专利名称：一种发光二极管结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光电技术领域，特别是能提高内量子效率及外量子效率的发光二极管结构。
背景技术：
以GaN材料为代表的III-V族氮化物半导体材料，在紫外/蓝光/绿光LED、激光器、光电探测器，以及在高温高频大功率电子器件领域有着广泛的应用。由于GaN以及AlN 等材料体单晶很难获得，目前普遍应用的氮化物器件主要是异质外延在蓝宝石A1203、碳化硅SiC、硅Si、氧化锌ZnO或者砷化镓GaAs衬底上，或同质外延生长在自支撑氮化镓GaN衬底上。除了自支撑氮化镓衬底外，其它衬底材料和III-V族氮化物材料之间都存在很大的晶格常数失配和热膨胀系数的差异，晶格常数和热膨胀系数的差异，使得氮化物外延层中存在很大的残余应力和诸多的晶体缺陷，严重影响了材料的晶体质量，进而限制了 III-V 族氮化物器件性能的提高。另外，对于氮化物发光二极管器件，由于氮化镓GaN和空气间存在较大的折射率差异，光的出射角很小，绝大部分光被全反射回到发光二极管器件的内部， 这既降低了光的提取效率又增加了散热的难度。为了解决氮化物材料外延过程中晶格失配以及热失配所带来的问题，人们提出了一系列的较为成熟的技术方案。其中，图形化衬底技术可以有效缓解衬底和氮化物外延层异质外延生长过程中由于晶格失配带来的应力，使外延层得到有效的弛豫，同时采用侧向生长技术(Epitaxial Lateral Overgrowth ；ELOG)和横向磊晶法(Lateral Epitaxial Pattern Substrate ;LEPS)来减少外延层中的穿透位错密度，从而降低氮化物外延层材料中的缺陷密度，提高了材料的晶体质量，如已公开的美国专利US 6，870，193、CN 1209793C。同时图形化衬底技术也是一个能够有效提升氮化物发光二极管器件发光效率的方法，在美国专利US 6，870，193所公开的技术中，所述发光元件是一种具备凹部或凸部结构的形成于衬底上的半导体发光元件，与平坦衬底情况相比较， 此种结构的光在半导体层的横向传播时，光刻通过凹部或凸部产生散射或绕射的效果，可以大幅度发光二极管的光提取效率。现有技术中，图形化衬底的制作大都采用传统的光刻技术制备出光刻图形，然后以光刻胶、二氧化硅Si02、氮化硅SiN或金属Ni层作为掩膜，再利用干法刻蚀或湿法刻蚀的方法对衬底刻蚀出图形化结构。但是，上述工艺过程复杂，大幅增加成本，并且图形受光刻版图的限制，极不适合于氮化物半导体器件的商业应用。
发明内容为了克服上述现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种发光二极管结构。它通过在衬底表面形成不规则的凹凸结构，提高内量子效率和光提取效率，改善器件的光学性能，具有工艺简单，制作成本低，适用于大规模量产的特点。为了达到上述发明目的，本实用新型的技术方案以如下方式实现[0007]—种发光二极管结构，它包括衬底以及外延生长于衬底表面上的发光结构。发光结构包括依次形成于衬底上的N型半导体层、发光层和P型半导体层。N型半导体层上设置有N型欧姆接触电极，P型半导体层上设置有P型欧姆接触电极。其结构特点是，所述衬底上表面被腐蚀形成不规则凹部与凸部表面，N型半导体层在外延生长过程中将衬底上表面的凹部与凸部填满。在上述发光二极管结构中，所述衬底采用蓝宝石A1203、碳化硅SiC、硅Si、砷化镓 GaAs、氮化铝AlN或者氮化镓GaN衬底。本实用新型由于采用了上述结构，通过用腐蚀性气体对衬底腐蚀，在衬底表面形成不规则的凹凸结构之后，即可在衬底表面上异质外延氮化物半导体材料。可以利用侧向生长技术和横向磊晶法来降低氮化物外延层中的缺陷密度，提高内量子效率，进而改善器件性能。另外通过衬底表面的凹凸结构可以对发光二极管器件内部的光产生散射与绕射效果，减小全反射发生的几率，提高发光二极管器件的光提取效率。本实用新型提出的衬底表面粗化方法，工艺简单，制作成本低，特别适用于大规模量产。为使本实用新型的技术方案和特点更加清楚，
