专利名称：发光二极管及其制造方法
技术领域：
发明涉及半导体发光领域，特别是涉及一种发光二极管及其制造方法。
背景技术：
发光二极管(LED，Light Emitting Diode)由于具有寿命长、耗能低等优点，应用于各种领域，尤其随着其照明性能指标日益大幅提高，LED在照明领域常用作发光装置。其中，以氮化镓(GaN)为代表的III-V族化合物半导体由于具有带隙宽、发光效率高、电子饱和漂移速度高、化学性质稳定等特点，在高亮度蓝光发光二极管、蓝光激光器等光电子器件领域有着巨大的应用潜力，引起了人们的广泛关注。然而，目前半导体发光二极管存在着发光效率低的问题。对于普通的未经封装的发光二极管，其出光效率一般只有百分之几，大量的能量聚集在器件内部不能出射，既造成能量浪费，又影响器件的使用寿命。因此，提高半导体发光二极管的出光效率至关重要。基于上述的应用需求，许多种提高发光二极管出光效率的方法被应用到器件结构中，例如表面粗糙化法，金属反射镜结构等。CN 1858918A公开了一种全角度反射镜结构 GaN基发光二极管及其制作方法。参考图1，所述发光二极管包括衬底1、生长在衬底1上的全角度反射镜4、以及制作在全角度反射镜4上的GaN LED芯片13。所述GaN LED芯片 13包括硅衬底5、η型GaN层6、有源区量子阱层7、P型GaN层8、P型电极9、P型焊盘 10,η型电极11、η型焊盘12 ；其中，所述全角度反射镜4生长在衬底1上，其是由高折射率层3和低折射率层2堆叠排列成的，高折射率层3与硅衬底5接触，低折射率层2和衬底1 接触，高折射率层的折射率ηΗ >低折射率层的折射率& >蓝宝石材料的折射率η，且满足
sin-1 < tan1 ，其中，n、％、nL为折射率。该专利通过在发光二极管下表面形成全角度 ηΗηΗ
反射镜结构，可以将GaN材料所发光在全角度范围内以高反射率向上反射，来提高发光二极管的出光效率。然而，该发光二极管制造方法需要在衬底上形成多层由高折射率层与低折射率层堆叠而成的薄膜结构，制作工艺非常复杂，制作成本较高。
发明内容
本发明提供一种发光二极管及其制造方法，以解决现有的发光二极管出光效率低的问题。为解决上述技术问题，本发明提供一种发光二极管，包括衬底；位于所述衬底上的缓冲层、η型半导体层、有源层以及ρ型半导体层；还包括形成于所述ρ型半导体层上的粗化层，所述粗化层包括η型掺杂IniUGaN层、ρ型掺杂IniUGaN层或ρ/η共掺的IniUGaN层中的一种或其组合，所述η型掺杂IniUGaN层、ρ型掺杂IniUGaN层以及ρ/η共掺的IniUGaN 层具有粗化表面。进一步的，在所述的发光二极管中，所述η型掺杂IniUGaN层为掺Si的IniUGaN层。
进一步的，在所述的发光二极管中，所述ρ型掺杂InAKiaN层为掺Mg的InAKiaN层。本发明还提供一种发光二极管制造方法，包括在衬底上依次形成缓冲层、η型半导体层、有源层以及P型半导体层；利用MOCVD工艺在所述P型半导体层上形成粗化层，所述粗化层包括η型掺杂IniUGaN层、ρ型掺杂IniUGaN层以及ρ/η共掺的IniUGaN层中的一种或其组合，所述η型掺杂InAKkiN层、ρ型掺杂InAKkiN层以及ρ/η共掺的InAKkiN层均具有粗化表面；其中，所述MOCVD工艺的温度为600 900°C，腔体压力为100 800mba。进一步的，在所述的发光二极管制造方法中，所述MOCVD工艺采用N2和/或H2作为载气。进一步的，在所述的发光二极管制造方法中，所述η型掺杂InAKiaN层为掺Si的 InAlGaN 层。