CN105161577A - 发光二极管制作方法 - Google Patents

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邵小娟
杜彦浩
杜成孝
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Abstract

本发明公开了发光二极管制作方法，包括步骤：通过甲硅烷在N型层表面缺陷处形成坑洞，通过三乙基镓在相邻坑洞间凸起处生长氮化物保护层，从而增大PN结面积，使PN结在受到静电冲击时增加所能吸收的电荷，避免发光二极管被静电破坏。

Description

发光二极管制作方法
技术领域
本发明涉及发光二极管的制作方法，特别是扩大第一半导体层、发光层与第二半导体层间接触面积的方法，同时适用于生长其他功率型半导体器件。
背景技术
氮化镓基LED由于其高效的发光效率，目前已经广泛的应用在背光、照明、景观等各个光源领域。市场对于LED芯片的需求日趋严格，除发光效率外，LED芯片的可靠性也是客户关注的重点，其中芯片的抗静电释放(英文为electrostaticdischarge，简称ESD)能力是可靠性的一个重要方面。目前主流技术的蓝光LED芯片都是制作在蓝宝石衬底上，由于蓝宝石衬底不导电，正负电极需制作在芯片的同一面上，其相互距离较小。当芯片电极间聚集足够的静电后，会在芯片的两极间产生静电放电，如果芯片本身抗静电能力不够，就会产生漏电而最终被破坏。
目前常用的改善GaN基LED芯片抗静电的方法分为两类，第一类是增加芯片保护电路，这样可提供一个静电释放时的旁路，保护LED芯片免于静电冲击。此类技术也有不同的实现方法。比如在芯片封装时加入ESD保护芯片；另一种方法是在制作LED芯片时增加一个肖特基二极管。这两种方法都可以显著改善LED芯片的抗静电能力，但也有一定的缺点。如第一种方法增加了封装时的成本，第二种方法增加了芯片制作时的工序并牺牲了小部分芯片的发光面积。
第二类是改善LED芯片的本身体质，提高其抗静电打击的能力，主要思想是改善LED芯片的电流扩展能力或者降低材料中的缺陷。通过在量子阱有源区的前后加入周期性垂直穿插结构来改善电流扩展，阻挡位错缺陷，以期达到提高ESD能力；或者在量子阱有源区前加入对称谐振隧道CART结构层来改善ESD。这些方法对ESD的改善都有很好的效果，但其结构都略显复杂，增加了外延片生产中的复杂程度。另外，这些方法对小尺寸芯片的ESD改善不如大尺寸芯片明显。
发明内容
LED芯片本身就是一个PN结，根据半导体理论，PN结就是一个电容器。而当外来静电冲击LED芯片时，如果能适当提高LED芯片的电容，那么它就能承受更大的静电。本发明将从这一基本理论出发，充分利用GaN基材料中的缺陷，使用简单的制作方法达到改善ESD性能的目的，尤其对小尺寸的芯片更有效。
发光二极管结构，包括：衬底、N型层、氮化镓保护层、发光层和P型层，所述P型层上存在高密集度的缺陷，本发明公开了此发光二极管结构的制作方法，其工艺步骤包括：
（1）提供一蓝宝石衬底，在衬底上沉积N型层；
（2）通入甲硅烷进行处理，在N型层表面形成坑洞；
（3）在相邻坑洞间的凸起上生长氮化镓保护层；
（4）在氮化镓保护层交替生长InGaN层和GaN层，形成多量子阱发光层；
（5）生长P型层，覆盖所述N型层、氮化镓保护层和发光层；
所述步骤（2）通过甲硅烷作用在N型层的位错缺陷处，通过扩大缺陷表面凹槽，从而实现在缺陷处形成坑洞，所述步骤（3）生长氮化镓保护层，通过三乙基镓沉积，不会产生活性的含碳反应物，能排除碳杂质的影响，避免氮化镓保护层与碳结合形成深能级缺陷而减少出光。
优选的，所述步骤（3）氮化镓保护层生长在所述相邻坑洞间凸起处，厚度为50~300nm，其目的为延伸所述坑洞，扩大与所述P型层接触的面积，提升发光二极管吸收外加静电电荷的能力。
优选的，所述步骤（2）甲硅烷的处理时间为1~10分钟。
优选的，所述步骤（2）反应室温度为1000~1150℃。
优选的，所述步骤（3）反应室温度为700~850℃。
优选的，所述坑洞深度为5~15nm，所述发光层厚度为40~120nm。
优选的，所述坑洞在N型层表面的密度为2*108/cm2~8*108/cm2。
优选的，所述坑洞延伸后形成的V型坑，其深度为95~435nm。
本发明的有益效果至少包括解决了背景技术中的问题，提供了一种制作GaN基外延片的方法，通过增加PN结的面积使PN结电容增加，芯片的抗静电能力显著改善，根据电磁学原理，芯片PN结处的电容大小正比于结的面积。本发明的生长多量子阱前的进行甲硅烷处理，然后在处理的表面使用三乙基镓生长50~300nm厚的氮化镓保护层，这一工艺可以在氮化镓材料的表表面形成很多V型坑，极大的增加了PN结的面积，使PN结在受到静电冲击时能吸收电荷，免于静电损坏。本发明操作方法简单易行，使用三乙基镓可完全排除碳杂质的污染，避免LED芯片出现晶闸体效应；还可进一步改善氮化镓保护层晶体质量，有利于提高多量子阱层的发光效率。本采用本发明制作的结构尤其对小尺寸芯片的ESD改善明显，如普通的6mil*7mil芯片，在未使用本结构前其8000V人体模式ESD通过率仅有大约85%，而使用本结构后可提高到95%以上。
