專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光領(lǐng)域，特別是涉及一種發(fā)光二極管及其制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED，Light Emitting Diode)由于具有壽命長(zhǎng)、耗能低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用 于各種領(lǐng)域，尤其隨著其照明性能指標(biāo)日益大幅提高，LED在照明領(lǐng)域常用作發(fā)光裝置。其 中，以氮化鎵(GaN)為代表的III-V族化合物半導(dǎo)體由于具有帶隙寬、發(fā)光效率高、電子飽 和漂移速度高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，在高亮度藍(lán)光發(fā)光二極管、藍(lán)光激光器等光電子器件 領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力，引起了人們的廣泛關(guān)注。然而，目前半導(dǎo)體發(fā)光二極管存在著發(fā)光效率低的問(wèn)題。對(duì)于普通的未經(jīng)封裝的 發(fā)光二極管，其出光效率一般只有百分之幾，大量的能量聚集在器件內(nèi)部不能出射，既造成 能量浪費(fèi)，又影響器件的使用壽命。因此，提高半導(dǎo)體發(fā)光二極管的出光效率至關(guān)重要。基于上述的應(yīng)用需求，許多種提高發(fā)光二極管出光效率的方法被應(yīng)用到器件結(jié)構(gòu) 中，例如表面粗糙化法，金屬反射鏡結(jié)構(gòu)等。CN 1858918A公開(kāi)了一種全角度反射鏡結(jié)構(gòu) GaN基發(fā)光二極管及其制作方法。參考圖1，所述發(fā)光二極管包括襯底1、生長(zhǎng)在襯底1上 的全角度反射鏡4、以及制作在全角度反射鏡4上的GaN LED芯片13。所述GaN LED芯片 13包括藍(lán)寶石襯底5、N型GaN層6、有源區(qū)量子阱層7、P型GaN層8、P型電極9、P型焊 盤(pán)10、N型電極11、N型焊盤(pán)12 ；其中，全角度反射鏡4生長(zhǎng)在襯底1上，其是由高折射率層 3和低折射率層2堆疊排列成的，高折射率層3與藍(lán)寶石襯底5接觸，低折射率層2和襯底 1接觸，高折射率層的折射率nH >低折射率層的折射率nL >藍(lán)寶石材料的折射率n，且滿(mǎn)
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足SirT1 -— < tan ‘-—,其中，n、nH、nL為折射率。該專(zhuān)利通過(guò)在發(fā)光二極管下表面形成 nHnH
全角度反射鏡結(jié)構(gòu)，可以將GaN材料所發(fā)光在全角度范圍內(nèi)以高反射率向上反射，來(lái)提高 發(fā)光二極管的出光效率。然而，該發(fā)光二極管制造方法需要在襯底上形成多層由高折射率 層與低折射率層堆疊而成的薄膜結(jié)構(gòu)，制作工藝非常復(fù)雜，不利于推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管及其制造方法，以解決現(xiàn)有的發(fā)光二極管出光效率低 的問(wèn)題。本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管制造方法，包括提供(100)晶面的硅襯底；在所述硅 襯底上形成圖形化掩膜層；以所述圖形化掩膜層為掩膜，濕法刻蝕所述硅襯底，將所述硅襯 底的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)?111)晶面，從而使得所述硅襯底表面呈錐形；去除所述圖形化掩膜層； 在所述硅襯底的(111)晶面上形成分布布拉格反射層；在所述分布布拉格反射層上依次形 成第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層、有源層以及第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層；形成貫穿所述硅襯底和分 布布拉格反射層的接觸插塞；在所述硅襯底遠(yuǎn)離第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層的表面上形成第一 電極，所述第一電極通過(guò)接觸插塞與第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層電連接；在所述第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層上形成第二電極?？蛇x的，在所述的發(fā)光二極管制造方法中，所述分布布拉格反射層包括5 20個(gè) 層對(duì)，所述層對(duì)由氮化鎵層以及鋁氮化鎵層組成?？蛇x的，在所述的發(fā)光二極管制造方法中，利用堿性溶液濕法刻蝕所述硅襯底；所 述堿性溶液為四甲基氫氧化銨溶液或氫氧化鉀溶液或氫氧化鈉溶液，所述濕法刻蝕工藝的 刻蝕溫度為60°C 80°C，刻蝕時(shí)間大于20分鐘；利用緩沖氫氟酸溶液去除所述圖形化掩膜層?？蛇x的，在所述的發(fā)光二極管制造方法中，將所述硅襯底的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)?111) 晶面之后，還包括在所述硅襯底上依次形成緩沖層，所述緩沖層的材料為氮化鋁。