一种发光二极管及其制造方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管及其制造方法。


背景技术：

2.对于gan基发光二极管而言，其内量子效率(internal quantum efficiency，iqe)已达到70％～80％，然而受到发光二极管结构的限制，其光提取效率(light extraction efficiency，lee)尚未达到较高水平，导致其电光转化效率约为40％～60％，仍处于相对较低的水平。另外随着发光二极管工作电流的持续增加，效率降低(efficiency droop)的问题开始出现并逐渐加剧。
3.对于大功率发光二极管而言，目前主要的方案为倒装结构或垂直结构。对于垂直结构而言，可以通过增设电流阻挡层和反射电极、高反射镜、出光面图形化、图形化衬底外延等或各种方案搭配以获得较好的光提取效率，因此垂直结构发光二极管的光提取效率较倒装结构更高，但是垂直结构发光二极管的工艺复杂，其工艺控制要求更加严格。倒装结构发光二极管也可以采用反射电极、反射镜和图形化衬底外延方案来提高光提取效率，但由于其最终出光面为蓝宝石材料，很难将蓝宝石加工成图形化的表面来降低全反射效应，进而提高光提取效率，因此如何进一步提升倒装结构发光二极管的光提取效率至关重要。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种发光二极管及其制造方法，外延层包括至少贯穿引导层和第一半导体层且垂直于所述第一半导体层表面的纳米孔阵列，以对发光二极管的出光进行调整。
5.本发明第一方面提供一种发光二极管，包括：
6.衬底；
7.外延层，位于所述衬底上，所述外延层包括从下到上依次堆叠的第一半导体层、多量子阱层以及第二半导体层，所述第一半导体层和所述第二半导体层的掺杂类型彼此相反；
8.阻挡层，位于所述第一半导体层和所述多量子阱层之间；
9.引导层，位于所述第一半导体层和阻挡层之间；以及
10.纳米孔阵列，所述纳米孔阵列垂直于所述第一半导体层的表面，且至少位于所述引导层和第一半导体层中。
11.优选地，所述阻挡层为具有第一掺杂类型的gan材料层。
12.优选地，所述引导层为具有第一掺杂类型的al
x
ga
1-x
n材料层，其中x为0.05～0.15。
13.优选地，所述阻挡层进行硅掺杂，掺杂浓度为5x10
17
cm-3
～1x10
18
cm-3
。
14.优选地，所述引导层进行硅掺杂，掺杂浓度为5x10
19
cm-3
～9x10
19
cm-3
。
15.优选地，所述阻挡层和的厚度范围为20nm～100nm。
16.优选地，所述引导层的厚度范围为5nm～15nm。
17.优选地，所述阻挡层作为电化学腐蚀的阻挡层，对所述多量子阱层进行保护；所述引导层作为电化学腐蚀的引导层，以至少在所述引导层以及所述第一半导体层中形成纳米孔阵列。
18.优选地，所述纳米孔阵列中纳米孔的直径为10nm～70nm。
19.优选地，所述外延层还包括：
20.缓冲层，位于所述衬底上；
21.非故意掺杂层，位于所述缓冲层上，所述第一半导体层位于所述非故意掺杂层上；
22.电子阻挡层，位于多量子阱层上，
23.所述第二半导体层位于所述电子阻挡层上。
24.优选地，所述纳米孔阵列还位于所述非故意掺杂层中，或所述非故意掺杂层和所述缓冲层中。
25.优选地，还包括：
26.台阶，位于所述外延层的四周，所述台阶贯穿所述第二半导体层、多量子阱层、阻挡层以及引导层，暴露出所述第一半导体层的表面；
27.第一欧姆接触层，位于下台阶面的所述第一半导体层的表面；以及
28.第二欧姆接触层，位于上台阶面的所述第二半导体层的表面。
29.优选地，还包括：
30.至少一个通孔，位于所述外延层中，所述通孔贯穿所述第二半导体层、多量子阱层、阻挡层以及引导层，暴露出所述第一半导体层的表面；
31.第一欧姆接触层，位于所述通孔暴露出的第一半导体层的表面；
32.第二欧姆接触层，位于所述第二半导体层的表面；
33.反射镜层，位于所述第二欧姆接触层的表面。
34.优选地，还包括：
35.介质层，覆盖所述台阶的侧壁、所述第一欧姆接触层的侧壁和部分表面、第二欧姆接触层的侧壁和部分表面，所述介质层具有暴露部分所述第一欧姆接触层的第一开口以及暴露部分所述第二欧姆接触层的第二开口；
36.第一电极，位于所述介质层上，经由所述第一开口与所述第一欧姆接触层电连接；以及
37.第二电极，位于所述介质层上，经由所述第二开口与所述第二欧姆接触层电连接。
38.优选地，还包括：
39.介质层，覆盖所述反射镜层的侧壁和部分表面、所述第二欧姆接触层的侧壁、所述通孔的侧壁，所述介质层具有暴露所述第一欧姆接触层的第一开口以及暴露部分所述反射镜层的第二开口；
40.第一电极，位于所述介质层上，经由所述第一开口与所述第一欧姆接触层电连接；以及
41.第二电极，位于所述介质层上，经由所述第二开口与所述反射镜层电连接。
