CN102916100A - 发光二极管及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明旨在提供一种具有交替附着层电极的发光二极管及其制作方法。其发光二极管，包括：衬底；发光外延层，由半导体材料层堆叠而成，形成于衬底之上；第一电流扩展层，形成于所述发光外延层之上；第二电流扩展层与第一金属隔离层交替的附着层，形成于第一电流扩展层之上，由三大结构层组成；第二金属隔离层，形成于第二电流扩展层与金属隔离层交替沉积的附着层之上；金属电极层，形成于第二金属隔离层之上。

Description

发光二极管及其制作方法
技术领域
本发明涉及发光二极管及其制作方法，更具体地是具有交替附着层电极的发光二极管及其制作方法。
背景技术
发光二极管（LED）经过多年的发展，已经广泛用于显示、指示、背光、照明等不同领域。III-V族化合物是当前主流的用于制作发光二极管的半导体材料，其中以氮化镓基材料和铝镓铟磷基材料最为普遍。传统的P型III-V族半导体材料的电流扩展性能一般较差，为了使电流能够均匀地注入发光层，需要在p型材料层上加一电流扩展层。在众多可作为电流扩展层（TCL）的材料中，诸如：氧化铟锡（ITO）、氧化镉锡（CTO）、氧化铟（InO）和氧化锌（ZnO）等，均可使用于提高电流分散效果，其中ITO（Indium Tin Oxide 氧化铟锡）是被最广泛应用的一种，ITO薄膜即铟锡氧化物半导体透明导电膜，通常有两个性能指标：电阻率和透光率，由于ITO可同时具有低电阻率及高光穿透率的特性，符合了导电性及透光性良好的要求。与其它透明的半导体导电薄膜相比，ITO具有良好的化学稳定性和热稳定性。对衬底具有良好的附着性和图形加工特性。
参见图1，在常规正装发光二极管结构中，包括衬底100，由下往上堆叠的第一限制层101、发光层102、第二限制层103、电流扩展层104、P电极105（包括第一金属隔离层107、第二金属隔离层108和金属表面层109）以及设置在第一限制层101裸露表面上的N电极106（包括第一金属隔离层110、第二金属隔离层111和金属表面层112）。但是，电流扩散层和P电极材料的粘附性较差，由于这一特点，容易导致电流扩散层与P电极材料之间出现膜层脱离现象，影响了发光二极管的可靠性，从而大大影响了产品的良率。
发明内容
为解决上述发光二极管的所存在的问题，本发明旨在提供一种具有交替附着层电极的发光二极管及其制作方法。
根据本发明的第一个方面，发光二极管，包括：衬底；发光外延层，由半导体材料层堆叠而成，形成于衬底之上；第一电流扩展层，形成于所述发光外延层之上；第二电流扩展层与第一金属隔离层交替的附着层，形成于第一电流扩展层之上；第二金属隔离层，形成于第二电流扩展层与金属隔离层交替沉积的附着层之上；金属电极层，形成于第二金属隔离层之上。
其中，所述第二电流扩展层与第一金属隔离层交替沉积的附着层由三大结构层组成，第一层由第二电流扩展层组成，第二层由第二电流扩展层与第一金属隔离层交替组成，第三层由第一金属隔离层组成。
进一步地，所述第一电流扩展层的厚度为500~5000?。
进一步地，所述第一层的厚度为100~800?。
进一步地，所述第二层的厚度为50~200?。
进一步地，所述第三层的厚度为100~500?。
进一步地，所述第二电流扩展层与第一金属隔离层交替的附着层通过磁控溅镀法形成。
进一步地，所述第二电流扩展层与第一金属隔离层交替的附着层的交替层数为6~20层。
进一步地，所述第一电流扩展层的材料选用氧化铟锡（ITO）或氧化锌（ZnO）或氧化镉锡（CTO）或氧化铟（InO）或铟（In）掺杂氧化锌（ZnO）或铝（Al）掺杂氧化锌（ZnO）或镓（Ga）掺杂氧化锌（ZnO）中的一种。
进一步地，所述第二电流扩展层的材料与第一电流扩展层的材料相同。
进一步地，所述第一金属隔离层为Cr、Ti、Pt、Ni、W中的一种金属。
进一步地，所述第二金属隔离层为Cr、Ti、Pt、Ni、W中的一种金属。
根据本发明的第二个方面，发光二极管的制作方法，包括步骤：提供一衬底，外延生长发光外延层，由半导体材料层堆叠而成；在发光外延层上形成第一电流扩展层；在所述第一电流扩展层上采用磁控溅镀法形成第二电流扩展层与第一金属隔离层交替的附着层；在所述第一金属隔离层上形成第二金属隔离层；在所述第二金属隔离层上形成金属电极层；最后，进行退火热处理。
进一步地，所述第二电流扩展层与第一金属隔离层交替的附着层由三大结构层组成，第一层由第二电流扩展层组成；第二层由第二电流扩展层与第一金属隔离层交替组成；第三层由第一金属隔离层组成。
