CN111864019B - 一种具有嵌入式散射层的倒装发光二极管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有嵌入式散射层的倒装发光二极管，包括蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底上依次生长有u‑GaN层，n型掺杂氮化物材料层，重掺杂n型掺杂氮化物材料层，发光层和p型掺杂氮化物材料层；p型掺杂氮化物材料层上沉积有透明导电层；透明导电层、p型掺杂氮化物材料层、发光层和重掺杂n型掺杂氮化物材料层刻蚀有直达p型掺杂氮化物材料层的三维n型通孔阵列；并在重掺杂n型掺杂氮化物材料层层刻蚀有三维n型通孔阵列连通的空气间隙结构；透明导电层上和三维n型通孔阵列中沉积有底部反射层，底部反射层上设有电极。本发明在蓝宝石衬底上形成空气间隙结构阵列组成嵌入式光散射层，使光子发生散射，增加了光子逸出概率，提高了LED出光效率。

Description

一种具有嵌入式散射层的倒装发光二极管及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体发光二极管技术领域，具体地说，本发明涉及一种具有嵌入式散射层的倒装发光二极管及其制备方法。
背景技术
现有技术中，倒装结构LED芯片贴合在导热性好的基板上，电极方向朝下，将热量传递至基板上，散热效果得到很大的改善，并且将射向底部的光向上反射，光从透射率高的蓝宝石衬底出射，出光效率得到提高。但是，有源区发出的光会在底部反射层和蓝宝石衬底的空腔之间反复多次反射消耗掉，使得光子逸出概率低，LED出光效率不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有嵌入式散射层的倒装发光二极管及其制备方法，以达到增加光子逸出概率，提高LED出光效率的效果。
为解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案为：一种具有嵌入式散射层的倒装发光二极管，包括蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底上依次生长有u-GaN层，n型掺杂氮化物材料层，重掺杂n型掺杂氮化物材料层，发光层和p型掺杂氮化物材料层；所述的p型掺杂氮化物材料层上沉积有透明导电层；所述的透明导电层、p型掺杂氮化物材料层、发光层和重掺杂n型掺杂氮化物材料层刻蚀有直达p型掺杂氮化物材料层的三维n型通孔阵列；并在重掺杂n型掺杂氮化物材料层层刻蚀有三维n型通孔阵列连通的空气间隙结构；
透明导电层上和三维n型通孔阵列中沉积有底部反射层，底部反射层上设有电极。
进一步地，所述的电极包括第一电极层和第二电极层，第一电极层包括第一n电极和第一p电极，第二电极层包括第二p电极和第二n电极；其中，
底部反射层上刻蚀有与透明导电层接触的p型接触孔和与n型掺杂氮化物材料层接触的n型接触孔；第一电极层沉积在所述的p型接触孔中和n型接触孔中，从而与所述的p型接触孔中和n型接触孔中分别形成第一p电极和第一n电极；第一电极层上开有用于分开第一p电极和第一n电极的隔离槽；第一电极层上沉积有钝化层，钝化层上分别设有与第一p电极和第一n电极连通的所述的第二p电极层和第二n电极层。
进一步地，所述的底部反射层包括DBR反射镜和全内反射镜。
更进一步地，所述的全内反射镜为SiO2全内反射镜。
更进一步地，所述的第一电极层为Cr/Pt/Au金属堆栈层。
一种倒装发光二极管的制备方法，包括以下步骤：
S1、提供蓝宝石衬底；
S2、在所述的蓝宝石衬底上依次生长u-GaN层、n型掺杂氮化物材料层、重掺杂n型掺杂氮化物材料层、发光层和p型掺杂氮化物材料层；
S3、在所述的p型掺杂氮化物材料层上沉积透明导电层；
S4、对所述的p型掺杂氮化物材料层、发光层和重掺杂n型掺杂氮化物材料层进行刻蚀，形成直达n型掺杂氮化物材料层的三维n型通孔阵列；
S5、在所述的重掺杂n型掺杂氮化物材料层中形成与三维n型通孔阵列连通的空气间隙结构；
S6、在所述的透明导电层上和三维n型通孔阵列中沉积底部反射层；
S7、在所述的底部反射层上设置电极。
进一步地，所述的S7具体为：
S7.1、在透明导电层上沉积底部反射层，底部反射层包括DBR反射镜和SiO2全内反射镜，对底部反射层进行刻蚀，去除n型接触孔中的DBR反射镜，暴露出p型接触孔；
S7.2、在p型接触孔、n型接触孔和DBR反射镜上沉积金属层，去除部分金属层形成隔离槽；
S7.3、在第一电极层上沉积SiO2绝缘层，并在SiO2绝缘层上腐蚀形成n电极互连孔与p电极互连孔；