42.优选地，还包括反射镜层，位于所述介质层上，所述反射镜层具有暴露部分所述第一欧姆接触层的第一开口以及暴露部分所述第二欧姆接触层的第二开口，所述第一电极和
所述第二电极位于所述反射镜层上。
43.本发明第二方面提供一种发光二极管的制造方法，包括：
44.在衬底上形成外延层，所述外延层包括从下到上依次堆叠的第一半导体层、引导层、阻挡层、多量子阱层以及第二半导体层，所述第一半导体层和所述第二半导体层的掺杂类型彼此相反；
45.对所述外延层进行电化学腐蚀，形成垂直于所述第一半导体层的表面且至少位于所述引导层以及第一半导体层中的纳米孔阵列。
46.优选地，所述阻挡层为具有第一掺杂类型的gan材料层。
47.优选地，所述引导层为具有第一掺杂类型的al
x
ga
1-x
n材料层，其中x为0.05～0.15。
48.优选地，所述阻挡层进行硅掺杂，掺杂浓度为5x10
17
cm-3
～1x10
18
cm-3
。
49.优选地，其特征在于，所述引导层进行硅掺杂，掺杂浓度为5x10
19
cm-3
～9x10
19
cm-3
。
50.优选地，所述阻挡层的厚度范围为20nm～100nm。
51.优选地，所述引导层的厚度范围为5nm～15nm。
52.优选地，所述阻挡层作为电化学腐蚀的阻挡层，对所述多量子阱层进行保护；所述引导层作为电化学腐蚀的引导层，以至少在所述引导层以及所述第一半导体层中形成纳米孔阵列。
53.优选地，电化学腐蚀的腐蚀溶液为浓硝酸、浓氢氟酸、浓硝酸与乙醇混合溶液、浓氢氟酸与乙醇混合溶液、浓硝酸与异丙醇混合溶液、浓氢氟酸与异丙醇混合溶液中的一种。
54.优选地，电化学腐蚀的工作电压为10v～20v。
55.优选地，电化学腐蚀的腐蚀时间为30秒～180秒。
56.优选地，电化学腐蚀过程中，以所述第二半导体层作为阳极，以铂电极作为阴极。
57.优选地，所述纳米孔阵列中纳米孔的直径为10nm至70nm。
58.优选地，在衬底上形成外延层还包括：
59.在所述衬底上依次形成缓冲层、非故意掺杂层，所述第一半导体层位于所述非故意掺杂层上；以及
60.在所述多量子阱层上形成电子阻挡层，所述第二半导体层位于所述电子阻挡层上。
61.优选地，所述纳米孔阵列还位于所述非故意掺杂层中，或所述非故意掺杂层和所述缓冲层中。
62.优选地，还包括：依次对所述第二半导体层、多量子阱层、阻挡层以及引导层进行刻蚀，在所述外延层的四周形成台阶，所述台阶暴露出所述第一半导体层的表面；
63.在所述第一半导体层的表面上形成第一欧姆接触层；以及
64.在所述第二半导体层的表面上形成第二欧姆接触层。
65.优选地，还包括：依次对所述第二半导体层、多量子阱层、阻挡层以及引导层进行刻蚀，形成至少一个通孔，所述通孔暴露出所述第一半导体层的表面；
66.在所述第一半导体层的表面上形成第一欧姆接触层；以及
67.在所述第二半导体层的表面上依次形成第二欧姆接触层和反射镜层。
68.优选地，在形成所述通孔之前还包括在所述第二半导体层的表面形成保护层，所
述保护层覆盖形成所述通孔的区域，在形成所述保护层之后进行电化学腐蚀，在电化学腐蚀之后去除所述保护层。
69.优选地，还包括：形成具有第一开口和第二开口的介质层，所述介质层覆盖所述台阶的侧壁、所述第一欧姆接触层的侧壁和部分表面、第二欧姆接触层的侧壁和部分表面，所述第一开口暴露出部分所述第一欧姆接触层，所述第二开口暴露出部分所述第二欧姆接触层；
70.在所述介质层上形成第一电极，所述第一电极经由所述第一开口与所述第一欧姆接触层电连接；以及
71.在所述介质层上形成第二电极，所述第二电极经由所述第二开口与所述第二欧姆接触层电连接。
72.优选地，还包括：形成具有第一开口和第二开口的介质层，所述介质层覆盖所述反射镜层的侧壁和部分表面、所述第二欧姆接触层的侧壁、所述通孔的侧壁，所述介质层具有暴露所述第一欧姆接触层的第一开口以及暴露部分所述反射镜层的第二开口；
73.在所述介质层上形成第一电极，所述第一电极经由所述第一开口与所述第一欧姆接触层电连接；以及
74.在所述介质层上形成第二电极，所述第二电极形成经由所述第二开口与所述反射镜层电连接。
75.优选地，还包括在所述介质层上形成反射镜层，所述反射镜层具有暴露部分所述第一欧姆接触层的第一开口以及暴露部分所述第二欧姆接触层的第二开口，所述第一电极和所述第二电极位于所述反射镜层上。
76.本发明提供的发光二极管及其制造方法，在所述第一半导体层和所述多量子阱层之间设置引导层和阻挡层，所述阻挡层作为电化学腐蚀的阻挡层，对所述多量子阱层进行保护，使得不会对多量子阱层进行电化学腐蚀；所述引导层作为电化学腐蚀的引导层，使得所述引导层和第一半导体层中形成垂直于所述第一半导体层表面的纳米孔阵列，以对发光二极管的出光进行调整。
77.所述纳米孔阵列垂直于所述第一半导体层的表面，至少位于所述引导层以及所述第一半导体层中，以显著降低发光二极管的全反射效应，进而提高发光二极管的光提取效率。
78.进一步地，纳米孔阵列可以提供相对更大的n型欧姆接触面积，同时降低发光二极管的电压。
