一種集成多孔狀反射層的發(fā)光二極管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)光二極管技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種集成多孔狀反射層的發(fā)光二極管。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(LED)的發(fā)展與半導(dǎo)體光電技術(shù)、照明光源技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)。隨著LED應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，人們對(duì)LED芯片的性能也提出了越來(lái)越高的要求。為了提高LED的外量子效率，常用做法是在LED芯片中制作分布布拉格反射層(DBR)，從而把射向芯片底部的光反射回芯片的頂部。在四元系A(chǔ)lGaInP LED芯片中，由于AlAs和GaAs的折射率差較大(Δη = 0.53)，兩者之間晶格匹配，并且導(dǎo)電性優(yōu)異，因此可以通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)直接外延生長(zhǎng)AlAs/GaAs DBR。而在GaN LED芯片中，AlN和GaN的折射率差Δ n只有
0.35，其所組成的AlN/GaN DBR的反射帶寬較窄。并且AlN和GaN兩者之間有2.5%的晶格失配，難以通過(guò)MOCVD直接外延生長(zhǎng)高質(zhì)量的AlN/GaN DBR。此外，由于AlN的導(dǎo)電性較差，直接在外延層中插入AlN/GaN DBR會(huì)造成LED芯片的工作電壓升高。由于AlN/GaN DBR的上述缺點(diǎn)，在GaN LED中不適合直接外延生長(zhǎng)AlN/GaN DBR。
[0003]傳統(tǒng)做法是在襯底的背面通過(guò)電子束蒸鍍的方式制作Si02/Ti02DBR。如圖1所示，在襯底10上依次設(shè)置低溫緩沖層20、高溫緩沖層30、N型摻雜層40、有源層50、電子阻擋層60、P型接觸層70，透明導(dǎo)電80 W型電極901設(shè)置在透明導(dǎo)電層80的正面，N型電極902設(shè)置在N型摻雜層40的正面。Si02/Ti02DBR 100制作于襯底10的背面。
[0004]由于S12和T12均為絕緣介質(zhì)，若將Si02/Ti02DBR直接集成在垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片中，會(huì)阻礙電流的垂直流動(dòng)，造成芯片工作電壓異常升高，因此Si02/Ti02DBR難以在垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片中使用，目前絕大部分應(yīng)用于水平結(jié)構(gòu)的LED芯片中。此外，Si02/Ti02DBR與襯底的粘附性較差。若襯底清潔不夠徹底，很容易造成S i 02/T i O2DBR脫落，影響LED芯片的性會(huì)K。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種集成多孔狀反射層的發(fā)光二極管，多孔狀反射層可以提高LED芯片的外量子效率，且可適用于垂直結(jié)構(gòu)LED芯片，而不會(huì)對(duì)LED芯片的工作電壓造成影響。
[0006]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明解決方案為:
[0007]—種集成多孔狀反射層的發(fā)光二極管，在襯底上依次生成低溫緩沖層、高溫緩沖層、多孔狀反射層、N型摻雜層、有源層、電子阻擋層、P型接觸層及透明導(dǎo)電層，P電極設(shè)置在透明導(dǎo)電層上，襯底為絕緣襯底時(shí)，N電極設(shè)置在N型摻雜層上，襯底為導(dǎo)電襯底時(shí)，N電極設(shè)置在襯底背面;多孔狀反射層的組成材料為N型GaN，由具有多孔狀結(jié)構(gòu)的N型輕摻層與N型重?fù)綄咏惶鎸盈B組成。
[0008]進(jìn)一步，N型摻雜層的摻雜濃度N^N型輕摻層的摻雜濃度N2、N型重?fù)綄拥膿诫s濃度N3,滿足關(guān)系式Ni<N2<N3。
[0009]進(jìn)一步，N型輕摻層的摻雜濃度N2的范圍為I X 117Cnf3-1 X 1019cnf3。
[0010]進(jìn)一步，N型輕摻層的摻雜濃度N2的范圍為5 X 1017cm—3_2 X 118Cnf3。
[0011]進(jìn)一步，N型重?fù)綄拥膿诫s濃度N3的范圍為I X 119Cnf3-1 X 1021cnf3。
