CN102299218A - 发光二极管及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发光二极管及其制作方法，其中该制作方法是利用金属有机化学气相沉积技术在半导体衬底上依次生长出缓冲层及外延层，所述外延层包括N-GaN层、量子阱、及P-GaN层，及成长在所述P-GaN层上的氮化铝层，然后，利用掩膜技术，将要制作P电极的区域进行保护；腐蚀芯片P电极区域以外的氮化铝（AlN）层，直至P-GaN层；去除掩膜层，形成带有电流阻挡的外延结构；接着，制作透明导电层及P电极与N电极；形成具有电流阻挡层结构的芯片。上述方法制作出的可以提高发光二极管的出光效率及可靠的电极稳定性。

Description

发光二极管及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种发光二极管及其制造方法，特别是涉及一种具有电流阻挡层的发光二极管及其制作方法。
背景技术
由于发光二极管(light emitting diode，简称LED)具备使用寿命长、耗电量低、无需暖灯时间、与反应时间快速等优越的性能，已被广泛使用于显示器背光源模块、通讯、计算机、交通标志及玩具等消费市场，但目前因为亮度不够的问题，尚未能广泛使用于照明市场。为了解决发光二极管亮度不够的问题，业内人士都在不断的寻找着如何提高发光亮度的方法。
通常的发光二极管为在蓝宝石等衬底上依次层叠了N型半导体层，量子阱层，P型半导体层，透明导电层，与N型半导体层相键合的金属N电极，与P型半导体层相键合的金属P电极，以及外掩膜层的结构。目前技术存在的问题就是，尽管已经将透明导电层的透光率大大提升，但是当量子阱层发出的光经过透明导电层时，会发生光的全反射，导致由量子阱层产生的光只有5％左右的光能够散射出去，而其余的光则以热能的形式在发光二极管的体内耗尽。
所述发光二极管在工作时，一部分电流先由P电极流入透明导电层，再经由该透明导电层流入其正下方的p型半导体层，而另一部分电流则直接流入P电极正下方的p型半导体层和量子阱层发光，但是，由于P电极正下方的量子阱层发出的光基本上会被该P电极挡住，这部分光会被反射或者被吸收，而被反射的部分在芯片内部经过多次反射后也有相当大的一部分会被耗尽，最后能射出芯片的少之又少，从而减少了有效发光区的电流注入密度，降低了芯片的亮度；而且，由于P型半导体层和键合在其上的金属P电极的热膨胀系数存在很大的差异，所述发光二极管在工作时通常由于芯片靠近侧壁处电流聚集，导致部分区域电流过大、温度过高，极易导致金属P电极自芯片上脱落而带来的不稳定性。
因此，如何提出一种发光二极管及其制作方法，以消除上述粘附性差、P电极吸光、电流利用率低的问题，实已成为本领域从业者欲以解决的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种发光二极管及其制作方法，以解决现有技术中发光二极管的出光效率低以及电极稳定性差等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种发光二极管及其制作方法，其中，所述发光二极管的制作方法，至少包括以下步骤：1)提供一半导体衬底，利用金属有机化学气相沉积技术在所述半导体衬底上依次生长出缓冲层及外延层，所述外延层包括N-GaN层、成长在所述N-GaN层上的量子阱、成长在所述量子阱上的P-GaN层、及成长在所述P-GaN层上的氮化铝层；2)利用掩膜技术，将要欲制作P电极的区域藉由一掩膜层进行保护；3)腐蚀所述欲制作P电极的区域以外的氮化铝层，直至所述P-GaN层；4)去除所述掩膜层，以形成带有电流阻挡层的外延结构；以及5)在所述P-GaN层上制备出透明导电层及P电极，在所述N-GaN层上制备出N电极，形成具有电流阻挡层结构的发光二极管。
在本发明制作方法的步骤1)中，生长所述氮化铝层的温度为400℃-1000℃。
在本发明制作方法的步骤2)至步骤3)中，所述掩膜层的材质为SiO2、SiN、或者Ag。于具体的实施方式中，所述掩膜层的材质为SiO2或SiN时，腐蚀所述氮化铝层的腐蚀溶液为H3PO4或者H3PO4与H2SO4的混合溶液；所述掩膜层的材质为Ag时，腐蚀所述氮化铝层的腐蚀溶液为KOH或者KOH与NaOH的混合溶液，更为具体地，腐蚀所述氮化铝层时的腐蚀温度为140℃-300℃，腐蚀时间为10分钟-24小时。
