專(zhuān)利名稱(chēng)：垂直型發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種垂直型的發(fā)光二極管。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體發(fā)光二極管應(yīng)用日益廣泛，特別是在照明方面有取代白熾燈和熒光燈的趨勢(shì)，但是目前還面臨一些技術(shù)上的問(wèn)題，特別是光取出效率比較低。近年來(lái)，為了提高發(fā)光二極管的發(fā)光功率和效率，發(fā)展了垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，相對(duì)于正裝結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管來(lái)說(shuō)，垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管諸多優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于正裝結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管而言，由于n、p電極都處于襯底的同一側(cè)，因此電流須在同側(cè)的n、p型電極之間橫向流動(dòng)，這樣就導(dǎo)致電流擁擠，發(fā)熱量高。而垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的兩個(gè)電極分別處于發(fā)光二極管的兩側(cè)，電流幾乎全部垂直流過(guò)外延層，沒(méi)有橫向流動(dòng)的電流，因此電流分布均勻， 產(chǎn)生的熱量相對(duì)較少。并且由于垂直結(jié)構(gòu)的兩個(gè)電極處于兩側(cè)，因此出光過(guò)程中不會(huì)受到同側(cè)電極的阻擋，其出光效率更高。在發(fā)光二極管的實(shí)際工作過(guò)程中，當(dāng)光離開(kāi)二極管內(nèi)部時(shí)，其無(wú)論如何都無(wú)法避免發(fā)生損耗，造成損耗的主要原因，是由于形成發(fā)光二極管表面層的半導(dǎo)體材料具有高折射系數(shù)。高的光折射系數(shù)會(huì)導(dǎo)致光在該半導(dǎo)體材料表面產(chǎn)生全反射，從而使發(fā)光二極管內(nèi)部發(fā)出的光無(wú)法充分地發(fā)射出去。目前，業(yè)內(nèi)已經(jīng)通過(guò)表面粗化技術(shù)來(lái)改善光在二極管內(nèi)部的全反射，從而提高發(fā)光效率，然而，由于現(xiàn)有技術(shù)通常僅對(duì)發(fā)光二極管部分組成結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行粗化處理，這導(dǎo)致了其粗糙化表面分布不均勻，因此無(wú)法有效的提升發(fā)光效率。同時(shí),發(fā)光二極管發(fā)出的光是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的發(fā)光層產(chǎn)生的,發(fā)光層發(fā)出的光主要是通過(guò)發(fā)光二極管的正面發(fā)出，而從其側(cè)面發(fā)出的光必須先經(jīng)過(guò)發(fā)光二極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)的全反射，使光線(xiàn)的光路發(fā)生改變才能由側(cè)面發(fā)出。這就導(dǎo)致了現(xiàn)有發(fā)光二極管正面出光過(guò)多而側(cè)面出光不足，因此也就造成發(fā)光二極管出光的不均勻。圖I為現(xiàn)有的垂直型發(fā)光二極管。圖I中，襯底101下方形成有透明金屬歐姆接觸層100，n型電極111通過(guò)該透明金屬歐姆接觸層100而與該襯底101實(shí)現(xiàn)電連接。而襯底101上方依次形成GaN緩沖層102、n型GaN層103、多量子阱發(fā)光層(MQW) 104、p型AlGaN層105、p型GaN層106、透明電極層107，p金屬電極112 ;其中GaN緩沖層102表面被粗化處理，以形成納米級(jí)的鋸齒狀的表面粗化層122。在圖I所示的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中，由于粗化層僅形成于發(fā)光二極管的內(nèi)部，即GaN緩沖層102的表面上，因此，由多量子阱發(fā)光層104產(chǎn)生的光雖然經(jīng)過(guò)粗化層122的反射，能夠在一定的程度上提高側(cè)面的發(fā)光效率，但是，這種處于發(fā)光二極管內(nèi)部中的粗化層還不足以進(jìn)一步提聞發(fā)光效率。