提高氮化物半导体紫外发光二极管取光效率的方法及应用与流程

本发明涉及一种氮化物半导体紫外发光二极管，特别涉及一种提高氮化物半导体紫外发光二极管取光效率的方法及应用，属于半导体光电技术领域。

背景技术：

紫外波段通常可根据波长划分为长波紫外或uva(320<λ≤400nm)、中波紫外或uvb(280<λ≤320nm)、短波紫外或uvc(200<λ≤280nm)以及真空紫外vuv(10<λ≤200nm)。基于氮化物(aln、algan、alingan、alinn等)材料的紫外发光二极管器件的发光波长可覆盖200～400nm的紫外波段，具有很高的光电转换效率，是制备紫外发光二极管器件的理想材料。与传统紫外汞灯相比，氮化物半导体紫外发光二极管具有寿命长、电压低、波长可调、环保、方向性好、抗震耐潮、轻便灵活等众多优点，在白光照明、聚合物固化、杀菌消毒、净化环境、医疗诊断、生化探测、保密通讯等领域具有重要应用前景和市场价值。随着第三代半导体技术的发展，氮化物半导体紫外发光二极管将逐步取代传统紫外光源，成为未来新型应用的主流。

然而，现阶段氮化物半导体紫外发光二极管的外量子效率不足10％，其主要原因之一是tm模偏振光效应导致深紫外发光二极管器件的取光效率下降。对于(in)gan半导体材料，其所发出的光主要为te偏振模式，光可以从发光二极管芯片的表面出射。而对于al(in)gan材料，随着al组分的增加和波长的减小，材料的价带结构发生变化，紫外发光从te偏振模式主导逐渐向tm偏振模式主导转化。这种效应将会阻止光子从发光二极管的表面出射，只能从发光二极管器件的侧面出射。对于深紫外发光二极管器件，这一问题尤为严重。氮化物深紫外发光二极管器件具有更高的al组分，其有源区中te偏振的光比例较少而tm偏振的光比例较多，大部分光会沿平面传播而无法由芯片表面出射。因此，改善侧壁取光效率对深紫外发光二极管器件尤为重要。此外，在传统的紫外发光二极管芯片制备时，干法刻蚀工艺会造成紫外发光二极管芯片的侧壁产生无规则的刻蚀损伤，使侧壁非常粗糙。这种无规则的粗糙侧壁虽然可以增加侧壁对紫外光的漫反射作用、增大有源区内tm模式紫外光的提取效率，但同样包含大量的刻蚀损伤和表面缺陷态，从而造成严重的光子吸收和载流子非辐射复合。这不仅大大降低了紫外发光二极管器件的取光效率，更会导致较差的器件稳定性和散热问题。

综上，可以看出，tm模的偏振光效应和侧壁刻蚀损伤是导致紫外尤其深紫外发光二极管器件取光效率极低的重要原因。因此，如何克服tm模的偏振光效应和去除刻蚀损伤来提高紫外发光二极管器件的取光效率，成为亟待解决的问题。

对于现有的提高倒装结构紫外发光二极管器件取光效率的方案，专利cn102655194a采用将衬底背面粗化的方式。首先，需要将紫外led外延片的蓝宝石衬底减薄、抛光，该过程可能会对紫外led外延层造成损伤。其次，在蓝宝石衬底背面沉积一层氮化物，然后利用干法或湿法刻蚀将氮化物层表面粗化。然而，这种表面粗化方式只能提高从芯片上、下表面出射的te模式紫外光，而对tm模式紫外光提取没有帮助。随着al组分的增加和波长的减小，te模式偏振光的比例会大幅下降。其次，通常芯片隔离时采用的刻蚀工艺会对紫外发光二极管器件侧壁造成损伤，这种损伤会引入大量的表面非辐射复合缺陷，不仅降低了紫外发光二极管器件的量子效率还会引起严重的光子吸收。因此这种方案很难改善深紫外发光二极管器件的取光效率。

又例如，专利cn107623058a是在具有腐蚀缺陷结构的薄膜表面二次外延生长紫外led薄膜。利用湿法腐蚀处理衬底上的氮化铝薄膜，形成内六角缺陷结构。然后在这种缺陷结构上二次外延生长紫外led，利用这种六角缺陷结构来实现界面粗化、提高深紫外led器件的取光效率。然而，这种方法面临二次外延界面杂质非故意并入的问题，对器件的电学性能可能造成影响。更重要的是，这种方法也只对te模式紫外光的提取有效，对有源区平面内传播的tm模式偏振光并无帮助，因此很难改善深紫外发光二极管器件的取光效率。

对于现有的提高垂直结构紫外发光二极管器件取光效率的方案，专利cn105720144a采用表面粗化方法。将用于生长algan外延层的衬底剥离之后，利用湿法腐蚀对剥离后的外延层进行表面粗化以增加界面漫反射。表面粗化可以一定程度上提高垂直芯片外延方向上te模式紫外光的提取，而对tm模式紫外光提取没有帮助，因此这种方案很难改善深紫外发光二极管器件的取光效率。