可選的，在所述的發(fā)光二極管制造方法中，形成第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層之后，還包 括在所述第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層上形成透明導(dǎo)電層，所述透明導(dǎo)電層的材料為鎳金材料。可選的，在所述的發(fā)光二極管制造方法中，，形成貫穿所述硅襯底和分布布拉格反 射層的接觸插塞的步驟包括形成貫穿所述硅襯底、緩沖層和分布布拉格反射層的接觸孔； 在所述接觸孔內(nèi)填充第一金屬材料；在所述接觸孔內(nèi)填充第二金屬材料。可選的，在所述的發(fā)光二極管制造方法中，所述第一導(dǎo)電類(lèi)型為η型，所述第二導(dǎo) 電類(lèi)型為P型。所述第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層的材料為η型摻雜的氮化鎵，所述有源層包括 多量子阱有源層，所述多量子阱有源層的材料為銦氮化鎵；所述第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層的 材料為P型摻雜的氮化鎵。相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種發(fā)光二極管，包括硅襯底，所述硅襯底包括(100)晶 面硅襯底以及(111)晶面硅襯底，所述(111)晶面硅襯底的表面呈錐形；形成于所述(111) 晶面硅襯底上的分布布拉格反射層；依次形成于所述分布布拉格反射層上的第一導(dǎo)電類(lèi)型 半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層；貫穿所述硅襯底和分布布拉格反射層的接觸 插塞；形成于所述(100)晶面硅襯底遠(yuǎn)離第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層的表面上的第一電極，所 述第一電極通過(guò)所述接觸插塞與第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層電連接；形成于所述第二導(dǎo)電類(lèi)型 半導(dǎo)體層上的第二電極，所述第二電極與第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層電連接?？蛇x的，在所述的發(fā)光二極管中，還包括形成于所述(111)晶面硅襯底和第一導(dǎo) 電類(lèi)型半導(dǎo)體層之間的緩沖層，所述緩沖層的材料為氮化鋁，所述接觸插塞貫穿所述分布 布拉格反射層和緩沖層并與第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層相接觸。可選的，在所述的發(fā)光二極管中，還包括形成于所述第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層上的 透明導(dǎo)電層，所述透明導(dǎo)電層的材料為鎳金材料?？蛇x的，在所述的發(fā)光二極管中，所述第一導(dǎo)電類(lèi)型為η型，所述第二導(dǎo)電類(lèi)型為 P型。所述第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層的材料為η型摻雜的氮化鎵，所述有源層包括多量子阱有 源層，所述多量子阱有源層的材料為銦氮化鎵；所述第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層的材料為P型 摻雜的氮化鎵。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過(guò)濕法刻蝕(100)晶面的硅襯底，將(100)晶面的硅襯底的一部分轉(zhuǎn)變 為(111)晶面，從而使得硅襯底表面呈錐形，增加硅襯底對(duì)光的反射，提高發(fā)光二極管的外 量子效率，進(jìn)而提高發(fā)光二極管的光利用率；由于硅襯底表面呈錐形，可提高硅襯底與其它 膜層的晶格匹配度，降低了在硅襯底表面生長(zhǎng)外延層的缺陷密度并獲得均勻的應(yīng)力分布，
5提高發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率，確保器件不易破裂；進(jìn)一步的，本發(fā)明在硅襯底遠(yuǎn)離第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層的表面上形成第一電極， 所述第一電極通過(guò)接觸插塞與第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層電連接，從而形成了垂直的發(fā)光二極 管結(jié)構(gòu)，相比于傳統(tǒng)的由藍(lán)寶石襯底制成的水平型發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)而言，垂直的發(fā)光二極 管結(jié)構(gòu)散熱效果更好，并且有利于節(jié)約芯片面積，提高芯片利用率；特別的，本發(fā)明在硅襯底的(111)晶面上形成了分布布拉格反射層，通過(guò)該分布 布拉格反射層，向硅襯底方向所發(fā)射的光被向回反射，減小了硅襯底中的吸收損耗，提高了 發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度。


