CN101257072A - 一种立体式空间分布电极的发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所公开的一种具有立体式空间分布电极的氮化镓基发光二极管器件及其制造方法，通过绝缘性衬上生长n型氮化镓基外延层、有源层和p型氮化镓基外延层所组成的发光材料，采用蒸发或者溅射的方法在p型氮化镓基外延层和绝缘性材料层上生长一层透明导电层，在透明导电层上对P、N电极进行立体式空间布置，使得P、N条状电极在法向投射面上相互基本吻合，由于本发明将遮光的p条状电极7b通过电学隔离，立体式空间布置在不发光的n条状电极5b上方并法线上的重合面积达到80％以上，避免了p条状电极7b对发光区的遮挡，从而最大限度地利用发光面积，大大提高本发明功率型LED芯片的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及氮化镓基发光二极管器件，尤其是一种具有立体式空间分布电极的氮化镓基发光二极管器件及其制造方法。
背景技术
传统的以绝缘性材料(例如蓝宝石)为衬底的氮化镓基LED的制作一般都必须把P、N电极做在芯片的同一侧，由于p型氮化镓基半导体材料的导电性较差，所以传统的氮化镓基LED需要在发光面(即p型氮化镓基材料)上制作一透明导电层，目的是让电流横向均匀扩展且起到透光窗口的作用；但由于透明导电层的厚度相对较薄(例如小于300nm)，其横向扩展作用有限，为了使得电流能够在发光面上均匀分布，一般都会在透明导电层上制作用于电流扩展的p型条状电极，作为p型焊线盘的延伸。
如图1所示为现有功率型氮化镓基LED芯片的剖面结构图，现有功率型氮化镓基LED芯片结构及其制造方法为：以蓝宝石或者碳化硅等绝缘性材料作为衬底1，在其上外延生长LED发光材料，发光材料依次包括n型氮化镓基外延层2、有源层3和p型氮化镓基外延层4；采用干法或者湿法蚀刻掉部分区域的p型氮化镓基外延层4和有源层3，暴露出n型氮化镓基外延层2；采用蒸发或者溅射的方法在p型氮化镓基外延层4上生长一层透明导电层6，经过热退火后与p型氮化镓基外延层4形成良好欧姆接触；最后制作n电极5和p电极7。
对于功率型氮化镓基LED芯片，由于采用了较大的芯片面积(例如1mm×1mm)，若要求满足电流充分且均匀地扩展，则P电极5和N电极7的合理布局都显得极为重要。一方面需要牺牲一定的发光区域作为n型电流扩展区，就是在这些区域上面制作n型条状电极5b，作为n型焊线盘5a的电学连接延伸；另一方面，由于发光区域相比于标准芯片大了许多，透明导电层6的电流横向扩展局限性问题加剧，这就需要在其上布置更多的p条状电极7b来缓解扩展问题，以获得较佳的电流分布；美国专利US6307218和中国专利ZL02101715.8所公开的产品及其制造方法就是采用该设计理念的典型。如图2所示为现有一典型的功率型氮化镓基LED芯片的正面俯视构造图，从图中可以看出，透明导电层6上布置有四条的p条状电极7b用于电流扩展，然而p条状电极7b毕竟是不透明的金属层，会遮挡出光，在透明导电层6上布置这么多的p条状电极7b，将由于有效发光面积的损失而势必导致LED器件发光效率的下降。
发明内容
本发明旨在提出一种具有立体式空间分布电极的氮化镓基发光二极管器件及其制造方法，将P、N电极进行立体式空间布置，使得P、N条状电极在法向投射面上相互重合，以解决上述传统功率型的氮化镓基LED因p型条状电极布置导致发光效率降低的问题。
一种具有立体式空间分布电极的氮化镓基发光二极管器件，其特征在于：
-绝缘性的衬底；
-n型氮化镓基外延层形成于衬底之上，有源层形成于n型氮化镓基外延层之上，p型氮化镓基外延层形成于有源层之上；
-n焊线盘和n条状电极形成暴露的n型氮化镓基外延层之上；
-绝缘性材料层形成n条状电极和暴露的n型氮化镓基外延层之上，并且覆盖在暴露的n型氮化镓基外延层、有源层和p型氮化镓基外延层侧表面；
-透明导电层形成p型氮化镓基外延层和绝缘性材料层之上；
-p焊线盘和p条状电极形成于透明导电层之上。
在器件正面俯视图中，p条状电极与n条状电极在法线方向上的投射面相互重合的面积占p或者n条状电极总面积的80％～100％。
一种具有立体式空间分布电极的氮化镓基发光二极管器件的制造方法，其步骤如下：
