[发明专利]图形化氮化镓基发光外延片、发光芯片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光外延片和发光芯片，以及其制作方法，更为具体地，涉及一种图形化氮化镓基发光外延片和发光芯片及其制作方法。

背景技术

近年来，随着半导体照明逐渐普及，氮化镓（GaN）基发光二极管技术发展迅速。为了提高氮化镓发光二极管的发光效率，一方面要改善发光材料的晶体质量以提高内量子效率，另一方面则要通过芯片结构以及封装工艺的改进以提升取光效率。为了提升芯片的取光效率，表面（界面）粗化或者纹理化技术是较为简单有效的方式之一，诸如图形化衬底、外延表面粗化、透明导电层粗化、光子晶体等针对出光面或者衬底的粗化技术已经被广泛采用并获得明显效果。

在各种表面（界面）纹理化技术中，图形化衬底和氮极性面粗化因其取光效果明显而得到广泛应用。图形化衬底技术可以同时提高晶体质量和取光效率，是目前常规氮化镓基发光二极管芯片的主流制造技术。针对氮极性面氮化镓的晶向选择性粗化可以获得亚微米级周期的六角锥（金字塔）粗化形貌，因而具有极高的取光效率，但其通常用在基于衬底剥离的薄膜氮化镓LED芯片结构上，常规的氮化镓LED芯片因生长面为镓极性，所以比较难以获得。

文献1（L-C Chang, C-H Kuo, C-W Kuo, Output power enhancements of nitride-based light-emitting diodes with inverted pyramid sidewalls structure, Solid-State Electronics 56 (2011) 8–12）报道了采用高温硫酸和磷酸腐蚀切割道侧壁边缘的n-GaN层形成倒六角锥（金字塔）状的粗化界面，通过优化条件可以获得27%的亮度提升。文献1通过激光正面划片形成切割道，切割道提供了横向蚀刻通道，高温磷酸和硫酸蚀刻切割道外延侧壁上与蓝宝石衬底交界的n-GaN层，且此n-GaN层的下表面呈氮极性，从而形成一环绕芯片切割道边缘的倒挂悬空的六角锥形貌带。

然而，采用文献1所提出的技术只能实现正装芯片切割道边缘的外延层倒六角锥粗化，其增加取光效率的幅度有限，如果能增大倒六角锥粗化的外延层区域，则可以获得更大幅度的取光提升。

发明内容

本发明的目的即在于改进现有技术的上述局限，将氮极性粗化技术和图形化衬底技术结合起来，以进一步提高正装氮化镓基发光二极管的发光效率。

本发明的技术方案是：

一种图形化氮化镓基发光外延片，其结构包含：

衬底；

图形化粗化层形成于衬底之上，其包含复数个沟道和复数个氮化镓层区块，各个氮化镓层区块通过沟道相互隔离，并且各氮化镓层区块靠近沟道的边缘区域的下表面为倒悬六角锥状粗化形貌；

氮化镓基发光外延层形成于图形化粗化层之上，并且填平所有沟道。

一种图形化氮化镓基发光芯片，其结构包含：

衬底；

图形化粗化层形成于衬底之上，其包含复数个沟道和复数个氮化镓层区，各个氮化镓层区块通过沟道相互隔离，并且各氮化镓层区块靠近沟道的边缘区域的下表面为倒悬六角锥状粗化形貌；

氮化镓基发光外延层形成于图形化粗化层之上且填平所有沟道，并且氮化镓基发光外延层依次包括n型氮化镓基外延层、有源层和p型氮化镓基外延层；

p电极形成于p型氮化镓基外延层之上；

n电极形成于n型氮化镓基外延层之上。

一种图形化氮化镓基发光外延片的制作方法，包括步骤：

提供一衬底；

在衬底上生长一可粗化层，其材料为氮化镓，并且其下表面呈氮极性；

定义图形化可粗化层并且蚀刻部分区域的可粗化层至露出衬底，以形成多个相互隔离的可粗化层区块以及沟道；

采用湿法方式将靠近侧向蚀刻沟道的可粗化层区块的边缘区域下表面蚀刻成倒六角锥状；

在可粗化层上继续生长发光外延层，并且发光外延层横向填平沟道，形成图形化氮化镓基发光外延片。

一种图形化氮化镓基发光芯片的制作方法，制作步骤如下：

提供一衬底；

在衬底上生长一可粗化层，其材料为氮化镓，并且其下表面呈氮极性；

定义图形化可粗化层并且蚀刻部分区域的可粗化层至露出衬底，以形成多个相互隔离的可粗化层区块以及沟道；

采用湿法方式将靠近沟道的可粗化层区块的边缘区域下表面蚀刻成倒六角锥状；

在可粗化层上继续生长发光外延层，并且发光外延层横向填平沟道；