CN102522472A - 具有电流阻挡层的发光二极管及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有电流阻挡层的发光二极管及其制作方法。本发明采用等离子蚀刻法局部蚀刻发光外延结构表面的半导体导电层，其轰击气体不加入惰性气体，从而使发光外延结构表层产生一薄型的非挥发生成物，而此生成物与发光外延结构表面的半导体导电层形成肖特基接触，从而产生局部电流阻障的特性结构。本发明能够将电流导入有效的发光复合区，解决因电极设计而导致的遮光问题，并且避免了使用绝缘层作为电流阻挡结构所产生的高低差及附着性不良的失效问题。

Description

具有电流阻挡层的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作方法，更具体地为，是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

近年来，发光二极管（Light Emitting Diode，LED）已经广泛应用于手机按键、指示、显示、背光源以及照明等各个领域。

在发光二级管中为了提升发光效率, 有效的做法之一是在LED器件结构中引入一电流阻挡层结构。最简单的阻挡结构为绝缘层结构，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。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，但后续需将绝缘层区域外的部分蚀刻去除，其会造成外延层损伤且工艺复杂。SiO₂、Si₃N₄等氧化物虽然能提供好的绝缘性, 但是其与金属电极间的接触性不好，容易产生电极剥离的异常现象而造成芯粒的失效模式；另一方面，在电流阻挡层中为了达到一定的阻挡效果，绝缘层的厚度必须达到一定的厚度以上，其必然产生芯粒高低差的现象，此高低差容易造成接口裂化的异常现象。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种具有电流阻挡层的发光二极管及其制作方法，其使用等离子蚀刻法在发光外延层生成一与该外延层形成肖特基接触的电流阻挡层，该电流阻挡层能够有效的阻挡电流的注入, 使电流注入于器件有效发光区域来提升其整体发光二极管的发光效率。

 根据本发明的一个方面，具有电流阻挡层的发光二极管，包括：一基板；一发光外延结构位于所述基板上，其由上而下包括第一半导体层，有源层及第二半导体层；一肖特基接触层分布在第一半导体层，其材料为GaF_X，GaCl_X中的一种或其组合。

进一步地，所述具有电流阻挡层的发光二极管还包括一形成于欧姆接触层之上的第一电极，第一电极的位置与所述肖特其接触层的位置对应。

进一步地，所述肖特基接触层的顶面与第一半导体层的顶面齐平。

根据本发明的第二个方面，具有电流阻挡层的发光二极管，包括：一基板；一发光外延结构位于所述基板上，其由上而下包括第一半导体层，有源层及第二半导体层；一肖特基接触层，分布在第一半导体层，且顶面与第一半导体层的顶面齐平。

进一步地，所述肖特基接触层的材料为GaF_x，GaCl_x中的一种或其组合。

进一步地，所述具有电流阻挡层的发光二极管还包括一形成于欧姆接触层之上的第一电极，第一电极的位置与所述肖特其接触层的位置对应。

根据本发明的第三个方面，具有电流阻挡层的发光二极管的制作方法，包括如下步骤：提供一生长衬底；在生长衬底的正面上形成发光外延结构, 其由下而上包含第二半导体层、有源层以及第一半导体层；在第一半导体层表面上定义肖特基接触区；采用等离子蚀刻第一半导体层的肖特基接触区，形成肖特基生成层。

进一步地，所述等离子蚀刻中使用的物理轰击气体未含有惰性Ar气体。

进一步地，所述等离子蚀刻中使用的物理轰击气体为SF₆, CF₄, CHF₃, Cl₂, BCl₃中的一种或其组合。

进一步地，所述形成的肖特基接触层的材料为GaF_x，GaCl_x。

根据本发明的第四个方面，有电流阻挡层的发光二极管芯片的制作方法，包括如下步骤：提供一生长衬底；在生长衬底的正面上形成发光外延结构, 其由下而上包含第二半导体层、有源层以及第一半导体层；在第一半导体层表面上定义肖特基接触区；采用等离子蚀刻第一半导体层的肖特基接触区，形成肖特基接触层；在第一半导体层表面定义第二电极区，蚀刻第二电极区形成台阶至第二半导体层并裸露出第二半导体层；形成一透明导电层于第一半导体上；形成一保护层于第一半导体层与第二电极间的台阶；形成第一电极于透明导电层上，形成第二电极于保护层上并跨接至裸露的第二半导体层上。