而且，參見(jiàn)圖I所示結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，可見(jiàn)多量子阱發(fā)光層104發(fā)出的光大多由發(fā)光二極管的正面透出，即由透明電極層107的上表面透出，僅有少量的光經(jīng)過(guò)透明電極層107的全反射后由發(fā)光二極管的側(cè)面透出。因此，圖I所示結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的發(fā)光均勻性還有待改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，提出了一種具有粗化表面以及反射層的垂直型發(fā)光二極管，從而提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率和發(fā)光均勻性。本發(fā)明提出的垂直型發(fā)光二極管具有襯底，所述襯底的下表面形成有透明金屬歐姆接觸層，所述透明金屬歐姆接觸層下方形成有n型電極，該n型電極通過(guò)所述透明金屬歐姆接觸層而與所述襯底實(shí)現(xiàn)電連接；所述襯底的上表面上依次形成有GaN緩沖層、n型GaN層、多量子講發(fā)光層(MQW)、p型AlGaN層、p型GaN層、透明電極層，p金屬電極；所述GaN緩沖層的表面被粗化處理后形成第一表面粗化層；所述垂直型發(fā)光二極管的上表面、下表面以及所有側(cè)面都形成第二表面粗化層。其中，所述第一表面粗化層和第二表面粗化層都為納米級(jí)鋸齒狀粗化層。其中，所述p型GaN層的上表面形成有兩排平行的反射層。
其中，所述反射層為Al/Ag合金金屬反層、AlAs/AlxGal-xAs分布布拉格反射層(DBR)、或者 AlInP/ (AlxGal-x)ylnl-yP 分布布拉格反射層(DBR)。


附圖I為現(xiàn)有技術(shù)中僅有部分粗化表面的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2為本發(fā)明提出的具有粗化表面以及反射層的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖。附圖3為圖2所示發(fā)光二極管的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式圖2為本發(fā)明提出的垂直型發(fā)光二極管，其具有全面粗化的表面，并且具有反射層，因此能夠大幅度的提高發(fā)光效率以及發(fā)光均勻性。參見(jiàn)圖2，發(fā)光二極管2的結(jié)構(gòu)為如下所述在襯底201的下方形成有透明歐姆接觸金屬層200，n型電極211通過(guò)該透明金屬歐姆接觸層200而與該襯底201實(shí)現(xiàn)電連接。在襯底201上表面，其依次形成GaN緩沖層202、n型GaN層203、多量子阱發(fā)光層(MQW)204、P型AlGaN層205、p型GaN層206、透明電極層207，p金屬電極212。為了能夠大幅度的提高發(fā)光二極管2的發(fā)光效率，在本發(fā)明提出的垂直型發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中，除了在GaN緩沖層202表面進(jìn)行粗化處理，以形成納米級(jí)的鋸齒狀的表面粗化層222以外，還將發(fā)光二極管2的上表面，即透明電極層207的上表面進(jìn)行粗化處理，與此同時(shí)，還進(jìn)一步將發(fā)光二極管2的所有側(cè)面同樣進(jìn)行粗化處理，從而形成如圖2所示的表面粗化層221。這種粗化處理可以通過(guò)將發(fā)光二極管2浸泡在堿性溶液中進(jìn)行濕法蝕刻，利用堿性溶液對(duì)其表面進(jìn)行腐蝕來(lái)完成。也可以利用等離子體蝕刻機(jī)對(duì)發(fā)光二極管進(jìn)行干法蝕刻來(lái)完成，還可以通過(guò)先浸泡在堿性溶液中進(jìn)行濕法蝕刻、然后再利用等離子體蝕刻機(jī)進(jìn)行干法蝕刻相結(jié)合來(lái)完成。對(duì)于濕法蝕刻和干法蝕刻相結(jié)合來(lái)形成表面粗化層的工藝來(lái)說(shuō)，本發(fā)明并沒(méi)有限定必須先濕法蝕刻后干法蝕刻，采用先干法蝕刻在濕法蝕刻同樣也是可以的。通過(guò)對(duì)發(fā)光二極管2的整個(gè)外表面進(jìn)行粗化處理后，多量子阱發(fā)光層204發(fā)出的光在到達(dá)發(fā)光二極管2的各個(gè)表面后，在透射臨界角之外的光由于經(jīng)過(guò)表面粗化層的多次折射，最后可進(jìn)入臨界角內(nèi)由各個(gè)表面透射出來(lái)，從而使得發(fā)光二極管2發(fā)出更多的光，因此也就提高了發(fā)光效率。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)光二極管發(fā)光均勻性不足的問(wèn)題，本發(fā)明提出的發(fā)光二極管還進(jìn)一步設(shè)置了反射層。