79.进一步地，纳米孔阵列可以降低外延层中的压应力，缓解量子限制斯塔克效应(qcse)，进一步提升内量子效率，对实现高性能大功率倒装发光二极管的产业化具有十分重大的意义。
80.进一步地，阻挡层相较于所述第一半导体层和引导层具有更低的掺杂浓度，以在电化学腐蚀过程中作为电化学腐蚀的阻挡层，不会腐蚀所述多量子阱层；引导层的掺杂浓度较高，在引导层的帮助下，在引导层和第一半导体层中形成垂直于其表面的纳米孔阵列。
附图说明
81.通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和
优点将更为清楚，在附图中：
82.图1示出了本发明第一实施例提供的发光二极管的截面示意图；
83.图2a至2g示出根据本发明第一实施例的发光二极管在制造过程中不同阶段的截面图；
84.图3示出本发明第二实施例提供的发光二极管的截面示意图；
85.图4a至4g示出根据本发明第二实施例的发光二极管在制造过程中不同阶段的截面图。
具体实施方式
86.以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。
87.本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
88.图1示出根据本发明第一实施例提供的发光二极管的截面示意图；如图1所示，发光二极管以倒装结构的gan基发光二极管为例进行说明，然而本发明并不限于此。
89.所述发光二极管包括衬底110、外延层120、阻挡层s0、引导层s、第一欧姆接触层131、第二欧姆接触层132、介质层140、反射镜层150、第一电极161以及第二电极162。
90.所述衬底110为异质衬底，包括ga2o3、sic、蓝宝石、zno、ligao2等透明单晶衬底。所述衬底110的表面还可以预沉积aln薄膜、baln薄膜、bn薄膜、石墨烯膜等。进一步地，所述衬底110的表面具有图形化结构，所述图形化结构的特征尺寸范围为数百纳米至数微米。所述衬底110的厚度为300微米到2毫米。
91.本实施例中，所述衬底110例如为蓝宝石衬底，蓝宝石衬底包含但不限于镜面或微米级/纳米级图形化蓝宝石衬底中的一种，其优选方案是微米级图形化蓝宝石。
92.所述外延层120位于所述衬底110上，所述外延层120可以是多晶或者单晶结构，包含以gan/ingan材料体系组成的往复连续递进式外延层中的一种，其优选的实施例是含不同in组分的ingan结构。
93.所述外延层120包括依次层叠的缓冲层121、非故意掺杂层122、第一半导体层123、多量子阱层124、电子阻挡层125和第二半导体层126。本实施例中，所述缓冲层121例如为氮化镓(gan)材料层，所述非故意掺杂层122例如为非故意掺杂的氮化镓(gan)材料层，所述第一半导体层123例如为第一掺杂类型(n型)的氮化镓(gan)材料层，所述多量子阱(mqw，multiple quantum well)层124包括至少一个周期的量子阱，对应波长范围为360nm～600nm；所述电子阻挡层125例如为第二掺杂类型(p型)的氮化铝镓(algan)材料层，所述第二半导体层126例如为第二掺杂类型(p型)的氮化镓(gan)材料层。其中，所述多量子阱层124例如由氮化铝镓(algan)、铝铟镓氮(alingan)、氮化铟镓(ingan)等材料所组成。所述外延层120的总厚度例如为5微米～10微米。
94.所述阻挡层s0位于所述外延层120中，具体位于所述第一半导体层123和所述多量子阱层124之间，所述阻挡层s0与所述第一半导体层123的掺杂类型相同，例如为n型掺杂。
95.所述引导层s位于所述外延层120中，具体位于所述第一半导体层123和所述阻挡层s0之间，所述引导层s与所述第一半导体层123的掺杂类型相同，例如为n型掺杂。
96.所述阻挡层s0为轻掺杂氮化镓(gan)材料层，具体地，所述引导层s例如进行硅掺杂，掺杂浓度为5x10
19
cm-3
～9x10
19
cm-3
。所述阻挡层s0的厚度例如为20nm～100nm。所述引导层s为重掺杂、低al组分的氮化铝镓(al
x
ga
1-x
n)材料层，具体地，所述引导层s例如进行硅掺杂，硅掺杂浓度范围为5x10
19
cm-3
～9x10
19
cm-3
。所述引导层s中al的组分含量x为0.05～0.15，例如为0.1。所述引导层s的厚度为5nm～15nm。
97.所述外延层120中具有纳米孔阵列，所述纳米孔阵列垂直于所述衬底110的表面，所述纳米孔阵列至少位于所述引导层s以及所述第一半导体层123中，即从所述多量子阱层124到所述衬底110的方向上，所述纳米孔阵列至少贯穿所述引导层s，停止于所述第一半导体层123、所述非故意掺杂层122、所述缓冲层121中的任意一层。所述纳米孔阵列中纳米孔的特征尺寸为数纳米至数十纳米，具体地，所述纳米孔阵列中纳米孔的直径为10nm～70nm。