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和图2分别是本发明实施例完成步骤（1）后的结构剖面图和俯视图。
图3和图4分别是本发明实施例完成步骤（2）后的结构剖视图和俯视图。
图5和图6分别是本发明实施例完成步骤（3）后的结构剖面图和俯视图。
图7和图8分别是本发明实施例完成步骤（4）后的结构剖面图和俯视图。
图9和图10是本发明实施例在步骤（5）的生长过程剖面示意图。
其中，1、衬底；2、缓冲层；3、非掺杂氮化镓层；4、掺硅氮化镓层；5、缺陷；51、坑洞；6、氮化镓保护层；7、发光层；8、掺镁铝氮化镓层；9、PN结；10、掺镁氮化镓层。
具体实施方式
下面结合示意图对本发明的结构及其制作方法进行详细的描述，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，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
实施例
本实施例提供了发光二极管结构和制作方法，具体步骤如下：
如图1和图2所示，步骤（1）首先提供一种蓝宝石衬底1，在衬底1上生长N型层，N型层包括：缓冲层2及缓冲层2上依次生长的非掺杂氮化镓层3、掺硅氮化镓层4，掺硅氮化镓层4表面分别有高密集度缺陷5。
如图3和图4所示，步骤（2）将反应室温度调整到1000~1150℃，通入甲硅烷对掺硅氮化镓层4表面进行处理，处理时间为1~10分钟，目的在于利用甲硅烷对缺陷5扩大形成坑洞51，坑洞深度h1为5~15nm。
如图5和图6所示，步骤（3）将反应室温度调整到700~850℃，通入三乙基镓，在相邻坑洞51间的凸起上沉积氮化镓保护层6，由于在低温环境下，凸起比坑洞内更易于沉积氮化镓，凸起沉积速度是坑洞沉积速度的3~5倍，因此氮化镓保护层6主要沉积在凸起上，沉积厚度h2为50~300nm。
如图7和图8所示，步骤（4）将反应室温度调整到750~900℃，在氮化镓保护层6上交替生长5~15个周期的掺铟氮化镓层和氮化镓层，形成多量子阱发光层7，发光层7的厚度h3为40~120nm，最终坑洞51的深度范围为h1+h2+h3，坑洞深度在95~435nm之间。
如图9和图10所示，步骤（5）生长P型层，将反应室温度调整到800~950℃，生长掺镁铝氮化镓层8形成PN结9，其后将反应室温度调整到900~1050℃，生长掺镁氮化镓层10。
本实施例，利用坑洞51结构和所沉积的氮化镓保护层6，延伸并扩大N型层与P型层的接触面积，提高PN结9的电容，增强发光二极管吸收外来静电电荷的能力，减少静电击穿的可能。
应当理解的是，上述实施方案为本发明的优选实施例，本发明的范围不限于实施例，凡依本发明所做的任何变更，皆属本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.发光二极管制作方法，包括步骤：
（1）提供一蓝宝石衬底，在衬底上沉积N型层；
（2）通入甲硅烷进行处理，在N型层表面形成坑洞；
（3）在相邻坑洞间的凸起上生长氮化镓保护层；
（4）在氮化镓保护层上，交替生长InGaN层和GaN层，形成多量子阱发光层；
（5）生长P型层，覆盖所述N型层、氮化镓保护层和发光层；
其特征在于：所述步骤（2）通过甲硅烷作用在N型层上的位错缺陷处，通过扩大缺陷表面凹槽，从而实现在缺陷处形成坑洞，所述步骤（3）生长氮化镓保护层，通过三乙基镓沉积，不会产生活性的含碳反应物，能排除碳杂质的影响，避免氮化镓保护层与碳结合形成深能级缺陷而减少出光。
2.根据权利要求1所述的发光二极管制作方法，其特征在于：所述步骤（3）氮化镓保护层生长在所述相邻坑洞间凸起处，厚度为50~300nm，其目的为延伸所述坑洞，扩大与所述P型层接触的面积，提升发光二极管吸收外加静电电荷的能力。
3.根据权利要求1所述的发光二极管制作方法，其特征在于：所述步骤（2）甲硅烷的处理时间为1~10分钟。
4.根据权利要求1所述的发光二极管制作方法，其特征在于：所述步骤（2）反应室温度为1000~1150℃。
5.根据权利要求1所述的发光二极管制作方法，其特征在于：所述步骤（3）反应室温度为700~850℃。
6.根据权利要求1所述的发光二极管制作方法，其特征在于：所述坑洞深度为5~15nm。
7.根据权利要求1所述的发光二极管制作方法，其特征在于：所述发光层为交替生长的5~15个周期InGaN层和GaN层，所述发光层厚度为40~120nm。
8.根据权利要求1所述的发光二极管制作方法，其特征在于：所述坑洞在N型层表面的密度为2*108/cm2~8*108/cm2。
9.根据权利要求2所述的发光二极管制作方法，其特征在于：所述坑洞延伸后形成的V型坑，其深度为95~435nm。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105762264A (zh) * 2016-04-28 2016-07-13 厦门乾照光电股份有限公司 一种具有倒梯形圆台体的微米线发光二极管

