CN103094442A - 一种氮化物发光二极管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种氮化物发光二极管的制备方法，包括如下步骤：在衬底上依次生长N型氮化物层、发光层、P型氮化物层；去除部分P型氮化物层和发光层，直至暴露出N型氮化物层；在P型氮化物表面形成电流阻挡层；在P型氮化物层和暴露出的N型氮化物层的表面形成透明电极；在透明电极表面制作焊线电极，并且P型氮化物层表面的焊线电极的位置与P型氮化物层表面的电流阻挡层位置相对应。本发明的优点在于使电流较为均匀的传输，避免了电流的拥挤现象，又避免了传统芯片中大面积N电极金属对光的遮蔽和吸收，同时也克服了漏电问题。

Description

一种氮化物发光二极管及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体光电子器件及照明领域，尤其是氮化物发光二极管芯片及其制备方法

背景技术

发光二极管（Light Emitting Diode，简称LED）将成为下一代日常照明光源已成为世界各国政府、科技界及产业界的共识，是继白炽灯，荧光灯之后的21 世纪新一代“绿色照明”光源。 它具有节能环保、寿命长、体积小和色彩丰富等许多优点，其作为日常照明光源的实现将产生极大的社会和经济效益。

发光二极管芯片是二极管的核心部分，它是靠电子和空穴的复合来发光，因此在整个运作工程中，电流在器件中的分布和扩展对整个芯片的性能乃至最终的器件性能都有着很重要的影响。目前商品化的用于白光照明的LED芯片主要是采用有机金属化学气相沉积（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD）的方式在Al₂O₃上生长GaN。由于Al₂O₃衬底不导电，因此作为P型和N型欧姆接触电极都只能制作在芯片的同一侧。而无论是N-GaN层还是P-GaN层的横向电阻与金属而至一些金属氧化物相比都是不能忽略的。这会导致靠近P、N电极焊盘的地方电流拥挤，严重影响到器件的性能。

目前采用的解决方案，一般有采用Ni/Au、ITO、ZnO等作为P型欧姆接触及透明电极扩展层，优化P、N焊线电极形状，制作电流阻挡层等。制作优化的P、N焊线电极使用更多的金属电极是有效改善电流扩展的方法，但缺点是金属电极会吸收光，影响器件光效。在已经公开的专利CN 102522472 A《具有电流阻挡层的发光二极管及其制作方法》中采用离子轰击的办法制作电流阻挡层用以改善P-GaN的电流分布；CN 101969089 A《一种具有电流阻挡层氮化镓基发光二极管的制作方法》中采用非掺杂的GaN作为电流阻挡层用以改善P-GaN的电流分布；CN 101937958 A《高光提取效率氮化镓基发光二极管的制备方法》中采用在N-GaN上也制作透明导电层以改善N-GaN的电流扩展，同时减小金属电极吸光导致的光效降低。

通过实践和生产实践证明以上方式都在改善P-GaN或N-GaN的电流扩展方面起到了良好的作用，提高了芯片的光效和稳定性。但是CN 102522472 A及CN 101969089 A只是改善了P焊线电极附近的电流拥挤现象，且工艺较为复杂；而CN 101937958 A可以有效地改进N-GaN的电流扩展也减少了焊线电极的遮蔽效应，但工艺制作上裸露的PN结上蒸镀透明电极并进行腐蚀，虽然经过严格的控制也能满足生产要求，但经过统计其器件在反向漏电上的不良率要明显偏高。

发明内容

为了解决上述LED芯片及其制作方法中的不足，本发明旨在提供一种具有良好电流扩展性能、高光效的LED芯片及其制作方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种氮化物发光二极管的制备方法，包括如下步骤：在衬底上依次生长N型氮化物层、发光层、P型氮化物层；去除部分P型氮化物层和发光层，直至暴露出N型氮化物层；在P型氮化物表面形成电流阻挡层；在P型氮化物层和暴露出的N型氮化物层的表面形成透明电极；在透明电极表面制作焊线电极，并且P型氮化物层表面的焊线电极的位置与P型氮化物层表面的电流阻挡层位置相对应。