进一步的，在所述的发光二极管制造方法中，所述ρ型掺杂InAKiaN层为掺Mg的 InAlGaN 层。进一步的，在所述的发光二极管制造方法中，所述缓冲层、η型半导体层、有源层、ρ 型半导体层以及粗化层是在同一腔室内形成的。由于采用了以上技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明在ρ型半导体层上形成粗化层，所述粗化层包括η型掺杂InMGaN层、ρ型掺杂InAKkiN层或ρ/η共掺的InAKkiN层中的一种或其组合，所述η型掺杂InAKkiN层、ρ 型掺杂InAKiaN层以及ρ/η共掺的InAKiaN层具有粗化表面，所述粗化表面可以有效地减少全反射，大部分光线可以直接射出，提高发光二极管的外量子效率，提高发光二极管的光利用率和亮度，并可减少材料结温，有利于提高发光二极管的寿命；此外，粗化层材料的电导率相对较高，不会对于整体结构的电压造成影响。进一步的，所述粗化层、缓冲层、η型半导体层、有源层和ρ型半导体层均可利用 MOCVD工艺形成，在同一腔室内形成上述膜层，有利于提高生产效率。
图1是现有技术的发光二极管的剖面示意图；图2为本发明实施例的发光二极管的剖面示意图；图3为本发明实施例的衬底表面处理方法的流程示意图。
具体实施例方式本发明的核心思想在于，提供一种发光二极管及其制造方法，所述发光二极管在ρ 型半导体层上形成粗化层，所述粗化层包括η型掺杂InMGaN层、ρ型掺杂InMGaN层或p/ η共掺的IniUGaN层中的一种或其组合，所述η型掺杂IniUGaN层、ρ型掺杂IniUGaN层以及Ρ/η共掺的InMGaN层具有粗化表面，所述粗化表面可以有效地减少全反射，大部分光线可以直接射出，提高发光二极管的外量子效率，从而提高发光二极管的光利用率和亮度；并且，可减少材料结温，有利于提高发光二极管的寿命；此外，材料的电导率相对较高，不会对于整体结构的电压造成影响。请参考图2，其为本发明实施例的发光二极管的剖面示意图，所述发光二极管为氮化镓基的蓝光二极管。如图2所示，所述发光二极管包括衬底200 ；位于所述衬底200上的缓冲层210、η型半导体层220、有源层230以及ρ型半导体层MO ；所述发光二极管还包括形成于所述P型半导体层240上的粗化层，所述粗化层包括η型掺杂InMGaN层、ρ型掺杂InAKkiN层或ρ/η共掺的InAKkiN层中的一种或其组合，所述η型掺杂InAKkiN层、ρ型掺杂IniUGaN层以及ρ/η共掺的IniUGaN层具有粗化表面。在本发明的一个具体实施例中，所述粗化层由两层ρ型掺杂IniUGaN层251和两层η型掺杂IniUGaN层252交替构成，ρ型掺杂IniUGaN层251与ρ型半导体层240相接触。其中，所述P型掺杂IniUGaN层251为掺Mg的IniUGaN层，所述η型掺杂IniUGaN层 252 为掺 Si 的 InAlGaN 层。在本发明的其它具体实施例中，所述粗化层也可仅由一层或多层ρ型掺杂 InAlGaN层构成，或者仅由一层或多层η型掺杂IniUGaN层构成，或者ρ型掺杂IniUGaN层与η型掺杂IniUGaN层以其它不规律的方式交叠构成，例如ρ型掺杂IniUGaN层与η型掺杂InAKkiN层之间的厚度可以相同也可以不相同。此外，所述ρ型掺杂InAKkiN层251也可掺杂除Mg外的其它ρ型杂质离子，同样，所述η型掺杂InMGaN层252也可以是掺杂了除Si外的其它η型杂质离子。请参考图3，其为本发明实施例的发光二极管制造方法的流程图，结合图2，该发光二极管制造方法包括以下步骤步骤S300，在衬底200上依次形成缓冲层210、η型半导体层220、有源层230以及
