CN101969089B - 一种具有电流阻挡层氮化镓基发光二极管的制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有电流阻挡层氮化镓基发光二极管的制作方法，在蓝宝石衬底上自下而上依次由n型氮化镓基外延层、有源层、p型氮化镓基外延层和非掺杂氮化镓基外延层构成成氮化镓基发光外延层；在氮化镓基发光外延层之上定义电流阻止区，在电流阻止区的非掺杂氮化镓基外延层之上镀一金属层作为掩膜以覆盖整个电流阻止区；采用电化学蚀刻将电流阻止区之外的非掺杂氮化镓基外延层去除；去除掩膜金属层；在p型氮化镓基外延层和非掺杂氮化镓基外延层上制作透明导电层；在电流阻止区范围内的透明导电层上制作p电极。利用电化学蚀刻选择性定义电流阻挡层，避免了干法蚀刻带来的损伤和钝化问题，获得基于非掺杂外延层的具有电流阻挡效应的氮化镓基发光二极管。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管芯片的制作方法，特别是一种具有电流阻挡层氮化镓基发光二极管的制作方法。
背景技术
传统的发光二极管，其芯片顶部一般都要布置金属电极，一方面是为了电流更好的扩展，另一方面也必须提供用于焊线的焊盘；但金属电极的存在会造成有源层发出的光被遮挡，并且大多数金属电极的反射率不高，所以会降低发光二极管的出光效率。为了避免有源层发出的光被金属电极遮挡或者吸收，必须抑制或者减少金属电极正下方有源层载流子输运和复合发光。解决方案之一就是在芯片结构中引入一电流阻挡结构，可用的阻挡结构包括绝缘层、肖特基结、反向PN结三种。这其中，绝缘层的制作最为简单，常见的绝缘电流阻挡层可以是SiO2、Si3N4等氧化物，也可以是非掺杂半导体外延层。氧化物一般是在较低的温度下沉积，所以致密性和硬度方面都不够理想；非掺杂半导体外延层可以通过与发光外延层一同生长得到，可以克服氧化物的不足。
对于氮化镓基发光二极管，可以通过在p型氮化镓基外延层之上引入一非掺杂氮化镓基外延层以形成电流阻挡层。在氮化镓基发光二极管芯片的制作过程当中，除了与金属电极对应的用于电流阻挡的部分，其余的非掺杂氮化镓基外延层必须蚀刻去除，这样才能进行后续的透明电极及金属电极制作。氮化镓基外延层一般采用干法进行蚀刻，但是干法蚀刻会造成外延层损伤并形成类似施主的掺杂，这样会造成p型氮化镓基外延层表面钝化。所以在制作具有电流阻挡层氮化镓基发光二极管的工艺过程中，无法采用常用的干法蚀刻技术。
发明内容
为解决上述问题，本发明旨在提出一种具有电流阻挡层氮化镓基发光二极管的制作方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有电流阻挡层氮化镓基发光二极管的制作方法，其特征在于包括如下工艺步骤：
1) 在蓝宝石衬底上形成氮化镓基发光外延层，自下而上依次由n型氮化镓基外延层、有源层、p型氮化镓基外延层和非掺杂氮化镓基外延层组成；
2) 在氮化镓基发光外延层之上定义电流阻止区，并在电流阻止区的非掺杂氮化镓基外延层之上镀一金属层作为掩膜以覆盖整个电流阻止区；
3) 采用电化学蚀刻方式将电流阻止区之外的非掺杂氮化镓基外延层去除；
4) 去除掩膜金属层；
5) 在p型氮化镓基外延层和非掺杂氮化镓基外延层之上制作透明导电层；
6) 在电流阻止区范围内的透明导电层之上制作p电极。
本发明的关键步骤是采用电化学蚀刻选择性去除非掺杂氮化镓基外延层；电化学蚀刻工艺可在无外加偏压的条件下以较快的速率蚀刻非掺杂或者n型掺杂GaN基材料，但无法蚀刻p型GaN基材料；因此，可以利用无外加偏压条件下电化学蚀刻工艺对不同导电性质GaN基材料的选择性蚀刻，将电流阻止区之外的非掺杂GaN基外延层蚀刻去除。