可选的，在制作透明电极的同时，还在P型氮化物层和暴露出的N型氮化物层的交界处形成PN结保护层

可选的，PN结保护层和电流阻挡层材料各自独立地选自于氧化硅、氮化硅、氧化钛、和氧化铝中的一种或多种的组合。

可选的，透明电极的材料选自于Ni/Au、ITO、和ZnO中的一种或多种的组合。

可选的，采用湿法腐蚀工艺形成透明电极，所述湿法腐蚀的所采用的腐蚀液选自于FeCl₃和HCl混合溶液，王水、CH₃COOH和王水混合溶液，I₂和KI混合溶液，以及HF和NH₄F混合溶液中的任意一种。

可选的，焊线电极的材料选自于Cr/Au、Cr/Pt/Au、Cr/Pd/Au、Ti/Al、Ti/Au、Ti/Al/Ti/Al、和Ti/Al/Cr/Au中的任意一种。

本发明进一步提供了一种氮化物发光二极管，包括：衬底、在衬底表面逐层设置的缓冲层、N型氮化物层、发光层、和P型氮化物层，发光层和P型氮化物层设置有窗口以暴露出部分的N型氮化物层，P型氮化物层和暴露出的N型氮化物层表面设置有导电薄膜，导电薄膜的表面设置有焊线电极，并且在P型氮化物层和导电薄膜，与焊线电极对应的位置进一步设置有调节电流分布的电流阻挡层，以使流过P型氮化物层的电流分布更为均匀。

可选的，在P型氮化物层和暴露出的N型氮化物层的交界处设置有PN结保护层以降低PN结的侧向漏电。

本发明通过在与焊线电极对应的位置进一步设置有调节电流分布的电流阻挡层，使电流在LED中较为均匀的传输，避免了电流拥挤现象，又避免了传统芯片中大面积N电极金属对光的遮蔽和吸收

进一步地，设置有PN结保护层通过在同时也克服了LED芯片制作过程中由于对透明导电膜层的选择性腐蚀不彻底带来的漏电问题，进而提高了LED芯片光效和稳定性，且PN结保护层与电流阻挡层系通过同一光刻和腐蚀的步骤形成，故不会提高工艺复杂程度。

附图说明

图1至附图5是本发明实施例所述氮化物发光二极管制作方法工艺示意图。

图6是本发明实施例制作的氮化物发光二极管的俯视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行进一步说明。

一种氮化镓发光二极管制备方法的实施例，包括以下主要工艺步骤：

1、参考附图1，首先在衬底 68上依次生长缓冲层 67、N-GaN层64、发光层 66、P-GaN层63，完成外延片的生长，所述衬底68可以是蓝宝石衬底，缓冲层67是为了避免异质外延带来的应力而加入的可选层。

2、参考附图2，通过光刻制作光刻胶掩膜图形，并使用电感耦合等离子体(ICP，inductively couple plasma)刻蚀设备采用Cl₂和 BCl₃作为刻蚀气体对外延片表面进行选择性刻蚀，去除部分P-GaN层63和发光层66，直至暴露出N-GaN层64。

3、参考附图3，通过等离子化学气相沉积（PECVD，Plasma enhanced chemical vapor deposition）设备在P-GaN层63、发光层66和暴露出来的N-GaN层64的表面沉积绝缘薄膜，材料可以是氮化硅、氧化钛、氧化铝中的一种或多种的组合，本实施例为SiO₂，厚度例如可以是50nm，并通过光刻完成掩膜制作，通过HF和NH₄F或者对应的选择性腐蚀混合溶液湿法腐蚀工艺选择性去除部分绝缘薄膜，留下部分作为电流阻挡层652以调节LED内部的电流更为均匀，并且还可以进一步在N-GaN层64和P-GaN层63之间保留PN结保护层651以降低PN结的侧向漏电。本步骤的绝缘薄膜也可以代之以通过真空电子束蒸发设备沉积的Al₂O₃薄膜，厚度例如可以是100nm，该材料可以通过剥离工艺选择性去除。