又例如，专利cn105957934a是采用谐振腔结构，在有源区上、下方生长n型氮化物dbr(分布式布拉格反射镜)做谐振腔，来增强te模式偏振光，提高紫外led的取光效率。并通过引入氮化物极化诱导隧穿结实现p-n结倒置结构，进而实现垂直结构紫外led器件。然而，dbr的引入会导致器件串联电阻增加、热阻增大，使器件工作电压上升、可靠性下降。更重要的是，dbr结构依然只对提高te模式偏振光有效，也无法改善tm模式偏振光深紫外光的取光效率。

可以发现，上述现有的提高氮化物半导体紫外发光二极管取光效率的方法存在一些共有的缺点：1)均不能改善从侧壁对tm模式紫外光的提取效率；2)均没有对芯片的侧壁刻蚀损伤进行修复，未能降低侧壁表面的光吸收与非辐射复合；3)生长/工艺复杂度提高，器件稳定性差，实用性较差。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种提高氮化物半导体紫外发光二极管取光效率的方法及应用，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种提高氮化物半导体紫外发光二极管取光效率的方法，包括：在衬底上生长氮化物半导体紫外发光二极管结构，获得外延片，所述氮化物半导体紫外发光二极管结构包括依次形成的第一接触层、有源区、电子阻挡层和第二接触层，所述的方法还包括：

采用旋转错位法，使光刻图形的任意一条边均避开氮化物半导体紫外发光二极管结构的晶向；

以及，采用湿法腐蚀技术修复刻蚀损伤，使氮化物半导体紫外发光二极管结构的无规则粗糙侧壁转化为m面组成的锯齿形侧壁。

进一步地，其中光刻图形沿晶向暴露出a面的效果最优。

在一些优选实施例中，所述的方法具体包括：

在衬底上生长氮化物半导体紫外发光二极管结构，获得外延片，所述氮化物半导体紫外发光二极管结构包括依次形成的第一接触层、有源区、电子阻挡层和第二接触层；

采用衍射技术确定所述外延片的晶体取向以及晶向；

在所述第二接触层上设置第二电极层，且使所述第二电极层与第二接触层形成欧姆接触；

在所述第二电极层上设置光刻胶，并采用旋转错位法，使光刻图形的任意一条边均避开氮化物半导体紫外发光二极管结构的晶向；

采用刻蚀技术刻蚀到所述第一接触层，使所述第一接触层的至少局部区域暴露出，初步形成无规则的粗糙侧壁；

在所述第一接触层上设置第一电极层，并使所述第一电极层与第一接触层形成欧姆接触；

将所获外延片与腐蚀液接触，修复刻蚀损伤并实现侧壁粗化，使氮化物半导体紫外发光二极管结构的无规则粗糙侧壁转化为锯齿形m面侧壁。

在另一些优选实施例中，所述的方法还可包括：

在衬底上生长氮化物半导体紫外发光二极管结构，获得外延片，所述氮化物半导体紫外发光二极管结构包括依次形成的第一接触层、有源区、电子阻挡层和第二接触层；

采用衍射技术确定所述外延片的晶体取向以及晶向；

在所述第二接触层上设置第二电极层，且使所述第二电极层与第二接触层形成欧姆接触；

将所述第二电极层与支撑基板的第一表面键合；

将所述氮化物半导体紫外发光二极管结构与所述衬底剥离，暴露出所述第一接触层；

在所述氮化物半导体紫外发光二极管结构的出光面上制作光学微纳结构，所述光学微纳结构用于增强出光；

在所述第一接触层上设置第一电极层，并使所述第一电极层与第一接触层形成欧姆接触；

在所述第一电极层上设置光刻胶，并采用旋转错位法，使光刻图形的任意一条边均避开氮化物半导体紫外发光二极管结构的晶向；

采用刻蚀技术刻蚀到所述第二电极层，初步形成无规则的粗糙侧壁；

将所获外延片与腐蚀液接触，修复刻蚀损伤并实现侧壁粗化，使氮化物半导体紫外发光二极管结构的无规则粗糙侧壁转化为锯齿形m面侧壁。

进一步地，所述方法还可包括：光刻后，减薄支撑基板，并在支撑基板的第二表面沉积金属电极，所述第二表面与第一表面相背对。

本发明实施例提供了由前述的任一种方法制作的氮化物半导体紫外发光二极管。

进一步地，所述氮化物半导体紫外发光二极管包括在衬底上生长形成的氮化物半导体紫外发光二极管结构，所述氮化物半导体紫外发光二极管结构的侧壁为锯齿形m面侧壁。

较之现有技术，本发明提供的提高氮化物半导体紫外发光二极管取光效率的方法结合旋转错位和侧壁腐蚀工艺来实现外延芯片的侧壁粗化和刻蚀损伤修复，使氮化物半导体紫外发光二极管芯片的侧壁为锯齿状侧壁，可显著提高有源区紫外发光二极管的取光效率，且制备工艺与现有发光二极管制备工艺兼容，完全适合规模化生产。