圖1為現(xiàn)有的發(fā)光二極管的示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光二極管制造方法的流程示意圖；圖3A ;3H為本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光二極管制造方法的剖面示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例的(111)晶面硅襯底的俯視圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參考圖2，其為本發(fā)明一實(shí)施例的發(fā)光二極管制造方法的流程示意圖，結(jié)合該 圖，該方法包括以下步驟步驟S200，提供(100)晶面的硅襯底；步驟S210，在所述硅襯底上形成圖形化掩膜層；以所述圖形化掩膜層為掩膜，濕 法刻蝕所述硅襯底，將所述硅襯底的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)?111)晶面，從而使得所述硅襯底表面 呈錐形；去除所述圖形化掩膜層；步驟S220，在所述硅襯底的(111)晶面上形成分布布拉格反射層；步驟S230，在所述分布布拉格反射層上依次形成第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層、有源層 以及第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層；步驟S240，形成貫穿硅襯底和分布布拉格反射層的接觸插塞；在硅襯底遠(yuǎn)離第一 導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層的表面上形成第一電極，第一電極通過(guò)接觸插塞與第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體 層電連接；在第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層上形成第二電極。下面將結(jié)合剖面示意圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí) 施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效 果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對(duì)本發(fā)明的 限制。參照?qǐng)D3A，首先，執(zhí)行步驟S200，提供(100)晶面的硅襯底300，該(100)晶面的硅 襯底是較為常用的襯底，成本相對(duì)較低。在本實(shí)施例中，所述硅襯底300為η型摻雜的硅襯 底(n-Si)，所述硅襯底300的電阻率例如是1 20 Ω. cm。當(dāng)然，所述硅襯底300還可以是 P型摻雜的硅襯底(P-Si)；并且，本發(fā)明也并不限定硅襯底的電阻率。參照?qǐng)D:3B，接著，執(zhí)行步驟S210，在硅襯底300上形成圖形化掩膜層390，所述圖形 化掩膜層390的材料例如為二氧化硅。在本實(shí)施例中，圖形化掩膜層390可通過(guò)以下步驟 形成首先在硅襯底300上沉積掩膜層；然后在所述掩膜層上涂覆光阻層；再利用光刻顯影等工藝形成圖形化光阻層；之后再以所述圖形化光阻層為掩膜刻蝕所述掩膜層，從而形成 圖形化掩膜層390。參照?qǐng)D3C，接下來(lái)，以圖形化掩膜層390為掩膜，濕法刻蝕所述硅襯底300，將硅襯 底300的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)?111)晶面，從而使得硅襯底300表面呈錐形。隨后，去除所述圖形 化掩膜層390。在本實(shí)施例中，所述圖形化掩膜層390的材料為二氧化硅，可利用緩沖氫氟 酸溶液(BHF)去除圖形化掩膜層390。為敘述方便，以下將仍然是(100)晶面的部分硅襯底稱(chēng)為(100)晶面硅襯底301， 將轉(zhuǎn)變?yōu)?111)晶面的部分稱(chēng)為(111)晶面硅襯底302。此外，在剖視圖中將(100)晶面硅 襯底301和(111)晶面硅襯底302的交界面表示為水平線(xiàn)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，實(shí) 際的交界面并不一定是平面。經(jīng)本申請(qǐng)的發(fā)明人長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不論掩模圖形如何，(100)晶面的硅襯底經(jīng)過(guò)一 段時(shí)間的濕法刻蝕后，得到的邊界均是由(111)晶面組成，并且硅晶格結(jié)構(gòu)中(111)晶面與 (100)晶面具有一定角度(例如為54.74度)。因此，經(jīng)過(guò)濕法刻蝕工藝后，使得(111)晶 面硅襯底302的表面呈錐形。錐形表面可以增加硅襯底對(duì)光的反射，提高發(fā)光二極管的外 量子效率，從而提高發(fā)光二極管的光利用率；并且，由于所述硅襯底表面呈錐形，可提高硅 襯底與其它膜層的晶格匹配度，減小形成于硅襯底上的膜層的晶體缺陷，釋放應(yīng)力并減少 位錯(cuò)，提高發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率，并可確保器件不易破裂。如圖4所示，在本實(shí)施例中，所述(111)晶面硅襯底302的形狀大致為四棱錐，所 述四棱錐的底面大致為正方形，所述正方形的邊長(zhǎng)例如為0. 2 μ m 1 μ m，所述四棱錐的四 個(gè)傾斜面為大小相等的等腰三角形，相鄰的四棱錐共用一個(gè)邊(即所述四棱錐是緊密排列 的)。其中，可利用堿性溶液刻蝕所述硅襯底300。