98.所述外延层120四周具有台阶，所述台阶依次贯穿第二半导体层126、电子阻挡层125、多量子阱层124、阻挡层s0以及引导层s，并露出第一半导体层123的表面。
99.所述第一欧姆接触层131位于所述第一半导体层123的表面(台阶的下台阶面)，与所述第一半导体层123欧姆接触，并且所述第一欧姆接触层131与台阶侧壁之间存在间隙。所述第二欧姆接触层132位于所述第二半导体层126层的表面(台阶的上台阶面)，与所述第二半导体层126欧姆接触。
100.其中，所述第一欧姆接触层131例如包括铬、铝、钛、铂中的至少一种材料，所述第二欧姆接触层132例如采用ito材料，但不限于此。
101.所述介质层140覆盖所述第二欧姆接触层132的部分表面和侧壁、所述台阶的侧壁、下台阶面的第一半导体层123的表面，可选的，所述介质层140还可以覆盖所述第一欧姆接触层131的部分表面；所述反射镜层150覆盖所述介质层140。
102.本实施例中，具有介质层140和所述反射镜层150，在其他实施例中，也可以只设置介质层140和反射镜层150中的一种结构层。
103.所述介质层140以及所述反射镜层150中具有露出第一欧姆接触层131表面的第一开口和露出第二欧姆接触层132表面的第二开口。所述第一电极161位于所述反射镜层150的表面，并且经由第一开口与第一欧姆接触层131接触，所述第二电极162位于所述反射镜层150的表面，并且经由第二开口与第二欧姆接触层132接触，且第一电极161和第二电极162彼此分隔。
104.其中，所述介质层140包括但不限于氮化硅、氧化硅、氮氧化硅等绝缘介质材料。所述反射镜层150例如为sio2/tio2组成的dbr反射镜层，但不限于此。所述第一电极161和所述第二电极162的材料为钛、金、锡中的至少一种。
105.本实施例中，至少在所述引导层s和所述第一半导体层123中形成垂直于所述第一半导体层123表面的纳米孔阵列，以显著降低发光二极管的全反射效应，进而提高发光二极管的光提取效率。并且纳米孔阵列可以提供更大的n型欧姆接触面积，同时降低发光二极管的电压。纳米孔阵列还可以降低外延层中的压应力，缓解量子限制斯塔克效应(qcse)，进一步提升内量子效率，对实现高性能大功率倒装发光二极管的产业化具有十分重大的意义。
106.图2a至2g示出根据本发明第一实施例的发光二极管在制造过程中不同阶段的截面图，本实施例提供的制造方法是对整片晶圆进行操作的，附图仅仅示出一个芯片单元。
107.如图2a所示，在衬底110的表面上通过外延生长工艺制备外延层120、引导层s以及
阻挡层s0。
108.该步骤中，例如采用采用金属有机物化学气相沉积工艺在衬底110的表面上形成所述外延层120。在可替代的实施例中，还可以采用激光辅助分子束外延、激光溅射、或氢化物气相外延等工艺形成所述外延层120。
109.所述衬底110为异质衬底，包括ga2o3、sic、蓝宝石、zno、ligao2等透明单晶衬底。所述衬底110的表面还可以预沉积aln薄膜、baln薄膜、bn薄膜、石墨烯膜等。所述衬底110表面具有图形化结构，所述图形化结构的特征尺寸范围为数百纳米至数微米。所述衬底110的厚度为300微米到2毫米。
110.本实施例中，所述衬底110例如为蓝宝石衬底，蓝宝石衬底包含但不限于镜面或微米级/纳米级图形化蓝宝石衬底中的一种，其优选方案是微米级图形化蓝宝石。
111.所述外延层120可以是多晶或者单晶结构，包含以gan/ingan材料体系组成的往复连续递进式外延层中的一种，其优选的实施例是含不同in组分的ingan结构。
112.所述外延层120包括依次层叠的缓冲层121、非故意掺杂层122、第一半导体层123、多量子阱层124、电子阻挡层125和第二半导体层126。本实施例中，所述缓冲层121例如为氮化镓(gan)材料层，所述非故意掺杂层122例如为非故意掺杂的氮化镓(gan)材料层，所述第一半导体层123例如为第一掺杂类型(n型)的氮化镓(gan)材料层，所述多量子阱(mqw，multiple quantum well)层124包括至少一个周期的量子阱，对应波长范围为360nm～600nm；所述电子阻挡层125例如为第二掺杂类型(p型)的氮化铝镓(algan)材料层，所述第二半导体层126例如为第二掺杂类型(p型)的氮化镓(gan)材料层。其中，所述多量子阱层124例如由氮化铝镓(algan)、铝铟镓氮(alingan)、氮化铟镓(ingan)等材料所组成。所述外延层120的总厚度例如为5微米～10微米。
113.所述阻挡层s0位于所述外延层120中，具体位于所述第一半导体层123和所述多量子阱层124之间，所述阻挡层s0与所述第一半导体层123的掺杂类型相同，例如为n型掺杂。
114.所述引导层s位于所述外延层120中，具体位于所述第一半导体层123和所述阻挡层s0之间，所述引导层s与所述第一半导体层123的掺杂类型相同，例如为n型掺杂。
115.所述阻挡层s0为轻掺杂氮化镓(gan)材料层，具体地，所述引导层s例如进行硅掺杂，掺杂浓度为5x10
19
cm-3
