[发明专利]一种表面粗化发光二极管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体照明技术领域，尤其涉及一种GaN发光二极管的制备方法。

背景技术

发光二极管（LED）是一种低压直流驱动的电致发光固体光源，它具有色纯度高，响应时间短，体积小可靠性高等优点，被广泛用于指示，显示，装饰，照明等诸多领域，成为我们生活中必不可少的一部分。

目前，一般采用在蓝宝石或碳化硅衬底通过有机金属化学气相沉积（MOCVD）的方法来制备GaN外延片，并通过后续芯片加工完成器件制作。在外延片和芯片制作中，如何提高LED的发光效率一直众多学校、科研院所、以及外延片芯片生产厂家研究的重点。通过GaN表面的粗化，破坏光线在GaN、蓝宝石、空气等截面之间的全反射被证明可以明显增加光线的逃逸几率，提高最终的外量子效率，而被广泛的研究和使用。

目前用于GaN基LED表面粗化的方法归纳起来有以下三类：

一、直接在低温下生长粗糙的P型GaN帽层或者不掺杂的GaN。如专利CN 101494272A采用在P-GaN上生产非掺杂的粗化GaN，再通过ICP干法刻蚀将粗化GaN层的粗化表面形状转移到P-GaN层。

二、采用光辅助电化学腐蚀(PEC)或强酸碱湿法腐蚀GaN或者透明电极层。专利CN101248537和CN101409321，采用强酸和强碱湿法腐蚀GaN材料表面，形成粗化效果。CN 102130223A通过改变外延生长条件和PED腐蚀结合制得LED外延片粗化表面。

三、采用等离子干法刻蚀的办法对GaN或透明电极层进行粗化。CN101702419A采用Ni纳米粒子作为掩膜进行干法刻蚀，在P-GaN或ITO表面制作粗化结构；CN 102157640A中采用CsCl或氯化物的纳米岛作为刻蚀掩膜进行刻蚀形成粗化的GaN表面；CN 101740702A采用在透明电极上制备一层ZnO纳米球完成芯片表面的粗化。

通过生产实践证明,采用以上方式都能够破坏氮化镓与蓝宝石界面的全反射，增加光线的出射几率，最终增加外部量子效率，但也存在一些问题。如采用外延生长对GaN粗化会影响到器件材料的光电特性并降低器件可靠性，采用湿法腐蚀存在不容易控制，粗化的线宽很难达到最佳效果；而采用纳米级掩膜进行干法刻蚀，掩膜制作工艺复杂，可生产性较差；同时采用以上粗化方式都或多或少会造成PN电极颜色不一致，给封装厂使用造成一定困扰。

发明内容

本发明目的在于通过对芯片加工工艺的设计，提供一种无掩膜GaN表面粗化的GaN芯片制备方法，能够解决目前业界在制作GaN粗化表面时存在的工艺复杂，不易控制等问题。

为了实现上述目的，本发明提供了表面粗化发光二极管，包括衬底、衬底正面依次设置的N型半导体层、有源层和P型半导体层，有源层和P型半导体层被部分除去以暴露出部分的N型半导体层，所述N型半导体层暴露部分的表面和P型半导体层具有一粗化表面。以上技术方案采用粗化表面提高发光二极管的发光效率。

可选的，N型半导体层暴露部分的表面设置N型电极，P型半导体层的表面设置P型电极，设置N型电极和P型电极的区域是平坦化表面，以降低电极和半导体层之间的电阻率，可以在提高发光效率的同时保证芯片N、P电极无颜色差异。

可选的，所述N型半导体层、有源层和P型半导体层的材料为氮化物半导体材料，例如GaN、AlN、和InN中的一种，或者由他们组成的多元化合物半导体。

本发明进一步提供了一种表面粗化发光二极管的制作方法，包括如下步骤：提供衬底，所述衬底正面依次设置的N型半导体层、有源层和P型半导体层；除去部分的有源层和P型半导体层，以暴露出部分的N型半导体层；将衬底放入干法蚀刻设备中进行刻蚀，使P型半导体层和N型半导体层的露出部分的表面粗化；在N型半导体层暴露部分的表面形成N型电极，并同时在P型半导体层暴露部分表面形成P型电极。

可选的，在将衬底放入干法蚀刻设备中进行刻蚀的步骤之前，进一步包括在N型半导体层暴露部分的表面和P型半导体层的表面用于形成电极的区域生长阻挡层的步骤；并且在刻蚀的步骤实施完毕后去除N型半导体层表面的阻挡层。所述阻挡层的材料选自于氧化硅和氮化硅中的任意一种或其组合而成的多层膜。此步骤可以使设置N型电极和P型电极的区域是平坦化表面，以降低电极和半导体层之间的电阻率，并能保证有源层发出的光在N型电极和P型电极处的颜色一致。

可选的，所述N型半导体层、有源层和P型半导体层的材料为氮化物半导体材料，例如GaN、AlN、和InN中的一种，或者由他们组成的多元化合物半导体。