CN109346571A - 一种窗口层表面粗化的发光二极管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种窗口层表面粗化的发光二极管及其制作方法，通过在窗口层的表面形成多个颗粒状的凸起作为掩膜，以对窗口层的表面进行腐蚀时只能对凸起未覆盖的区域进行腐蚀，而无需对窗口层的整个表面进行腐蚀，保证窗口层的表层重掺杂结构受到破坏程度较小的基础上，得到表面粗化的窗口层，保证发光二极管的可靠性高。同时，在掩膜层变换为多个颗粒状的凸起的过程中，反应腔的温度呈升温控制，以在较低温度时给掩膜层提供一预热温度，而后在升温为高温时掩膜层能够快速的变换为多个凸起，提高制程效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体发光二极管技术领域，更为具体的说，涉及一种窗口层表面粗化的发光二极管及其制作方法。
背景技术
AlGaInP四元系正极性LED(Light Emitting Diode，发光二极管)芯片是在GaAs衬底上外延，其外延片的结构主要包括有依次叠加的AlGaAs布拉格反射镜(DistributedBragg Reflector，DBR)，n-AlGaInP限制层、MQW(multiple quantum well，多量子阱)有源层、p-AlGaInP限制层和p-GaP窗口层。GaP窗口层的折射率为3.3-3.5，由于其与空气较大的折射率差，导致光从GaP窗口层的表面出射到空气中时在界面处发生强烈的全反射，反射回外延片内部的光被GaAs衬底吸收，使得LED芯片的发光效率大幅降低。
目前，业内普遍采用做法是在p-GaP窗口层的表面沉积一层氧化铟锡透明导电层(ITO)作为P面的电流扩展层，同时也作为折射率过渡层而改善p-GaP窗口层表面的全反射现象，但是ITO电流扩展层的折射率为1.9，仍有很大一部分光被反射而被GaAs衬底吸收；
此外，虽然还可以通过对p-GaP窗口层的表面进行粗化处理，来破坏p-GaP窗口层的表面平整度，改善其界面的全反射现象，但是，对p-GaP窗口层的表面进行粗化处理时，无论采用干法刻蚀还是采用湿法刻蚀，都是对p-GaP窗口层的整个表面进行刻蚀，无法避免会使p-GaP窗口层的表面过粗化，即粗化过深、过大。一旦p-GaP窗口层表面过粗化，就会导致p-GaP窗口层的表层重掺杂结构受到严重破坏，进而导致ITO电流扩展层和p-GaP窗口层的接触电阻增加，LED芯片电压也随之增高，使得LED芯片的可靠性变差。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种窗口层表面粗化的发光二极管及其制作方法，以解决现有技术中发光二极管的窗口层表面过粗化的问题，保证发光二极管的可靠性高。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种窗口层表面粗化的发光二极管的制作方法，所述制作方法包括：
在一衬底的一侧表面依次叠加形成布拉格反射镜层、第一掺杂类型限制层、MQW有源层、第二掺杂类型限制层和窗口层；
在所述窗口层背离所述衬底一侧形成掩膜层；
对反应腔内的温度进行升温控制，以使所述掩膜层变换为多个颗粒状的凸起，并对所述窗口层未被所述凸起覆盖区域进行腐蚀，且去除所述凸起得到表面粗化的所述窗口层；
在所述窗口层背离所述衬底一侧形成第一电极，且在所述衬底背离所述窗口层一侧形成第二电极。
可选的，对反应腔内的温度进行升温控制，以使所述掩膜层变换为多个颗粒状的凸起，并对所述窗口层未被所述凸起覆盖区域进行腐蚀，且去除所述凸起得到表面粗化的所述窗口层，包括：