附图说明

图1所示为本发明实施例1中氮化物半导体紫外发光二极管的外延结构示意图。

图2所示为本发明实施例1中采用衍射技术确定的氮化物半导体紫外发光二极管外延片的晶体取向示意图。

图3所示为本发明实施例1中形成p型欧姆接触并旋涂光刻胶后的紫外发光二极管外延片的结构示意图。

图4所示为本发明实施例1中顺时针旋转错位法对紫外发光二极管外延片进行光刻的示意图。

图5所示为本发明实施例1中刻蚀到n型接触层、并形成无规则粗糙侧壁的俯视示意图。

图6所示为本发明实施例1中沉积n型欧姆接触金属后紫外发光二极管外延片结构的截面示意图。图7a-图7e分别示出了本发明实施例1和实施例2中用于腐蚀的紫外发光二极管芯片形状示意图。

图8所示为本发明实施例1中化学溶液腐蚀后的锯齿状氮化物半导体紫外发光二极管管芯示意图。

图9所示为本发明实施例2中氮化物半导体紫外发光二极管外延结构示意图。

图10所示为本发明实施例2中采用衍射技术确定的氮化物半导体紫外发光二极管外延片的晶体取向示意图。

图11所示为本发明实施例2中形成p型欧姆接触金属后的紫外发光二极管外延片的结构示意图。

图12所示为本发明实施例2中在p型欧姆接触金属上沉积键合金属后的结构示意图。

图13所示为本发明实施例2中除去衬底和缓冲层、并与支撑基板键合之后的结构示意图。

图14所示为本发明实施例2中在氮面n型欧姆接触层上，制备用于增强出光的光学微纳结构后紫外发光二极管结构示意图。

图15所示为本发明实施例2中逆时针旋转错位法对紫外发光二极管外延片进行光刻的示意图。

图16所示为本发明实施例2中刻蚀到p型欧姆接触电极后紫外发光二极管外延片结构示意图。

图17所示为本发明实施例2中在支撑片背面沉积金属电极后的紫外发光二极管外延片结构示意图。

图18a-图18b分别示出了本发明实施例3和实施例2中具有锯齿状侧壁的倒装和垂直结构氮化物半导体紫外发光二极管的示意图。

附图标记说明：101为衬底，102为缓冲层，103为n型接触层，104为有源区，105为电子阻挡层，106为p型接触层，107为p型欧姆接触电极、或透明导电膜与高反膜的组合，108为光刻胶，109为n型欧姆接触电极，110为整个外延层，201为衬底，202为缓冲层，203为n型接触层，204为有源区，205为电子阻挡层，206为p型接触层，207为p型欧姆接触电极、或透明导电膜与高反膜的组合，208为晶圆键合金属，209为焊料，210为支撑基板，211为金属电极，212为整个外延层，213为氮面n型欧姆接触电极，214为氮面p型欧姆接触电极。

具体实施方式

如前所述，现有深紫外发光二极管存在tm模偏振光效应导致深紫外发光二极管芯片取光效率低的问题。鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步地解释说明。但是，应当理解，在本发明范围内，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

本发明实施例的一个方面提供的一种提高氮化物半导体紫外发光二极管取光效率的方法，包括：在衬底上生长氮化物半导体紫外发光二极管结构，获得外延片，所述氮化物半导体紫外发光二极管结构包括依次形成的第一接触层、有源区、电子阻挡层和第二接触层，所述的方法还包括：

