CN101859817A - 氮化镓系发光二极管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮化镓系发光二极管的制造方法。首先，提供一成长基板；然后，在基板上形成一氮化镓系半导体外延层，此氮化镓系半导体外延层依次层叠有一N型氮化镓系层、一发光层及一P型氮化镓系层，在P型氮化镓系层上形成一数码穿透层。接着，再以干法刻蚀工艺依次刻蚀数码穿透层、P型氮化镓系层并终止于发光层，以在发光层形成N-金属形成区。接下来，在数码穿透层上形成一第一欧姆接触电极用于作为P型欧姆接触，在发光层上形成一第二欧姆接触电极，用于作为N型欧姆接触。接着，同时在第一欧姆接触电极及第二欧姆接触电极上分别各形成一黏接垫。最后，在该P/N接面之上覆盖一保护层。本发明可大幅增加氮化镓系发光二极管的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管的结构及其制造方法，特别是涉及一种氮化镓系发光二极管或其它宽带隙材料的发光二极管欧姆接触的结构及其制造方法。
背景技术
如图1所示，传统氮化镓系发光二极管的结构，其大致上包含有：成长基板1、形成在基板上的缓冲层2(buffer layer)、形成在缓冲层2上的N型氮化镓系层3、形成在N型氮化镓系层3上的发光层4、及形成在发光层4上的P型氮化镓系层5。组件形成的方法如下：
一、如图2A所示，利用感应耦合等离子刻蚀(Inductively Coupled Plasma-Reactive Ion Etching，ICP-RIE)干法刻蚀技术，向下刻蚀经过P型氮化镓系层5，发光层4，然后到达N型氮化镓系层3，形成深约1μm的N-金属形成区6。
二、如图2B所示，在P型氮化镓系层5之上形成具有透明导电性的第一欧姆接触电极7。
三、如图2C所示，在N-金属形成区6上形成第二欧姆接触电极8。
四、如图2D所示，同时在第一欧姆接触电极7与第二欧姆接触电极8上形成黏接垫9，即完成传统氮化镓系发光二极管。
根据上述的传统氮化镓系发光二极管结构及其欧姆接触的制造方法，透明导电层7所采用的材料为镍/金，其本身对可见光的透光性很差，因此造成组件的发光效率不佳。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有数码穿透层与氧化铟锡层(Indium Tin Oxide，ITO)的氮化镓系发光二极管欧姆接触的结构及其制造方法，而减少传统上氮化镓系发光二极管接触电阻的问题。
为解决上述技术问题，本发明氮化镓系发光二极管的制造方法包含：
提供一基板；
在所述基板上形成一氮化镓系半导体外延层，该氮化镓系半导体外延层是由依次层叠的一N型氮化镓系层、一发光层及一P型氮化镓系层所组成，其中该发光层为发射光波的光源；
在所述P型氮化镓系层上形成一数码穿透层，该数码穿透层具有P型欧姆接触的功能且对该发光层所发射的光波具有良好的光穿透率；
以一阶段性干法刻蚀工艺依次刻蚀该数码穿透层、该P型氮化镓系层、该发光层并终止于该发光层内，以形成一N-金属形成区；
在所述数码穿透层上形成一第一欧姆接触电极，做为该P型欧姆接触层用；
在所述N-金属形成区上形成一第二欧姆接触电极，做为该N型欧姆接触层用；
在该第一欧姆接触电极与该第二欧姆接触电极上分别形成一黏接垫；以及
在该P/N接面之上覆盖一保护层。
本发明利用氧化铟锡层在数码穿透层之上形成具有低电阻、透明导电性的欧姆接触层，由于氧化铟锡对可见光的穿透性极佳(＞90％)，因此可大幅增加发光效率。并将N-金属形成区形成在发光层上，以降低操作电压。此外，通过一P/N-金属形成区之间距离仅约0.2μm的沟槽结构，以利于覆晶型式(Flip-chip)的封装，也可提高发光效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：
图1为传统氮化镓系发光二极管的结构。
图2A至2D为具有图1结构的传统氮化镓系发光二极管的制造方法。
图3为本发明较佳实施例一。
图4为根据本发明的数码穿透层的横截面图。
图5A至5D为根据本发明较佳实施例一的氮化镓系发光二极管的制造方法。
图6A至6D为根据本发明较佳实施例二的氮化镓系发光二极管的制造方法。
图中附图标记说明：
1为成长基板； 2为缓冲层；
3为N型氮化镓系层； 4为发光层；
5为P型氮化镓系层； 6为N-金属形成区；
7为第一欧姆接触电极； 8为第二欧姆接触电极；
9为黏接垫； 10为成长基板；
20为缓冲层； 30为N型氮化镓系层；
40为发光层； 50为P型氮化镓系层；