对反应腔内的温度进行升温控制的同时，在所述反应腔内通入腐蚀气体，其中，在所述掩膜层变换为多个颗粒状的凸起的过程中，所述腐蚀气体同时对所述掩膜层进行腐蚀减薄，且在所述凸起形成完毕后对所述窗口层未被所述凸起覆盖区域进行腐蚀，同时继续腐蚀所述凸起，以去除所述凸起得到表面粗化的所述窗口层。
可选的，对反应腔内的温度进行升温控制，以使所述掩膜层变换为多个颗粒状的凸起，并对所述窗口层未被所述凸起覆盖区域进行腐蚀，且去除所述凸起得到表面粗化的所述窗口层，包括：
对反应腔内的温度进行升温控制，以使所述掩膜层变换为多个颗粒状的凸起；
对所述反应腔内通入腐蚀气体，所述腐蚀气体对所述窗口层未被所述凸起覆盖区域进行腐蚀；
停止通入所述腐蚀气体，且采用刻蚀工艺去除所述凸起得到表面粗化的所述窗口层。
可选的，采用刻蚀工艺去除所述凸起得到表面粗化的所述窗口层，包括：
采用湿法刻蚀工艺将所述凸起去除。
可选的，所述窗口层为GaP窗口层；
其中，所述腐蚀气体为包括卤素原子的腐蚀气体。
可选的，在得到表面粗化的所述窗口层后，且在形成所述第一电极和第二电极前，还包括：
在所述窗口层背离所述衬底一侧形成电流扩展层。
可选的，在得到表面粗化的所述窗口层后，且在下一制程前，还包括：
采用湿法刻蚀工艺对所述窗口层背离所述衬底一侧刻蚀一凹槽。
可选的，对所述反应腔内的温度进行升温控制的时间范围为2min-60min，包括端点值。
相应的，本发明还提了一种窗口层表面粗化的发光二极管，所述发光二极管采用上述的窗口层表面粗化的发光二极管的制作方法制作而成。
可选的，所述发光二极管为AlGaInP四元发光二极管。
相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：
本发明提供了一种窗口层表面粗化的发光二极管及其制作方法，在对窗口层的表面进行粗化处理时，首先在窗口层的表面形成一掩膜层，而后对反应腔内的温度进行升温控制，以使掩膜层变换为多个颗粒状的凸起，并对窗口层未被凸起覆盖区域进行腐蚀，且去除凸起得到表面粗化的所述窗口层。由上述内容可知，通过在窗口层的表面形成多个颗粒状的凸起作为掩膜，以对窗口层的表面进行腐蚀时只能对凸起未覆盖的区域进行腐蚀，而无需对窗口层的整个表面进行腐蚀，保证窗口层的表层重掺杂结构受到破坏程度较小的基础上，得到表面粗化的窗口层，保证发光二极管的可靠性高。同时，在掩膜层变换为多个颗粒状的凸起的过程中，反应腔的温度呈升温控制，以在较低温度时给掩膜层提供一预热温度，而后在升温为高温时掩膜层能够快速的变换为多个凸起，提高制程效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种窗口层表面粗化的发光二极管的制作方法的流程图；
图2-图5为图1中各步骤对应的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的另一种窗口层表面粗化的发光二极管的制作方法的流程图；
图7为本申请实施例提供的一种窗口层表面粗化的发光二极管的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
正如背景技术所述，虽然还可以通过对p-GaP窗口层的表面进行粗化处理，来破坏p-GaP窗口层的表面平整度，改善其界面的全反射现象，但是，对p-GaP窗口层的表面进行粗化处理时，无论采用干法刻蚀还是采用湿法刻蚀，都是对p-GaP窗口层的整个表面进行刻蚀，无法避免会使p-GaP窗口层的表面过粗化，即粗化过深、过大。一旦p-GaP窗口层表面过粗化，就会导致p-GaP窗口层的表层重掺杂结构受到严重破坏，进而导致ITO电流扩展层和p-GaP窗口层的接触电阻增加，LED芯片电压也随之增高，使得LED芯片的可靠性变差。
