能使LED的PGAN层表面粗化的制作方法.pdf

本发明公开了一种能使LED的P-GaN层表面粗化的制作方法，其首先在半导体衬底上依次生长出N-GaN层、量子阱层、P-GaN层、及非掺杂的粗化GaN层，然后采用ICP或离子干法刻蚀所述非掺杂的粗化GaN层以使所述非掺杂的粗化GaN层的粗化表面形状转移至所述P-GaN层，从而使所述P-GaN层表面粗化，相对于现有工艺，此法操作简单，且粗化效果更为理想。

1.  一种能使LED的P-GaN层表面粗化的制作方法，其特征在于包括步骤：
1)在半导体衬底上依次生长出N-GaN层、量子阱层、P-GaN层、及非掺杂的粗化GaN层；
2)采用ICP或离子干法刻蚀所述非掺杂的粗化GaN层以使所述非掺杂的粗化GaN层的粗化表面形状转移至所述P-GaN层，从而使所述P-GaN层表面粗化。

2.  如权利要求1所述的能使LED的P-GaN层表面粗化的制作方法，其特征在于：所述非掺杂的粗化GaN层呈尖锥状。

3.  如权利要求1所述的能使LED的P-GaN层表面粗化的制作方法，其特征在于：在所述半导体衬底上生长各层为连续性生长。

4.  如权利要求1或2所述的能使LED的P-GaN层表面粗化的制作方法，其特征在于：所述生长采用金属有机物化学气相沉积法进行。

5.  如权利要求1所述的能使LED的P-GaN层表面粗化的制作方法，其特征在于：所述半导体衬底的材料为硅、蓝宝石、及SiC中的一种。

能使LED的P-GaN层表面粗化的制作方法
技术领域
本发明涉及一种粗化工艺，特别涉及一种能使LED的P-GaN层表面粗化的制作方法。
背景技术
以GaN为代表的新一代半导体材料以其宽直接带隙(Eg＝3.4eV)、高热导率、高硬度、高化学稳定性、低介电常数、抗辐射等特点获得了人们的广泛关注，在固态照明、固体激光器、光信息存储、紫外探测器等领域都有巨大的应用潜力。通常普遍的LED芯片制造工艺是先在蓝宝石衬底上形成N-GaN层、量子阱层、及P-GaN层等的层叠结构，然后在所述层叠结构上制作各电极，如N电极、P电极等。然而，现有工艺制作出的发光二极管，其发光亮度难以有较大突破，如图1所示，由于制作出的LED其表面较为平坦，当量子阱层辐射出的光子P以入射角θ₁到达P-GaN层表面w1，经反射后会以入射角θ₂到达P-GaN层侧壁w2，再次反射后会以入射角θ₃到达侧壁w3，而对于常用的氮化镓材料的LED芯片，其光逃逸锥形临界角(light escape cone critical angle)约为23.5°，因此，只要光子P的入射角θ₁满足条件：23.5°＜θ₁＜66.5°时，其会因不断地被各壁反射而导致能量在芯片内的消耗，最终无法出光。
为提高发光二极管(LED)的出光率，通常会将LED的P-GaN层表面粗化，例如，在申请号为：200380110945.9的专利文献中，提供了一种经表面粗化的高效氮化镓基发光二极管，即将N面的表面粗化形成一个或多个六角形锥面来减少LED内部的光反射的重复发生，提高LED的发光亮度。
目前用于GaN基LED表面粗化的处理方法主要有两种类型：一是对GaN基LED表面进行后处理，现有方法主要：光辅助电化学腐蚀PEC、KOH溶液湿法腐蚀、强酸溶液湿法腐蚀、干法刻蚀、压印光刻和制作金属掩模选区腐蚀等，例如，较为常用的是在P-GaN层表面生长一金属层，然后将金属熔化后在P-GaN层表面形成包状，再以此包状为掩模进行刻蚀使P-GaN层表面粗化，此工艺较为复杂，成本较高；二是直接生长表面粗糙的p型GaN层，通常是在生长P-GaN层时采用降温处理使P-GaN层表面粗化，然而由于现有工艺中制作P-GaN层时常采用掺杂镁的做法，因此降温所形成的P-GaN层粗化表面，效果并不理想，而且掺杂镁后也增加了粗化的难度。