(1)以蓝宝石或者碳化硅等绝缘性材料作为衬底，在其上外延生长LED发光材料，发光材料依次包括n型氮化镓基外延层、有源层和p型氮化镓基外延层；
(2)采用干法或者湿法蚀刻掉部分区域的p型氮化镓基外延层和有源层，暴露出n型氮化镓基外延层；
(3)在上述之n型氮化镓基外延层上制作n电极，包括n条状电极和n焊线盘；
(4)采用蒸发、溅射、化学沉积或者涂布等方法生长一层绝缘性材料层，覆盖整个外延片表面，绝缘层材料是SiO2、Si3N4、Al2O3或者聚酰亚胺之一；使得n电极与p透明导电层形成电学隔离；
(5)采用干法或者湿法蚀刻掉p型氮化镓基外延层上的绝缘性材料层；
(6)采用蒸发或者溅射的方法在p型氮化镓基外延层和绝缘性材料层上生长一层透明导电层，经过热退火后与p型氮化镓基外延层形成良好欧姆接触；
同时使得处于绝缘性材料层之上的透明导电层成为后面制作的p电极的电学连接平台；
(7)在透明导电层上制作p电极，包括p条状电极和p焊线盘，使得p条状电极与n条状电极在发光面法线方向上的投射面重合，重合面积占p或者n条状电极总面积的80％～100％；利用p、n条状电极处于同一法向投射面，避免在发光的透明导电层上再布置p条状电极，从而最大限度的利用发光面积，提高出光效率；
(8)采用干法或者湿法蚀刻掉n焊线盘上的透明导电层和绝缘性材料，暴露出n焊线盘，以提供焊线区域。
本发明的有益效果是：在透明导电层上对P、N电极进行立体式空间布置，使得P、N条状电极在法向投射面上相互吻合，最大限度利用发光面积，避免了P电极对发光区的遮挡，提高功率型LED芯片的发光效率。
附图说明
图1是现有功率型氮化镓基LED芯片的剖面结构图；
图2是现有功率型氮化镓基LED芯片的正面俯视结构图；
图3是本发明实例的功率型氮化镓基LED芯片的剖面结构图；
图4是本发明实例的功率型氮化镓基LED芯片的正面俯视结构图。
图中：1.衬底；2.n型氮化镓基外延层；3.有源层；4.p型氮化镓基外延层；5a.n焊线盘；5b.n条状电极；6.透明导电层；7a.p焊线盘；7b.p条状电极；8.绝缘材料层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图3所示的一种具有立体式空间分布电极的氮化镓基发光二极管器件的制造方法，其制作步骤如下：
第一步：在一蓝宝石为衬底1的外延上生长LED发光材料，发光材料依次包括n型氮化镓基外延层2、有源层3和p型氮化镓基外延层4，
第二步：采用反应离子蚀刻(RIE)并暴露出n型氮化镓层2；
第三步：在n型氮化镓层2上制作n电极5，包括n条状电极5b和n焊线盘5a，电极材料选用Cr/Pt/Au，厚度分别为50/50/1000nm；
第四步：在整面外延片上采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)的方法沉积一绝缘性材料层8是SiO2层，厚度为1000nm；
第五步：采用光刻和氢氟酸化学蚀刻的办法将p型氮化镓层4上面的SiO2层8蚀刻去除；
第六步：采用电子束蒸发在整面外延片上镀上氧化铟锡(ITO)层作为透明导电层6，并在500℃空气氛围下热退火处理30分钟，经过热退火后与p型氮化镓基外延层形成良好欧姆接触；
第七步：在ITO层6上制作p电极7，包括p条状电极7b和p焊线盘7a，并且保证p条状电极7b与n条状电极5b在法线方向上的投射面积重合率超过90％，p电极7材料选用Cr/Pt/Au，厚度分别为50/50/1000nm；
第八步：通过光刻，分别采用盐酸和氢氟酸蚀刻去除n焊线盘5a上面的ITO层6和SiO2层8，使得n焊线盘5a得以暴露出来；至此完成本发明发光器件的制作。
依上述工艺步骤制作本发明的一种具有立体式空间分布电极的氮化镓基发光二极管器件，其结构是：
-蓝宝石的衬底1；
-n型氮化镓基外延层形成于衬底1之上，有源层3形成于n型氮化镓基外延层之上2，p型氮化镓基外延层4形成于有源层3之上；
-n焊线盘5a和n条状电极5b形成暴露的n型氮化镓基外延层4之上；
-SiO2层8，厚度1000nm形成n条状电极和暴露的n型氮化镓基外延层2之上，并且覆盖在暴露的n型氮化镓基外延层2、有源层3和p型氮化镓基外延层4侧表面；
-ITO层6形成p型氮化镓基外延层4和SiO2层8之上；
-p焊线盘7a和p条状电极7b形成于ITO层6之上