～9x10
19
cm-3
。所述阻挡层s0的厚度例如为20nm～100nm。所述引导层s为重掺杂、低al组分的氮化铝镓(al
x
ga
1-x
n)材料层，具体地，所述引导层s例如进行硅掺杂，硅掺杂浓度范围为5x10
19
cm-3
～9x10
19
cm-3
。所述引导层s中al的组分含量x为0.05～0.15，例如为0.1。所述引导层s的厚度为5nm～15nm。
116.进一步地，采用电化学腐蚀对所述外延层120进行腐蚀，以至少在所述引导层s和所述第一半导体层123中形成纳米孔阵列。
117.该步骤中，将所述外延层120浸入酸性溶液中，对所述外延层120进行电化学腐蚀。其中，酸性溶液例如为浓硝酸和乙醇的混合溶液，在其他实施例中，酸性溶液还可以为浓硝酸、浓氢氟酸、浓氢氟酸和乙醇的混合溶液、浓硝酸和异丙醇的混合溶液、浓氢氟酸和异丙醇的混合溶液等。电化学腐蚀过程中，以所述外延层120(具体为所述外延层120中的第二半导体层126)和网状结构的金属电极连接在一起作为阳极，以铂电极作为阴极，对所述外延层120进行电化学腐蚀。电化学腐蚀的工作电压为10v～20v(例如为15v)，腐蚀时间为30秒～180秒(例如为60秒)。
118.由于所述阻挡层s0比所述第一半导体层123和引导层s的掺杂浓度低，在电化学腐蚀过程中，所述阻挡层s0作为电化学腐蚀的阻挡层，不会腐蚀所述多量子阱层124；引导层s的掺杂浓度较高，在引导层s的帮助下，在引导层s和第一半导体层123中形成垂直于所述第一半导体层123的表面，例如(0001)面的纳米孔阵列，以对发光二极管的出光进行调整。
119.所述纳米孔阵列垂直于所述衬底110的表面，所述纳米孔阵列至少位于所述引导层s以及所述第一半导体层123中，即从所述多量子阱层124到所述衬底110的方向上，所述纳米孔阵列至少贯穿所述引导层s，停止于所述第一半导体层123、所述非故意掺杂层122、所述缓冲层121中的任意一层。所述纳米孔阵列中纳米孔的特征尺寸为数纳米至数十纳米，具体地，所述纳米孔阵列中纳米孔的直径为10nm～70nm。
120.如图2b所示，在所述外延层120四周形成台阶。
121.该步骤中，例如采用光刻和干法刻蚀工艺在所述外延层120四周形成所述台阶。具体地，在所述外延层120(具体为第二半导体层126)的表面形成具有开口的抗蚀剂掩模，经由抗蚀剂掩模的开口依次对所述第二半导体层126、电子阻挡层125、多量子阱层124、阻挡层s0以及引导层s进行干法刻蚀，暴露出所述第一半导体层123的表面，以形成所述台阶。其中，台阶位于外延层120的四周边缘。
122.如图2c所示，在所述第二半导体层126的表面(台阶的上台阶面)形成第二欧姆接触层132，并且在第一半导体层123的表面(台阶的下台阶面)形成第一欧姆接触层131。
123.该步骤中，例如采用光刻和干法刻蚀在所述第二半导体层126的表面(台阶的上台阶面)形成第二欧姆接触层132，并进行高温退火，使得所述第二欧姆接触层132与所述第二半导体层126形成良好的欧姆接触。
124.进一步地，例如采用物理气相沉积、光刻和刻蚀工艺在第一半导体层123的表面(台阶的下台阶面)形成第一欧姆接触层131。位于第一半导体层123表面的第一欧姆接触层131与第一半导体层123形成良好的欧姆接触。其中，第一欧姆接触层131与台阶的侧壁之间存在间隙。
125.本实施例中，所述第二欧姆接触层132例如采用ito材料，厚度例如为100nm，但不限于此。所述第一欧姆接触层131例如包括铬、铝、钛、铂中的至少一种材料。
126.如图2d所示，在所述台阶的下台阶面、台阶侧壁、第一欧姆接触层131的表面和侧壁以及第二欧姆接触层132的表面和侧壁形成介质层140。
127.该步骤中，例如采用pecvd沉积工艺在上述半导体结构的表面沉积一层厚度例如为200纳米的介质层140。所述介质层140覆盖所述台阶的下台阶面、台阶侧壁、第一欧姆接触层131的表面和侧壁以及第二欧姆接触层132的表面和侧壁。所述介质层140包括但不限于氮化硅、氧化硅、氮氧化硅等绝缘介质。
128.如图2e所示，在所述介质层140的表面形成反射镜层150。其中，所述反射镜层150覆盖所述介质层140，所述反射镜层150例如为sio2/tio2组成的dbr反射镜层，但不限于此。
129.如图2f所示，刻蚀所述反射镜层150以及所述介质层140，形成贯穿所述反射镜层150以及所述介质层140的第一开口141以及第二开口142。
130.该步骤中，在所述反射镜层150以及所述介质层140中形成露出部分第一欧姆接触层131表面的第一开口141和露出部分第二欧姆接触层132表面的第二开口142。更进一步地，例如采用光刻和干法刻蚀工艺在所述反射镜层150以及所述介质层140中制备出和部分
第一欧姆接触层131连通的第一开口141以及和部分第二欧姆接触层132连通的第二开口142。
131.如图2g所示，形成第一电极161和第二电极162。