因此，提供一种简单且P-GaN层表面更为尖锐的粗化表面形成方法，实已成为本领域技术人员亟待解决的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能使LED的P-GaN层表面粗化的制作方法，以降低操作的复杂度，同时还能达到理想的粗化效果。
为了达到上述目的及其他目的，本发明提供的能使LED的P-GaN层表面粗化的制作方法包括步骤：1)在半导体衬底上依次生长出N-GaN层、量子阱层、P-GaN层、及非掺杂的粗化GaN层；以及2)采用ICP或离子干法刻蚀所述非掺杂的粗化GaN层以使所述非掺杂的粗化GaN层的粗化表面形状转移至所述P-GaN层，从而使所述P-GaN层表面粗化。
其中，所述非掺杂的粗化GaN层呈尖锥状。
较佳地，在所述半导体衬底上生长各层为连续性生长。
较佳地，所述生长采用金属有机物化学气相沉积法进行。
此外，所述半导体衬底的材料可为硅、蓝宝石、或SiC等。
综上所述，本发明的能使LED的P-GaN层表面粗化的制作方法通过在P-GaN层表面再增加生成一粗化的GaN层，并通过刻蚀使其粗化表面形状转移至P-GaN层，从而使P-GaN层表面的粗化，此操作简单，粗化效果较现有工艺有明显改进。
附图说明
图1为现有LED的光子运动示意图。
图2A至图2B为本发明的能使LED的P-GaN层表面粗化的制作方法的操作流程示意图。
具体实施方式
以下将通过具体实施例对本发明的能使LED的P-GaN层表面粗化的制作方法做进一步详细的描述，其中，本发明的方法采用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)进行。
请参阅图2A至图2B，本发明的能使LED的P-GaN层表面粗化的制作方法主要包括以下步骤：
首先，在半导体衬底上依次生长出N-GaN层、量子阱层、P-GaN层、及非掺杂的粗化GaN层(u-GaN)，如图2A所示，所述非掺杂的粗化GaN层呈尖锥状，通过控制生长条件可调节所形成的各尖锥的顶角角度，使其变得更为尖税。在本实施例中，采用连续性生长在所述半导体衬底形成各层。此外，所述半导体衬底的材料可为硅、蓝宝石、及SiC等。
接着，采用ICP或离子干法刻蚀所述非掺杂的粗化GaN层以使所述非掺杂的粗化GaN层的粗化表面形状转移至所述P-GaN层，从而使所述P-GaN层表面粗化，如图2B所示。因为ICP或离子干法刻蚀是非选择性的，且所述非掺杂的粗化GaN层和所述P-GaN层的材质都为GaN，因此刻蚀会在所述非掺杂的粗化GaN层和所述P-GaN层同时进行，因而经过一定时间的刻蚀后所述非掺杂的粗化GaN层的粗化表面尖锥状图形就会转移至所述P-GaN层。
需要说明的是，生长N-GaN层、量子阱层、P-GaN层、及u-GaN层等的生长条件、刻蚀u-GaN层的刻蚀条件等都已为本领域技术人员所熟悉，故在此不再详细描述。
综上所述，本发明的能使LED的P-GaN层表面粗化的制作方法根据现有工艺，在P-GaN层上再连续性生长一粗化的u-GaN层，并通过刻蚀使粗化的u-GaN层表面的尖锥状图案转移至P-GaN层，从而使P-GaN层表面能形成极其尖税的突起，从而能极大地降低量子阱层所产生的光子，到达P-GaN层表面壁的入射角落入23.5°＜θ₁＜66.5°几率，进而能极大地提高所形成的LED的出光率，提高LED的亮度。而且可一次性在半导体衬底上生长出N-GaN层、量子阱层、P-GaN层、及u-GaN层，制法极为简单，同时增加生长粗化的u-GaN层也极为容易，最为关键的是本领域的技术人员已经熟知通过控制生长条件可使粗化的u-GaN层的尖锥状突起的顶角减小，而顶角越小，则出光率就会越高。因此，本发明的方法不失为一种成本低廉、操作简单、且粗化效果更为理想的方法。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。任何不脱离本发明精神和范围的技术方案，均应涵盖在本发明的专利申请范围当中。