P型半导体层Mo。所述衬底200的材料可以为蓝宝石、碳化硅(SiC)、硅、氧化锌(ZnO)、砷化镓 (GaAs)、尖晶石(MgAL2O4),以及晶格常数接近氮化物半导体的单晶氮化物。此外，当所述衬底200为硅衬底时，所述衬底200还可通过离子植入(ion implant)的方式加入η型杂质
1 子。所述缓冲层210覆盖所述衬底200，用于缓和所述η型半导体层220与所述衬底 200之间的晶格常数失配。所述缓冲层200的厚度通常为数百埃，材料通常为氮化镓或者氮化铝(AlN)，优选的，当所述衬底200为硅衬底时，所述缓冲层210为氮化铝层。当然，如果所述衬底200的材料为晶格常数非常接近氮化物半导体的碳化硅或者氧化锌，则可省略所述缓冲层210。本发明的发光二极管为双异质结构的发光二极管，双异质结构的发光二极管比同质结构或者单异质结构有很多优点，可以更有效的载流子限制，从而导致更有效的载流子复合，使得发光二极管的发光更亮。本发明的发光二极管的双异质结构包括η型半导体层 220、有源层230以及ρ型半导体层Μ0。所述η型半导体层220可以为η型氮化物半导体层，具体的所述η型半导体层220 可以为η型掺杂氮化镓层或者η型掺杂的氮化铟镓层或者η型掺杂的氮化铝镓 AlyGai_yN层，其中χ表示铟的摩尔份数，y表示铝的摩尔份数，0 < χ < 1，0 < y < 1。所述ρ型半导体层240可以为ρ型氮化物半导体层，具体的所述ρ型半导体层240 可以为P型掺杂氮化镓层或者P型掺杂的氮化铟镓Mx^vxN层或者P型掺杂的氮化铝镓 AlyGai_yN层，其中χ表示铟的摩尔份数，y表示铝的摩尔份数，0 < χ < 1，0 < y < 1。所述有源层230可以为氮化镓层或者氮化铟镓层或者氮化铝镓层。由于所述η型
5半导体层220与ρ型半导体层MO的掺杂类型相反，η型半导体层220通过外部电压驱动使电子漂移，P型半导体层240通过外部电压驱动使空穴漂移，所述电子和空穴在所述有源层230中结合，从而使得所述有源层230发光。其中，所述缓冲层210、η型半导体层220、有源层230以及ρ型半导体层240可以采用现有技术的制备方法形成，例如，采用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)的方法形成，在此不再赘述具体的工艺条件，但是本领域技术人员应是知晓的。步骤S310，利用MOCVD工艺在所述ρ型半导体层240上形成粗化层，所述粗化层包括η型掺杂IniUGaN层、ρ型掺杂IniUGaN层以及ρ/η共掺的IniUGaN层中的一种或其组合，所述η型掺杂IniUGaN层、ρ型掺杂IniUGaN层以及ρ/η共掺的IniUGaN层均具有粗化表面。其中，形成所述粗化层时，所述MOCVD工艺的温度为600 900°C，腔体压力为 100 800mba，该温度和腔体压力下，即可保证能够发生反应从而生长薄膜，同时由于所述温度较低且腔室压力较高，因此在发生反应时原子的能量较低，原子扩散的速度较慢，因此形成的薄膜的表面会凹凸不平(即形成了粗化表面)。可选的，形成所述粗化层时，所述MOCVD工艺采用N2和/或H2作为载气，以载入含有In、Al、Ga、Mg的MO源和N源作为反应气体进入反应腔室内进行反应。当然，本发明并不限定载气的流量和种类，例如所述载气也可以是其它惰性气体。