基于此，本申请实施例提供了一种窗口层表面粗化的发光二极管及其制作方法，以解决现有技术中发光二极管的窗口层表面过粗化的问题，保证发光二极管的可靠性高。为实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下，具体结合图1至图7对本申请实施例提供的技术方案进行详细的描述。
参考图1所示，为本申请实施例提供的一种窗口层表面粗化的发光二极管的制作方法的流程图，其中，所述制作方法包括：
S1、在一衬底的一侧表面依次叠加形成布拉格反射镜层、第一掺杂类型限制层、MQW有源层、第二掺杂类型限制层和窗口层；
S2、在所述窗口层背离所述衬底一侧形成掩膜层；
S3、对反应腔内的温度进行升温控制，以使所述掩膜层变换为多个颗粒状的凸起，并对所述窗口层未被所述凸起覆盖区域进行腐蚀，且去除所述凸起得到表面粗化的所述窗口层；
S4、在所述窗口层背离所述衬底一侧形成第一电极，且在所述衬底背离所述窗口层一侧形成第二电极。
由上述内容可知，通过在窗口层的表面形成多个颗粒状的凸起作为掩膜，以对窗口层的表面进行腐蚀时只能对凸起未覆盖的区域进行腐蚀，而无需对窗口层的整个表面进行腐蚀，保证窗口层的表层重掺杂结构受到破坏程度较小的基础上，得到表面粗化的窗口层，保证发光二极管的可靠性高。并且，通过将窗口层的表面粗化，能够扩大窗口层的表面积，进而扩大窗口层的出光面积，保证发光二极管的出光效率高。此外，在掩膜层变换为多个颗粒状的凸起的过程中，反应腔的温度呈升温控制，以在较低温度时给掩膜层提供一预热温度，而后在升温为高温时掩膜层能够快速的变换为多个凸起，提高制程效率。
下面结合图2-图5对本申请实施例提供的制作方法进行更详细的说明，图2-图5为图1中各步骤对应的结构示意图。
如图2所示，对应步骤S1，在一衬底110一侧表面依次叠加形成布拉格反射镜层120、第一掺杂类型限制层130、MQW有源层140、第二掺杂类型限制层150和窗口层160组成的外延片。
在本申请一实施例中，本申请提供的发光二极管可以为AlGaInP四元发光二极管，其中，本申请实施例提供的衬底可以为GaAs衬底，布拉格反射镜层可以为AlGaAs布拉格反射镜层，第一掺杂类型限制层可以为N型AlGaInP限制层，第二掺杂类型限制层可以为P型AlGaInP限制层，以及，窗口层可以为P型GaP窗口层。
在本申请一实施例中，本申请提供的窗口层的厚度可以为5μm，其中，窗口层的表层重掺杂结构的厚度可以为30nm-60nm，包括端点值。
如图3所示，对应步骤S2，在窗口层160背离衬底110一侧形成掩膜层200。
进一步的，在形成掩膜层200前可以对外延片进行清洗，其中，可以采用丙酮、异丙醇、去离子水等对外延片的表面进行清洗，而后在窗口层160的表面形成掩膜层200。
在本申请一实施例中，本申请提供的掩膜层可以为金属层，如Ni、Al、Ti等金属层；或者，掩膜层还可以为氧化铟锡层等氧化物半导体层，对此本申请不做具体限制。
在本申请一实施例中，本申请实施例提供的掩膜层的厚度范围可以设定为5nm-500nm，包括端点值。
如图4所示，对应步骤S3，对反应腔内的温度进行升温控制，以使掩膜层变换为多个颗粒状的凸起210，并对窗口层160未被凸起210覆盖区域进行腐蚀，且去除凸起210得到表面粗化的窗口层160。
在本申请一实施例中，本申请实施例提供的技术方案对于凸起的形成、窗口层的腐蚀和凸起的去除可以通过同一步骤完成，进而缩短制程时间，提高制作效率。即，对反应腔内的温度进行升温控制，以使所述掩膜层变换为多个颗粒状的凸起，并对所述窗口层未被所述凸起覆盖区域进行腐蚀，且去除所述凸起得到表面粗化的所述窗口层，包括：