S7.4、蒸镀金属，形成金属层来填充n电极互连孔与p电极互连孔，在SiO2绝缘层上形成第二电极层，并将第二电极层分隔为第二n电极和第二p电极，第一p电极和第二p电极通过p电极互连孔相连通，第一n电极和第二n电极则通过n电极互连孔相连通。
更进一步地，所述的透明导电层在沉积后进行热退火处理。
更进一步地，所述的透明导电层采用ITO。
更进一步地，所述的透明导电层厚度为30nm，所述热退火的温度为540℃，退火时间为20分钟。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过在蓝宝石衬底界面上形成空气间隙结构阵列组成嵌入式光散射层，设置有底部反射层增加了反射的角度，有源层发射的光子在空气间隙结构处经历了反射和重定向，有效缩短光子的传播路径，使光子在粗化界面处发生散射，增加了光子逸出概率，提高了LED出光效率。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图中，0-蓝宝石衬底，1-u-GaN层，2-n-GaN层，3-n+-GaN层，4-发光层，5-p-GaN层，6-透明导电层，7-底部反射层，8-第一电极层，9-钝化层，10-第二p电极，11-第二n电极。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例所提供的技术方案为：一种具有嵌入式散射层的倒装发光二极管，如图1所示，包括蓝宝石衬底0，在蓝宝石衬底0上依次生长有u-GaN层1，n-GaN层2，n+-GaN层3，发光层4和p-GaN层5；所述的p-GaN层5上沉积有透明导电层6；所述的透明导电层6、p-GaN层5、发光层4和n+-GaN层3刻蚀有直达p-GaN层5的三维n型通孔阵列；并在n+-GaN层3刻蚀有三维n型通孔阵列连通的空气间隙结构；
透明导电层6上和三维n型通孔阵列中沉积有底部反射层7，底部反射层7上设有电极。
进一步地，所述的电极包括第一电极层8和第二电极层，第一电极层包括第一n电极和第一p电极，第二电极层包括第二p电极10和第二n电极11；其中，
底部反射层7上刻蚀有与透明导电层6接触的p型接触孔和与n-GaN层2接触的n型接触孔；第一电极层8沉积在底部反射层7上、与透明导电层6接触的p型接触孔中和与n-GaN层2接触的n型接触孔中，从而与透明导电层6接触的p型接触孔中和与n-GaN层2接触的n型接触孔中分别形成第一p电极和第一n电极；第一电极层8上开有用于分开第一p电极和第一电n极的隔离槽；第一电极层上沉积有钝化层9，钝化层9上分别设有与第一p电极和第一n电极连通的所述的第二p电极10和第二n电极11。
进一步地，所述的底部反射层7包括DBR反射镜和全内反射镜。
更进一步地，所述的全内反射镜为SiO2全内反射镜。
更进一步地，所述的第一电极层8为Cr/Pt/Au金属堆栈层。
一种倒装发光二极管的制备方法，包括以下步骤：
S1、提供蓝宝石衬底；
S2、在所述的蓝宝石衬底0上依次生长u-GaN层1、n-GaN层2、重n+-GaN层3、发光层4和p-GaN层5；
具体地，所述的生长采用MOCVD技术；
S3、在所述的p-GaN层5上沉积透明导电层6；
具体地，所述的沉积采用电子束蒸发设备；
S4、对所述的p-GaN层5、发光层4和n+-GaN层3进行刻蚀，形成直达n-GaN层2的三维n型通孔阵列；
具体地，所述的刻蚀采用激光刻蚀技术；
S5、在所述的n+-GaN层3中形成与三维n型通孔阵列连通的空气间隙结构；
具体地，所述的刻蚀采用电化学刻蚀技术；
S6、在所述的透明导电层6上和三维n型通孔阵列中沉积底部反射层7；
S7、在所述的底部反射层7上设置电极。
进一步地，设置电极的具体步骤为
S7.1、在透明导电层6上沉积DBR反射镜和SiO2全内反射镜，然后采用CHF3/Ar/O2混合气体对底部反射层进行刻蚀，去除n型接触孔中的DBR反射镜，暴露出p型接触孔；
具体地，所述的刻蚀采用基于CHF3/Ar/O2的ICP刻蚀技术；
S7.2、在p型接触孔、n型接触孔和DBR反射镜上沉积金属层，去除部分金属层形成隔离槽；
具体地，所述的金属层为Cr/Pt/Au金属堆栈层；
S7.3、在第一电极层8上沉积SiO2绝缘层，并在SiO2绝缘层上形成n电极互连孔与p电极互连孔；
具体地，所述的沉积技术为PECVD技术；
S7.4、采用电子束蒸发设备蒸镀金属，形成金属层来填充n电极互连孔与p电极互连孔，在SiO2绝缘层上形成第二电极层，并通过湿法腐蚀将第二电极层分隔为第二n电极11和第二p电极10，第一p电极和第二p电极10通过p电极互连孔相连通，第一n电极和第二n电极11则通过n电极互连孔相连通。
具体地，所述的金属层为Cr/Pt/Au金属堆栈层，沉积技术为电子束蒸发技术；
更进一步地，所述的透明导电层6在沉积后进行热退火处理。