4、参考附图4，采用真空电子束蒸发镀膜的方式蒸镀的透明电极，例如ITO膜，厚度例如可以是300nm，并通过光刻工艺完成掩膜制作后，用FeCl₃和HCl混合溶液去除部分ITO膜，使得作为N-GaN和P-GaN电流扩展的透明导电层彼此分离开，N-GaN上的ITO膜层为611，P-GaN上的ITO膜层为612。本步骤的ITO薄膜也可以代之以采用真空电子束蒸发镀膜的方式蒸镀的ZnO或者Ni/Au膜，后续的腐蚀液可以采用是选自于王水、CH₃COOH和王水混合溶液，I₂和KI混合溶液，以及HF和NH₄F混合溶液中的任意一种。

5、将外延片置入退火炉中完成合金。

6、参考附图5，在P-GaN层63和N-GaN层64的表面制作焊线电极62，电极金属材料选自于Cr/Au、Cr/Pt/Au、Cr/Pd/Au、Ti/Al、Ti/Au、Ti/Al/Ti/Al、和Ti/Al/Cr/Au中的任意一种，本实施例为Cr/Pt/Au，并完成钝化层的制作。

7、经过研磨减薄、切割完成芯片制作。

附图6是附图5所示结构的俯视图，参考附图5和附图6，所述发光二极管包括：衬底 68，衬底逐层设置缓冲层 67、N-GaN层64、发光层 66、P-GaN层63，发光层 66和P-GaN层63设置有窗口以暴露出部分的N-GaN层64，P-GaN层63和暴露出的N-GaN层64表面设置有导电薄膜，例如ITO薄膜或者ZnO薄膜，在导电薄膜的表面进一步设置有焊线电极62。

在P-GaN层63和暴露出的N-GaN层64的交界处设置有PN结保护层651以降低PN结的侧向漏电，并且在P-GaN层63和ITO膜层612之间，与焊线电极62对应的位置进一步设置有调节电流分布的电流阻挡层652，以使流过P-GaN层63的电流分布更为均匀。

Claims (8)

1.一种氮化物发光二极管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

在衬底上依次生长N型氮化物层、发光层、P型氮化物层；

去除部分P型氮化物层和发光层，直至暴露出N型氮化物层；

在P型氮化物表面形成电流阻挡层；

在P型氮化物层和暴露出的N型氮化物层的表面形成透明电极；

在透明电极表面制作焊线电极，并且P型氮化物层表面的焊线电极的位置与P型氮化物层表面的电流阻挡层位置相对应。

2.如权利要求1所述的氮化物发光二极管的制备方法，其特征在于，在制作透明电极的同时，还在P型氮化物层和暴露出的N型氮化物层的交界处形成PN结保护层。

3.如权利要求2所述的氮化物发光二极管的制备方法，其特征在于，PN结保护层和电流阻挡层材料各自独立地选自于氧化硅、氮化硅、氧化钛、和氧化铝中的一种或多种的组合。

4.如权利要求1所述的氮化物发光二极管的制备方法，其特征在于，透明电极的材料选自于Ni/Au、ITO、和ZnO中的一种或多种的组合。

5.如权利要求1所述的氮化物发光二极管的制备方法，其特征在于，采用湿法腐蚀工艺形成透明电极，所述湿法腐蚀所采用的腐蚀液选自于FeCl₃和HCl混合溶液，王水、CH₃COOH和王水混合溶液，I₂和KI混合溶液，以及HF和NH₄F混合溶液中的任意一种。

6.如权利要求1所述的氮化物发光二极管的制备方法，其特征在于，焊线电极的材料选自于Cr/Au、Cr/Pt/Au、Cr/Pd/Au、Ti/Al、Ti/Au、Ti/Al/Ti/Al、和Ti/Al/Cr/Au中的任意一种。

7.一种氮化物发光二极管，包括：衬底、在衬底表面逐层设置的缓冲层、N型氮化物层、发光层、和P型氮化物层，发光层和P型氮化物层设置有窗口以暴露出部分的N型氮化物层，P型氮化物层和暴露出的N型氮化物层表面设置有导电薄膜，导电薄膜的表面设置有焊线电极，其特征在于：

在P型氮化物层和导电薄膜，与焊线电极对应的位置进一步设置有调节电流分布的电流阻挡层，以使流过P型氮化物层的电流分布更为均匀。

8.如权利要求7所述的氮化物发光二极管，其特征在于，在P型氮化物层和暴露出的N型氮化物层的交界处设置有PN结保护层以降低PN结的侧向漏电。

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