一种氮化镓基半导体发光器件的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种氮化镓基半导体发光器件的制造方法。本发明专利技术通过变更不同的蒸镀条件得到ITO层的粗化，破坏了光子在经过ITO与空气界面时发生的发射现象，增加了光子逃出器件表面的几率，提高了发光效率。另一方面，本发明专利技术直接在蒸镀ITO层的过程中控制蒸镀条件,形成粗化的ITO层，无需另外进行粗化的步骤，制作工艺与常规工艺相差无几，过程极简单、易于控制，成本低，便于产业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种氮化镓基III-V族半导体发光器件的制造方法。
技术介绍
以GaN为代表的III族氮化物因具有一系列优越的性质，而成为近年来化合物半导体研究开发的热点之一。利用其禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、导热性能良好等特点适合于制作高频、大功率电子器件；而利用其宽的直接带隙可以制作短波长可见光和紫外的光电子器件。现有LED的效率受限于无法发射由其活性层所产生的所有光线。当供给LED能量时，自其活性层发射的光线(沿所有方向)将以许多不同角度到达发射表面。典型的半导体材料比周围空气(H=I)或封装树脂(n=l. 5左右)有较高的折射率。根据斯涅耳定律 (Sneir s law)，光线自具有较高折射率的区域进行到在某一临界角度内的具有低折射率的区域，将穿越较低折射率的区域；以超过临界角度到达将不会穿出表面，但是会经历内部全反射(I1R)。在LED中，IlR光线可持续与LED内反射，直到被吸收位置。由于该反射现象，多数由现有LED所产生的光线并未发射出去，降低了本身的效率。通过表面粗化，可以破坏光子的全发射行为，增加光子逃出器件表面的几率，从而提高发光效率。在目前已提出的表面粗化方法中，虽然不同程度提高了 LED的亮度，但这些方法也暴露出技术要求高，过程不易控制、出现正向电压偏高等缺点。
技术实现思路
本专利技术提出一种提高发光二极管光提取效率的制作方法，通过对GaN透明导电层进行粗化，在大大提高发光亮度的同时又不增加生产成本。本专利技术所采用的技术方案利用调整透明导电层的蒸镀条件而形成粗糙的表面，由于其不需额外的其他粗化步骤，即可得到比较均勻理想的粗糙表面，较其他公知的方法省时省力且又不增加成本。本专利技术是通过以下技术方案予以实现的，包括如下步骤(1)在蓝宝石衬底或SiC衬底或GaN衬底上依次生长低温GaN缓冲层，不掺杂GaN层、 N-GaN层、多量子阱层、P-GaN层。(2)通过不同的电子束蒸镀条件得到表面粗化的ITO层。进一步地，步骤(2)中，通过控制温度或蒸镀速率，形成表面粗化的ITO层。进一步地，步骤(2)中形成的ITO粗化层的生长厚度为150(Γ3500Α。进一步地，步骤(2)中所述的表面粗化的ITO层可以通过如下方法制备首先，控制温度在15(T250°C，O2流量为l(T20sCCm，蒸镀镀率为1 2A/s，在表面蒸镀上一层厚度为10(Γ500Α的粗糙ITO层；然后，控制温度在270 330°C，O2流量为 lOlOsccm，蒸镀镀率为广2A/s，继续在表面蒸镀一层厚度为140(Γ3000Α的ITO厚度。进一步的，步骤(2)中所述的表面粗化的ITO层还可以通过如下方法制备 首先，控制温度在270 330°C，02流量为l(T20SCCm，蒸镀镀率为;Γ θΑ/s，在表面蒸镀上一层厚度为10(Γ500Α的粗糙ITO层；然后，控制温度在270 330°C，02流量为 lOlOsccm，蒸镀镀率为0. 5 2A/s，继续在表面蒸镀一层厚度为140(Γ3000Α的ITO厚度。进一步地，步骤(2)中所述的表面粗化的ITO层还可以通过如下方法制备首先，控制温度在270 330°C，02流量为lOlOsccm，蒸镀镀率为8A/s，在表面蒸镀上一层厚度为10(Γ500Α的粗糙ITO层；然后，控制温度在270 330°C，02流量为lOlOsccm， 蒸镀镀率为1. 5A/s，继续在表面蒸镀一层厚度为140(Γ3000Α的ITO厚度。与现有技术相比，本专利技术GaN基LED芯片结构中ITO层的表面粗化方法，通过变更不同的蒸镀方法得到ITO层的粗化，破坏了光子在经过ITO与空气界面时发生的发射现象， 增加了光子逃出器件表面的几率，提高了发光效率。另一方面，本专利技术直接在蒸镀ITO层的过程中控制蒸镀条件，形成粗化的ITO层，无需另外进行粗化的步骤，制作工艺与常规工艺相差无几，过程极简单、易于控制，成本低，便于产业化生产。附图说明图1为常规GaN基LED的结构示意图。图2为通过本专利技术之氮化镓基半导体发光器件的制造方法所形成的GaN基LED的结构示意图。图3为图2所示的GaN基LED的发光强度与图1所示的常规GaN基LED的发光强度对比表。其中，1为蓝宝石衬底，2为低温GaN缓冲层，3为不掺杂GaN层，4为N-GaN层，5为 N电极，6为多量子阱层，7为P-GaN层，8为ITO层，9为P电极。具体实施例方式以下结合实施例来进一步解释本专利技术，但实施例并不对本专利技术做任何限定。实施例1，主要包括以下步骤(1)采用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)在半导体衬底1上依次生长出低温(iaN 缓冲层2、不掺杂GaN层3、N-GaN层4、多量子阱层6、P-GaN层7的层叠结构。