本发明还提供一种发光二极管，其特征在于，包括：半导体衬底，其上表面具有一缓冲层；外延层，形成于所述缓冲层上表面，包括N-GaN层、位于所述N-GaN层上的量子阱、位于所述量子阱上的P-GaN层、以及位于所述P-GaN层上由氮化铝层组成的电流阻挡层，所述电流阻挡层上设置有P电极，所述N-GaN层上设置有N电极；以及透明导电层，形成于所述外延层及电流阻挡层的上，并包覆所述电流阻挡层。
在本发明的发光二极管中，所述氮化铝层由形成在所述P-GaN层上表面的单原子镁层以及低温生长在所述单原子镁层上的U-GaN层组成。
如上所述，本发明的发光二极管及其制作方法，通过在P电极下形成一层电流阻挡层(高阻态层)，以增加芯片的电流注入密度的方式，提高了芯片的出光效率；同时，由于该为氮化铝层的电流阻挡层的热膨胀系数与该P-GaN层的热膨胀系数相近，提高了电极的稳定性，进而解决了现有技术中因采用与P-GaN层的热膨胀系数存在较大差异的其他绝缘材料，而导致的芯片电极的稳定性变差等问题。
附图说明
图1至图5显示为本发明的制作方法中依据各步骤呈现的发光二极管截面结构示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上表面”、“下表面”、“左”、“右”、“中间”、“二”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
请参阅图1至图5，显示为本发明的制作方法中依据各步骤呈现的发光二极管截面结构示意图。如图所示，本发明提供一种发光二极管的制作方法，所述制作方法至少包括以下步骤：
如图1所示，首先执行步骤1，提供一半导体衬底11，利用金属有机化学气相沉积技术(MOCVD，Metal-organic Chemical Vapor Deposition)在所述半导体衬底上依次生长出缓冲层12及外延层13，所述外延层13包括N-GaN层131、成长在所述N-GaN层131上的量子阱132、成长在所述量子阱132上的P-GaN层133、及成长在所述P-GaN层133上的氮化铝层(AlN)134。在本实施例中，所述半导体衬底11例如为蓝宝石衬底。
在本实施方式中，生长所述氮化铝层的温度为400℃-1000℃。接着执行步骤2。
如图2所示，在步骤2中，利用掩膜技术，将要欲制作P电极的区域(图示中箭头P所示之区域)藉由一掩膜层14进行保护；在本实施例中，所述掩膜层14的材质可以为SiO2、SiN、或者Ag。接着执行步骤3。
如图3所示，在步骤3中，腐蚀所述欲制作P电极的区域以外的氮化铝层134，直至所述P-GaN层133；以保留出与所述掩膜层14覆盖的氮化铝层134，换言之，保留出的氮化铝层134与所述欲制作P电极的区域相对应。具体地，腐蚀所述氮化铝层134时的腐蚀温度为140℃-300℃，腐蚀时间为10分钟-24小时。
需要特别说明的是，当所述掩膜层14的材质为SiO2或SiN时，腐蚀所述氮化铝层134的腐蚀溶液为H3PO4或者H3PO4与H2SO4的混合溶液。当所述掩膜层14的材质为Ag时，腐蚀所述氮化铝层134的腐蚀溶液为KOH或者KOH与NaOH的混合溶液。接着执行步骤4。
如图4所示，在步骤4中，去除所述掩膜层14，以形成带有电流阻挡层(CBL，CurrentBlocking Layer)的外延结构，需要说明的是，所述的电流阻挡层即为保留的氮化铝层134。接着执行步骤5。
如图5所示，在步骤5中，在所述P-GaN层133上制备出透明导电层(TCL，TransparentContact Layer)15及P电极16，在所述N-GaN层131上制备出N电极17，形成具有电流阻挡层结构的发光二极管1。
由上可知，本发明的发光二极管的制作方法，是在发光二极管1的P电极16的正下方加入一层由氮化铝层134组成的电流阻挡层，可以将原本由P电极16流入P-GaN层133的电流截断，以使电流全部直接通过透明导电层15扩散至有效发光区，从而提高了有效发光区的电流注入密度，提高了电流的利用率，进而提高了芯片的亮度，而且，由于氮化铝层的热膨胀系数与该P-GaN层133的热膨胀系数相近，也提高了电极的稳定性。
请参阅图5，本发明还提供一种发光二极管包括：半导体衬底11，缓冲层12，外延层13，透明导电层15(TCL，Transparent Contact Layer)，P电极16以及N电极17。
