[发明专利]一种外延结构的GaN基材料发光二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电技术领域，特别是外延结构的GaN基材料发光二极管及其制备方法。

背景技术

GaN基材料是最常用的制备发光二极管LED芯片的方法，GaN LED制备的各种光源具有节能、环保、冷光源、显色指数高、响应速度快、体积小和工作寿命长等突出优点。LED已经从交通灯、显示标志、景观照明走向背光源、照明等领域，半导体固体照明光源作为新一代照明革命的绿色固体光源显示出巨大的应用潜力。

现有技术中，GaN外延衬底主要以蓝宝石、SiC为主，其中蓝宝石衬底为大多数厂家采用。为提高LED效率，各厂家均采取图形化衬底。目前图形化衬底已成GaN外延的主流技术。如中国专利公开号为CN101345274的《一种利用图形化衬底提高GaN基LED发光效率的方法》中记载了，图形化衬底可以是干法刻蚀，也可以是湿法刻蚀，图形可以是方形、半球形、条形等任意图形，图形可以是凸起或凹坑。在这种图形化衬底上生长各种LED结构，这种结构包含N-GaN，量子阱、P-GaN，然后按照各种技术方案制作LED器件。虽然，图形化衬底技术在GaN LED中被广泛使用，但目前的LED芯片制造技术由于都是将蓝宝石衬底完全覆盖，没有将图形化衬底的特点完全利用起来，出光效率有待提高。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种外延结构的GaN基材料发光二极管及其制备方法。它结合外延技术，在外延过程中，使切割道部分不再外延出GaN材料，从而使蓝宝石衬底暴露出来，充分利用图形化衬底的图形，同时利用衬底与封装介质的折射率差，提高出光效率。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：

一种外延结构的GaN基材料发光二极管，它包括蓝宝石衬底以及依次置于蓝宝石衬底上方的N-GaN层、多量子阱层、P-GaN层和ITO薄膜，ITO薄膜和N-GaN层上分别置有金属电极Cr/Pt/Au层。其结构特点是，所述蓝宝石衬底的上表面边沿露出一圈衬底平面。

在上述发光二极管中，所述衬底平面为图形化衬底或者平衬底。

一种外延结构的GaN基材料发光二极管的制备方法，它包括如下步骤：

1)在蓝宝石衬底上沉积一层SiO₂薄膜；

2)在SiO₂薄膜上面的两侧涂光刻胶并显影形成掩蔽层一；

3)腐蚀掉露出的SiO₂，露出蓝宝石衬底中间部分的顶面，去除光刻胶；

4)用金属有机物气相沉积MOCVD法在顶面上外延LED结构，其中从下至上依次为N-GaN层、多量子阱层和P-GaN层，并退火；

5)湿法腐蚀掉SiO₂，用电子束蒸发E-beam方法蒸发形成ITO薄膜；

6)在ITO薄膜顶面涂光刻胶并显影形成掩蔽层二；

7)湿法腐蚀出ITO图形，露出P-GaN层的表面；

8)用ICP设备刻蚀出N-GaN层一侧的台面，去除光刻胶；

9)重新涂光刻胶并显影形成掩蔽层三；

10)湿法腐蚀ITO薄膜，去除光刻胶，并在N₂气氛中进行退火；

11)在表面生长SiO₂薄膜，在SiO₂薄膜上涂光刻胶显影形成掩蔽层四；

12)湿法腐蚀掉露出的SiO₂薄膜；

13)去除光刻胶，电子束蒸发方法分步蒸发金属电极Cr/Pt/Au层，并剥离出金属电极Cr/Pt/Au层；在N₂气氛中进行退火的合金化处理，形成发光二极管。

在上述方法中，所述生长SiO₂薄膜的方法采用等离子体增强化学气相沉积PECVD法或者光刻胶沉积E-BEAM法。

本发明由于采用了上述结构和制备方法，可以不用深刻蚀，而实现深刻蚀的效果，对应不同尺寸的芯片，能够提高光效3％～15％；同时，减少外延过程中的应力。本发明可充分利用图形化衬底的图形，同时利用衬底与封装介质的折射率差，提高出光效率。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1至图13是制备本发明GaN基材料发光二极管的步骤示意图；

图13也是本发明GaN基材料发光二极管的结构示意图。

具体实施方式