采用旋转错位法，使光刻图形的任意一条边均避开氮化物半导体紫外发光二极管结构的晶向，其中光刻图形沿晶向暴露出a面面的效果最优；

以及，采用湿法腐蚀技术修复刻蚀损伤，使氮化物半导体紫外发光二极管结构的无规则粗糙侧壁转化为m面组成的锯齿形侧壁。

在一些优选实施例中，所述氮化物半导体紫外发光二极管结构的晶向为晶向族，包括对称等效的和晶向。

进一步地，所述氮化物半导体紫外发光二极管结构的晶向为晶向族，包括对称等效的和晶向。

进一步地，所述氮化物半导体紫外发光二极管结构的a面为晶面族，包括对称等效的和晶面。

进一步地，所述氮化物半导体紫外发光二极管结构的m面为晶面族，包括对称等效的和晶面。

在一些优选实施例中，所述的方法具体包括：

在衬底上生长氮化物半导体紫外发光二极管结构，获得外延片，所述氮化物半导体紫外发光二极管结构包括依次形成的第一接触层、有源区、电子阻挡层和第二接触层；

采用衍射技术确定所述外延片的晶体取向以及晶向；

在所述第二接触层上设置第二电极层，且使所述第二电极层与第二接触层形成欧姆接触；

在所述第二电极层上设置光刻胶，并采用旋转错位法，使光刻图形的任意一条边均避开氮化物半导体紫外发光二极管结构的晶向；

采用刻蚀技术刻蚀到所述第一接触层，使所述第一接触层的至少局部区域暴露出，初步形成无规则的粗糙侧壁；

在所述第一接触层上设置第一电极层，并使所述第一电极层与第一接触层形成欧姆接触；

将所获外延片与腐蚀液接触，修复刻蚀损伤并实现侧壁粗化，使氮化物半导体紫外发光二极管结构的无规则粗糙侧壁转化为锯齿形m面侧壁。

在另一些优选实施例中，所述的方法还可包括：

在衬底上生长氮化物半导体紫外发光二极管结构，获得外延片，所述氮化物半导体紫外发光二极管结构包括依次形成的第一接触层、有源区、电子阻挡层和第二接触层；

采用衍射技术确定所述外延片的晶体取向以及晶向；

在所述第二接触层上设置第二电极层，且使所述第二电极层与第二接触层形成欧姆接触；

将所述第二电极层与支撑基板的第一表面键合；

将所述氮化物半导体紫外发光二极管结构与所述衬底剥离，暴露出所述第一接触层；

在所述氮化物半导体紫外发光二极管结构的出光面上制作光学微纳结构，所述光学微纳结构用于增强出光；

在所述第一接触层上设置第一电极层，并使所述第一电极层与第一接触层形成欧姆接触；

在所述第一电极层上设置光刻胶，并采用旋转错位法，使光刻图形的任意一条边均避开氮化物半导体紫外发光二极管结构的晶向；

采用刻蚀技术刻蚀到所述第二电极层，初步形成无规则的粗糙侧壁；

将所获外延片与腐蚀液接触，修复刻蚀损伤并实现侧壁粗化，使氮化物半导体紫外发光二极管结构的无规则粗糙侧壁转化为锯齿形m面侧壁。

进一步地，所述方法还可包括：光刻后，减薄支撑基板，并在支撑基板的第二表面沉积金属电极，所述第二表面与第一表面相背对。

在一些实施方案中，在所述旋转错位法中，光刻图形相对外延片的晶向旋转的角度α为光刻图形不沿晶向的任意角度，优选为1～60°。

进一步地，在所述旋转错位法中，旋转的方向可以是顺时针方向，也可以是逆时针方向。

在一些实施方案中，紫外发光二极管的侧壁刻蚀损伤可通过湿法腐蚀去除，其中湿法腐蚀采用的腐蚀液为koh、naoh、tmah等碱性溶液或h3po4、hf、hno3等酸性溶液中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

在一些实施方案中，所述氮化物半导体紫外发光二极管结构包括依次形成的缓冲层、第一接触层、有源区、电子阻挡层和第二接触层。

进一步地，外延层结构包含但不仅限于缓冲层、第一接触层、有源区、电子阻挡层和第二接触层，还可以包含dbr、sio2介质层等光学反射层结构中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

进一步地，所述衬底的材质可以是gan、aln、bn、蓝宝石、si、sic、zno等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

在一些实施方案中，所述氮化物半导体紫外发光二极管结构的有源区量子阱包括aln、algan、alingan和alinn中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

在一些实施方案中，所述的方法还包括：采用湿法腐蚀或激光剥离方法将衬底从外延片中去除。

在一些实施方案中，所述氮化物半导体紫外发光二极管结构的出光面为氮化物材料的氮面。

在一些实施方案中，所述光学微纳结构包括为锯齿形、三角形、纳米柱、梯形、倒梯形、蒙古包、微纳多孔结构等中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。

进一步地，所述方法还包括：采用干法刻蚀、湿法腐蚀、电化学腐蚀、和光辅助的电化学腐蚀技术中的任意一种或两种以上的组合，制作所述的光学微纳结构。

在一些实施方案中，所述方法还包括：用于腐蚀的外延片的形状包括正方形、矩形、三角形、六边形、八边形、十二边形、倒梯形、圆盘形、圆环形、螺旋形、或者其它形状等结构中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

进一步地，刻蚀外延片的形状包括正方形、矩形、三角形、六边形、倒梯形中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

进一步地，所述的方法还包括：进行管芯切割，形成具有锯齿状侧壁的单个紫外发光二极管管芯。

进一步地，所述第一接触层为n型接触层，所述第一电极层包括n型欧姆接触金属，所述第二接触层为p型接触层，所述第二电极层包括p型欧姆接触金属或透明导电膜与高反膜的组合。

进一步地，本发明紫外发光二极管的n型欧姆接触金属或p型欧姆接触金属可以是ni、ti、pd、pt、au、al、tin、ito和igzo等材料中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

在本发明的一个较为具体的实施方案中，一种提高氮化物半导体紫外发光二极管取光效率的方法包括：(针对正装结构紫外发光二极管)

(1)在衬底上生长氮化物半导体紫外发光二极管结构，具体包括缓冲层、n型接触层、有源区、电子阻挡层和p型接触层，如图1所示。

(2)采用衍射技术确定紫外发光二极管外延层的晶体取向以及晶向，如图2所示。

(3)外延片清洗后，在p型接触层上整面沉积p型欧姆接触电极并退火，以形成较好的欧姆接触。然后在p型欧姆接触电极上旋涂光刻胶，如图3所示。

(4)采用旋转错位法，将光刻板的图形相对algan外延薄膜的方向围绕中心轴旋转一个角度α，使光刻图形任意一条边均避开晶向，如图4所示。

(5)光刻后，采用干法刻蚀技术刻蚀到n型接触层，初步形成无规则的粗糙侧壁，如图5所示。

(6)通过光刻、金属沉积和剥离工艺，形成氮化物半导体紫外发光二极管结构的n型欧姆接触电极和p型加厚电极，如图6所示。

(7)将外延片置于化学溶液中进行腐蚀，修复刻蚀损伤并实现侧壁粗化。对纤锌矿结构氮化物而言，m面即面为解理面，其化学性质稳定、不易被腐蚀，因此刻蚀形成的无规则粗糙侧壁经过化学溶液腐蚀后，可转化成规则的锯齿状侧壁，每一个锯齿的侧壁均为gan的m面，如图7a-图7e所示。由晶面关系可知，a面即面可分解为两个彼此相交的m面，因此若腐蚀侧壁为a面可以达到最好的侧壁粗化效果。用于腐蚀的紫外发光二极管芯片形状可以为矩形、三角形、六边形、倒梯形、圆盘形、圆环形、螺旋形或者其它形状等结构中的任意一种或两种以上的组合。例如请参阅图7a、7b、7c、7d和7e，刻蚀芯片的形状可以为正方形、矩形、三角形、六边形和倒梯形。

