專利名稱：發(fā)光二極管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體照明器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種發(fā)光二極管(LED)的制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)具有低成本、長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定發(fā)光源的特點(diǎn)，特別是氮化鎵(GaN)材料的引入，使白光LED成為可能。以基于寬禁帶半導(dǎo)體材料氮化稼(GaN)和銦氮化稼(InGaN)的發(fā)光二極管為代表的近紫外線、藍(lán)綠色和藍(lán)色等短波長(zhǎng)發(fā)光二極管在1990年代后期得到廣泛應(yīng)用，在基礎(chǔ)研究和商業(yè)應(yīng)用上取得了很大進(jìn)歩。目前，普遍應(yīng)用的GaN基發(fā)光二極管的典型結(jié)構(gòu)如圖I所示，GaN基發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)包括藍(lán)寶石襯底10，在襯底10表面利用MOCVDエ藝沉積的η型GaN層201，由η型摻雜的AlGaN層203、InGaN發(fā)光層205 (包括單量子肼或多量子肼)和P型摻雜的AlGaN層207組成的發(fā)光單元，以及P型GaN層209。此外還包括利用LPCVDエ藝或磁控濺射エ藝沉積的透明導(dǎo)電氧化物(TCO)接觸層211，和通過(guò)沉積、掩模、光刻和刻蝕等エ藝形成的P電極213和η電極215。隨著芯片制造エ藝水平的不斷提高，發(fā)光二極管要求的發(fā)光效率與亮度不斷的增カロ，傳統(tǒng)的制造エ藝已不能滿足未來(lái)的應(yīng)用。導(dǎo)致GaN基發(fā)光二極管外量子效率不高的原因很大程度上在于氮化物外延層和空氣的反射系數(shù)差異較大導(dǎo)致的全反射問(wèn)題。GaN和空氣的反射系數(shù)分別是2. 5和1，因此光能夠傳播出去的臨界角約為23°，光只有在臨界角構(gòu)成的錐體內(nèi)才能逸出有源層，一旦大于臨界角，光將無(wú)法逸出，這大大限制了 GaN基發(fā)光二極管的外量子效率。通過(guò)對(duì)GaN基LED的ρ型表面的粗化處理，改變GaN與空氣界面的幾何形狀，光就能在多次反射后經(jīng)由ー個(gè)合適的界面射出，出光率也隨之提高，并可提高其發(fā)光強(qiáng)度。如果在LED的上表面直接利用打磨的方式使其表面粗糙化，該方法勢(shì)必對(duì)有源層及透明電極會(huì)造成一定的損傷，制作也較為困難，故而很多時(shí)候都采用芯片階段刻蝕成型或其他復(fù)雜エ藝。目前主流的方法主要包括兩種隨機(jī)表面粗化和圖形表面粗化。隨機(jī)表面粗化，主要是利用晶體的各向異性，通過(guò)化學(xué)腐蝕實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片表面進(jìn)行粗化；圖形表面粗化是利用光刻、干法(濕法)刻蝕等エ藝，實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片表面的周期性規(guī)則圖形結(jié)構(gòu)的粗化效果。也有采用自然光刻法，就是先用旋轉(zhuǎn)鍍膜的方法將聚苯こ烯球鍍?cè)贚ED的表面，這些小球遮擋一部分表面，然后用等離子腐蝕的方法將未遮蔽的表面腐蝕，形成了粗糙的LED表面。也有人利用激光輻照的方法在傳統(tǒng)的GaN發(fā)光二極管上部ρ-GaN表面形成納米級(jí)粗糙層。這些方法雖然能夠提高發(fā)光效率，但是エ藝復(fù)雜，且由于外延層P-GaN層較薄，對(duì)其表面處理易導(dǎo)致器件損傷，影響到多量子阱層，從而降低LED的性能，進(jìn)而影響LED可靠性
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了ー種發(fā)光二極管及其制造方法，采用了在外延過(guò)程中改變生長(zhǎng)條件的原位粗化方式，簡(jiǎn)化了エ續(xù)，并輔以高溫再結(jié)晶エ藝，使粗化層的晶體缺陷及損傷減少。本發(fā)明提供的ー種發(fā)光二極管的制造方法，包括A、提供襯底；B、在所述襯底表面依次沉積η型GaN層、多量子阱疊層和ρ型GaN層；C、降低生長(zhǎng)溫度，開(kāi)始生長(zhǎng)粗化層；D、關(guān)閉鎵源，升高溫度至ρ型GaN外延層生長(zhǎng)溫度以上，再結(jié)晶形成晶體狀粗化層；Ε、完成后續(xù)LED生長(zhǎng)及芯片エ序。
所述步驟C中降低后的生長(zhǎng)溫度為500°C -650°C。所述步驟D的鎵源為鎵的金屬氧化物源。所述步驟D中升高后的溫度為900°C -1100°C。所述再結(jié)晶的反應(yīng)時(shí)間為5-15分鐘。