參見(jiàn)圖2，在p型GaN層206中設(shè)有兩排反射層231和232，該反射層231和232可以是Al/Ag合金金屬反射層，也可以是AlAs/AlxGal-xAs或AlInP/(AlXGal-X)yInl-yP分布布拉格反射層(DBR)。該反射層231和232可以設(shè)置在p型GaN層206的上表面(如圖2所示)，也可以設(shè)置在p型AlGaN層205的上表面(圖2中未示出)，或者設(shè)置在p型GaN層206或p型AlGaN層205的下表面亦可。參見(jiàn)圖2，通過(guò)設(shè)置反射層231和232，由多量子阱發(fā)光層204發(fā)出的光的一部分直接由發(fā)光二極管2的正面透出，而另一部分則經(jīng)過(guò)反射層231和23 2的反射后由發(fā)光二極管2的側(cè)面透出。由于有反射層231和232的存在，那么能夠到達(dá)發(fā)光二極管2正面的光就被限制為圖2中反射層231和232之間的部分，而由反射層231和232反射的光將只能從發(fā)光二極管2的側(cè)面透出，因此，這種設(shè)計(jì)就能提高發(fā)光二極管正面和側(cè)面的發(fā)光均勻性。圖3為圖2的平面示意圖，即由圖2的上方俯視而得的示意圖。參見(jiàn)圖3，反射層231和232為平行的兩列結(jié)構(gòu)，發(fā)光二極管2的多量子阱發(fā)光層204發(fā)出的光的一部分由圖3中的區(qū)域300透出，而另一部分光由于反射層232和231的反射而從發(fā)光二極管的側(cè)面透出。至此，上述描述已經(jīng)詳細(xì)的說(shuō)明了本發(fā)明的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，現(xiàn)對(duì)于現(xiàn)有的發(fā)光二極管，本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)能夠大幅度提高發(fā)光效率的同時(shí)，還能夠進(jìn)一步提高發(fā)光二極管的發(fā)光均勻性。前文的描述的實(shí)施例僅僅只是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其并非用于限定本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神的前提下，可對(duì)本發(fā)明做任何的修改，而本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.ー種垂直型發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管具有襯底，所述襯底的下表面形成有透明金屬歐姆接觸層，所述透明金屬歐姆接觸層下方形成有n型電極，該n型電極通過(guò)所述透明金屬歐姆接觸層而與所述襯底實(shí)現(xiàn)電連接；所述襯底的上表面上依次形成有GaN緩沖層、n型GaN層、多量子講發(fā)光層(MQW)、p型AlGaN層、p型GaN層、透明電極層，p金屬電極；其特征在于 所述GaN緩沖層的表面被粗化處理后形成第一表面粗化層； 所述垂直型發(fā)光二極管的上表面、下表面以及所有側(cè)面都形成第二表面粗化層。
2.如權(quán)利要求I所述的垂直型發(fā)光二極管，其特征在干 所述第一表面粗化層和第二表面粗化層都為納米級(jí)鋸齒狀粗化層。
3.如權(quán)利要求I或2所述的垂直型發(fā)光二極管，其特征在于 所述P型GaN層的上表面形成有兩排平行的反射層。
4.如權(quán)利要求1-3任意之一所述的垂直型發(fā)光二極管，其特征在于 所述反射層為Al/Ag合金金屬反層、AlAs/AlxGal-xAs分布布拉格反射層(DBR)、或者AlInP/ (AlxGal-x) ylnl-yP 分布布拉格反射層(DBR)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種垂直型發(fā)光二極管，其具有襯底，所述襯底的下表面形成有透明金屬歐姆接觸層，所述透明金屬歐姆接觸層下方形成有n型電極，該n型電極通過(guò)所述透明金屬歐姆接觸層而與所述襯底實(shí)現(xiàn)電連接；所述襯底的上表面上依次形成有GaN緩沖層、n型GaN層、多量子阱發(fā)光層(MQW)、p型AlGaN層、p型GaN層、透明電極層，p金屬電極，所述GaN緩沖層的表面被粗化處理后形成第一表面粗化層；所述垂直型發(fā)光二極管的上表面、下表面以及所有側(cè)面都形成第二表面粗化層。
文檔編號(hào)H01L33/22GK102856456SQ201210351448
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月20日
發(fā)明者虞浩輝, 周宇杭 申請(qǐng)人:江蘇威納德照明科技有限公司