(8)最后进行衬底减薄、研磨和抛光，然后进行裂片，形成侧壁修复的锯齿形氮化物半导体紫外发光二极管管芯，如图8所示。

在本发明的另一个较为具体的实施方案中，一种提高氮化物半导体紫外发光二极管取光效率的方法包括如下步骤：(针对倒装结构和垂直结构紫外发光二极管)

(1)在衬底上生长氮化物半导体紫外发光二极管结构，具体包括缓冲层、n型接触层、有源区、电子阻挡层和p型接触层，参阅图9所示。

(2)采用衍射技术确定紫外发光二极管外延层的晶体取向以及晶向，如图10所示。

(3)清洗外延片，在p型接触层上整面沉积p型欧姆接触金属，或透明导电膜与高反膜的组合，并进行欧姆接触退火，以形成较好的欧姆接触，参阅图11所示。

(4)在p型欧姆接触金属上整面沉积一层用于晶圆键合(bonding)的金属，参阅图12所示。

(5)利用晶圆键合技术将外延层与另一个支撑基板键合到一起，氮化物半导体紫外发光二极管的p面朝下与支撑基板键合。再采用湿法腐蚀或激光剥离的方法去除衬底，随后用减薄、研磨、干法刻蚀或湿法腐蚀去除缓冲层、暴露出n型接触层，实现衬底转移，参阅图13所示。

(6)在氮面n型欧姆接触层上，采用干法刻蚀、湿法腐蚀、电化学腐蚀、或光辅助的电化学腐蚀技术中任意一种或两种以上的组合，制备用于增强出光的微纳结构(即表面粗化)。用于增强出光的微纳结构可以为锯齿形、三角形、纳米柱结构、梯形、倒梯形、蒙古包结构、微纳多孔结构等中任意一种或两种以上的组合，参阅图14所示。

(7)在外延片表面部分区域沉积n型欧姆接触金属，以形成n型欧姆接触。

(8)在n型欧姆接触层上旋涂光刻胶，然后采用旋转错位法，将光刻板的图形相对algan外延薄膜的方向围绕中心轴旋转一个角度α，使光刻图形任意一条边均避开晶向，参阅图15所示。

(9)光刻后，形成隔离的芯片的图形。然后采用湿法腐蚀或干法刻蚀，腐蚀或刻蚀到p型欧姆接触电极，初步形成无规则的粗糙侧壁，参阅图16所示。或者，减薄支撑片，在支撑片的背面沉积金属电极，参阅图17所示。

(10)将外延片置于化学溶液中进行腐蚀以修复刻蚀损伤，最终形成锯齿状侧壁，如图7a-图7e所示。用于腐蚀的紫外发光二极管芯片形状可以为矩形、三角形、六边形、倒梯形、圆盘形、圆环形、螺旋形、或者其它形状等结构中的任意一种或两种以上的组合。例如请参阅图7a、7b、7c、7d和7e，刻蚀芯片的形状可以为正方形、矩形、三角形、六边形和倒梯形。

(11)进行管芯切割，形成锯齿面侧壁的单个紫外发光二极管管芯，例如请参阅图18a和18b所示，最终可制备出锯齿形侧壁的倒装和垂直结构的矩形紫外发光二极管管芯。

在本发明实施例提供的氮化物半导体紫外发光二极管中，p型欧姆接触可以分为两种，即p型欧姆接触金属，或透明导电膜与高反膜的组合。其中，p型欧姆接触金属包括ni、al、ag、pd、pt、au、tin、rh等材料中的任意一种或两种以上的组合，透明导电膜包括azo、igzo、ito、zno和mgo等材料中的任意一种或两种以上的组合，高反膜包括ag、al、zno、mgo、sio2、sinx、tio2、zro2、aln、al2o3、ta2o5、hfo2、hfsio4、alon等材料中的任意一种或两种以上的组合，且均不限于此。

在本发明实施例中，前述光学微纳结构的制作方法包含干法刻蚀、湿法腐蚀、电化学腐蚀、或光辅助的电化学腐蚀技术中任意一种或两种以上的组合，且不限于此。

在本发明的前述实施例中，本发明提出的提高氮化物半导体紫外发光二极管取光效率的方法可降低侧壁全反射、显著提高取光效率。通过旋转错位法，可以避免紫外发光二极管暴露出m面解理面，从而大大降低了沿横向传播的tm模式深紫外光的侧壁全反射几率，有效增强tm模式深紫外光的侧壁取光效率。