对反应腔内的温度进行升温控制的同时，在所述反应腔内通入腐蚀气体，其中，在所述掩膜层变换为多个颗粒状的凸起的过程中，所述腐蚀气体同时对所述掩膜层进行腐蚀减薄，且在所述凸起形成完毕后对所述窗口层未被所述凸起覆盖区域进行腐蚀，同时继续腐蚀所述凸起，以去除所述凸起得到表面粗化的所述窗口层。
可以理解的，在对反应腔内温度进行升温控制的同时，对反应腔内通入腐蚀气体，腐蚀气体在掩膜层未变换为凸起前即开始对掩膜层的表面进行腐蚀减薄；而后在掩膜层变换为多个凸起后，腐蚀气体对凸起和窗口层未被凸起覆盖的表面同时进行腐蚀，且在腐蚀气体将凸起完全腐蚀去除后，对窗口层未被凸起覆盖区域的腐蚀同时完成，其中，可以通过优化掩膜层的厚度等对腐蚀气体的腐蚀效率影响因素，最终达到去除凸起后对窗口层的腐蚀深度为设定深度的目的。
或者，在本申请另一实施例中，本申请实施例提供的技术方案对于凸起的形成、窗口层的腐蚀和凸起的去除可以通过各自对应步骤分阶段完成，达到精确控制腐蚀程度的目的。即，对反应腔内的温度进行升温控制，以使所述掩膜层变换为多个颗粒状的凸起，并对所述窗口层未被所述凸起覆盖区域进行腐蚀，且去除所述凸起得到表面粗化的所述窗口层，包括：
对反应腔内的温度进行升温控制，以使所述掩膜层变换为多个颗粒状的凸起；
对所述反应腔内通入腐蚀气体，所述腐蚀气体对所述窗口层未被所述凸起覆盖区域进行腐蚀；
停止通入所述腐蚀气体，且采用刻蚀工艺去除所述凸起得到表面粗化的所述窗口层。其中，采用刻蚀工艺去除所述凸起得到表面粗化的所述窗口层，包括：采用湿法刻蚀工艺将所述凸起去除。
可以理解的，通过对凸起的形成、窗口层的腐蚀和凸起的去除通过不同步骤分阶段进行，能够更加对窗口层的腐蚀深度更加精准的控制，保证对窗口层腐蚀得到的粗化表面的粗糙程度优良。
在本申请一实施例中，对反应腔内的温度进行升温控制可以由低温升温至600摄氏度高温，其中，低温可以0摄氏度或常温，对此低温本申请不做具体限制。并且，本申请实施例对所述反应腔内的温度进行升温控制的时间范围可以为2min-60min，包括端点值。
在本申请一实施例中，本申请提供的所述窗口层可以为GaP窗口层；
其中，所述腐蚀气体为包括卤素原子的腐蚀气体，如HBr，Cl2，BCl3等包括卤素原子的腐蚀气体。
在本申请一实施例中，本申请提供的对窗口层未被凸起覆盖的区域的腐蚀深度范围可以为10nm-100nm，包括端点值。
如图5所示，在窗口层160背离衬底110一侧形成第一电极310，且在衬底110背离窗口层160一侧形成第二电极320。
在本申请一实施例中，窗口层可以为P型GaP窗口层，其中，第一电极为P型电极，且第一电极可以通过蒸镀于窗口层上的Cr/Ti/Pt/Au电极层制作而成，其中，可以对Cr/Ti/Pt/Au电极层采用Lift-off负胶剥离工艺制作第一电极，对此第一电极材质本申请不做具体限制。
以及，在本申请一实施例中，衬底可以为GaAs衬底，在对GaAs衬底背离窗口层一侧制作第二电极时，可以对GaAs衬底进行减薄至设定厚度，而后在减薄的GaAs衬底背离窗口层一侧制作第二电极。其中，第一电极为P型电极时，第二电极为N型电极，且第二电极可以为蒸镀于衬底上的Au/AuGe/Au电极层，而后通过RTA退火形成欧姆接触，对此第二电极材质本申请不做具体限制。
进一步的，本申请实施例提供的发光二极管，还可以在窗口层上形成一电流扩展层，以提高发光二极管的性能，参考图6所示，为本申请实施例提供的另一种窗口层表面粗化的发光二极管的制作方法的流程图，其中，在得到表面粗化的所述窗口层后(即步骤S3)，且在形成所述第一电极和第二电极前(即步骤S4)，还包括：