其中半导体衬底1的材料为蓝宝石；(2)对生长出来的外延片进行Mesa光刻和ICP刻蚀，直到N型GaN层4暴露出来；⑶ 在经ICP刻蚀后的基片上采用电子束蒸镀的方式沉积出具有粗化表面的ITO层，其具体方法如下a)在温度210°C下，O2流量为lkccm，镀率为1.5A/s的条件下，在基片表面上蒸镀厚度为500A的ITO层；b)将腔体温度升温到300°C，保持O2流量为lkccm，镀率为1.5A/s，在基片表面上继续蒸镀2000A的ITO层；c)将腔体降温，即可得到本专利技术所涉及的粗化ITO层8；(4)制作金属电极在蒸镀的ITO电流扩散层的基础上，通过常规的LED电极制备工艺形成所需的电极5、9，其中电极的材料为Cr/Au(50nm/1000nm)。本实施例通过控制ITO的蒸镀温度变化形成表面粗化的ITO层。在较低的蒸镀温度下，ITO的结晶度较差，随着基片的温度提高，ITO的结晶度逐步得到改善。由于基片的温度提高有利于原子的表面扩散和迁移，因此在较低的温度下，其结晶度低，表面的颗粒度大，从而形成粗糙的表面，后面再进行蒸镀即可得到粗糙的ITO表面。实施例2通过粗化ITO电流扩展层表面来提高LED出光效率的方法主要包括以下步骤(1)采用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)在半导体衬底1上依次生长出低温GaN 缓冲层2、不掺杂GaN层3、N-GaN层4、多量子阱层6、P_GaN层7的层叠结构，其中半导体衬底的材料为蓝宝石；(2)对生长出来的外延片进行Mesa光刻和ICP刻蚀，直到N型GaN层4暴露出来；(3)在经ICP刻蚀后的基片上采用电子束蒸镀的方式沉积出具有粗化表面的ITO层，其具体方法如下a)在温度300°C下，02流量为lkccm，镀率为SA/s的条件下，在基板表面上蒸镀厚度为500A的ITO层；b)将镀率降为1.5A/s，在基片表面上继续蒸镀2000A的ITO层；c)将腔体降温，即可得到本专利技术所涉及的粗化ITO层4；(4)制作金属电极在蒸镀的ITO电流扩散层的基础上，通过常规的LED电极制备工艺形成所需的电极，其中电极的材料为Cr/Au(50nm/1000nm)。本实施例通过控制ITO的蒸镀速率的变化，从而形成表面粗化的ITO层。在较高的镀率下，ITO的结晶度较差，表面颗粒度大，从而形成粗糙的表面。如图2所示，形成了具有粗化ITO层8的GaN基半导体发光器件，图3所示的数据显示了 ITO层表面粗化的LED发光强度比ITO层表面未粗化的LED提高了 15%以上本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种氮化镓基半导体发光器件的制造方法，包含如下步骤：（１）　在半导体衬底上依次生长ＧａＮ缓冲层、不掺杂ＧａＮ层、Ｎ－ＧａＮ层、多量子阱层、Ｐ－ＧａＮ层；（２）　在Ｐ－ＧａＮ层蒸镀一层ＩＴＯ层，控制电子束蒸镀条件形成表面粗化的ＩＴＯ层。

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓基半导体发光器件的制造方法，包含如下步骤(1)在半导体衬底上依次生长GaN缓冲层、不掺杂GaN层、N-GaN层、多量子阱层、P-GaN层；(2)在P-GaN层蒸镀一层ITO层，控制电子束蒸镀条件形成表面粗化的ITO层。2.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体发光器件的制造方法，其特征在于( 步骤中通过改变ITO蒸镀的温度或蒸镀率。3.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体发光器件的制造方法，其特征在于步骤(2) 中所述ITO表面粗化层的制备方法如下首先，控制温度在15(T250°C，A流量为l(T20SCCm，蒸镀镀率为1 2A/s，在表面蒸镀上一层厚度为10(Γ500Α的粗糙ITO层；然后，控制温度在270 330°C，02流量为l(T20SCCm，蒸镀镀率为广2A/s，继续在表面蒸镀一层厚度为140(Γ3000Α的ITO厚度。4.根据权利要求3所述的氮化镓基半导体发光器件的制造方法，其特征在于步骤(2) 中所述ITO表面粗化层的制备方法如下首先，控制温度在200°C，A流量为l(T20sCCm，蒸镀镀率为1 2A/s，在表面蒸镀上一层厚度为10(Γ500Α的粗糙ITO层；然后，控制温度在300°C，02流量为lOlOsccm，蒸镀镀率为广2A/s，继续在表面蒸镀一层厚度为140(Γ3000Α的ITO厚度。5.根据权利要求3所述的氮化镓基半导体发光器件的制造方法，其特征在于步聚(2)中ITO蒸镀率为1.5 A/s。6.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体发光器件的制造方法，其特征在于步骤(2) 中所述ITO表面粗化层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖齐华，许亚红，李水清，林雪娇，黄慧君，卢利香，
申请(专利权)人：厦门市三安光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：92