所述半导体衬底11的上表面具有一缓冲层12。在本实施例中，所述半导体衬底11例如为蓝宝石衬底。
所述外延层13形成于所述缓冲层12上表面，包括N-GaN层131、位于所述N-GaN层131上的量子阱132、及位于所述量子阱132上的P-GaN层133，且所述外延层13上定义有P电极区域及N电极区域，所述外延层13包括N-GaN层131、位于所述N-GaN层131上的量子阱132、位于所述量子阱132上的P-GaN层133，以及位于所述P-GaN层133上由氮化铝层134组成的电流阻挡层，所述电流阻挡层上设置有P电极16，所述N-GaN层131上设置有N电极17。
所述透明导电层15形成于所述外延层13及电流阻挡层的上，并包覆所述电流阻挡层。
上述发光二极管的P电极16的正下方加入一层由氮化铝层组成的电流阻挡层，可以将原本由P电极16流入P-GaN层133的电流截断，以使电流全部直接通过透明导电层15扩散至有效发光区，从而提高了有效发光区的电流注入密度，提高了电流的利用率，进而提高了芯片的亮度，而且，由于氮化铝层的热膨胀系数与该P-GaN层133的热膨胀系数相近，也提高了电极的稳定性。
综上所述，本发明的发光二极管及其制作方法，通过在P电极下形成一层电流阻挡层(高阻态层)，以增加芯片的电流注入密度的方式，提高了芯片的出光效率；同时，由于该为氮化铝层的电流阻挡层的热膨胀系数与该P-GaN层的热膨胀系数相近，提高了电极的稳定性，进而解决了现有技术中因采用与P-GaN层的热膨胀系数存在较大差异的其他绝缘材料，而导致的芯片电极的稳定性变差等问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种发光二极管的制作方法，其特征在于，所述制作方法至少包括以下步骤：
1)提供一半导体衬底，利用金属有机化学气相沉积技术在所述半导体衬底上依次生长出缓冲层及外延层，所述外延层包括N-GaN层、成长在所述N-GaN层上的量子阱、成长在所述量子阱上的P-GaN层、及成长在所述P-GaN层上的氮化铝层；
2)利用掩膜技术，将要欲制作P电极的区域藉由一掩膜层进行保护；
3)腐蚀所述欲制作P电极的区域以外的氮化铝层，直至所述P-GaN层；
4)去除所述掩膜层，以形成带有电流阻挡层的外延结构；以及
5)在所述P-GaN层上制备出透明导电层及P电极，在所述N-GaN层上制备出N电极，形成具有电流阻挡层结构的发光二极管。
2.根据权利要求1所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：于所述步骤1)中，生长所述氮化铝层的温度为400℃-1000℃。
3.根据权利要求1所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述掩膜层的材质为SiO2、SiN、或者Ag。
4.根据权利要求3所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述掩膜层的材质为SiO2或SiN时，腐蚀所述氮化铝层的腐蚀溶液为H3PO4或者H3PO4与H2SO4的混合溶液。
5.根据权利要求3所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述掩膜层的材质为Ag时，腐蚀所述氮化铝层的腐蚀溶液为KOH或者KOH与NaOH的混合溶液。
6.根据权利要求4或5所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：于所述步骤3)中，腐蚀所述氮化铝层时的腐蚀温度为140℃-300℃，腐蚀时间为10分钟-24小时。
7.一种发光二极管，其特征在于，包括：
半导体衬底，其上表面具有一缓冲层；
外延层，形成于所述缓冲层上表面，包括N-GaN层、位于所述N-GaN层上的量子阱、位于所述量子阱上的P-GaN层、以及位于所述P-GaN层上由氮化铝层组成的电流阻挡层，所述电流阻挡层上设置有P电极，所述N-GaN层上设置有N电极；以及
透明导电层，形成于所述外延层及电流阻挡层的上，并包覆所述电流阻挡层。
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