60为N-金属形成区； 80为第二欧姆接触电极；
90为黏接垫； 100为数码穿透层；
110为氧化铟锡层(即第一欧姆接触电极)。
具体实施方式
实施例一：
如图3所示，首先，提供一基板10，并利用金属有机化学气相淀积法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)、分子束外延法(Molecular Beam Epitaxy，MBE)、气相外延法(Vapour Phase Epitaxy，VPE)或液相外延法(Liquid Phase Epitaxy，LPE)在此基板10上形成一缓冲层20，本发明中较佳的形成方法为金属有机化学气相淀积法，再以和上述相同的方法依次在缓冲层20上形成一N型氮化镓系层30，在N型氮化镓系层30上形成一发光层40，在发光层40上形成一P型氮化镓系层50，及在P型氮化镓系层50上形成一数码穿透层100。其中，数码穿透层100的横截面图如图4中所示。在图4中，数码穿透层100是由二种材料多次层叠而成，所述二种材料为AlxInyGa1-x-yNzP1-z和AlpInqGa1-p-qNrP1-r，其中x、y、z、p、q、r均为大于等于0且小于等于1的实数，其中一种材料多次层叠的厚度由
渐增至
另一种材料多次层叠的厚度由
渐减至所述二种材料的导电性为P型、N型或I型。该数码穿透层100具有P型欧姆接触的功能且对发光层40所发射的光波具有良好的光穿透率。该发光层40所发出的光波波长范围为380nm～560nm时，该数码穿透层100对于该波长范围的光波的穿透率将可大于80％。
接下来，再以阶段性干法刻蚀工艺中的单一阶段刻蚀，依次刻蚀数码穿透层100、P型氮化镓系层50、发光层40并终止于发光层40，形成N-金属形成区60，以干法刻蚀工艺所形成的该N-金属形成区60深度为
为佳。本发明中较佳的干法刻蚀工艺为感应耦合等离子刻蚀，如图5A所示。
随后，利用电子枪气相蒸镀法、溅镀式气相蒸镀法或热阻式气相蒸镀法在数码穿透层100之上形成氧化铟锡层110，其中较佳制造的方法为溅镀式气相蒸镀法。如图5B所示的氧化铟锡层110，可通过气相蒸镀法在数码穿透层100之上形成厚度范围约从
的氧化铟锡层110，但氧化铟锡层110的厚度以
为佳。
如上所述，在数码穿透层100上形成氧化铟锡层110，可将氧化铟锡层110当作P型欧姆接触电极用，即第一欧姆接触电极，因其具有高透光性，而可大幅度增加组件的发光效率。
随后，利用上述各种方法的其中一种在N-金属形成区60形成N型欧姆接触层，即第二欧姆接触电极80。由于以感应耦合等离子刻蚀法刻蚀至发光层区域，一方面会产生缺陷，此缺陷会吸收掉自由载流子，使得等效的表面浓度较低；加上因表面耗尽区的影响，使得P/N之间的区域中虽有InGaN通道，但是其中并没有载流子存在。另一方面在此金属形成区60上镀上Ti/Al等材料，由于InGaN可与Ti/Al形成欧姆接触，且其接触电阻比N-GaN与Ti/Al的接触电阻更低，再辅以缺陷的帮助，即可形成相当低的欧姆接触。同时，因干法刻蚀深度较传统氮化镓系发光二极管浅，也造成侧向电阻较小，进而可降低操作电压。
本发明中较佳的方法为电子枪气相蒸镀法，N型欧姆接触层80所使用的材料可为钛(Ti)、铝(Al)、金(Au)、镍(Ni)、铟(In)、锡(Sn)、锌(Zn)、铬(Cr)、铜(Cu)、钨(W)、铂(Pt)、钯(Pd)及其合金或氧化铟锡(Indium Tin Oxide)、氧化铟(Indium Oxide)、氧化锡(Tin Oxide)、氧化铝锌(Aluminum Zinc Oxide)。第一欧姆接触电极110与不导电基板10之间的距离大于第二欧姆接触电极80与不导电基板10之间的距离。如图5C所示。
接着，利用上述各种方法的其中一种，同时在氧化铟锡层110和第二欧姆接触电极80上形成黏接垫90，本发明中较佳的方法为电子枪气相蒸镀法，黏接垫90所使用的材料可为钛、铝、金、铬、镍、铂的组合，如图5D所示。
最后，在P/N接面(即第一欧姆接触电极110与第二欧姆接触电极80之间的部分)之上覆盖一保护层(未图示)。该保护层为绝缘性层。该保护层是选自氧化铝、氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺(polyimide)、对二甲基苯(parylene)或苯并环丁烯(Benzocyclobutene)其中一种。
