谐振腔发光二极管及其制造方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种谐振腔发光二极管及其制造方法。

背景技术：

谐振腔发光二极管(resonantcavitylightemittingdiode，简称rcled)是一种新型发光二极管(led)结构，其同时具备了传统led和垂直腔面激光器(vcsel)的优点，具有良好的应用价值和广阔的市场前景，现多用于光纤通信领域。

rcled的基本结构包括上反射镜层、下反射镜层、夹在上反射镜层和下反射镜层中间的有源层、以及传导电极。其中，上反射镜层和下反射镜层通常采用交替层叠的algan层和gan层，或者交替层叠的inalgan层和gan层。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

对于从上面出光的rcled，上反射镜层的反射率要小于下反射镜层。现有的下反射镜层主要通过提高al在gan中的掺杂浓度达到下反射镜层高反射率的要求，但高掺杂浓度的al会影响rcled的外延质量，造成rcled晶格失配，出现大量位错和缺陷，极大影响rcled的应用。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种谐振腔发光二极管及其制造方法，可以在提高下反射镜的反射率的同时，保证rcled的外延质量。所述技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种谐振腔发光二极管，所述谐振腔发光二极管包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的n型层、有源层、p型层、透明导电层、钝化层，所述p型层和所述透明导电层上均设有p型电极，所述n型层上设有n型电极，

所述衬底的远离所述n型层的一面设有下反射镜层，所述钝化层上设有上反射镜层。

进一步地，所述衬底的设有所述下反射镜层的一面上、以及所述钝化层的设有所述上反射镜层的一面上均设有多个三角凹坑，部分所述下反射镜层和部分所述下反射镜层位于所述三角凹坑的侧壁上。

进一步地，每个所述三角凹坑的宽度为2.7～2.8um，深度为1.6～1.8um，倾斜角度为70～80°。

进一步地，相邻的两个所述三角凹坑的中心线之间的距离为2.9～3.1um。

另一方面，本发明提供了一种谐振腔发光二极管的制造方法，所述制造方法包括：

在衬底上依次生长n型层、有源层和p型层；

在所述p型层上开设从所述p型层延伸至所述n型层的凹槽；

在所述p型层上形成透明导电层；

在所述透明导电层、所述n型层上形成钝化层；

在所述钝化层上形成上反射镜层；

对所述上反射镜层、所述钝化层、所述透明导电层进行刻蚀，使所述p型层、所述透明导电层与所述n型层露出；

在所述p型层和所述透明导电层上设置p型电极，在所述n型层上设置n型电极；

在所述衬底的远离所述n型层的一面上形成下反射镜层。

进一步地，所述在所述衬底的远离所述n型层的一面上形成下反射镜层，包括：

在所述衬底的远离所述n型层的一面上设置多个三角凹坑；

在所述衬底的远离所述n型层的一面上和所述三角凹坑的侧壁上形成下反射镜层。

进一步地，所述在所述钝化层上形成上反射镜层，包括：

在所述钝化层的远离所述衬底的一面上设置多个三角凹坑；

在所述钝化层的远离所述衬底的一面上和所述三角凹坑的侧壁上形成上反射镜层。

进一步地，每个所述三角凹坑的宽度为2.7～2.8um、深度为1.6～1.8um，倾斜角度为70～80°。

进一步地，相邻的两个三角凹坑的中心线之间的距离为2.9～3.1um。

进一步地，在所述衬底的远离所述n型层的一面上形成下反射镜层之前，所述制造方法还包括：

减薄所述衬底。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过将下反射镜层设置在衬底的远离n型层的一面上，此时可以通过提高al在gan中的掺杂浓度即可达到下反射镜高反射率的要求。由于下反射镜层设置在衬底的远离n型层的一面上，因此提高al的浓度不会影响rcled的外延质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种谐振腔发光二极管的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种谐振腔发光二极管的制造方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种谐振腔发光二极管的结构示意图，如图1所示，谐振腔发光二极管包括衬底1、以及依次层叠在衬底1上的n型层2、有源层3、p型层4、透明导电层5、钝化层6，p型层4和透明导电层5上均设有p型电极7，n型层2上设有n型电极8。

钝化层6上设有上反射镜层9，衬底1的远离n型层2的一面设有下反射镜层10。

本发明实施例通过将下反射镜层设置在衬底的远离n型层的一面上，此时可以通过提高al在gan中的掺杂浓度即可达到下反射镜高反射率的要求。由于下反射镜层设置在衬底的远离n型层的一面上，因此提高al的浓度不会影响rcled的外延质量。