在本實(shí)施例中，所述濕法刻蝕工藝所采 用的刻蝕液體優(yōu)選為四甲基氫氧化銨(TMAH)，該溶液對(duì)硅襯底具有較佳的刻蝕性能。所述 濕法刻蝕工藝的刻蝕溫度例如為60°C 80°C，刻蝕時(shí)間大于20分鐘。當(dāng)然，所述堿性溶液 還可以為氫氧化鉀(KOH)溶液或氫氧化鈉(NaOH)溶液，并且，所述刻蝕時(shí)間和刻蝕液體溫 度也可相應(yīng)的調(diào)整。參考圖3D，接著，在(111)晶面硅襯底302上形成緩沖層310，所述緩沖層310完 全覆蓋(111)晶面硅襯底302。在本實(shí)施例中，所述緩沖層310為氮化鋁(AlN)，所述緩沖 層310可進(jìn)一步改善硅襯底300與氮化鎵材料之間的晶格常數(shù)失配及應(yīng)力問(wèn)題。參考圖3E，形成緩沖層310之后，在緩沖層310上形成分布布拉格反射層 (distributed Bragg reflector, DBR) 320，通過(guò)該分布布拉格反射層320，向所述硅襯底 300方向所發(fā)射的光被向回反射，減小了硅襯底300的吸收損耗，提高了發(fā)光二極管的發(fā)光 強(qiáng)度。其中，所述分布布拉格反射層320可以包括5 20個(gè)層對(duì)(pairs)，所述層對(duì)例如 由氮化鎵層(GaN)321以及鋁氮化鎵層(Ala27G^1.73N) 322組成。本實(shí)施例中可利用金屬有 機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)的方式，在所述緩沖層310上交替形成多個(gè)GaN層321和 多個(gè)Ala27Giia73N層322。關(guān)于金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積工藝的具體工藝條件，根據(jù)要 形成的膜層的材料及厚度確定，是本領(lǐng)域內(nèi)的公知常識(shí)，在此不再詳細(xì)描述。此外，為了圖 示方便，在剖視圖中僅示意性的標(biāo)示出一個(gè)層對(duì)(包括一個(gè)GaN層321和一個(gè)Ala27G^l73N 層322)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，所述層對(duì)的數(shù)量并非限制于此，可根據(jù)實(shí)際的需要調(diào)整所述層對(duì)的數(shù)目以及每個(gè)膜層的厚度。參考圖3F，之后，在分布布拉格反射層320上依次形成第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層 330、有源層340、第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層350，所述第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層330、有源層340 和第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層350構(gòu)成發(fā)光二極管的管芯。在本實(shí)施例中，所述第一導(dǎo)電類(lèi) 型為η型，第二導(dǎo)電類(lèi)型為ρ型；所述第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層330的材料為η型摻雜的氮 化鎵(n-GaN)；有源層340包括多量子阱有源層，所述多量子阱有源層的材料為銦氮化鎵 (InGaN)；第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層350的材料為P型摻雜的氮化鎵(ρ-GaN)；相應(yīng)地，所述分 布布拉格反射層320內(nèi)可摻入η型離子，以取得良好的導(dǎo)電效果。優(yōu)選的，如圖3F所示，在形成第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層350之后，在所述第二導(dǎo)電類(lèi) 型半導(dǎo)體層350上形成透明導(dǎo)電層360，所述透明導(dǎo)電層360有助于提高電導(dǎo)率，所述透明 導(dǎo)電層360的材料可采用鎳金材料(Ni/Au)?？衫贸Ｒ?guī)的金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD) 工藝形成緩沖層310、第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層330、有源層340以及第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層 350。參照?qǐng)D3G，隨后，形成貫穿硅襯底300、緩沖層310和分布布拉格反射層320的接 觸插塞371。具體的，可通過(guò)以下步驟形成接觸插塞371 首先，形成貫穿硅襯底300、緩沖 層310和分布布拉格反射層320的接觸孔；接著，在接觸孔的底部和側(cè)壁沉積第一金屬材 料；最后在接觸孔內(nèi)填充第二金屬材料，所述第二金屬材料覆蓋在第一金屬材料的表面，以 形成接觸插塞371。其中，第一金屬材料例如是金鉬材料(Au/Pt)、金鉻材料(Au/Cr)、金鉬 鉻材料(Au/Cr/Pt)，第二金屬材料例如是鋁(Al)；采用第一金屬材料和第二金屬材料共同 制成金屬插塞360，可在取得較好導(dǎo)電性能的前提下節(jié)約制作成本。