进一步地，本发明旋转错位法降低氮化物m面解理面全反射技术根据algan外延薄膜的晶向，选择将光刻图形(光刻板)相对外延层的晶向旋转角度α，使紫外发光二极管芯片侧壁避开m面解理面，从而在后续腐蚀过程中不会整面暴露出m面解理面，降低表面全反射。

在本发明的前述实施例中，本发明提出的提高氮化物半导体紫外发光二极管取光效率的方法可减小侧壁表面复合、提高紫外发光二极管性能。在旋转错位光刻之后，刻蚀工艺虽然可以形成无规则的粗糙侧壁，但同时会引入刻蚀损伤，从而增大侧壁表面的光吸收与载流子非辐射复合、降低紫外发光二极管的取光效率。结合侧壁腐蚀工艺，可将氮化物半导体紫外发光二极管芯片的无规则粗糙侧壁转化为锯齿形m面侧壁，不但有利于tm模式深紫外光的提取，而且可以修复侧壁刻蚀损伤、减小表面光吸收与载流子非辐射复合，从而提高紫外发光二极管的性能。此外，锯齿形的m面侧壁还可以提高侧壁出光的一致性。

进一步地，本发明利用湿法腐蚀暴露特定晶面来提高侧壁出光效率技术，经过化学溶液腐蚀后，刻蚀形成的无规则的粗糙侧壁可转化成锯齿形m面侧壁。这种锯齿形侧壁保证了紫外发光二极管芯片的侧壁粗糙度，可以大幅提高tm模紫外光的侧壁出光效率。

在本发明的前述实施例中，本发明提出的提高氮化物半导体紫外发光二极管取光效率的方法可增强紫外发光二极管的散热效果。经过化学溶液腐蚀后，无规则的粗糙侧壁转化成锯齿形m面侧壁。这种锯齿形侧壁进一步增加了侧壁与空气的接触面积，从而可以增强散热效果。

进一步地，本发明利用锯齿状(褶皱)晶面增大紫外发光二极管芯片散热技术，经过化学溶液腐蚀后，刻蚀形成的无规则的粗糙侧壁可转化成锯齿形m面侧壁。这种锯齿形侧壁进一步增加了侧壁与空气的接触面积，从而可以增强芯片散热效果。

进一步地，本发明采用刻蚀损伤修复技术，刻蚀完紫外发光二极管的n台面后，紫外发光二极管的侧壁可通过湿法腐蚀去除刻蚀损伤，得到侧壁晶面，从而大大减少侧壁的光吸收与载流子的非辐射复合。

在本发明的前述实施例中，本发明提出的提高氮化物半导体紫外发光二极管取光效率的方法工艺简单，与现有的发光二极管自备工艺兼容，完全适合规模化生产。旋转错位法只需将普通发光二极管工艺中的光刻图形(光刻板)相对外延层的晶向旋转一个角度α，使紫外发光二极管芯片侧壁避开m面解理面即可。化学腐蚀也是发光二极管制备工艺中常用的流程，通过化学腐蚀来修复刻蚀损伤的工艺良率高，且不会对外延层造成损伤。因此，本发明在工艺上简单、高效，完全适合规模化生产。

综上，本发明提出的一种提高氮化物半导体紫外发光二极管取光效率的方法具有易实现侧壁粗化、侧壁光损失少、载流子非辐射复合小，散热效果好，且工艺简单、出光一致性好和稳定性及可靠性高等优点，可以大幅增强氮化物半导体紫外发光二极管的性能和寿命，提高器件稳定性。

本发明实施例的另一个方面提供了由前述任一种方法制作的氮化物半导体紫外发光二极管。

在一些实施方案中，所述的氮化物半导体紫外发光二极管包括在衬底上生长形成的氮化物半导体紫外发光二极管结构，所述氮化物半导体紫外发光二极管结构的侧壁为m面组成的锯齿形侧壁。

进一步地，所述侧壁具有三角形状的岛状形貌。

进一步地，所述氮化物半导体紫外发光二极管结构包括依次生长形成的n型接触层、有源区、电子阻挡层和p型接触层，所述n型接触层上设置有n型欧姆接触金属，所述p型接触层上设置有p型欧姆接触金属。

进一步地，所述氮化物半导体紫外发光二极管结构包括依次生长形成的n型接触层、有源区、电子阻挡层和p型接触层，所述p型接触层上设置有p型欧姆接触金属或透明导电膜与高反膜的组合，所述p型欧姆接触金属一侧表面键合有支撑基板，所述n型接触层上设置有n型欧姆接触金属。

更进一步地，所述的氮化物半导体紫外发光二极管还包括：所述支撑基板的第二表面上沉积有金属电极。

进一步地，所述氮化物半导体紫外发光二极管的发光波长在200～400nm。

以下结合若干实施例对本发明的技术方案作更为详细地说明。

实施例1：在aln衬底上制备波长265nm的algan基深紫外发光二极管(正装结构)，具体制作方法包括：

s1：采用金属有机物化学气相沉积(mocvd)设备在aln衬底上生长algan基紫外发光二极管结构，具体为先生长800nm的al0.9ga0.1n厚层，随后生长紫外发光二极管结构，具体包括1200nmn-al0.9ga0.1n接触层、8对al0.53ga0.47n/al0.9ga0.1n多量子阱，其中每层al0.53ga0.47n量子阱1.5nm，每层al0.9ga0.1n量子垒7nm，20nm的p-al0.98ga0.02n电子阻挡层，50nmp-al0.89ga0.11n接触层，如图1所示。

