。而衬底101上方依次形成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；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。

在图1所示的发光器件结构中，由于粗化层仅形成于发光器件的内部，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，这种处于发光器件内部中的粗化层还不足以进一步提高发光效率。

而且，参见图1所示结构的发光器件，可见多量子阱发光层104发出的光大多由发光器件的正面透出，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的全反射后由发光器件的侧面透出。因此，图1所示结构的发光器件的发光均匀性还有待改善。

发明内容

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环形反射层的发光器件的制造方法，从而提高发光器件的发光效率和发光均匀性。

本发明提出的发光器件的制造方法包括如下步骤：

（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；

（2）利用碱性溶液对GaN缓冲层的表面进行腐蚀，从而在GaN缓冲层表面上形成纳米级的锯齿状的表面粗化层；

（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、p型GaN层；

（4）对p型GaN层表面上进行光刻工艺，以便在p型GaN层的表面四周形成四方环形凹槽；

（5）利用溅镀工艺或者电子束蒸发工艺在所述四方环形凹槽上形成反射层；该反射层的外环优选为与所述发光器件的侧边重合。

（6）对溅镀反射层后的p型GaN层表面进行化学机械抛光（CMP）工艺，以使得反射层与p型GaN层的表面平坦化；

（7）在p型GaN层表面上采用溅镀工艺形成透明电极层；

（8）在衬底的下方采用溅镀工艺形成透明欧姆接触金属层；

（9）将完成层叠结构的发光器件浸泡在碱性溶液中，以便将该层叠结构的所有表面粗化，形成表面粗化层；

（10）在透明欧姆接触金属层的下表面形成n型电极，在透明电极层的上表面形成p型电极。

其中，所述凹槽的深度为p型GaN层厚度的1/3至1/2，优选为1/3；

其中，反射层的材料可以是Al/Ag合金金属反射层，也可以是AlAs/Al_xGa_1-xAs或AlInP/(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP分布布拉格反射层（DBR）。

附图说明

附图1为现有技术中仅有部分粗化表面的发光器件结构示意图。

附图2为本发明提出的具有粗化表面以及四方环状结构反射层的发光器件结构示意图。

附图3为图2所示发光器件的平面结构示意图。

具体实施方式

图2为采用本发明提出制造方法制得的具有环形反射层的发光器件，其具有全面粗化的表面，并且具有环形反射层，因此能够大幅度的提高发光效率以及发光均匀性。

本发明提出的制造方法，包括以下步骤：

（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；

（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；

（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、p型GaN层206；

（4）对p型GaN层206表面上进行光刻工艺，以便在p型GaN层206的表面四周形成四方环形凹槽，所述凹槽的深度为p型GaN层206厚度的1/3至1/2；

（5）利用溅镀工艺或者电子束蒸发工艺在所述四方环形凹槽上形成反射层231，该反射层231的材料可以是Al/Ag合金金属反射层，也可以是AlAs/Al_xGa_1-xAs或AlInP/(Al_xGa_1-x)_yIn_1-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呈四方环形结构而围绕整个p型GaN层206表面的四周，并且优选地，该反射层的外环优选为与所述发光器件的侧边重合，即如图3所示的阴影部分231；

（6）对溅镀反射层231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与p型GaN层206的表面平坦化；

（7）在p型GaN层206表面上采用溅镀工艺形成透明电极层207；

（8）在衬底201的下方采用溅镀工艺形成透明欧姆接触金属层200；

（9）将完成层叠结构的发光器件浸泡在碱性溶液中，以便将该层叠结构的所有表面粗化，形成表面粗化层221；

（10）在透明欧姆接触金属层200的下表面形成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。

为了能够大幅度的提高发光器件2的发光效率，在本发明提出的制造方法除了在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，还将发光器件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，还进一步将发光器件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。

通过对发光器件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器件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，从而使得发光器件2发出更多的光，因此也就提高了发光效率。

为了解决现有技术中发光器件发光均匀性不足的问题，本发明提出制造方法还特别制备了反射层231。此外，该反射层231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。

参见图2，通过制备反射层231，由多量子阱发光层204发出的光的一部分直接由发光器件2的正面透出，而另一部分则经过反射层231的反射后由发光器件2的侧面透出。由于有反射层231的存在，那么能够到达发光器件2正面的光就被限制为图2中反射层231环内的部分，而由反射层231反射的光将只能从发光器件2的侧面透出，因此，这种设计就能提高发光器件正面和侧面的发光均匀性。

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为四方环状结构，发光器件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231的反射而从发光器件的侧面透出。

再次参见图2，并结合图3，由发光器件内部发出的一部分光经由四方环状结构的反射层反射后，可以均匀的由发光器件的四个侧面透出，而其余没有经过四方环状结构反射层反射的光则经由区域300直接透出，通过调整四方环状结构反射层的内环和外环之间的距离，从而也就能够调整该四方环状结构反射层的反射面积，在p型GaN层表面积固定的情况下，也就能够调整反射层面积和区域300面积的比例，从而也就能够调整从区域300透射的光与从发光器件侧面透射光的比例。因此，通过设置不同面积的四方环状反射层，就可以根据具体需要来调整发光器件的出光均匀性。

至此，本发明的发光器件的制造方法已由上文详细说明。但是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。

Claims

1.一种具有环形反射层的发光器件的制造方法，所述方法包括以下步骤：

(1)在衬底上采用MOCVD外延生长GaN缓冲层，所述衬底的材料为硫化锌或者砷化镓；

(2)利用碱性溶液对GaN缓冲层的表面进行腐蚀，从而在GaN缓冲层表面上形成纳米级锯齿状表面粗化层；

(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、p型GaN层；

(4)对p型GaN层表面上进行光刻工艺，以便在p型GaN层的表面四周形成四方环形凹槽，所述凹槽的深度为p型GaN层厚度的1/3至1/2；

(5)利用溅镀工艺或者电子束蒸发工艺在所述四方环形凹槽上形成反射层；

(6)对溅镀反射层后的p型GaN层表面进行化学机械抛光(CMP)工艺，以使得反射层与p型GaN层的表面平坦化；

(7)在p型GaN层以及反射层的表面上采用溅镀工艺形成透明电极层；

(8)在衬底的下方采用溅镀工艺形成透明欧姆接触金属层；

(9)将完成层叠结构的发光器件浸泡在碱性溶液中，以便将该层叠结构的所有表面粗化，形成纳米级锯齿状表面粗化层；

(10)在透明欧姆接触金属层的下表面形成n型电极，在透明电极层的上表面形成p型电极。

2.如权利要求1所述的具有环形反射层的发光器件的制造方法，其特征在于：

所述四方环状结构的所述反射层的外环与所述发光器件的侧边重合。

3.如权利要求2所述的具有环形反射层的发光器件的制造方法，其特征在于：

所述反射层的材料是Al/Ag合金金属反射层，或者是AlAs/Al_xGa_1-xAs或Al InP/(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP分布布拉格反射层(DBR)。