进一步地，钝化层6的设有上反射镜层9的一面上设有多个上三角凹坑6a，部分上反射镜层9位于多个上三角凹坑6a的侧壁上。

衬底1的设有下反射镜层10的一面上设有多个下三角凹坑1a，部分下反射镜层10位于多个下三角凹坑6a的侧壁上。

由于现有的未设置三角凹坑的rcled，光线经过反射层后，会垂直出射，然后经过有源层，部分反射光会被有源层吸收，导致rcled的出光效率较低。因此，本发明通过设置三角凹坑，并将反射层设置在三角凹坑上，可以形成漫反射结构，使得经过上反射镜层和下反射镜层的反射光从各个方向出射，减少了反射光被有源层吸收的概率，提高了rcled的出光效率。同时通过设置三角凹坑增加了衬底和钝化层的表面粗糙度，与光滑平面型的表面相比，设有三角凹坑的表面具有更高的粘附性，可以减少上反射镜层和下反射镜层的脱落。

可选地，如图1所示，每个三角凹坑的宽度d为2.7～2.8um、高度h为1.6～1.8um，倾斜角度θ为70～80℃。此时，rcled的出光效率最高，rcled的发光效率最好。

进一步地，相邻的两个三角凹坑的中心线之间的距离l为2.9～3.1um。

在本实施例中，上反射镜层9和下反射镜层10均包括多个交替层叠的algan层和gan层，或者交替层叠的inalgan层和gan层。

在本发明的另一种实现方式中，上反射镜层9和下反射镜层10均包括多个交替层叠的ti3o5层和sio2层。ti3o5会分解成比其余ti的氧化物更多的ti单质，能与o2充分反应，形成tio2，有利于ti的高效利用。其中，ti3o5层为高折射率材料，sio2层为低折射率材料。

可选地，上反射镜层9和下反射镜层10的层数相等，均为48层。

可选地，上反射镜层9和下反射镜层10的厚度相同，均为3.7～4.7um。

优选地，上反射镜层9和下反射镜层10的厚度均为4.2um。

可选地，上反射镜层9和下反射镜层10中最后一层sio2层的厚度为5000埃。

可选地，上反射镜层和下反射镜层之间的距离d0可以满足如下公式：

其中，k为奇数，σi为对i取所有值时的λ0/ni求和，i取不同值代表上反射镜层9和下反射镜层10之间的不同层，λ0为谐振腔发光二极管产生光的中心波长，ni为上反射镜层9和下反射镜层10之间各层的折射率。

容易知道，形成谐振腔的条件在于形成驻波，驻波要求反射波与出射波相消，即反射波与反射波的相位差为π。由于波长/折射率为光在介质中的等效波长，k为奇数，因此上反射镜层9和下反射镜层10之间的距离等于1/2波长、3/2波长、5/2波长等，可以满足谐振腔的条件(反射波与反射波的相位差为π)。

具体地，n型层2为n型gan层，有源层3包括交替层叠的ingan层和gan层，p型层4为p型gan层。

可选地，衬底1可以为002面蓝宝石衬底、sic衬底或者si衬底。

可选地，透明导电层5采用的材料可以包括氧化铟锡(ito)、掺杂氟的氧化锡(fto)、石墨烯、以及氧化锌(zno)中的至少一种。

优选地，透明导电层5采用的材料可以为ito，使用最为普遍。

可选地，钝化层6的厚度可以为10nm～500nm。

优选地，钝化层6的厚度可以为80nm。

可选地，钝化层6采用的材料可以包括氧化硅、氮化硅、氧化铝、氟化镁中的至少一种，对发光二极管进行保护，避免反向漏电等问题，提高发光二极管的可靠性。

优选地，钝化层6采用的材料可以为氧化硅，以便使用腐蚀溶液开孔形成电极。

可选地，p型电极7采用的材料可以包括金、银、铝、镍、铂、钛中的至少一种。

优选地，p型电极7可以为依次层叠的铬层、铝层、铬层、钛层、铬层，以适用接触、反光、导电等作用。

可选地，n型电极8采用的材料可以包括金、银、铝、铬、镍、铂、钛中的至少一种。

图2是本发明实施例提供的一种谐振腔发光二极管的制造方法流程图，如图2所示，该制造方法包括：

步骤201、在衬底上依次生长n型层、有源层和p型层。

可选地，衬底1可以为002面蓝宝石衬底。

具体地，n型层2为n型gan层，有源层3包括交替层叠的ingan层和gan层，p型层4为p型gan层。

具体地，该步骤201可以包括：

采用金属有机化合物化学气相沉淀(metal-organicchemicalvapordeposition，简称mocvd)技术在衬底1上依次生长n型层2、有源层3、p型层4。