通過(guò)附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說(shuō)明，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。圖I為GaN基發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為說(shuō)明本發(fā)明發(fā)光二極管制造方法的流程圖；圖3至圖7為說(shuō)明本發(fā)明方法實(shí)施例的器件結(jié)構(gòu)示意圖。所述示圖是說(shuō)明性的，而非限制性的，在此不能過(guò)度限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制。本發(fā)明的核心思想是外延生長(zhǎng)過(guò)程中，利用高溫再結(jié)晶エ藝在原位(in situ)粗化形成具有粗糙表面的漫反射層，以增加出光層的發(fā)光效率。圖2為說(shuō)明本發(fā)明發(fā)光二極管制造方法的流程圖，如圖I所示，本發(fā)明的方法首先提供襯底(步驟S201)，例如藍(lán)寶石襯底；然后在襯底表面依次沉積η型GaN層、多量子阱疊層以及P型GaN層(步驟S202);隨后本發(fā)明的方法降低生長(zhǎng)溫度，開(kāi)始生長(zhǎng)粗化層(步驟S203);接下來(lái)，關(guān)閉鎵源，升高溫度至P型GaN外延層生長(zhǎng)溫度以上，再結(jié)晶形成晶體狀粗化層(步驟S204);然后完成后續(xù)LED生長(zhǎng)及芯片エ序(步驟S205)。圖3至圖7為說(shuō)明本發(fā)明方法實(shí)施例的器件結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，根據(jù)實(shí)施例，本發(fā)明的方法首先提供襯底10，并在襯底10上表面依次形成LED芯片各層系，包括η型GaN層201、η型摻雜的AlGaN層203、InGaN發(fā)光層205、ρ型摻雜的AlGaN層207和ρ型GaN層209，如圖3所示。然后，本發(fā)明的方法降低生長(zhǎng)溫度至500°C-65(TC之間，開(kāi)始生長(zhǎng)ρ型GaN粗化層310，如圖4所示。在生長(zhǎng)的過(guò)程結(jié)束后，關(guān)閉鎵的MO (金屬氧化物)源，保留其它MO源和反應(yīng)氣體，升高溫度至P型GaN外延層生長(zhǎng)溫度以上，在900°C -1100°C范圍內(nèi)，再結(jié)晶5-15分鐘形成晶體狀粗化層320，如圖5所示。形成粗化層320之后，本發(fā)明的方法在粗化層320表面沉積透明導(dǎo)電接觸層211，如圖6所示；隨后，利用掩模、光刻等エ藝形成ρ電極213和η電極215，如圖7所示。同時(shí),該エ序還可與ρ型GaN活化工藝相結(jié)合,在P型GaN層209實(shí)現(xiàn)低溫P型活化的同吋，也完成了 P型GaN粗化層的生長(zhǎng)，隨后的高溫再結(jié)晶過(guò)程則達(dá)到粗化的目的，從而進(jìn)一歩減少エ藝步驟降低成本。更主要的是，本發(fā)明的粗化層為再結(jié)晶層，損傷小，而且微小晶面呈結(jié)晶取向，具有進(jìn)ー步提高出光效率的作用。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述掲示的技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管的制造方法，包括 A、提供襯底； B、在所述襯底表面依次沉積n型GaN層、多量子阱疊層和p型GaN層； C、降低生長(zhǎng)溫度，開(kāi)始生長(zhǎng)粗化層； D、關(guān)閉鎵源，升高溫度至p型GaN外延層生長(zhǎng)溫度以上，再結(jié)晶形成晶體狀粗化層； E、完成后續(xù)LED生長(zhǎng)及芯片工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述步驟C中降低后的生長(zhǎng)溫度為500 0C -650。。。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述步驟D的鎵源為鎵的金屬氧化物源。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述步驟D中升高后的溫度為900 0C -1100。。。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述再結(jié)晶的反應(yīng)時(shí)間為5-15分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種發(fā)光二極管的制造方法，包括提供襯底；在所述襯底表面依次沉積n型GaN層、多量子阱疊層和p型GaN層；降低生長(zhǎng)溫度，開(kāi)始生長(zhǎng)粗化層；關(guān)閉鎵源，升高溫度至p型GaN外延層生長(zhǎng)溫度以上，再結(jié)晶形成晶體狀粗化層；完成后續(xù)LED生長(zhǎng)及芯片工序。本發(fā)明的方法采用了在外延過(guò)程中改變生長(zhǎng)條件的原位粗化方式，簡(jiǎn)化了工續(xù)，并輔以高溫再結(jié)晶工藝，使粗化層的晶體缺陷及損傷減少。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102683521SQ201210179079
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者林朝暉, 蔣偉 申請(qǐng)人:泉州市博泰半導(dǎo)體科技有限公司