需要注意的是，由于在本實(shí)施例中緩沖層310的材料是氮化鋁，其為非良導(dǎo)體；因 此，所述接觸插塞371還需貫穿所述緩沖層310和分布布拉格反射層320，而與第一導(dǎo)電類(lèi) 型半導(dǎo)體層320的表面相接觸，以便使第一電極370與第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層330電連接。參照?qǐng)D3H，最后，在硅襯底300遠(yuǎn)離第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層330的表面上形成第 一電極370，所述第一電極370通過(guò)接觸插塞371與第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層330電連接；并 在透明導(dǎo)電層360上形成第二電極380，從而形成垂直的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)(也被稱(chēng)為V型 結(jié)構(gòu))。所述發(fā)光二極管用于發(fā)光時(shí)，將第二電極380連接至電源正極、第一電極370連接 至電源負(fù)極，發(fā)光二極管管芯通過(guò)第二電極380與電源正極相連，通過(guò)第一電極370與電源 負(fù)極相連，發(fā)光二極管管芯中的有源層340在電流作用下發(fā)光。相比于由藍(lán)寶石襯底制成 的L型發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)而言，垂直的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)散熱效果更好，并且有利于節(jié)約芯片 面積，提高芯片利用率；并且，由于(111)晶面硅襯底302的表面呈錐形，可增加硅襯底對(duì)光 的反射，提高發(fā)光二極管的外量子效率，提高發(fā)光二極管的光利用率；并可提高硅襯底與其 它膜層的晶格匹配度，降低了在所述硅襯底表面生長(zhǎng)外延層的缺陷密度并獲得均勻的應(yīng)力 分布，提高發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。需要說(shuō)明的是，在本實(shí)施例中是先形成接觸插塞371，之后再形成第一電極370和 第二電極380 ；在本發(fā)明其它實(shí)施例中，也可以先形成第二電極380，之后再形成接觸插塞 371和第一電極370。此外，在本實(shí)施例中，所述硅襯底300為η型摻雜的硅襯底(n_Si)，故 無(wú)需進(jìn)行額外的離子注入工藝；在本發(fā)明的其他具體實(shí)施例中，所述硅襯底300也可選用ρ 型摻雜的硅襯底(P-Si)，為此，在濕法刻蝕硅襯底的步驟之后，需要先執(zhí)行第一次離子注入工藝，以在所述P型摻雜的硅襯底中摻入η型離子；并在形成緩沖層310的步驟之后，再執(zhí) 行第二次離子注入工藝，以在所述緩沖層310中注入η型離子。繼續(xù)參考圖3Η，本發(fā)明還提供一種發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管包括硅襯底300，其中，硅襯底300包括(100)晶面硅襯底301以及(111)晶面硅襯底 302，所述(111)晶面硅襯底302的表面呈錐形；形成于(111)晶面硅襯底302上的緩沖層310 ；形成于緩沖層310上的布拉格反射層320 ；依次形成于布拉格反射層320上的第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層330、有源層340、第二 導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層350和透明導(dǎo)電層360，所述第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層330、有源層340和 第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層350構(gòu)成發(fā)光二極管的管芯；貫穿所述硅襯底300、緩沖層310和分布布拉格反射層320的接觸插塞371 ；形成 于(100)晶面硅襯底301遠(yuǎn)離第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層330的表面上的第一電極370，所述 第一電極370通過(guò)接觸插塞371與第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層330電連接；形成于透明導(dǎo)電層 360上的第二電極380，所述第二電極380與第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層350電連接。所述發(fā)光二極管用于發(fā)光時(shí)，將第二電極380連接至電源正極、第一電極370連接 至電源負(fù)極，發(fā)光二極管管芯通過(guò)第二電極380與電源正極相連，通過(guò)第一電極370與電 源負(fù)極相連，發(fā)光二極管管芯中的有源層340在電流作用下發(fā)光。由于(111)晶面硅襯底 302的表面呈錐形，可增加硅襯底對(duì)光的反射，提高發(fā)光二極管的外量子效率，提高發(fā)光二 極管的光利用率；并可提高硅襯底300與其它膜層的晶格匹配度，降低了在所述硅襯底300 表面生長(zhǎng)外延層的缺陷密度并獲得均勻的應(yīng)力分布，提高發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。