s2：采用衍射技术确定紫外发光二极管外延层的晶体取向以及晶向，如图2所示。

s3：采用丙酮、酒精、盐酸和去离子水等清洗外延片，在p-algan接触层上沉积2nm的ni和150nm的ag金属，或沉积240nm的azo和10对光学厚度均为1/4波长的sio2/tao2高反膜，并利用快速退火炉在压缩空气气氛中400℃退火8分钟，以形成较好的欧姆接触，并在制备好的p型欧姆接触电极上旋涂光刻胶，如图3所示。

s4：进行光刻，采用旋转错位法，将光刻板的图形相对algan外延薄膜的方向围绕中心轴顺时针旋转15度，使光刻图形任意一条边均避开晶向，如图4所示。光刻图形为正方形，但不仅限于此，也可以为三角形、矩形、六边形、倒梯形、圆盘形、圆环形、螺旋形、或者其它形状等结构中的任意一种或两种以上的组合。

s5：在外延片表面沉积230nm的sio2绝缘介质膜，随后采用干法刻蚀技术刻蚀1000nm，到n型al0.9ga0.1n接触层，形成无规则的粗糙侧壁，如图5所示。

s6：依次沉积50nmti/50nmpt/100nmau，随后进行剥离，形成n型欧姆接触电极和p型加厚电极，如图6所示。

s7：将外延芯片置于25％浓度的tmah溶液中85℃腐蚀120分钟，去除紫外发光二极管侧壁的刻蚀损伤，并得到锯齿状侧壁，如图7a-图7e所示。

s8：进行管芯切割，形成单个紫外发光二极管管芯，如图8所示。该芯片发光波长265nm，取光效率高，外量子效率超过20％，寿命大于2000小时。

实施例2：在si衬底上制备发光波长280nm的algan基深紫外发光二极管(垂直结构)，具体制作方法包括：

s1：采用mocvd设备在si衬底上生长algan基紫外发光二极管结构，具体如下：先生长25nm的aln成核层，随后生长700nm的aln厚层，20nm的gan插入层，500nm的aln层，最后生长algan基紫外发光二极管结构，具体包括2000nmn-al0.65ga0.35n接触层、8对al0.45ga0.55n/al0.65ga0.35n多量子阱，其中每层al0.45ga0.55n量子阱2.5nm，每层al0.65ga0.35n量子垒8nm，20nm的p-al0.9ga0.1n电子阻挡层，70nmp-al0.45ga0.55n接触层，如图9所示。

s2：采用衍射技术确定紫外发光二极管外延层的晶体取向以及晶向，如图10所示。

s3：采用丙酮、酒精、盐酸和去离子水等清洗外延片，在p-algan接触层上依次沉积3nm的ni和200nm的rh，并利用快速退火炉在压缩空气气氛中550℃退火10分钟，以形成较好的欧姆接触，如图11所示。

s4：在p型欧姆接触金属上整面沉积一层au键合金属，用于晶圆键合，如图12所示。

s5：利用晶圆键合技术将紫外发光二极管与钼铜支撑倒装键合在一起。然后采用湿法腐蚀或激光剥离的方法去除衬底，随后用减薄、研磨、干法刻蚀或湿法腐蚀去除缓冲层、暴露出n型接触层，实现衬底转移，如图13所示。

s6：采用70℃的(nh4)2s溶液腐蚀氮面n型algan接触层，制备用于增强出光的微纳结构，微纳结构可以为锯齿形、三角形、纳米柱结构、梯形、倒梯形、蒙古包结构等等，如图14所示；也可以采用草酸溶液，进行电化学腐蚀，制备用于增强出光的微纳结构。

s7：在外延片表面沉积20nmti/160nmal/50nmal/300nmau，形成n型欧姆接触。

s8：光刻。采用旋转错位法，将光刻板的图形相对algan外延薄膜的方向围绕中心轴顺时针旋转20度，使光刻图形任意一条边均避开晶向，如图15所示。光刻图形为三角形，但不仅限于此，也可以为矩形、正方形、六边形、八边形、十二边形、圆盘形、圆环形、螺旋形、或者其它形状等结构中的任意一种或两种以上的组合。

s9：减薄支撑片，在支撑片的背面沉积金属电极50nmti/100nmau，如图18b所示。

s10：进行管芯切割，形成单个紫外发光二极管管芯，发光波长280nm。该芯片取光效率高，外量子效率高达20％，寿命超过3000小时。

实施例3：在蓝宝石衬底上制备发光波长310nm的algan基深紫外发光二极管(倒装结构)，具体制作方法包括：

s1：采用mocvd设备在蓝宝石衬底上生长紫外发光二极管结构，具体包括25nm的gan成核层，或20nmgan和5nmaln的复合成核层，随后生长1000nm的aln厚层，最后生长algan基紫外发光二极管结构，具体包括1000nmn-al0.3ga0.7n接触层、6对al0.15ga0.85n/al0.25ga0.75n多量子阱，其中每层al0.25ga0.75n量子阱2nm，每层al0.3ga0.7n量子垒10nm，20nm的p-al0.4ga0.6n电子阻挡层，100nmp-al0.3ga0.7n接触层，如图9所示。