132.该步骤中，例如采用光刻和物理气相沉积工艺在反射镜层150上制备金属层。其中，填充第一开口141并与第一欧姆接触层131连接的金属层作为第一电极161，填充第二开口142并与第二欧姆接触层132连接的金属层作为第二电极162，且位于所述反射镜层150表面的第一电极161和第二电极162不接触。
133.其中，所述第一电极161和所述第二电极162的材料为钛、金、锡中的至少一种。
134.图3示出根据本发明第二实施例提供的发光二极管的截面示意图；如图3所示，发光二极管以倒装结构的gan基发光二极管为例进行说明，然而本发明并不限于此。
135.所述发光二极管包括衬底110、外延层120、阻挡层s0、引导层s、第一欧姆接触层131、第二欧姆接触层132、介质层140、反射镜层150、第一电极161以及第二电极162。
136.所述衬底110为异质衬底，包括ga2o3、sic、蓝宝石、zno、ligao2等透明单晶衬底。所述衬底110的表面还可以预沉积aln薄膜、baln薄膜、bn薄膜、石墨烯膜等。进一步地，所述衬底110的表面具有图形化结构，所述图形化结构的特征尺寸范围为数百纳米至数微米。所述衬底110的厚度为300微米到2毫米。
137.本实施例中，所述衬底110例如为蓝宝石衬底，蓝宝石衬底包含但不限于镜面或微米级/纳米级图形化蓝宝石衬底中的一种，其优选方案是镜面蓝宝石。
138.所述外延层120位于所述衬底110的表面，所述外延层120可以是多晶或者单晶结构，包含以gan/ingan材料体系组成的往复连续递进式外延层中的一种，其优选的实施例是含不同in组分的ingan结构。
139.所述外延层120包括依次层叠的缓冲层121、非故意掺杂层122、第一半导体层123、多量子阱层124、电子阻挡层125和第二半导体层126。本实施例中，所述缓冲层121例如为氮化镓(gan)材料层，所述非故意掺杂层122例如为非故意掺杂的氮化镓(gan)材料层，所述第一半导体层123例如为第一掺杂类型(n型)的氮化镓(gan)材料层，所述多量子阱(mqw，multiple quantum well)层125包括至少一个周期的量子阱，对应波长范围为360nm～600nm；所述电子阻挡层125例如为第二掺杂类型(p型)的氮化铝镓(algan)材料层，所述第二半导体层126例如为第二掺杂类型(p型)的氮化镓(gan)材料层。其中，所述多量子阱层124例如由氮化铝镓(algan)、铝铟镓氮(alingan)、氮化铟镓(ingan)等材料所组成。所述外延层120的总厚度例如为5微米～10微米。
140.所述阻挡层s0位于所述外延层120中，具体位于所述第一半导体层123和所述多量子阱层124之间，所述阻挡层s0与所述第一半导体层123的掺杂类型相同，例如为n型掺杂。
141.所述引导层s位于所述外延层120中，具体位于所述第一半导体层123和所述阻挡层s0之间，所述引导层s与所述第一半导体层123的掺杂类型相同，例如为n型掺杂。
142.所述阻挡层s0为轻掺杂氮化镓(gan)材料层，具体地，所述引导层s例如进行硅掺杂，掺杂浓度为5x10
19
cm-3
～9x10
19
cm-3
。所述阻挡层s0的厚度例如为20nm～100nm。所述引导层s为重掺杂、低al组分的氮化铝镓(al
x
ga
1-x
n)材料层，具体地，所述引导层s例如进行硅掺杂，硅掺杂浓度范围为5x10
19
cm-3
～9x10
19
cm-3
。所述引导层s中al的组分含量x为0.05～0.15，例如为0.1。所述引导层s的厚度为5nm～15nm。
143.所述外延层120中具有纳米孔阵列，所述纳米孔阵列垂直于所述衬底110的表面，所述纳米孔阵列至少位于所述引导层s以及所述第一半导体层123中，即从所述多量子阱层124到所述衬底110的方向上，所述纳米孔阵列至少贯穿所述引导层s，停止于所述第一半导体层123、所述非故意掺杂层122、所述缓冲层121中的任意一层。所述纳米孔阵列中纳米孔的特征尺寸为数纳米至数十纳米，具体地，所述纳米孔阵列中纳米孔的直径为10nm～70nm。
144.所述外延层120中具有至少一个通孔，所述通孔依次贯穿第二半导体层126、电子阻挡层125、多量子阱层124、阻挡层s0以及引导层s，并露出第一半导体层123的表面。
145.所述第一欧姆接触层131位于通孔暴露出来的所述第一半导体层123的表面，与所述第一半导体层123欧姆接触，并且所述第一欧姆接触层131与通孔的侧壁之间存在间隙。所述第二欧姆接触层132位于所述第二半导体层126层的表面，与所述第二半导体层126欧姆接触。
146.其中，所述第一欧姆接触层131例如包括铬、铝、钛、铂中的至少一种材料，所述第二欧姆接触层132例如采用ito材料，但不限于此。
147.所述反射镜层150位于所述第二欧姆接触层132的表面，所述反射镜层150例如为金属反射镜，材质例如为ag、ti、w中的至少一种，所述反射镜层150还可以为dbr或odr反射镜层，但不限于此。