S32、在所述窗口层背离所述衬底一侧形成电流扩展层。
本申请实施例提供的电流扩展层可以为氧化铟锡层，其中，电流扩展层的厚度范围可以为280nm，且电流扩扩展层覆盖窗口层背离衬底一侧的整个表面。
进一步的，本申请实施例提供的窗口层还可以形成有一凹槽，且第一电极位于凹槽占用区域内，如图6所示，在得到表面粗化的所述窗口层后，且在下一制程前，还包括：
S31、采用湿法刻蚀工艺对所述窗口层背离所述衬底一侧刻蚀一凹槽。
可以理解的，本申请实施例提供的窗口层上的凹槽制备于电流扩展层之前，故而，电流扩展层对应凹槽的区域为凹陷区域。在本申请一实施例中，凹槽的直径可以为120μm，深度可以为130nm。其中，在窗口层上刻蚀凹槽的目的是去除第一电极(如P型电极)下面的表层重掺杂结构，使P面载流子尽可能往发光二极管边缘传导开来。这是因为若P面载流子直接从第一电极向下传导，在MQW有源层复合发出的光线从P面出射时会被第一电极遮挡，而通过形成凹槽可以使P面载流子往边沿传导，这样不但可以充分利用MQW有源层的发光区域，而且可以在出光时尽可能避开第一电极的遮挡，有效提升发光二极管的发光效率。
相应的，本申请实施例还提了一种窗口层表面粗化的发光二极管，所述发光二极管采用上述任意一实施例提供的窗口层表面粗化的发光二极管的制作方法制作而成。
参考图7所示，为本申请实施例提供的一种窗口层表面粗化的发光二极管的结构示意图，其中，发光二极管包括：
衬底110；
衬底110一侧表面依次叠加形成布拉格反射镜层120、第一掺杂类型限制层130、MQW有源层140、第二掺杂类型限制层150和窗口层160，其中，窗口层160背离衬底110一侧表面为粗化表面；
以及，位于窗口层160背离衬底110一侧的第一电极310，及位于衬底110背离窗口层160一侧的第二电极320。
进一步的，窗口层160背离衬底110一侧还形成有一凹槽，第一电极310位于凹槽所占用范围内。以及，位于窗口层160和第一电极310之间还包括有一电流扩展层400。
在本申请一实施例中，本申请提供的所述发光二极管为AlGaInP四元发光二极管，其中，本申请实施例提供的衬底可以为GaAs衬底，布拉格反射镜层可以为AlGaAs布拉格反射镜层，第一掺杂类型限制层可以为N型AlGaInP限制层，第二掺杂类型限制层可以为P型AlGaInP限制层，以及，窗口层可以为P型GaP窗口层。
本申请实施例提供了一种窗口层表面粗化的发光二极管及其制作方法，在对窗口层的表面进行粗化处理时，首先在窗口层的表面形成一掩膜层，而后对反应腔内的温度进行升温控制，以使掩膜层变换为多个颗粒状的凸起，并对窗口层未被凸起覆盖区域进行腐蚀，且去除凸起得到表面粗化的所述窗口层。由上述内容可知，通过在窗口层的表面形成多个颗粒状的凸起作为掩膜，以对窗口层的表面进行腐蚀时只能对凸起未覆盖的区域进行腐蚀，而无需对窗口层的整个表面进行腐蚀，保证窗口层的表层重掺杂结构受到破坏程度较小的基础上，得到表面粗化的窗口层，保证发光二极管的可靠性高。并且，通过将窗口层的表面粗化，能够扩大窗口层的表面积，进而扩大窗口层的出光面积，保证发光二极管的出光效率高。此外，在掩膜层变换为多个颗粒状的凸起的过程中，反应腔的温度呈升温控制，以在较低温度时给掩膜层提供一预热温度，而后在升温为高温时掩膜层能够快速的变换为多个凸起，提高制程效率。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种窗口层表面粗化的发光二极管的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