进一步地，采用磁控溅镀法形成第一层，镀膜速率为0.1~1?/s，所形成的第一层的厚度为100~800?。
进一步地，采用磁控溅镀法形成第二层，镀膜速率为0.1~0.5?/s，所形成的第二层的厚度为50~200?。
进一步地，采用磁控溅镀法形成第三层，镀膜速率为0.1~1?/s，所形成的第三层的厚度为100~500?。
进一步地，退火热处理的温度为200~400℃。
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。
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为常规正装的发光二极管芯片的结构示意图。
图2为根据本发明实施的具有交替附着层电极的发光二极管芯片的结构示意图。
图3为根据本发明实施的交替附着层电极的结构示意图。
图4为根据本发明实施的具有交替附着层电极的发光二极管芯片的流程示意图。
图中各标号表示：
100，200：衬底；101，201：第一限制层；102，202：发光层；103，203：第二限制层；104，204：第一电流扩展层；105，205：P电极；106，206：N电极；107，110：第一金属隔离层；108，111，208，211：第二金属隔离层；109，112，208，211：金属表面层：209，212；207，210：第二电流扩展层与第一金属隔离层交替的附着层；207a：第一层；207b：第二层之第二电流扩展层；207c：第二层之第一金属隔离层；207d：第二层；207e：第三层。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
本发明的核心思想在于，提供一种发光二极管及其制作方法，其结构包括衬底，发光外延层，第一电流扩展层，第二电流扩展层与第一金属隔离层交替的附着层，第二金属隔离层及金属电极层。
其中，所述附着层由三大结构层组成：第一层由第二电流扩展层组成，第二层由不完全连续的第二电流扩展层与第一金属隔离层交替组成，第三层由第一金属隔离层组成。可以采用磁控溅镀法形成附着层，易于控制镀率。溅射完成后，进行退火热处理。由于在退火热处理期间，原本呈不完全连续薄膜状的第二层中的第一金属隔离层厚度比较薄，而且有空隙，容易使得第二层中的第二电流扩展层横向和纵向地生长，形成结晶体，而中间又夹杂着部分第二层中的第一金属隔离层，如此交替数次，使得第二层之第二电流扩展层与第一金属隔离层夹杂在一起。而第一层（第二电流扩展层）与第一电流扩展层材料相同或相近，即附着性较好。如此形成的第二电流扩展层与第一金属隔离层交替的附着层，其与第一电流扩展层的附着性将比在纯金属隔离层与电流扩展层膜的附着性好，进而减少发光二极管掉电极的比例，增强发光二极管工作的可靠性。
结合上述核心思想，下面实施例公开了一种发光二极管及其制作方法，所述发光二极管包括：衬底；外延层，由半导体材料层堆叠而成，形成于衬底之上；第一电流扩展层，形成于所述发光外延层之上；第二电流扩展层与第一金属隔离层交替的附着层，形成于第一电流扩展层之上；第二金属隔离层，形成于第二电流扩展层与金属隔离层交替沉积的附着层之上；金属电极层，形成于第二金属隔离层之上。所述第二电流扩展层与第一金属隔离层交替沉积的附着层由三大结构层组成：第一层由第二电流扩展层组成，第二层由第二电流扩展层与第一金属隔离层交替组成，第三层由第一金属隔离层组成。
进一步，结合上述LED结构，如图4所示，下面实施例还提供了一种制造方法，包括以下步骤：
步骤S11，提供一衬底，其在于外延生长发光外延层，其依次包括第一限制层、发光层、第二限制层；
步骤S12，在发光外延层形成第一电流扩展层；
步骤S13，在所述第一电流扩展层上形成第二电流扩展层与第一金属隔离层交替附着层；
步骤S14，在所述第二电流扩展层与第一金属隔离层交替附着层上形成第二金属隔离层；
步骤S15，在所述第二金属隔离层上形成金属电极层；
步骤S16，进行退火热处理。
以下结合核心思想，详细说明本发明所述LED结构及其制作方法。
以下列举所述LED结构及其制作方法的实施例，以清楚说明本发明的内容，应当明确的是，本发明的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本发明的思想范围之内。
以下请参考图2，其为本发明第一实施例的LED结构的结构截面图。
