一种集成多孔状反射层的发光二极管的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及发光二极管技术领域，尤其是指一种集成多孔状反射层的发光二极管。
【背景技术】
[0002]发光二极管(LED)的发展与半导体光电技术、照明光源技术的发展紧密相关。随着LED应用领域的不断扩展，人们对LED芯片的性能也提出了越来越高的要求。为了提高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层(DBR)，从而把射向芯片底部的光反射回芯片的顶部。在四元系AlGaInP LED芯片中，由于AlAs和GaAs的折射率差较大(Δη = 0.53)，两者之间晶格匹配，并且导电性优异，因此可以通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)直接外延生长AlAs/GaAs DBR。而在GaN LED芯片中，AlN和GaN的折射率差Δ n只有
0.35，其所组成的AlN/GaN DBR的反射带宽较窄。并且AlN和GaN两者之间有2.5%的晶格失配，难以通过MOCVD直接外延生长高质量的AlN/GaN DBR。此外，由于AlN的导电性较差，直接在外延层中插入AlN/GaN DBR会造成LED芯片的工作电压升高。由于AlN/GaN DBR的上述缺点，在GaN LED中不适合直接外延生长AlN/GaN DBR。
[0003]传统做法是在衬底的背面通过电子束蒸镀的方式制作Si02/Ti02DBR。如图1所示，在衬底10上依次设置低温缓冲层20、高温缓冲层30、N型掺杂层40、有源层50、电子阻挡层60、P型接触层70，透明导电80 W型电极901设置在透明导电层80的正面，N型电极902设置在N型掺杂层40的正面。Si02/Ti02DBR 100制作于衬底10的背面。
[0004]由于S12和T12均为绝缘介质，若将Si02/Ti02DBR直接集成在垂直结构的LED芯片中，会阻碍电流的垂直流动，造成芯片工作电压异常升高，因此Si02/Ti02DBR难以在垂直结构的LED芯片中使用，目前绝大部分应用于水平结构的LED芯片中。此外，Si02/Ti02DBR与衬底的粘附性较差。若衬底清洁不够彻底，很容易造成S i 02/T i O2DBR脱落，影响LED芯片的性會K。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种集成多孔状反射层的发光二极管，多孔状反射层可以提高LED芯片的外量子效率，且可适用于垂直结构LED芯片，而不会对LED芯片的工作电压造成影响。
[0006]为达成上述目的，本发明解决方案为:
[0007]—种集成多孔状反射层的发光二极管，在衬底上依次生成低温缓冲层、高温缓冲层、多孔状反射层、N型掺杂层、有源层、电子阻挡层、P型接触层及透明导电层，P电极设置在透明导电层上，衬底为绝缘衬底时，N电极设置在N型掺杂层上，衬底为导电衬底时，N电极设置在衬底背面;多孔状反射层的组成材料为N型GaN，由具有多孔状结构的N型轻掺层与N型重掺层交替层叠组成。
[0008]进一步，N型掺杂层的掺杂浓度N^N型轻掺层的掺杂浓度N2、N型重掺层的掺杂浓度N3,满足关系式Ni<N2<N3。
[0009]进一步，N型轻掺层的掺杂浓度N2的范围为I X 117Cnf3-1 X 1019cnf3。
[0010]进一步，N型轻掺层的掺杂浓度N2的范围为5 X 1017cm—3_2 X 118Cnf3。
[0011]进一步，N型重掺层的掺杂浓度N3的范围为I X 119Cnf3-1 X 1021cnf3。
[0012]进一步，N型重掺层的掺杂浓度N3的范围为5 X 1019cm—3_2 X 102Qcnf3。
[0013]进一步，N型轻掺层与N型重掺层中孔的直径为0-100nm。
[0014]进一步，N型轻掺层与N型重掺层中孔的直径为0_50nm。
[0015]进一步，N型轻掺层和N型重掺层的厚度d满足d= A/4neff，其中λ为有源区所发出光的波长，η#为N型轻掺层或N型重掺层的有效折射率。
[0016]进一步，与高温缓冲层接触的为N型轻掺层，与N型掺杂层接触的为N型重掺层;或者与高温缓冲层接触的为N型重掺层，与N型掺杂层接触的为N型轻掺层;或者与高温缓冲层接触的为N型轻掺层，与N型掺杂层接触的也为N型轻掺层;或者与高温缓冲层接触的为N型重掺层，与N型掺杂层接触的也为N型重掺层。
[0017]—种集成多孔状反射层的发光二极管制作方法，包括以下步骤:
[0018]一，使用MOCVD在衬底上依次生长低温缓冲层、高温缓冲层、交替层叠的N型轻掺层与N型重掺层、N型掺杂层、有源层、电子阻挡层、P型接触层;所述低温缓冲层、高温缓冲层、交替层叠的N型轻掺层与N型重掺层、N型掺杂层、有源层、电子阻挡层、P型接触层构成外延层；
[0019]二，在外延层上通过电子束蒸发或者溅射镀膜的方式制作透明导电层；
[0020]三，经过标准的光刻过程，在透明导电层上定义出切割道；
[0021]四，使用ICP腐蚀切割道，直到切割道处的透明导电层和外延层被完全腐蚀，暴露出切割道处的衬底；
[0022]五，将暴露出切割道的外延片完全浸没在酸性电解液中，并向外延片施加正向偏压，对外延片进行电化学腐蚀，将交替层叠的N型轻掺层与N型重掺层制作成多孔状反射层；