148.所述介质层140覆盖所述反射镜层150的表面和侧壁、所述第二欧姆接触层132的侧壁和所述通孔的侧壁，所述介质层140中具有第一开口以及第二开口，所述第一开口暴露出所述通孔1201底部的第一欧姆接触层131，所述第二开口暴露出所述反射镜层150的部分表面。其中，所述介质层140包括但不限于氮化硅、氧化硅、氮氧化硅等绝缘介质。
149.所述第一电极161位于所述介质层140的表面，并且经由第一开口与第一欧姆接触层131接触，所述第二电极162位于所述介质层140的表面，并且经由第二开口与反射镜层150接触，且第一电极161和第二电极162彼此分隔。所述第一电极161和所述第二电极162的材料为钛、金、锡中的至少一种。
150.图4a至4g示出根据本发明第二实施例的发光二极管在制造过程中不同阶段的截面图，本实施例提供的制造方法是对整片晶圆进行操作的，附图仅仅示出一个芯片单元。
151.如图4a所示，在衬底110的表面上通过外延生长工艺制备外延层120以及阻挡层s0。
152.该步骤中，例如采用采用金属有机物化学气相沉积工艺在衬底110的表面上形成所述外延层120。在可替代的实施例中，还可以采用激光辅助分子束外延、激光溅射、或氢化物气相外延等工艺形成所述外延层120。
153.所述衬底110为异质衬底，包括ga2o3、sic、蓝宝石、zno、ligao2等透明单晶衬底。所述衬底110的表面还可以预沉积aln薄膜、baln薄膜、bn薄膜、石墨烯膜等。进一步地，所述衬底110表面具有图形化结构，所述图形化结构的特征尺寸范围为数百纳米至数微米。所述衬底110的厚度为300微米到2毫米。在本实施例中，所述衬底110例如为蓝宝石衬底，蓝宝石衬底包含但不限于镜面或微米级/纳米级图形化蓝宝石衬底中的一种，其优选方案是镜面蓝宝石。
154.所述外延层120可以是多晶或者单晶结构，包含以gan/ingan材料体系组成的往复连续递进式外延层中的一种，其优选的实施例是含不同in组分的ingan结构。
155.所述外延层120包括依次层叠的缓冲层121、非故意掺杂层122、第一半导体层123、多量子阱层124、电子阻挡层125和第二半导体层126。本实施例中，所述缓冲层121例如为氮化镓(gan)材料层，所述非故意掺杂层122例如为非故意掺杂的氮化镓(gan)材料层，所述第一半导体层123例如为第一掺杂类型(n型)的氮化镓(gan)材料层，所述多量子阱(mqw，multiple quantum well)层125包括至少一个周期的量子阱，对应波长范围为360nm～600nm；所述电子阻挡层125例如为第二掺杂类型(p型)的氮化铝镓(algan)材料层，所述第二半导体层126例如为第二掺杂类型(p型)的氮化镓(gan)材料层。其中，mqw多量子阱结构例如由氮化铝镓(algan)、铝铟镓氮(alingan)、氮化铟镓(ingan)等材料所组成。所述外延层120的总厚度例如为5微米～10微米。
156.所述阻挡层s0位于所述外延层120中，具体位于所述第一半导体层123和所述多量子阱层124之间，所述阻挡层s0与所述第一半导体层123的掺杂类型相同，例如为n型掺杂。
157.所述引导层s位于所述外延层120中，具体位于所述第一半导体层123和所述阻挡层s0之间，所述引导层s与所述第一半导体层123的掺杂类型相同，例如为n型掺杂。
158.所述阻挡层s0为轻掺杂氮化镓(gan)材料层，具体地，所述引导层s例如进行硅掺杂，掺杂浓度为5x10
19
cm-3
～9x10
19
cm-3
。所述阻挡层s0的厚度例如为20nm～100nm。所述引导层s为重掺杂、低al组分的氮化铝镓(al
x
ga
1-x
n)材料层，具体地，所述引导层s例如进行硅掺杂，硅掺杂浓度范围为5x10
19
cm-3
～9x10
19
cm-3
。所述引导层s中al的组分含量x为0.05～0.15，例如为0.1。所述引导层s的厚度为5nm～15nm。
159.如图4b所示，在所述第二半导体层126的表面形成多个相互分离的保护层170。其中，所述保护层170覆盖的区域在后续被刻蚀形成通孔1201。本实施例中，所述保护层170的材料例如为氧化硅(sio2)。
160.进一步地，采用电化学腐蚀腐蚀所述外延层120，以至少在所述引导层s和第一半导体层123中形成纳米孔阵列。
161.该步骤中，将所述外延层120浸入酸性溶液中，对所述外延层120进行电化学腐蚀。其中，酸性溶液例如为浓氢氟酸和乙醇的混合溶液，在其他实施例中，酸性溶液还可以为浓硝酸、浓氢氟酸、浓硝酸和乙醇的混合溶液。电化学腐蚀过程中，以所述外延层120(具体为所述外延层120中的第二半导体层126)和网状结构的金属电极连接在一起作为阳极，以铂电极作为阴极，对所述外延层120进行电化学腐蚀。电化学腐蚀的工作电压为10v～20v(例如为15v)，腐蚀时间为30秒～180秒(例如为60秒)。在电化学腐蚀之后，去除所述保护层170。