如图2所示，在本实施例中，衬底200可以从以下一组材料中选出，该组材料包括：蓝宝石衬底、碳化硅衬底、硅衬底、氮化镓衬底及氧化锌衬底，在较佳的实施例中，衬底200选取蓝宝石衬底。
外延层沉积在衬底200上，外延层的材料可以包括氮化镓基材料、磷化镓基材料、镓氮磷基材料或氧化锌基材料。在本实施例中，外延层为氮化镓基材料，外延层包括自下至上依次层叠设置的第一限制层201、发光层202和第二限制层203，其中，第一限制层201为N型氮化镓（GaN）层结构，发光层202为氮化铝镓（AlGaN）多量子阱有源层，第二限制层203为P型AlGaN层。本实施例中的外延层结构并不限于缓冲层-N型GaN层结构-AlGaN多量子阱有源层-P型AlGaN层，其它可以激发出光的外延层结构，如N型GaN层-（InGaN）/GaN多量子阱有源层-P型GaN层也在本发明的思想范围内。第一电流扩展层204，形成于第二限制层203之上，第一电流扩展层204的材料可以选自氧化铟锡（ITO）或氧化锌（ZnO）或氧化镉锡（CTO）或氧化铟（InO）或铟（In）掺杂氧化锌（ZnO）或铝（Al）掺杂氧化锌（ZnO）或镓（Ga）掺杂氧化锌（ZnO）中的一种，本实施例中选用氧化铟锡（ITO），厚度为2300?。
第二电流扩展层与第一金属隔离层交替的附着层207设置在第一电流扩展层204之上，第二电流扩展层与第一金属隔离层交替的附着层210设置在裸露的第一限制层201之上。
如图3所示，第二电流扩展层与第一金属隔离层交替的附着层207由三大结构层组成（210与207材料和厚度均一样，图中未示出具体三大结构层），第一层207a由第二电流扩展层组成，材料为氧化铟锡（ITO），与第一电流扩展层204相同，厚度为300?，磁控溅射法镀率为0.1~1?/s；第二层207d由第二电流扩展层与第一金属隔离层交替组成，即先镀10?厚度的ITO第二电流扩展层207b，磁控溅射法镀率为0.1~0.5 ?/s，再镀10?厚度的Cr第一金属隔离层207c，磁控溅射法镀率为0.1~0.5 ?/s，如此交替5次，层数共为10层；第三层207e由第一金属隔离层组成，材料选铬（Cr），厚度为300?，磁控溅射法镀率为0.1~1 ?/s。
 第二金属隔离层208和211，材料选用铂（Pt），分别形成于第二电流扩展层与第一金属隔离层交替的附着层207和210之上；金属表面层209和212，材料选用金（Au），分别形成于第二金属隔离层208和211之上。如此，第一金属隔离层交替的附着层207、第二金属隔离层208和金属表面层209，构成P电极205；第一金属隔离层交替的附着层210、第二金属隔离层211和金属表面层212，构成N电极206。
P电极205和N电极206分别位于第一电流扩展层204表面和露出的第一限制层201表面上，用于为外延层提供电流注入。另外，当本实施例的LED为垂直结构时，N电极可直接设置在衬底的背面，此时衬底为导电型的，如Si片等。
以下说明本实施例LED的制备方法。参考图3，其为本发明实施例的LED制作方法的流程图。
首先进行步骤S11，提供衬底200，采用金属有机化合物化学气相沉淀（MOCVD）在衬底201的表面上外延生长发光外延层。外延层包括自下至上依次层叠设置的第一限制层201、发光层202和第二限制层203。
再进行步骤S12，在发光外延层形成第一电流扩展层204，材料选用氧化铟锡（ITO），厚度为2300?；
接着进行步骤S13，在所述第一电流扩展层204上形成第二电流扩展层与第一金属隔离层交替附着层，其中第二电流扩展层与第一金属隔离层交替的附着层207由三大结构层组成，第一层207a由第二电流扩展层组成，材料为氧化铟锡（ITO），与第一电流扩展层204相同，厚度为600?，磁控溅射法镀率为0.1~1?/s；第二层207d由第二电流扩展层与第一金属隔离层交替组成，即先镀10?厚度的ITO第二电流扩展层207b，磁控溅射法镀率为0.1~0.5 ?/s，再镀10?厚度的Cr第一金属隔离层207c，磁控溅射法镀率为0.1~0.5 ?/s，如此交替5次，层数共为10层；第三层207e由第一金属隔离层组成，材料选铬（Cr），厚度为150?，磁控溅射法镀率为0.1~1 ?/s。
接着进行步骤S14，在所述第二电流扩展层与第一金属隔离层交替附着层上形成第二金属隔离层，材料选用铂（Pt）；
然后进行步骤S15，在所述第二金属隔离层上形成金属电极层，材料选用金（Au）；