[0012]進(jìn)一步，N型重?fù)綄拥膿诫s濃度N3的范圍為5 X 1019cm—3_2 X 102Qcnf3。
[0013]進(jìn)一步，N型輕摻層與N型重?fù)綄又锌椎闹睆綖?-100nm。
[0014]進(jìn)一步，N型輕摻層與N型重?fù)綄又锌椎闹睆綖?_50nm。
[0015]進(jìn)一步，N型輕摻層和N型重?fù)綄拥暮穸萪滿足d= A/4neff，其中λ為有源區(qū)所發(fā)出光的波長(zhǎng)，η#為N型輕摻層或N型重?fù)綄拥挠行д凵渎省?br>[0016]進(jìn)一步，與高溫緩沖層接觸的為N型輕摻層，與N型摻雜層接觸的為N型重?fù)綄?或者與高溫緩沖層接觸的為N型重?fù)綄樱cN型摻雜層接觸的為N型輕摻層;或者與高溫緩沖層接觸的為N型輕摻層，與N型摻雜層接觸的也為N型輕摻層;或者與高溫緩沖層接觸的為N型重?fù)綄?，與N型摻雜層接觸的也為N型重?fù)綄印?br>[0017]—種集成多孔狀反射層的發(fā)光二極管制作方法，包括以下步驟:
[0018]一，使用MOCVD在襯底上依次生長(zhǎng)低溫緩沖層、高溫緩沖層、交替層疊的N型輕摻層與N型重?fù)綄?、N型摻雜層、有源層、電子阻擋層、P型接觸層;所述低溫緩沖層、高溫緩沖層、交替層疊的N型輕摻層與N型重?fù)綄?、N型摻雜層、有源層、電子阻擋層、P型接觸層構(gòu)成外延層；
[0019]二，在外延層上通過(guò)電子束蒸發(fā)或者濺射鍍膜的方式制作透明導(dǎo)電層；
[0020]三，經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的光刻過(guò)程，在透明導(dǎo)電層上定義出切割道；
[0021]四，使用ICP腐蝕切割道，直到切割道處的透明導(dǎo)電層和外延層被完全腐蝕，暴露出切割道處的襯底；
[0022]五，將暴露出切割道的外延片完全浸沒(méi)在酸性電解液中，并向外延片施加正向偏壓，對(duì)外延片進(jìn)行電化學(xué)腐蝕，將交替層疊的N型輕摻層與N型重?fù)綄又谱鞒啥嗫谞罘瓷鋵樱?br>[0023]六，若襯底為絕緣襯底，則經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的光刻過(guò)程，在透明導(dǎo)電層上定義出臺(tái)面，然后使用ICP刻蝕出臺(tái)面，再在透明導(dǎo)電層上制作P電極，在N型摻雜層上制作N電極;若襯底為導(dǎo)電襯底，則直接在透明導(dǎo)電層上制作P電極，在導(dǎo)電襯底的背面制作N電極；
[0024]七，將外延片切割成獨(dú)立的發(fā)光二極管器件。
[0025]進(jìn)一步，N型摻雜層的摻雜濃度N1、N型輕摻層的摻雜濃度N2、N型重?fù)綄拥膿诫s濃度N3,滿足關(guān)系式Ni<N2<N3。
[0026]進(jìn)一步，N型輕摻層的摻雜濃度N2的范圍為I X 117Cnf3-1 X 1019cnf3。
[0027]進(jìn)一步，N型輕摻層的摻雜濃度N2的范圍為5 X 1017cm—3_2 X 1018cm—3。
[0028]進(jìn)一步，N型重?fù)綄拥膿诫s濃度N3的范圍為I X 119Cnf3-1 X 1021cnf3。
[0029]進(jìn)一步，N型重?fù)綄拥膿诫s濃度N3的范圍為5 X 1019cm—3_2 X 102Qcnf3。
[0030]采用上述方案后，本發(fā)明將N型輕摻層和N型重?fù)綄痈g成多孔狀結(jié)構(gòu)，具有該多孔狀結(jié)構(gòu)的N型輕摻層與N型重?fù)綄咏惶鎸盈B組成多孔狀反射層。多孔狀反射層的組成材料均為N型GaN，因此可以通過(guò)MOCVD外延生長(zhǎng)直接集成在GaN LED的外延層中。并且多孔狀反射層還具有良好的導(dǎo)電性，可以集成在垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片中而不會(huì)對(duì)LED芯片的工作電壓造成負(fù)面影響。
[0031]在MOCVD生長(zhǎng)完成LED外延層后，通過(guò)電子束蒸發(fā)或者濺射鍍膜的方式制作透明導(dǎo)電層。經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的光刻過(guò)程，在透明導(dǎo)電層上定義出切割道。然后使用電感耦合等離子體(ICP)腐蝕切割道，直到切割道處的透明導(dǎo)電層和外延層被完全腐蝕，暴露出切割道處的襯底。