162.由于所述阻挡层s0比所述第一半导体层123和引导层s的掺杂浓度低，在电化学腐蚀过程中，所述阻挡层s0作为电化学腐蚀的阻挡层，不会腐蚀所述多量子阱层124；引导层s的掺杂浓度较高，在引导层s的帮助下，在引导层s和第一半导体层123中形成垂直于所述第一半导体层123的表面，例如(0001)面的纳米孔阵列，以对发光二极管的出光进行调整。
163.所述纳米孔阵列垂直于所述衬底110的表面，所述纳米孔阵列至少位于所述引导层s以及所述第一半导体层123中，即从所述多量子阱层124到所述衬底110的方向上，所述纳米孔阵列至少贯穿所述引导层s，停止于所述第一半导体层123、所述非故意掺杂层122、所述缓冲层121中的任意一层。所述纳米孔阵列中纳米孔的特征尺寸为数纳米至数十纳米，具体地，所述纳米孔阵列中纳米孔的直径为10nm～70nm。
164.如图4c所示，在所述外延层120中形成通孔1201。
165.该步骤中，例如采用光刻和干法刻蚀工艺在所述外延层120中形成至少一个所述通孔1201。具体地，在所述外延层120(具体为第二半导体层126)的表面形成具有开口的抗蚀剂掩模，经由抗蚀剂掩模的开口依次对所述第二半导体层126、电子阻挡层125、多量子阱层124、阻挡层s0以及引导层s进行干法刻蚀，暴露出所述第一半导体层123的表面，以形成所述通孔1201。
166.如图4d所示，在所述通孔1201中的第一半导体层123的表面形成第一欧姆接触层131以及在所述第二半导体层126的表面形成第二欧姆接触层132以及反射镜层150。
167.该步骤中，例如采用光刻和干法刻蚀在所述第二半导体层126的表面形成第二欧姆接触层132，并进行高温退火，使得所述第二欧姆接触层132与所述第二半导体层126形成良好的欧姆接触。之后在所述第二欧姆接触层132上形成所述反射镜层150。
168.进一步地，在所述通孔1201暴露出来的第一半导体层123的表面形成第一欧姆接触层131。
169.该步骤中，例如采用物理气相沉积以及光刻和刻蚀工艺在所述通孔1201暴露出来的第一半导体层123的表面形成第一欧姆接触层131。位于第一半导体层123表面的第一欧姆接触层131与第一半导体层123形成良好的欧姆接触。其中，第一欧姆接触层131与所述通孔1201的侧壁之间存在间隙。
170.本实施例中，所述第二欧姆接触层132例如采用ito材料，厚度例如为10nm，但不限于此。所述反射镜层150的材料例如为银、钛、钨中的至少一种，但不限于此。所述第一欧姆接触层131的材料例如包括铬、铝、钛、铂中的至少一种。
171.如图4e所示，形成介质层140。
172.该步骤中，例如采用pecvd沉积工艺在上述半导体结构的表面沉积一层厚度例如为1微米的介质层140。所述介质层140位于所述反射镜层150的表面，并且填充所述通孔1201。所述介质层140包括但不限于氮化硅、氧化硅、氮氧化硅等绝缘介质。
173.如图4f所示，刻蚀所述介质层140，形成贯穿所述介质层140的第一开口141以及第二开口142。
174.该步骤中，例如采用光刻和干法刻蚀工艺在所述介质层140中形成露出部分第一欧姆接触层131表面的第一开口141和露出部分反射镜层150表面的第二开口142。
175.如图4g所示，形成第一电极161和第二电极162。
176.该步骤中，例如采用光刻和物理气相沉积工艺在介质层140上制备金属层。其中，填充第一开口141并与第一欧姆接触层131连接的金属层作为第一电极161，填充第二开口142并与反射镜层150连接的金属层作为第二电极162，且位于所述介质层140表面的第一电极161和第二电极162不接触。
177.其中，所述第一电极161和所述第二电极162的材料为钛、金、锡中的至少一种。
178.本发明提供的发光二极管及其制造方法，在所述第一半导体层和所述多量子阱层之间设置引导层和阻挡层，所述阻挡层作为电化学腐蚀的阻挡层，对所述多量子阱层进行保护，使得不会对多量子阱层进行电化学腐蚀；所述引导层作为电化学腐蚀的引导层，使得所述引导层和第一半导体层中形成垂直于所述第一半导体层表面的纳米孔阵列，以对发光二极管的出光进行调整。
179.所述纳米孔阵列垂直于所述第一半导体层的表面，至少位于所述引导层以及所述第一半导体层中，以显著降低发光二极管的全反射效应，进而提高发光二极管的光提取效率。
180.进一步地，纳米孔阵列可以提供更大的n型欧姆接触面积，同时降低发光二极管的电压。
181.进一步地，纳米孔阵列可以降低外延层中的压应力，缓解量子限制斯塔克效应(qcse)，进一步提升内量子效率，对实现高性能大功率倒装发光二极管的产业化具有十分重大的意义。
182.进一步地，阻挡层相较于所述第一半导体层和引导层具有更低的掺杂浓度，以在电化学腐蚀过程中作为电化学腐蚀的阻挡层，不会腐蚀所述多量子阱层；引导层的掺杂浓度较高，在引导层的帮助下，在引导层和第一半导体层中形成垂直于其表面的纳米孔阵列。
183.依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。