在本实施例中，所述MOCVD 工艺的h源例如是三甲基铟(TMIn)或三乙基铟(TEh)，A1源例如是三甲基铝(TMAl)，fei 源例如是三甲基镓(TMGa)或三乙基镓(TEGa)，N源例如是NH3, ρ型掺杂剂例如是二茂镁 (Cp2Mg), η型掺杂剂例如是硅烷(SiH4),衬底例如是(0001)晶向的蓝宝石衬底(Al2O3) 当然，上述描述并不用于限定本发明，本领域技术人员可根据MOCVD机台的实际情况，相应的调整反应气体的种类和流量，只要满足上述温度和腔体压力条件即可形成粗化层。进一步的，由于缓冲层210、η型半导体层220、有源层230、ρ型半导体层MO以及粗化层均可利用MOCVD工艺形成，优选在同一腔室内形成上述膜层，有利于提高生产效率。 只需更换不同的工艺程序(控制不同的反应气体和气体流量)，制作工艺比较简单。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种发光二极管，包括衬底；位于所述衬底上的缓冲层、η型半导体层、有源层以及ρ型半导体层；其特征在于，还包括形成于所述P型半导体层上的粗化层，所述粗化层包括η型掺杂 IniUGaN层、ρ型掺杂IniUGaN层或ρ/η共掺的IniUGaN层中的一种或其组合，所述η型掺杂IniUGaN层、ρ型掺杂IniUGaN层以及ρ/η共掺的IniUGaN层均具有粗化表面。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述η型掺杂InAKiaN层为掺Si的 InAlGaN 层。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述P型掺杂InMGaN层为掺Mg的 InAlGaN 层。
4.一种发光二极管制造方法，其特征在于，包括在衬底上依次形成缓冲层、η型半导体层、有源层以及P型半导体层；利用MOCVD工艺在所述ρ型半导体层上形成粗化层，所述粗化层包括η型掺杂InMGaN 层、P型掺杂InAKiaN层以及ρ/η共掺的InAKiaN层中的一种或其组合，所述η型掺杂 IniUGaN层、ρ型掺杂IniUGaN层以及ρ/η共掺的IniUGaN层均具有粗化表面；其中，所述MOCVD工艺的温度为600 900°C，腔体压力为100 800mba。
5.如权利要求4所述的发光二极管制造方法，其特征在于，所述MOCVD工艺采用N2和 /或H2作为载气。
6.如权利要求4或5所述的发光二极管制造方法，其特征在于，所述η型掺杂InMGaN 层为掺Si的InAKkiN层。
7.如权利要求4或5所述的发光二极管制造方法，其特征在于，所述ρ型掺杂InMGaN 层为掺Mg的IniUGaN层。
8.如权利要求4所述的发光二极管制造方法，其特征在于，所述缓冲层、η型半导体层、 有源层、P型半导体层以及粗化层是在同一腔室内形成的。
全文摘要
本发明公开了一种发光二极管，所述发光二极管包括衬底；位于衬底上的缓冲层、n型半导体层、有源层以及p型半导体层；所述发光二极管还包括形成于p型半导体层上的粗化层，所述粗化层包括n型掺杂InAlGaN层、p型掺杂InAlGaN层或p/n共掺的InAlGaN层中的一种或其组合，所述n型掺杂InAlGaN层、p型掺杂InAlGaN层以及p/n共掺的InAlGaN层均具有粗化表面，所述粗化表面可以有效地减少全反射，大部分光线可以直接射出，提高发光二极管的外量子效率，提高发光二极管的光利用率和亮度，并可减少材料结温，有利于提高发光二极管的寿命；此外，粗化层材料的电导率相对较高，不会对于整体结构的电压造成影响。
文档编号H01L33/32GK102208507SQ201110112519
公开日2011年10月5日 申请日期2011年5月3日 优先权日2011年5月3日
发明者李淼 申请人:映瑞光电科技(上海)有限公司