[0023]六，若衬底为绝缘衬底，则经过标准的光刻过程，在透明导电层上定义出台面，然后使用ICP刻蚀出台面，再在透明导电层上制作P电极，在N型掺杂层上制作N电极;若衬底为导电衬底，则直接在透明导电层上制作P电极，在导电衬底的背面制作N电极；
[0024]七，将外延片切割成独立的发光二极管器件。
[0025]进一步，N型掺杂层的掺杂浓度N1、N型轻掺层的掺杂浓度N2、N型重掺层的掺杂浓度N3,满足关系式Ni<N2<N3。
[0026]进一步，N型轻掺层的掺杂浓度N2的范围为I X 117Cnf3-1 X 1019cnf3。
[0027]进一步，N型轻掺层的掺杂浓度N2的范围为5 X 1017cm—3_2 X 1018cm—3。
[0028]进一步，N型重掺层的掺杂浓度N3的范围为I X 119Cnf3-1 X 1021cnf3。
[0029]进一步，N型重掺层的掺杂浓度N3的范围为5 X 1019cm—3_2 X 102Qcnf3。
[0030]采用上述方案后，本发明将N型轻掺层和N型重掺层腐蚀成多孔状结构，具有该多孔状结构的N型轻掺层与N型重掺层交替层叠组成多孔状反射层。多孔状反射层的组成材料均为N型GaN，因此可以通过MOCVD外延生长直接集成在GaN LED的外延层中。并且多孔状反射层还具有良好的导电性，可以集成在垂直结构的LED芯片中而不会对LED芯片的工作电压造成负面影响。
[0031]在MOCVD生长完成LED外延层后，通过电子束蒸发或者溅射镀膜的方式制作透明导电层。经过标准的光刻过程，在透明导电层上定义出切割道。然后使用电感耦合等离子体(ICP)腐蚀切割道，直到切割道处的透明导电层和外延层被完全腐蚀，暴露出切割道处的衬底。
[0032]接着将暴露出切割道的外延片完全浸没在酸性电解液中，并向外延片施加正向偏压，对外延片进行电化学腐蚀。在电化学腐蚀的过程中，N型掺杂层、N型轻掺层和N型重掺层会被表面反型层(surface invers1n layer)的空穴所氧化，形成镓氧化物。该镓氧化物随即溶解于酸性电解液中，剩下的未被氧化的部分则形成多孔状结构。电化学腐蚀的速率取决于外加正向偏压的大小以及外延层的电导率。在一定的外加正向偏压下，外延层的电导率越高，也即其掺杂浓度越高，则电化学腐蚀的速率越快，所形成的孔的直径也越大。通过控制N型掺杂层的掺杂浓度Λ、Ν型轻掺层的掺杂浓度N2、N型重掺层的掺杂浓度N3,可以使N型掺杂层在电化学腐蚀的过程中不被氧化并腐蚀，而N型轻掺层和N型重掺层则分别形成直径不同的多孔状结构。
[0033]为了达到上述目的，所述N型掺杂层的掺杂浓度N1、N型轻掺层的掺杂浓度N2、N型重掺层的掺杂浓度N3，需满足关系式N1 <N2 <N3。其中，N型轻掺层的掺杂浓度N2的范围为I X1017cm—3-l X 1019011—3。优选地4型轻掺层的掺杂浓度他的范围为5\1017011—3-2\1018011—3』型重掺层的掺杂浓度N3的范围为I X 119Cnf3-1 X 121Cnf3。优选地，N型重掺层的掺杂浓度N3的范围为5X1019cm—3-2Χ102%ι—3。形成于N型轻掺层和N型重掺层中的孔的平均直径的范围为0-100nm。优选地，孔的平均直径的范围为0-50nm。
[0034]含有孔洞的N型轻掺层或N型重掺层的有效折射率可以表示为η(^=[(1-Χ)η(^2+xrw2]1/2，其中nCaN是GaN的折射率，nair是空气的折射率，X是孔洞所占的体积比。由于N型轻掺层与N型重掺层中孔的直径大小不同，孔洞所占的体积比也不同，因此N型轻掺层与N型重掺层具有不同的有效折射率。所述具有不同有效折射率的多孔状结构的N型轻掺层与N型重掺层交替层叠，组成多孔状反射层。为了使多孔状反射层能够反射从有源区所发出的光，所述N型轻掺层和N型重掺层的厚度需满足关系式d = A/4nrff，其中λ为LED有源区所发出的光的波长，η#为N型轻掺层或N型重掺层的有效折射率。
【附图说明】
[0035]图1是现有技术发光二极管的结构示意图；
[0036]图2是本发明第一实施例结构示意图；
[0037]图3是本发明第二实施例结构示意图；
[0038]图4是本发明第三实施例结构示意图；
[0039]图5是本发明第四实施例结构示意图；
[0040]图6是本发明第五实施例结构示意图；
[0041 ]图7是本发明第六实施例结构示意图；
[0042]图8是本发明第七实施例结构示意图；
[0043]图9是本发明第八实施例结构示意图。
[0044]标号说明
[0045]衬底10低温缓冲层20
[0046]高温缓冲层30N型掺杂层40
[0047]有源层50电子阻挡层60
[0048]P型接触层70透明导电层80
[0049]P型电极901N型电极902
[0050]Si02/Ti02 DBR 100
[0051]衬底IN电极11
[0052]低温缓冲层2高温缓冲层3
[0053]多孔状反射层4N型轻掺层41
[0054]N型重掺层42N型掺杂层5
[0055]N电极51有源层6
[0056]电子阻挡层7P型接触层8
[0057]透明导电层9P电极91
【具体实施方式】
[0058]以下结合附图及具体实施例对本发明做详细描述。
[0059]参阅图2所示，本发明揭示的一种集成多孔状反射层的发光二极管，在衬底I上依次生成低温缓冲层2、高温缓冲层3、多孔状反射层4、N型掺杂层5、有源层6、电子阻挡层7、P型接触层8及透明导电