分别以传统结构和本发明结构制作直径2″(英寸)芯片，经过100％测试，结果显示前者在20毫安的顺向电压平均值为3.17，合格率为97.95％，后者在20毫安的顺向电压平均值为3.12，合格率为98.17％；前者在-5伏的漏电流小于1微安的合格率为87.68％，后者在-5伏的漏电流小于1微安培的合格率为92.81％，因此显示本发明组件特性更优于传统氮化镓系发光二极管的特性。
实施例二：
如图6A所示，首先，提供一基板10，并利用金属有机化学气相淀积法、分子束外延法、气相外延法或液相外延法在此基板10上形成一缓冲层20，本发明中较佳的形成方法为金属有机化学气相淀积法，再以和上述相同的方法依次在缓冲层20上形成一N型氮化镓系层30，在N型氮化镓系层30上形成一发光层40，在发光层40上形成一P型氮化镓系层50，及在P型氮化镓系层50上形成一数码穿透层100。
接下来，再以阶段性刻蚀法中的二阶段干法刻蚀向下蚀刻。第一阶段向下刻蚀数码穿透层100、P型氮化镓系层50、发光层40并终止于发光层40，形成N-金属形成区60；第二阶段向下刻蚀部分N-金属形成区60、发光层40、N型氮化镓系层30，形成一沟槽61。沟槽61的宽度以0.2μm为佳。沟槽61用以隔离P/N接口。
本发明中较佳的干法刻蚀工艺为感应耦合等离子刻蚀法。随后，利用电子枪气相蒸镀法、溅镀式气相蒸镀法或热阻式气相蒸镀法在数码穿透层100之上，形成可当作P型欧姆接触用，且又具高透光性的氧化铟锡层110，亦即第一欧姆接触电极。本发明中较佳的方法为溅镀式气相蒸镀法，氧化铟锡层110的厚度范围约从
其中以
为较佳，如图6B所示。
随后，利用上述所述的各种方法的其中一种在N-金属形成区60形成N型欧姆接触层，亦即第二欧姆接触电极80。本发明中较佳的方法为电子枪气相蒸镀法，N型欧姆接触层80所使用的材料可为钛、铝、金、镍、铟、锡、锌、铬、铜、钨、铂、钯及其合金或氧化铟锡、氧化铟、氧化锡、氧化铝锌，如图6C所示。
接着，利用上述所述的各种方法之其中一种，同时在氧化铟锡层110和第二欧姆接触电极80上形成黏接垫90，本发明中较佳的方法为电子枪气相蒸镀法，黏接垫90所使用的材料可为钛、铝、金、铬、镍、铂的组合，如图6D所示。
最后，在P/N接面(即第一欧姆接触电极110与第二欧姆接触电极80之间的部分，包括沟槽61)之上覆盖一保护层(未图示)。该保护层为绝缘性层。该保护层是选自氧化铝、氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺、对二甲基苯或苯并环丁烯其中一种。
本发明的一些实施例中，组件的不同部分并未依照实际尺寸绘制。某些尺寸与其它部分相关的尺寸相比系被夸张的表示以便更清楚的描述，以帮助熟悉此技艺的相关人士了解本发明。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效变换或修饰，均应包含在本专利申请范围内。
Claims (15)
1.一种氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，该方法包含：
提供一基板；
在所述基板上形成一氮化镓系半导体外延层，该氮化镓系半导体外延层是由依次层叠的一N型氮化镓系层、一发光层及一P型氮化镓系层所组成，其中该发光层为发射光波的光源；
在所述P型氮化镓系层上形成一数码穿透层，该数码穿透层具有P型欧姆接触的功能且对该发光层所发射的光波具有良好的光穿透率；
以一阶段性干法刻蚀工艺依次刻蚀该数码穿透层、该P型氮化镓系层、该发光层并终止于该发光层内，以形成一N-金属形成区；
在所述数码穿透层上形成一第一欧姆接触电极，做为该P型欧姆接触层用；
在所述N-金属形成区上形成一第二欧姆接触电极，做为该N型欧姆接触层用；
在该第一欧姆接触电极与该第二欧姆接触电极上分别形成一黏接垫；以及
在该P/N接面之上覆盖一保护层。
2.如权利要求1所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，所述数码穿透层的形成方法是金属有机化学气相淀积法、分子束外延法、气相外延法和液相外延法中的任意一种。
3.如权利要求1所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，该数码穿透层是由二种材料多次层叠而成，所述二种材料为AlxInyGa1-x-yNzP1-z和AlpInqGa1-p-qNrP1-r，其中x、y、z、p、q、r均为大于等于0且小于等于1的实数，其中一种材料多次层叠的厚度由
渐增至
另一种材料多次层叠的厚度由
渐减至
所述二种材料的导电性为P型、N型或I型。