更进一步地，所述的透明导电层6采用ITO。
更进一步地，所述的透明导电层6厚度为30nm，所述热退火的温度为540℃，退火时间为20分钟。
本发明通过在倒装结构LED芯片沉积底部反射层7，有效将射向底部的光子向上反射，设置的SiO2全内反射镜增加了反射的角度，接着采用激光刻蚀和电化学刻蚀技术在蓝宝石衬底0界面上形成空气间隙结构阵列组成嵌入式光散射层，设置有底部反射层7增加了反射的角度，有源层发射的光子在空气间隙结构处经历了反射和重定向，有效缩短光子的传播路径，使光子在粗化界面处发生散射，增加了光子逸出概率，提高了LED出光效率。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有嵌入式散射层的倒装发光二极管，其特征在于，包括蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底上依次生长有u-GaN层，n型掺杂氮化物材料层，重掺杂n型掺杂氮化物材料层，发光层和p型掺杂氮化物材料层；所述的p型掺杂氮化物材料层上沉积有透明导电层；所述的透明导电层、p型掺杂氮化物材料层、发光层和重掺杂n型掺杂氮化物材料层刻蚀有直达p型掺杂氮化物材料层的三维n型通孔阵列；并在重掺杂n型掺杂氮化物材料层刻蚀有三维n型通孔阵列连通的空气间隙结构；发光层发射的光子在空气间隙结构处经历了反射和重定向；
透明导电层上和三维n型通孔阵列中沉积有底部反射层，底部反射层上设有电极。
2.根据权利要求1所述的倒装发光二极管，其特征在于，所述的电极包括第一电极层和第二电极层，第一电极层包括第一n电极和第一p电极，第二电极层包括第二p电极和第二n电极；其中，
底部反射层上刻蚀有与透明导电层接触的p型接触孔和与n型掺杂氮化物材料层接触的n型接触孔；第一电极层沉积在所述的p型接触孔中和n型接触孔中，从而与所述的p型接触孔中和n型接触孔中分别形成第一p电极和第一n电极；第一电极层上开有用于分开第一p电极和第一n电极的隔离槽；第一电极层上沉积有钝化层，钝化层上分别设有与第一p电极和第一n电极连通的所述的第二p电极层和第二n电极层。
3.根据权利要求1所述的倒装发光二极管，其特征在于，所述的底部反射层包括DBR反射镜和全内反射镜。
4.根据权利要求3所述的倒装发光二极管，其特征在于，所述的全内反射镜为SiO2全内反射镜。
5.根据权利要求2所述的倒装发光二极管，其特征在于，所述的第一电极层为Cr/Pt/Au金属堆栈层。
6.一种权利要求2所述的倒装发光二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、提供蓝宝石衬底；
S2、在所述的蓝宝石衬底上依次生长u-GaN层、n型掺杂氮化物材料层、重掺杂n型掺杂氮化物材料层、发光层和p型掺杂氮化物材料层；
S3、在所述的p型掺杂氮化物材料层上沉积透明导电层；
S4、对所述的p型掺杂氮化物材料层、发光层和重掺杂n型掺杂氮化物材料层进行刻蚀，形成直达n型掺杂氮化物材料层的三维n型通孔阵列；
S5、在所述的重掺杂n型掺杂氮化物材料层中形成与三维n型通孔阵列连通的空气间隙结构；
S6、在所述的透明导电层上和三维n型通孔阵列中沉积底部反射层；
S7、在所述的底部反射层上设置电极。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的S7具体包括：
S7.1、在透明导电层上沉积底部反射层，底部反射层包括DBR反射镜和SiO2全内反射镜，对底部反射层进行刻蚀，去除n型接触孔中的DBR反射镜，暴露出p型接触孔；
S7.2、在p型接触孔、n型接触孔和DBR反射镜上沉积金属层，去除部分金属层形成隔离槽；
S7.3、在第一电极层上沉积SiO2绝缘层，并在SiO2绝缘层上腐蚀形成n电极互连孔与p电极互连孔；
S7.4、蒸镀金属，形成金属层来填充n电极互连孔与p电极互连孔，在SiO2绝缘层上形成第二电极层，并将第二电极层分隔为第二n电极和第二p电极，第一p电极和第二p电极通过p电极互连孔相连通，第一n电极和第二n电极则通过n电极互连孔相连通。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的透明导电层在沉积后进行热退火处理。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述的透明导电层采用ITO。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述的透明导电层厚度为30nm，所述热退火的温度为540℃，退火时间为20分钟。
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