s2：采用衍射技术确定紫外发光二极管外延层的晶体取向以及晶向，如图10所示。

s3：采用丙酮、酒精、盐酸和去离子水等清洗外延片，在p-algan接触层上沉积5nm的ni和100nm的ag金属，或沉积200nm的azo和8对光学厚度均为1/4波长的sio2/tio2高反膜，并利用快速退火炉在压缩空气气氛中500℃退火3分钟，以形成较好的欧姆接触，如图11所示。

s4：在p型欧姆接触金属上整面沉积一层au-sn键合金属，用于晶圆键合，如图12所示。

s5：将algan基紫外发光二极管的p面朝下，利用晶圆键合技术将紫外发光二极管与钼铜支撑倒装键合在一起。然后采用湿法腐蚀或激光剥离的方法去除衬底，随后用减薄、研磨、干法刻蚀或湿法腐蚀去除缓冲层、暴露出n型接触层，实现衬底转移，如图13所示。

s6：在氮面n型algan接触层上，采用热磷酸h3po4溶液制备用于增强出光的微纳结构，微纳结构可以为锯齿形、三角形、纳米柱结构、梯形、倒梯形、蒙古包结构等等，如图14所示；也可以采用草酸溶液，进行电化学腐蚀，制备用于增强出光的微纳结构。

s7：在外延片表面沉积50nmcr/300nmau，形成n型欧姆接触。

s8：在n型algan接触层上光刻。采用旋转错位法，将光刻板的图形相对algan外延薄膜的方向围绕中心轴逆时针旋转10度，使光刻图形任意一条边均避开晶向，参阅图15所示。光刻图形为六边形，但不仅限于此，也可以为正方形、三角形、矩形、八边形、十二边形、圆盘形、圆环形、螺旋形、或者其它形状等结构中的任意一种或两种以上的组合。

s9：光刻后，形成无规则粗糙侧壁的单个紫外发光二极管芯片，然后利用85℃的koh溶液进行湿法腐蚀，腐蚀到p型欧姆接触电极，然后减薄钼铜支撑片，如图16所示。

s10：将外延片置于80℃的koh溶液中腐蚀60分钟，以修复刻蚀损伤，最终形成锯齿状侧壁，如图18a所示。

s11：进行管芯切割，形成单个紫外发光二极管管芯，发光波长320nm。该芯片取光效率高，外量子效率高达50％，寿命超过4000小时。

实施例4：在蓝宝石衬底上制备发光波长365nm的algan基近紫外发光二极管(正装结构)，具体制作方法包括：

s1：采用mocvd设备在蓝宝石衬底上生长algan基紫外发光二极管结构，具体为先生长20nm的gan成核层，或5nmgan和10nmaln的复合成核层，随后生长800nm的al0.1ga0.9n厚层，最后生长algan基紫外发光二极管结构，具体包括1200nmn-al0.1ga0.9n接触层、8对gan/al0.13ga0.87n多量子阱，其中每层gan量子阱4nm，每层al0.13ga0.87n量子垒8nm，10nm的p-al0.3ga0.7n电子阻挡层，130nmp-al0.1ga0.9n接触层，如图1所示。

s2：采用衍射技术确定紫外发光二极管外延层的晶体取向以及晶向，如图2所示。

s3：采用丙酮、酒精、盐酸和去离子水等清洗外延片，在p-algan接触层上沉积2nm的ni和150nm的ag金属，或沉积240nm的azo和10对光学厚度均为1/4波长的sio2/tao2高反膜，并利用快速退火炉在压缩空气气氛中400℃退火8分钟，以形成较好的欧姆接触，并在制备好的p型欧姆接触电极上旋涂光刻胶，如图3所示。

s4：进行光刻，采用旋转错位法，将光刻板的图形相对algan外延薄膜的方向围绕中心轴顺时针旋转15度，使光刻图形任意一条边均避开晶向，如图4所示。光刻图形为倒梯形，但不仅限于此，也可以为正方形、三角形、六边形、矩形、十二边形、圆盘形、圆环形、螺旋形、或者其它形状等结构中的任意一种或两种以上的组合。

s5：在外延片表面沉积230nm的sio2绝缘介质膜，随后采用干法刻蚀技术刻蚀1700nm，到n型algan接触层，形成无规则的粗糙侧壁，如图5所示。

s6：依次沉积50nmti/50nmpt/100nmau，随后进行剥离，形成n型欧姆接触电极和p型加厚电极，如图6所示。

s7：采用80℃的h3po4溶液进行湿法腐蚀，去除紫外发光二极管侧壁的刻蚀损伤，得到锯齿状侧壁，如图7d所示。

s8：将蓝宝石衬底减薄、研磨和抛光，然后进行裂片，形成紫外发光二极管管芯，如图8所示。该芯片发光波长365nm，取光效率高，外量子效率超过70％，寿命大于5000小时。

本发明前述实施例提供的氮化物半导体紫外发光二极管结构具有取光效率高、侧壁光吸收弱、载流子非辐射复合小、散热效果好、稳定性及可靠性高等优点，可大幅增强氮化物半导体紫外发光二极管的性能和寿命。

应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。