在本发明中，作为掩膜的金属层材料选自Ti、Ni、Pt、Au、Cr或前述的任何组合之一，金属层在电化学蚀刻中又可以作为阴极，从而实现无电极电化学蚀刻。电化学蚀刻采用碱性溶液，并且通过外加紫外光照射或者加温到80℃以上加快蚀刻速率。在完成电流阻挡层的制作后，蚀刻去除部分区域的p型氮化镓基外延层和有源层，暴露出n型氮化镓基外延层并且在其上制作n电极。
本发明的有益效果是：利用电化学蚀刻选择性定义电流阻挡层，避免了干法蚀刻带来的损伤和钝化问题，获得基于非掺杂外延层的具有电流阻挡效应的氮化镓基发光二极管。
附图说明
图1～图4是本发明优选实施例的一种具有电流阻挡层氮化镓基发光二极管的制作过程的示意图。
图中部件附图标识如下。
10：蓝宝石衬底。
11：缓冲层。
12：n-GaN层。
13：MQW多量子阱。
14：p-GaN层。
15：u-GaN层。
16：ITO层。
17：p电极。
18：n电极。
20：Ti/Au掩膜层。
200：电流阻止区。
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。
一种具有电流阻挡层氮化镓基发光二极管的制作方法，其制作步骤包括：
如图1所示，在蓝宝石衬底10上采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）依次外延生长缓冲层11、n-GaN层12、MQW多量子阱13、p-GaN层14和u-GaN层15构成氮化镓基发光外延层。
如图2所示，采用电子束蒸发方法在u-GaN层15上蒸镀一Ti/Au掩膜层20，厚度为50/100nm，采用光刻定义一直径为110微米的电流阻止区200，采用湿法蚀刻去除电流阻止区200之外的Ti/Au掩膜层20。
如图3所示，采用电化学蚀刻去除电流阻止区200之外的u-GaN层15，具体工艺条件包括：“采用辐射范围在280～350nm的汞灯照射发光外延层表面，功率密度为50mW/cm2，蚀刻液采用2摩尔/升的KOH溶液，温度为室温”，蚀刻持续时间30分钟，最终蚀刻停止在p-GaN层14上，电流阻止区200之外的u-GaN层15被完全去除；电化学蚀刻结束后将Ti/Au掩膜层20用王水蚀刻去除。
如图4所示，采用电子束蒸发方法制作ITO透明导电层16，厚度为250nm，在位于电流阻止区200范围之内的ITO层16之上制作p电极17；采用干法蚀刻去除部分区域的ITO 层16、p-GaN层14和MQW多量子阱13，暴露出n-GaN层12，在暴露出的n-GaN层12上制作一n电极18。
Claims (5)
1.一种具有电流阻挡层氮化镓基发光二极管的制作方法，其特征在于包括如下工艺步骤：
1) 在蓝宝石衬底上形成氮化镓基发光外延层，自下而上依次由n型氮化镓基外延层、有源层、p型氮化镓基外延层和非掺杂氮化镓基外延层组成；
2) 在氮化镓基发光外延层之上定义电流阻止区，并在电流阻止区的非掺杂氮化镓基外延层之上镀一金属层作为掩膜以覆盖整个电流阻止区；
3) 采用电化学蚀刻方式将电流阻止区之外的非掺杂氮化镓基外延层去除；
4) 去除掩膜金属层；
5) 在p型氮化镓基外延层和非掺杂氮化镓基外延层之上制作透明导电层；
6) 在电流阻止区范围内的透明导电层之上制作p电极。
2.如权利要求1所述的一种具有电流阻挡层氮化镓基发光二极管的制作方法，其特征在于蚀刻去除部分区域的p型氮化镓基外延层和有源层，暴露出n型氮化镓基外延层并且在其上制作n电极。
3.如权利要求1所述的一种具有电流阻挡层氮化镓基发光二极管的制作方法，其特征在于金属层材料选自Ti、Ni、Pt、Au、Cr或前述的任何组合之一。
4.如权利要求1所述的一种具有电流阻挡层氮化镓基发光二极管的制作方法，其特征在于电化学蚀刻在紫外光照射条件下或者加温的条件下进行。
5.如权利要求1所述的一种具有电流阻挡层氮化镓基发光二极管的制作方法，其特征在于电化学蚀刻溶液呈碱性。
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