其中， 第二電極380形成于透明導(dǎo)電層360上，第一電極370形成于(100)晶面硅襯底301的背 面，從而構(gòu)成了垂直的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，垂直的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)散熱效果更好，并且有利于 節(jié)約芯片面積，提高芯片利用率。此外，通過(guò)該分布布拉格反射層320，向硅襯底.300方向 所發(fā)射的光被向回反射，減小了硅襯底300中的吸收損耗，提高了發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度。在本實(shí)施例中，所述發(fā)光二極管發(fā)射440nm波長(zhǎng)的光，所述GaN層321的折射率 (refractive index values)為 2. 1，所述Alci 27Giia 73N層 322 的折射率為 2. 2，所述分布布拉 格反射層320包括15個(gè)層對(duì)，所述GaN層321的厚度優(yōu)選為50nm，所述Ala27G^1.73N層322 的厚度優(yōu)選為52nm。經(jīng)本申請(qǐng)發(fā)明人實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在發(fā)光二極管中設(shè)置了上述條件的分布布 拉格反射層(DBR)后，發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度得到了非常明顯的改善。需要說(shuō)明的是，盡管本實(shí)施例僅以發(fā)光二極管發(fā)射440nm波長(zhǎng)的光為例，描述了 最優(yōu)的分布布拉格反射層的各項(xiàng)參數(shù)；但是本發(fā)明并不限制于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù) 實(shí)際的發(fā)射波長(zhǎng)，相應(yīng)的調(diào)整所述分布布拉格反射層的層對(duì)數(shù)目以及各個(gè)膜層的厚度。倘 若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意 圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
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權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管制造方法，包括提供(100)晶面的硅襯底；在所述硅襯底上形成圖形化掩膜層；以所述圖形化掩膜層為掩膜，濕法刻蝕所述硅襯 底，將所述硅襯底的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)?111)晶面，從而使得所述硅襯底表面呈錐形；去除所述 圖形化掩膜層；在所述硅襯底的(111)晶面上形成分布布拉格反射層；在所述分布布拉格反射層上依次形成第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層、有源層以及第二導(dǎo)電類(lèi) 型半導(dǎo)體層；形成貫穿所述硅襯底和分布布拉格反射層的接觸插塞；在所述硅襯底遠(yuǎn)離第一導(dǎo)電類(lèi) 型半導(dǎo)體層的表面上形成第一電極，所述第一電極通過(guò)接觸插塞與第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層 電連接；在所述第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層上形成第二電極。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管制造方法，其特征在于，所述分布布拉格反射層包 括5 20個(gè)層對(duì)，所述層對(duì)由氮化鎵層以及鋁氮化鎵層組成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管制造方法，其特征在于，利用堿性溶液濕法刻蝕 所述硅襯底。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管制造方法，其特征在于，所述堿性溶液為四甲基 氫氧化銨溶液或氫氧化鉀溶液或氫氧化鈉溶液，所述濕法刻蝕工藝的刻蝕溫度為60°C 80°C，刻蝕時(shí)間大于20分鐘。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管制造方法，其特征在于，利用緩沖氫氟酸溶液去除 所述圖形化掩膜層。
6.如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管制造方法，其特征在于，將所述硅襯底的一部分 轉(zhuǎn)變?yōu)?111)晶面之后，還包括在所述硅襯底上依次形成緩沖層，所述緩沖層的材料為氮化鋁。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管制造方法，其特征在于，形成第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體 層之后，還包括在所述第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層上形成透明導(dǎo)電層，所述透明導(dǎo)電層的材料 為鎳金材料。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管制造方法，其特征在于，形成貫穿所述硅襯底和分 布布拉格反射層的接觸插塞的步驟包括形成貫穿所述硅襯底、緩沖層和分布布拉格反射層的接觸孔；在所述接觸孔內(nèi)填充第一金屬材料；在所述接觸孔內(nèi)填充第二金屬材料。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極管制造方法，其特征在于，所述第一導(dǎo)電類(lèi)型為η型， 所述第二導(dǎo)電類(lèi)型為P型。