4.如权利要求1所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，该发光层所发射出的光波波长范围为380nm至560nm，而该数码穿透层对于此波长的光波具有的光穿透率大于80％。
5.如权利要求1所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，形成该第一欧姆接触电极的材料为氧化铟锡。
6.如权利要求1所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，所述第一欧姆接触电极的厚度为
7.如权利要求1所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，所述第一欧姆接触电极与该不导电基板之间的距离大于该第二欧姆接触电极与该不导电基板之间的距离。
8.如权利要求1所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，所述第二欧姆接触电极所使用的材料为钛、铝、金、镍、铟、锡、锌、铬、铜、钨、铂、钯及其合金或氧化铟锡、氧化铟、氧化锡、氧化铝锌中的一种或多种。
9.如权利要求1所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，该黏接垫所使用的材料为钛、铝、金、铬、镍、铂的组合。
10.如权利要求1所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，以干法刻蚀工艺所形成的该N-金属形成区深度为
11.如权利要求1所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，该保护层为绝缘性层。
12.如权利要求1所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，该保护层是选自氧化铝、氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺、对二甲基苯或苯并环丁烯其中一种。
13.如权利要求1所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，该阶段性干法刻蚀工艺为一单一阶段干法刻蚀工艺，该单一阶段干法刻蚀工艺包括：
依次刻蚀一数码穿透层、一P型氮化镓系层、一发光层；
在该发光层内终止刻蚀；以及
在该发光层内形成一N-金属形成区。
14.如权利要求1所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，该阶段性干法刻蚀工艺可为一二次阶段干法刻蚀工艺，该二次阶段干法刻蚀工艺包括：
依次刻蚀该数码穿透层、该P型氮化镓系层、该发光层；
在该发光层内终止刻蚀；
在该发光层内形成一N-金属形成区；
依次刻蚀该发光层与该N型氮化镓系层而在该N-金属形成区形成一沟槽；以及
终止刻蚀该沟槽在该N型氮化镓系层，该沟槽用以隔离P/N接口。
15.如权利要求14所述的氮化镓系发光二极管的制造方法，其特征在于，所述沟槽的宽度为0.2μm。
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|---|---|---|---|---|
| CN102810614A (zh) * | 2011-05-31 | 2012-12-05 | 奇力光电科技股份有限公司 | 发光二极管元件及其制造方法 |
| CN103633199A (zh) * | 2013-12-05 | 2014-03-12 | 中国科学院半导体研究所 | 利用蓝宝石衬底制备垂直结构氮化镓基发光二极管的方法 |
| CN113302754A (zh) * | 2020-03-03 | 2021-08-24 | 东莞市中麒光电技术有限公司 | 发光二极管及其制备方法 |
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- 2009-04-07 CN CN200910057027A patent/CN101859817A/zh active Pending
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| PB01 | Publication | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20101013 |