进一步地，所述肖特其接触层的位置与前述的第一、第二电极的位置对应。

进一步地，所述等离子蚀刻中使用的物理轰击气体未含有惰性Ar气体。

进一步的，所述等离子蚀刻中使用的物理轰击气体为SF₆, CF₄, CHF₃, Cl₂, BCl₃中的一种或其组合。

进一步地，所述形成的肖特基接触层的材料为GaF_x，GaCl_x。

等离子蚀刻在半导体芯片制程中经常用于平台蚀刻, 为了能够使蚀刻过程中所产生的非挥发性生成物移除, 往往在气体组份中加入惰性的轰击气体来提供物理性的轰击效果。而本发明采用等离子蚀刻法在局部蚀刻发光外延结构表面的半导体导电层时，不加入惰性轰击气体, 从而使表层产生一薄型的非挥发生成物, 而此生成物与发光外延结构表面的半导体导电层形成肖特基接触，从而产生局部电流阻障的特性结构。本发明能够将电流导入有效的发光复合区，解决因电极设计而导致的遮光问题, 并且避免了使用绝缘层作为电流阻挡结构所产生的高低差及附着性不良的失效问题。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。 

虽然在下文中将结合一些示例性实施及使用方法来描述本发明，但本领域技术人员应当理解，并不旨在将本发明限制于这些实施例。反之，旨在覆盖包含在所附的权利要求书所定义的本发明的精神与范围内的所有替代品、修正及等效物。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。

图1为依据本发明实施的一种具有电流阻挡层的发光二极管的结构示意图。

图2为依据本发明实施的另一种具有电流阻挡层的发光二极管的结构示意图。

图3~图9为依据本发明实施的一种具有电流阻挡层的发光二极管制备过程的截面示意图。

图中：101 生长衬底；102 基板；201 n型半导体层；202 有源层；203 p型半导体层；301 掩膜层；400 肖特基接触层；500 透明导电层；600 保护层；701 p电极；702 n电极。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

图1为依据本发明实施的一种具有电流阻挡层的发光二极管的芯片结构示意图。该发光二极管芯片为横向结构。

如图1所示，具有电流阻挡层的发光二极管芯片，包括：生长衬底101；发光外延结构通过外延生长形成于生长衬底上，其由下至上至少包括n型半导体层201、有源层202和p型半导体层203，并有一通过蚀刻p型半导体层和有源层而成的n型半导体导体台面；在p型半导体层203内设置有一肖特基接触层400；一透明导电层500形成于p型半导体层203上；保护层600形成于部分n型半导体台面，并披覆其平台所产生之侧壁，向透明导电层500延伸；p电极701形成于透明导电层500上，n电极702形成于n型半导体层201的台面上，并向保护层600延伸。

其中，生长衬底101可采用蓝宝石生长衬底，应当注意的是，在本实施例中，发光外延层半通过外延生长形成生长衬底上，但本发明并不仅局限于此，也可通过其他方式形成于其他的支撑基板上，如通过覆晶工艺形成于散热性较佳的陶瓷基板等。以蓝光系LED为例，发光外延结构的材料可为氮化镓基材料，在发光外延结构与生长衬底上可设置有如反射层等其他结构，以提高器件的出光效率。肖特基接触层400通过等离子蚀刻法蚀刻p型表面而形成，其材料为GaF_X或GaCl_X，其顶面与p型半导体层203的顶面齐平。透明导电层500可选用ITO。p、n 电极的位置与肖特基接触层400的位置对应，为了取得更佳的效果，肖特基接触层的面积可与p,n电极的位置稍大。

图2为依据本发明实施的另一种具有电流阻挡层的发光二极管的芯片结构示意图。该发光二极管芯片为垂直结构，其与图1所示的发光二极管芯片的主要区别在于：基板102为导电基板，n电极702形成于基板的背面，形成垂直式结构。

图3~图9为图1所示的发光二极管芯片制备过程的截面示意图，下面结合图3~图9对该制作方法进行详细说明。

一种具有电流阻挡层的发光极管芯片的制作方法，其步骤如下：

首先，提供Al₂O₃生成衬底101，在Al₂O₃生长衬底101外延生长发光外延结构，其由下至上至少包括n型半导体层201、有源层202和p型半导体层203，其结构剖面图如图3所示；

下一步，在p型半导体层203表面上定义肖特基接触区，非肖特基接触区上形成等离子蚀刻掩膜层301，其结构剖面图如图4所示；

下一步，采用等离子蚀刻法，蚀刻p型半导体层203的肖特基接触区，形成肖特基接触层400，其结构剖面图如图5所示。此步骤为本发明的关键，等离子蚀刻中使用的物理轰击气体从SF₆, CF₄, CHF₃, Cl₂, BCl₃中选择，但未含有惰性Ar气体，从而使p型半导体表层产生一薄型的非挥发生成物, 而此生成物与p型半导体形成肖特基接触，从而产生局部电流阻障的特性结构400；