[0032]接著將暴露出切割道的外延片完全浸沒(méi)在酸性電解液中，并向外延片施加正向偏壓，對(duì)外延片進(jìn)行電化學(xué)腐蝕。在電化學(xué)腐蝕的過(guò)程中，N型摻雜層、N型輕摻層和N型重?fù)綄訒?huì)被表面反型層(surface invers1n layer)的空穴所氧化，形成鎵氧化物。該鎵氧化物隨即溶解于酸性電解液中，剩下的未被氧化的部分則形成多孔狀結(jié)構(gòu)。電化學(xué)腐蝕的速率取決于外加正向偏壓的大小以及外延層的電導(dǎo)率。在一定的外加正向偏壓下，外延層的電導(dǎo)率越高，也即其摻雜濃度越高，則電化學(xué)腐蝕的速率越快，所形成的孔的直徑也越大。通過(guò)控制N型摻雜層的摻雜濃度Λ、Ν型輕摻層的摻雜濃度N2、N型重?fù)綄拥膿诫s濃度N3,可以使N型摻雜層在電化學(xué)腐蝕的過(guò)程中不被氧化并腐蝕，而N型輕摻層和N型重?fù)綄觿t分別形成直徑不同的多孔狀結(jié)構(gòu)。
[0033]為了達(dá)到上述目的，所述N型摻雜層的摻雜濃度N1、N型輕摻層的摻雜濃度N2、N型重?fù)綄拥膿诫s濃度N3，需滿足關(guān)系式N1 <N2 <N3。其中，N型輕摻層的摻雜濃度N2的范圍為I X1017cm—3-l X 1019011—3。優(yōu)選地4型輕摻層的摻雜濃度他的范圍為5\1017011—3-2\1018011—3』型重?fù)綄拥膿诫s濃度N3的范圍為I X 119Cnf3-1 X 121Cnf3。優(yōu)選地，N型重?fù)綄拥膿诫s濃度N3的范圍為5X1019cm—3-2Χ102%ι—3。形成于N型輕摻層和N型重?fù)綄又械目椎钠骄睆降姆秶鸀?-100nm。優(yōu)選地，孔的平均直徑的范圍為0-50nm。
[0034]含有孔洞的N型輕摻層或N型重?fù)綄拥挠行д凵渎士梢员硎緸棣?^=[(1-Χ)η(^2+xrw2]1/2，其中nCaN是GaN的折射率，nair是空氣的折射率，X是孔洞所占的體積比。由于N型輕摻層與N型重?fù)綄又锌椎闹睆酱笮〔煌?，孔洞所占的體積比也不同，因此N型輕摻層與N型重?fù)綄泳哂胁煌挠行д凵渎?。所述具有不同有效折射率的多孔狀結(jié)構(gòu)的N型輕摻層與N型重?fù)綄咏惶鎸盈B，組成多孔狀反射層。為了使多孔狀反射層能夠反射從有源區(qū)所發(fā)出的光，所述N型輕摻層和N型重?fù)綄拥暮穸刃铦M足關(guān)系式d = A/4nrff，其中λ為L(zhǎng)ED有源區(qū)所發(fā)出的光的波長(zhǎng)，η#為N型輕摻層或N型重?fù)綄拥挠行д凵渎省?br>【附圖說(shuō)明】
[0035]圖1是現(xiàn)有技術(shù)發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖3是本發(fā)明第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖4是本發(fā)明第三實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖5是本發(fā)明第四實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖6是本發(fā)明第五實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041 ]圖7是本發(fā)明第六實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖8是本發(fā)明第七實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖9是本發(fā)明第八實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044]標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0045]襯底10低溫緩沖層20
[0046]高溫緩沖層30N型摻雜層40
[0047]有源層50電子阻擋層60
[0048]P型接觸層70透明導(dǎo)電層80
[0049]P型電極901N型電極902
[0050]Si02/Ti02 DBR 100
[0051]襯底IN電極11
[0052]低溫緩沖層2高溫緩沖層3
[0053]多孔狀反射層4N型輕摻層41
[0054]N型重?fù)綄?2N型摻雜層5
[0055]N電極51有源層6
[0056]電子阻擋層7P型接觸層8
[0057]透明導(dǎo)電層9P電極91
【具體實(shí)施方式】
[0058]以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。
[0059]參閱圖2所示，本發(fā)明揭示的一種集成多孔狀反射層的發(fā)光二極管，在襯底I上依次生成低溫緩沖層2、高溫緩沖層3、多孔狀反射層4、N型摻雜層5、有源層6、電子阻擋層7、P型接觸層8及透明導(dǎo)電