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步的详细描述。
图1至图4是制作本实用新型的方法步骤示意图；图4也是本实用新型发光二极管的结构示意图。
具体实施方式
参看图4，本实用新型发光二极管结构包括衬底10以及外延生长于衬底10表面的发光结构。衬底10采用蓝宝石A1203、碳化硅SiC、硅Si、砷化镓GaAs、氮化铝AlN或者氮化镓GaN衬底。发光结构包括依次形成于衬底10上的N型半导体层21、发光层22和P 型半导体层23。N型半导体层21上设置有N型欧姆接触电极210，P型半导体层上23设置有P型欧姆接触电极230。衬底10上表面被腐蚀形成不规则凹部11与凸部12表面，N型半导体层21在外延生长过程中将衬底10上表面的凹部11与凸部12填满。参看图1至图4，为本实用新型发光二极管结构的制作方法包括①将衬底10放入反应腔体3内，衬底10采用蓝宝石A1203、碳化硅SiC、硅Si、砷化镓GaAs、氮化铝AlN或者氮化镓GaN衬底，反应腔体3采用金属有机物气相化学淀积腔体、分子束外延腔体、氢化物气相外延腔体或者专门特制的高温反应腔体。②向反应腔体3内通入腐蚀性气体4对衬底10进行腐蚀，使衬底10上表面形成多个不规则的凹部11与凸部12，该腐蚀性气体4优选容易对衬底10形成腐蚀的气体HC1。 不规则凹部11与凸部12结构的尺寸通过改变反应腔体3的温度、腐蚀性气体4通入的流量和时间参数来控制。③将衬底10从反应腔体3内取出，并清洗衬底10表面。清洗衬底10表面采用去离子水清洗的湿法清洗或者等离子体清洗、惰性气体吹扫的干法清洗工艺。④于衬底10表面上形成发光结构，发光结构包括依次形成于该衬底10上的N型半导体层21、发光层22和P型半导体层23，N型半导体层21上设置有N型欧姆接触电极210, P型半导体层23上设置有P型欧姆接触电极230，用以为该发光结构提供电压。
以上所述仅为本实用新型的一项具体实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的技术路线之内，所做的任何修改、替换或改进，也均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种发光二极管结构，它包括衬底(10)以及外延生长于衬底(10)表面上的发光结构，发光结构包括依次形成于衬底(10)上的N型半导体层(21 )、发光层(22)和P型半导体层(23)，N型半导体层(21)上设置有N型欧姆接触电极(210)，P型半导体层上(23)设置有 P型欧姆接触电极(230)，其特征在于，所述衬底(10)上表面被腐蚀形成不规则凹部(11)与凸部(12)表面，N型半导体层(21)在外延生长过程中将衬底(10)上表面的凹部(11)与凸部(12)填满。
2.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述衬底(10)采用蓝宝石 A1203、碳化硅SiC、硅Si、砷化镓GaAs、氮化铝AlN或者氮化镓GaN衬底。
专利摘要一种发光二极管结构，涉及光电技术领域。本实用新型发光二极管包括衬底以及外延生长于衬底表面上的发光结构。发光结构包括依次形成于衬底上的N型半导体层、发光层和P型半导体层。N型半导体层上设置有N型欧姆接触电极，P型半导体层上设置有P型欧姆接触电极。其结构特点是，所述衬底上表面被腐蚀形成不规则凹部与凸部表面，N型半导体层在外延生长过程中将衬底上表面的凹部与凸部填满。本实用新型通过在衬底表面形成不规则的凹凸结构，提高内量子效率和光提取效率，改善器件的光学性能，具有工艺简单，制作成本低，适用于大规模量产的特点。
文档编号H01L33/22GK201956386SQ20112003781
公开日2011年8月31日 申请日期2011年2月14日 优先权日2011年2月14日
发明者吴东海, 李志翔 申请人:同方光电科技有限公司