在本实施例的另一种实现方式中，步骤201可以包括：

在衬底1上形成至少一层aln缓冲层；

在aln缓冲层上依次形成n型层2、有源层3和p型层4。

可以理解地，在衬底1和n型层2之间先形成aln缓冲层，有利于n型层2、有源层3和p型层4的生长，提高晶体质量。

步骤202、在p型层上开设从p型层延伸至n型层的凹槽。

具体地，该步骤202可以包括：

采用光刻工艺在p型层4上开设从p型层4延伸至n型层2的凹槽。

更具体地，采用光刻工艺在p型层4上开设从p型层4延伸至n型层2的凹槽，可以包括：

在p型层4上形成一层光刻胶；

对光刻胶进行曝光和显影，形成设定图形的光刻胶；

在光刻胶的保护下，采用感应耦合等离子体刻蚀(inductivecoupledplasma，简称icp)技术在p型层4上开设从p型层4延伸至n型层2的凹槽；

剥离光刻胶。

其中，凹槽的深度大于p型层4和有源层3的厚度之和，且凹槽的深度小于p型层4、有源层3和n型层2的厚度之和。

步骤203、在p型层上形成透明导电层。

可选地，透明导电层采用的材料可以包括氧化铟锡(ito)、掺杂氟的氧化锡(fto)、石墨烯、以及氧化锌(zno)中的至少一种。

优选地，透明导电层采用的材料可以为ito，使用最为普遍。

具体地，该步骤203可以包括：

采用物理气相沉积(physicalvapordeposition，简称pvd)方法在n型层2、凹槽、p型层4上形成透明导电层5；

采用光刻工艺去除n型层2上的透明导电层5，留下p型层4上的透明导电层5。

更具体地，采用光刻工艺去除n型层2上的透明导电层5，留下p型层4上的透明导电层5，可以包括：

在透明导电层5上形成一层光刻胶；

对光刻胶进行曝光和显影，形成设定图形的光刻胶；

在设定图形的光刻胶的保护下，对透明导电层5进行腐蚀清洗，留下p型层4上的透明导电层5；

剥离光刻胶。

步骤204、在透明导电层、n型层上形成钝化层。

可选地，钝化层6的厚度可以为10nm～500nm。

优选地，钝化层6的厚度可以为80nm。

可选地，钝化层6采用的材料可以包括氧化硅、氮化硅、氧化铝、氟化镁中的至少一种，对rcled进行保护，避免反向漏电等问题，提高rcled的可靠性。

优选地，钝化层6采用的材料可以为氧化硅，以便使用腐蚀溶液开孔形成电极。

具体地，该步骤205可以包括：

采用等离子体增强化学气相沉积(plasmaenhancedchemicalvapordeposition，简称pecvd)技术在n型层4和透明导电层5上形成钝化层6。

步骤205、在钝化层上形成上反射镜层。

可选地，结合图1，步骤205包括：

在钝化层6的远离衬底1的一面上设置多个上三角凹坑6a；

在钝化层6的远离衬底1的一面上和上三角凹坑6a的侧壁形成上反射镜层9。

进一步地，每个上三角凹坑6a的宽度d为2.7～2.8um、高度h为1.6～1.8um，倾斜角度θ为70～80℃。此时，rcled的出光效率最高，rcled的发光效率最好。

进一步地，相邻的两个三角凹坑6a的中心线之间的距离l为2.9～3.1um。

在本实施例中，上反射镜层9包括多个交替层叠的algan层和gan层，或者交替层叠的inalgan层和gan层。

可选地，上反射镜层9包括多个交替层叠的ti3o5层和sio2层。

步骤206、对上反射镜层、钝化层、透明导电层进行刻蚀，使p型层、透明导电层与n型层露出。

具体地，步骤206可以包括：

在上反射镜层9上形成一层光刻胶；

采用光刻工艺溶解部分光刻胶；

在光刻胶的保护下，对上反射镜层9进行icp刻蚀，形成从上反射镜层9延伸至透明导电层5的与p型层4的通孔、以及从上反射镜层9延伸至n型层2的通孔。

步骤207、在p型层和透明导电层上设置p型电极，在n型层上设置n型电极。

可选地，p型电极7采用的材料可以包括金、银、铝、镍、铂、钛中的至少一种。

优选地，p型电极7可以为依次层叠的铬层、铝层、铬层、钛层、铬层，以适用接触、反光、导电等作用。

可选地，n型电极8采用的材料可以包括金、银、铝、铬、镍、铂、钛中的至少一种。

优选地，可以采用蒸发技术形成电极，速率较快。

可选地，还可以采用溅射技术形成电极。

进一步地，在执行步骤207后，执行步骤208之前，该制造方法还可以包括：

减薄衬底，以改善芯片散热效果。

可选地，可以将衬底减薄至180-200um。

步骤208、在衬底的远离n型层的一面上形成下反射镜层。

具体地，结合图1，步骤208可以包括：

在衬底的远离n型层的一面上设置多个三角凹坑；

在衬底的远离n型层的一面上和三角凹坑的侧壁上形成下反射镜层。

进一步地，每个三角凹坑的宽度d为2.7～2.8um、高度h为1.6～1.8um，倾斜角度θ为70～80℃。

进一步地，相邻的两个三角凹坑的中心线之间的距离l为2.9～3.1um。

在本实施例中，下反射镜层包括多个交替层叠的algan层和gan层，或者交替层叠的inalgan层和gan层。

可选地，下反射镜层包括多个交替层叠的ti3o5层和sio2层。

本发明实施例通过将下反射镜层设置在衬底的远离n型层的一面上，此时可以通过提高al在gan中的掺杂浓度即可达到下反射镜高反射率的要求。由于下反射镜层设置在衬底的远离n型层的一面上，因此提高al的浓度不会影响rcled的外延质量。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。