在一衬底的一侧表面依次叠加形成布拉格反射镜层、第一掺杂类型限制层、MQW有源层、第二掺杂类型限制层和窗口层；
在所述窗口层背离所述衬底一侧形成掩膜层；
对反应腔内的温度进行升温控制，以使所述掩膜层变换为多个颗粒状的凸起，并对所述窗口层未被所述凸起覆盖区域进行腐蚀，且去除所述凸起得到表面粗化的所述窗口层；
在所述窗口层背离所述衬底一侧形成第一电极，且在所述衬底背离所述窗口层一侧形成第二电极。
2.根据权利要求1所述的窗口层表面粗化的发光二极管的制作方法，其特征在于，对反应腔内的温度进行升温控制，以使所述掩膜层变换为多个颗粒状的凸起，并对所述窗口层未被所述凸起覆盖区域进行腐蚀，且去除所述凸起得到表面粗化的所述窗口层，包括：
对反应腔内的温度进行升温控制的同时，在所述反应腔内通入腐蚀气体，其中，在所述掩膜层变换为多个颗粒状的凸起的过程中，所述腐蚀气体同时对所述掩膜层进行腐蚀减薄，且在所述凸起形成完毕后对所述窗口层未被所述凸起覆盖区域进行腐蚀，同时继续腐蚀所述凸起，以去除所述凸起得到表面粗化的所述窗口层。
3.根据权利要求1所述的窗口层表面粗化的发光二极管的制作方法，其特征在于，对反应腔内的温度进行升温控制，以使所述掩膜层变换为多个颗粒状的凸起，并对所述窗口层未被所述凸起覆盖区域进行腐蚀，且去除所述凸起得到表面粗化的所述窗口层，包括：
对反应腔内的温度进行升温控制，以使所述掩膜层变换为多个颗粒状的凸起；
对所述反应腔内通入腐蚀气体，所述腐蚀气体对所述窗口层未被所述凸起覆盖区域进行腐蚀；
停止通入所述腐蚀气体，且采用刻蚀工艺去除所述凸起得到表面粗化的所述窗口层。
4.根据权利要求3所述的窗口层表面粗化的发光二极管的制作方法，其特征在于，采用刻蚀工艺去除所述凸起得到表面粗化的所述窗口层，包括：
采用湿法刻蚀工艺将所述凸起去除。
5.根据权利要求2-4任意一项所述的窗口层表面粗化的发光二极管的制作方法，其特征在于，所述窗口层为GaP窗口层；
其中，所述腐蚀气体为包括卤素原子的腐蚀气体。
6.根据权利要求1所述的窗口层表面粗化的发光二极管的制作方法，其特征在于，在得到表面粗化的所述窗口层后，且在形成所述第一电极和第二电极前，还包括：
在所述窗口层背离所述衬底一侧形成电流扩展层。
7.根据权利要求1或6所述的窗口层表面粗化的发光二极管的制作方法，其特征在于，在得到表面粗化的所述窗口层后，且在下一制程前，还包括：
采用湿法刻蚀工艺对所述窗口层背离所述衬底一侧刻蚀一凹槽。
8.根据权利要求1所述的窗口层表面粗化的发光二极管的制作方法，其特征在于，对所述反应腔内的温度进行升温控制的时间范围为2min-60min，包括端点值。
9.一种窗口层表面粗化的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管采用权利要求1-8任意一项所述的窗口层表面粗化的发光二极管的制作方法制作而成。
10.根据权利要求9所述的窗口层表面粗化的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管为AlGaInP四元发光二极管。
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| CN101159307A (zh) * | 2007-11-16 | 2008-04-09 | 北京工业大学 | 一种纳米结构出光面半导体发光二极管及其制备方法 |
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