10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管制造方法，其特征在于，所述第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體 層的材料為η型摻雜的氮化鎵，所述有源層包括多量子阱有源層，所述多量子阱有源層的 材料為銦氮化鎵；所述第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層的材料為P型摻雜的氮化鎵。
11.一種發(fā)光二極管，包括硅襯底，所述硅襯底包括(100)晶面硅襯底以及(111)晶面硅襯底，所述(111)晶面硅 襯底的表面呈錐形；形成于所述(111)晶面硅襯底上的分布布拉格反射層；依次形成于所述分布布拉格反射層上的第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電類(lèi) 型半導(dǎo)體層；貫穿所述硅襯底和分布布拉格反射層的接觸插塞；形成于所述(100)晶面硅襯底遠(yuǎn)離 第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層的表面上的第一電極，所述第一電極通過(guò)所述接觸插塞與第一導(dǎo)電 類(lèi)型半導(dǎo)體層電連接；形成于所述第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層上的第二電極，所述第二電極與 第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層電連接。
12.如權(quán)利要求11所述的發(fā)光二極管，其特征在于，還包括形成于所述(111)晶面硅襯 底和第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層之間的緩沖層，所述緩沖層的材料為氮化鋁，所述接觸插塞貫 穿所述分布布拉格反射層和緩沖層并與第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層相接觸。
13.如權(quán)利要求11所述的發(fā)光二極管，其特征在于，還包括形成于所述第二導(dǎo)電類(lèi)型 半導(dǎo)體層上的透明導(dǎo)電層，所述透明導(dǎo)電層的材料為鎳金材料。
14.如權(quán)利要求11至13中任意一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述第一導(dǎo)電類(lèi) 型為η型，所述第二導(dǎo)電類(lèi)型為ρ型。
15.如權(quán)利要求14所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層的材 料為η型摻雜的氮化鎵，所述有源層包括多量子阱有源層，所述多量子阱有源層的材料為 銦氮化鎵；所述第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層的材料為P型摻雜的氮化鎵。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種發(fā)光二極管及其制造方法，包括提供(100)晶面的硅襯底；濕法刻蝕硅襯底，將硅襯底的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)?111)晶面，從而使得硅襯底表面呈錐形；在硅襯底的(111)晶面上形成分布布拉格反射層、第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層、有源層以及第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層；形成貫穿硅襯底和分布布拉格反射層的接觸插塞；在硅襯底遠(yuǎn)離第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層的表面上形成第一電極，第一電極通過(guò)接觸插塞與第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層電連接；在第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層上形成第二電極。本發(fā)明可提高發(fā)光二極管的光利用率，并且散熱效果更好，有利于節(jié)約芯片面積；該分布布拉格反射層可減小硅襯底中的吸收損耗，提高發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度。
文檔編號(hào)H01L33/20GK102136532SQ20111003673
公開(kāi)日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2011年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月12日
發(fā)明者張汝京, 程蒙召, 肖德元, 饒青 申請(qǐng)人:映瑞光電科技(上海)有限公司