最后进行步骤S16，进行退火热处理，热处理温度为200~400℃。由于热处理前，第二层之第一金属隔离层厚度比较薄，呈不完全连续的薄膜分布状态，而经过热处理退火后，容易使得第二层之第二电流扩展层横向和纵向地生长，形成结晶体，而中间又夹杂着部分第二层之第一金属隔离层，如此交替数次，使得第二层之第二电流扩展层与第一金属隔离层夹杂在一起。而第一层（第二电流扩展层）与第一电流扩展层材料相同，即附着性较好。如此形成的第二电流扩展层与第一金属隔离层交替的附着层，其与第一电流扩展层的附着性将比在纯金属隔离层与电流扩展层膜的附着性好，即增强了P电极与电流扩展层之间的粘附性，进而减少发光二极管掉电极的比例，增强发光二极管工作的可靠性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (15)

1.发光二极管，包括：衬底；发光外延层，由半导体材料层堆叠而成，形成于衬底之上；第一电流扩展层，形成于所述发光外延层之上；第二电流扩展层与第一金属隔离层交替的附着层，形成于第一电流扩展层之上；第二金属隔离层，形成于第二电流扩展层与金属隔离层交替沉积的附着层之上；金属电极层，形成于第二金属隔离层之上。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第二电流扩展层与第一金属隔离层交替沉积的附着层由三大结构层组成，第一层由第二电流扩展层组成，第二层由第二电流扩展层与第一金属隔离层交替组成，第三层由第一金属隔离层组成。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第一电流扩展层的厚度为500~5000?。
4.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于：所述第一层的厚度为100~800?。
5.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于：所述第二层的厚度为50~200?。
6.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于：所述第三层的厚度为100~500?。
7.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第二电流扩展层与第一金属隔离层交替的附着层的交替层数为6~50层。
8.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第二电流扩展层的材料与第一电流扩展层的材料相同。
9.发光二极管的制作方法，包括：
提供一衬底，外延生长发光外延层，由半导体材料层堆叠而成；
在发光外延层上形成第一电流扩展层；
在所述第一电流扩展层上形成第二电流扩展层与第一金属隔离层交替的附着层；
在所述第一金属隔离层上形成第二金属隔离层；
在所述第二金属隔离层上形成金属电极层；
进行退火热处理。
10.根据权利要求9所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述第二电流扩展层与第一金属隔离层交替沉积的附着层由三大结构层组成，第一层由第二电流扩展层组成，第二层由第二电流扩展层与第一金属隔离层交替组成，第三层由第一金属隔离层组成。
11.根据权利要求10所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：采用磁控溅镀法形成所述附着层。
12.根据权利要求11所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述第一层的镀膜速率为0.1~1?/s，厚度为100~800?。
13.根据权利要求13所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述第二层的镀膜速率为0.1~0.5?/s，厚度为50~200?。
14.根据权利要求13所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述第三层的镀膜速率为0.1~1?/s，厚度为100~500?。
15.根据权利要求13所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：退火热处理的温度为200~400℃。
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