下一步，先去除掩膜层301，进行台面蚀刻，露出部分n型半导体层，形成n电极台面，其结构剖面图如图6所示；

下一步，在p型半导体层203表面上形成一透明导电层500，其结构剖面图如图7所示；

下一步，在部分n电极台面上形成保护层600，并披覆其平台所产生之侧壁，向透明导电层500延伸，覆盖部分透明导电层500，其结构剖面图如图8所示；

下一步，制作p、n电极。其具体工艺如下：在透明导电层500上形成p电极701，其位置与肖特基接触层的位置对应，在保护层600上制作n电极702，并跨接至n型半导体层，如图9所示，完成芯片制程。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。

Claims (15)

1.具有电流阻挡层的发光二极管，包括：

一基板；

一发光外延结构位于基板之上，其由上而下包括第一半导体层，有源层及第二半导体层；

一肖特基接触层分布在第一半导体层，其材料为GaF_X，GaCl_X中的一种或其组合。

2.根据权利要求1所述的具有电流阻挡层的发光二极管，其特征在于：还包括一形成于欧姆接触层之上的第一电极，第一电极的位置与所述肖特其接触层的位置对应。

3.根据权利要求1或2所述的具有电流阻挡层的发光二极管，其特征在于：所述肖特基接触层的顶面与第一半导体层的顶面齐平。

4.具有电流阻挡层的发光二极管，包括：

一基板；

一发光外延结构位于基板之上，其由上而下包括第一半导体层，有源层及第二半导体层；

一肖特基接触层，分布在第一半导体层，且顶面与第一半导体层的顶面齐平。

5.根据权利要求4所述的具有电流阻挡层的发光二极管，其特征在于：所述肖特基接触层的材料为GaF_x，GaCl_x中的一种或其组合。

6.根据权利要求4或5所述的具有电流阻挡层的发光二极管，其特征在于：还包括一形成于欧姆接触层之上的第一电极，第一电极的位置与所述肖特其接触层的位置对应。

7.具有电流阻挡层的发光二极管的制作方法，包括如下步骤：

提供一生长衬底；

在生长衬底的正面上形成发光外延结构, 其由下而上包含第二半导体层、有源层以及第一半导体层；

在第一半导体层表面上定义肖特基接触区；

采用等离子蚀刻第一半导体层的肖特基接触区，形成肖特基生成层。

8.根据权利要求7所述的具有电流阻挡层的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述等离子蚀刻中使用的物理轰击气体未含有惰性Ar气体。

9.根据权利要求7或8所述的具有电流阻挡层的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述等离子蚀刻中使用的物理轰击气体为SF₆, CF₄, CHF₃, Cl₂, BCl₃中的一种或其组合。

10.根据权利要求7或8或9所述的具有电流阻挡层的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述形成的肖特基接触层的材料为GaF_x，GaCl_x。

11.具有电流阻挡层的发光二极管芯片的制作方法，包括如下步骤：

提供一生长衬底；

在生长衬底的正面上形成发光外延结构, 其由下而上包含第二半导体层、有源层以及第一半导体层；

在第一半导体层表面上定义肖特基接触区；

采用等离子蚀刻第一半导体层的肖特基接触区，形成肖特基接触层；

在第一半导体层表面定义第二电极区，蚀刻第二电极区形成台阶至第二半导体层并裸露出第二半导体层；

形成一透明导电层于第一半导体上；

形成一保护层于第一半导体层与第二电极间的台阶；

形成第一电极于透明导电层上，形成第二电极于保护层上并跨接至裸露的第二半导体层上。

12.根据权利要求11所述的具有电流阻挡层的发光二极管芯片的制作方法，其特征在于：所述肖特其接触层的位置与前述的第一、第二电极的位置对应。

13.根据权利要求11所述的具有电流阻挡层的发光二极管芯片的制作方法，其特征在于：所述等离子蚀刻中使用的物理轰击气体未含有惰性Ar气体。

14.根据权利要求11所述的具有电流阻挡层的发光二极管芯片的制作方法，其特征在于：所述等离子蚀刻中使用的物理轰击气体为SF₆, CF₄, CHF₃, Cl₂, BCl₃中的一种或其组合。

15.根据权利要求11所述的具有电流阻挡层的发光二极管芯片的制作方法，其特征在于：其特征在于：所述形成的肖特基接触层的材料为GaF_x，GaCl_x。

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