图4是依本发明方法制得的发光器件图3的正面俯视构造图，与图2所示的现有功率型氮化镓基LED芯片的正面俯视结构相比较，由于本发明将遮光的p条状电极7b通过电学隔离，立体式空间布置在不发光的n条状电极5b上方并法线上的重合面积达到90％，避免了p条状电极7b对发光区的遮挡，从而最大限度地利用发光面积，大大提高本发明发光器件的发光效率。
Claims (3)
1.一种具有立体式空间分布电极的氮化镓基发光二极管器件，其特征在于：
-绝缘性的衬底；
-n型氮化镓基外延层形成于衬底之上，有源层形成于n型氮化镓基外延层之上，p型氮化镓基外延层形成于有源层之上；
-n焊线盘和n条状电极形成暴露的n型氮化镓基外延层之上；
-绝缘性材料层形成n条状电极和暴露的n型氮化镓基外延层之上，并且覆盖在暴露的n型氮化镓基外延层、有源层和p型氮化镓基外延层侧表面；
-透明导电层形成p型氮化镓基外延层和绝缘性材料层之上；
-p焊线盘和p条状电极形成于透明导电层之上。
2.如权利要求1所述的一种具有立体式空间分布电极的氮化镓基发光二极管器件，其特征在于：在器件正面俯视图中，p条状电极与n条状电极在法线方向上的投射面相互重合的面积占p或者n条状电极总面积的80％～100％。
3.一种具有立体式空间分布电极的氮化镓基发光二极管器件的制造方法，其步骤如下：
(1)以蓝宝石或者碳化硅等绝缘性材料作为衬底，在其上外延生长LED发光材料，发光材料依次包括n型氮化镓基外延层、有源层和p型氮化镓基外延层；
(2)采用干法或者湿法蚀刻掉部分区域的p型氮化镓基外延层和有源层，暴露出n型氮化镓基外延层；
(3)在上述之n型氮化镓基外延层上制作n电极，包括n条状电极和n焊线盘；
(4)采用蒸发、溅射、化学沉积或者涂布等方法生长一层绝缘性材料层，覆盖整个外延片表面，绝缘层材料是SiO2、Si3N4、Al2O3或者聚酰亚胺之一；
(5)采用干法或者湿法蚀刻掉p型氮化镓基外延层上的绝缘性材料层；
(6)采用蒸发或者溅射的方法在p型氮化镓基外延层和绝缘性材料层上生长一层透明导电层，经过热退火后与p型氮化镓基外延层形成良好欧姆接触；
(7)在透明导电层上制作p电极，包括p条状电极和p焊线盘，使得p条状电极与n条状电极在发光面法线方向上的投射面重合，重合面积占p或者n条状电极总面积的80％～100％；
(8)采用干法或者湿法蚀刻掉n焊线盘上的透明导电层和绝缘性材料，暴露出n焊线盘。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20080829 Address after: Siming District of Xiamen City, Fujian Province, Luling Road No. 1721-1725 Applicant after: Xiamen Sanan Optoelectronics Technology Co.,Ltd. Address before: Siming District of Xiamen City, Fujian Province, Luling Road No. 1721-1725 Applicant before: Xiamen San'an Electronics Co.,Ltd. |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231103 Address after: Yuanqian village, Shijing Town, Nan'an City, Quanzhou City, Fujian Province Patentee after: QUANZHOU SAN'AN SEMICONDUCTOR TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 361009 no.1721-1725, Luling Road, Siming District, Xiamen City, Fujian Province Patentee before: XIAMEN SANAN OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY Co.,Ltd. |