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110309327A1 (en) * 2010-06-21 2011-12-22 Lg Innotek Co., Ltd. Light emitting device, method for fabricating light emitting device, light emitting device package, and lighting system
CN102687291A (zh) * 2009-12-30 2012-09-19 欧司朗光电半导体有限公司 光电半导体芯片和用于制造光电半导体芯片的方法
WO2014166764A1 (de) * 2013-04-10 2014-10-16 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zu seiner herstellung
US20140370634A1 (en) * 2013-06-14 2014-12-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Method for fabricating nitride semiconductor thin film and method for fabricating nitride semiconductor device using the same
US20150115223A1 (en) * 2013-10-28 2015-04-30 Seoul Viosys Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102687291A (zh) * 2009-12-30 2012-09-19 欧司朗光电半导体有限公司 光电半导体芯片和用于制造光电半导体芯片的方法
US20110309327A1 (en) * 2010-06-21 2011-12-22 Lg Innotek Co., Ltd. Light emitting device, method for fabricating light emitting device, light emitting device package, and lighting system
WO2014166764A1 (de) * 2013-04-10 2014-10-16 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zu seiner herstellung
US20140370634A1 (en) * 2013-06-14 2014-12-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Method for fabricating nitride semiconductor thin film and method for fabricating nitride semiconductor device using the same
US20150115223A1 (en) * 2013-10-28 2015-04-30 Seoul Viosys Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105762264A (zh) * 2016-04-28 2016-07-13 厦门乾照光电股份有限公司 一种具有倒梯形圆台体的微米线发光二极管

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