CN105226142A - 一种氮化镓基高压发光二极管及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氮化镓基高压发光二极管及其制作方法，其中，所述制作方法包括：在衬底上形成第一隔离绝缘层，然后对第一隔离绝缘层进行第一图案化以露出部分衬底；在露出的衬底上依次形成N型氮化镓缓冲层，N型氮化镓层，多量子阱层以及P型氮化镓层；在P型氮化镓层上形成透明导电层，然后进行第二图案化以形成N型氮化镓平台；形成第二隔离绝缘层并对其进行第三图案化；依次形成电极和钝化层。本发明通过在外延结构形成前完成第一隔离绝缘层的形成以及对其进行第一图形化，不需要进行深沟刻蚀，这样可以提高发光二极管单元间的引线连接的可靠性，从而可以提高氮化镓基高压发光二极管的可靠性和良率。

Description

一种氮化镓基高压发光二极管及其制作方法

技术领域

本发明实施例涉及半导体技术领域，尤其涉及一种氮化镓基高压发光二极管及其制作方法。

背景技术

近几年由于技术与效率的进步，发光二极管(LightEmittingDiode，简称LED)应用越来越广。随着发光二极管的技术及应用的升级，出现了更大功率及更高亮度的发光二极管，例如，氮化镓(GaN)基高压发光二极管(HighVoltageLightEmittingDiode，简称HVLED)。该氮化镓基高压发光二极管可以通过将多个普通氮化镓基发光二极管单元串联连接来实现。

图1是现有技术的氮化镓基高压发光二极管的制作方法的流程图；图2a-图2d是现有技术的氮化镓基高压发光二极管的制作方法中不同阶段的晶圆截面示意图。如图1和图2a-图2d所示，现有技术的氮化镓基高压发光二极管的制作方法包含以下步骤：

S101、在衬底21上依次形成N型氮化镓缓冲层22、N型氮化镓层(N-GaN)23、多量子阱层(Multi-quantumWell，简称MQW)24以及P型氮化镓层(P-GaN)25，如图2a所示。

S102、在P型氮化镓层25上形成透明导电层26，并通过光刻以及腐蚀形成图形，如图2b所示。

S103、进行感应耦合等离子体(InductivelyCoupledPlasma，简称ICP)刻蚀，形成N型氮化镓平台，如图2b所示。

S104、进行光刻和深沟刻蚀至衬底21的表面以形成沟槽A1，如图2c所示。

S105、形成隔离绝缘层27并进行光刻以及腐蚀以形成电极位置图形A2，如图2c所示。

S106、依次形成电极28和钝化层29，如图2d所示。其中，电极28包括P型电极和N型电极。

如上所述，现有技术中，在氮化镓基高压发光二极管的制作方法的过程中在外延结构(包括N型氮化镓缓冲层22、N型氮化镓层23、多量子阱层24以及P型氮化镓层25)全部形成后进行深沟刻蚀和隔离绝缘层填充，其深沟刻蚀达到5μm以上，隔离绝缘层27的厚度大于4μm。然后再形成电极28，并一同形成了连接相邻发光二极管单元的P型电极和N型电极的引线A3，由于深沟刻蚀深度较深，引线在较深的沟槽的底面和侧面部分的覆盖可能会出现连接不稳定，容易造成高压发光二极管断路，从而降低其可靠性和良率。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种氮化镓基高压发光二极管及其制作方法，以解决现有技术中氮化镓基高压发光二极管中的发光二极管单元间的引线不稳定而可能造成的高压发光二极管断路的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供一种氮化镓基高压发光二极管的制作方法，包括：

在衬底上形成第一隔离绝缘层，然后对所述第一隔离绝缘层进行第一图案化以露出部分所述衬底；

在露出的衬底上依次形成N型氮化镓缓冲层，N型氮化镓层，多量子阱层以及P型氮化镓层；

在所述P型氮化镓层上形成透明导电层，然后进行第二图案化以形成N型氮化镓平台；

形成第二隔离绝缘层并对其进行第三图案化；

依次形成电极和钝化层。

进一步地，所述第一隔离绝缘层的厚度大于等于所述N型氮化镓缓冲层的厚度和N型氮化镓层的厚度之和；或者

所述第一隔离绝缘层的厚度大于等于所述N型氮化镓缓冲层的厚度、N型氮化镓层的厚度和多量子阱层的厚度之和。

进一步地，所述第一隔离绝缘层的厚度为4μm到6μm。

进一步地，对所述第一隔离绝缘层进行第一图案化以露出部分所述衬底，包括：

在所述第一隔离绝缘层上形成第一光刻胶层；

对所述第一光刻胶层进行光刻以露出部分所述第一隔离绝缘层；

对露出的第一隔离绝缘层进行腐蚀以露出部分所述衬底；

去除所述第一光刻胶层。

进一步地，进行第二图案化以形成N型氮化镓平台，包括：

在所述透明导电层上形成第二光刻胶层；

对所述第二光刻胶层进行光刻以露出部分所述透明导电层；

对露出的透明导电层进行腐蚀；

对所述P型氮化镓层、多量子阱层和部分N型氮化镓层进行刻蚀以形成N型氮化镓平台；

去除所述第二光刻胶层。

进一步地，所述刻蚀为感应耦合等离子体刻蚀或者反应离子刻蚀。

进一步地，对所述第二隔离绝缘层进行第三图案化，包括：

在所述第二隔离绝缘层上形成第三光刻胶层；

对所述第三光刻胶层进行光刻以露出部分所述第二隔离绝缘层；

对露出的第二隔离绝缘层进行腐蚀以形成电极位置图形；

去除所述第三光刻胶层。

进一步地，所述透明导电层由氧化铟锡和氧化锌材料之一或其组合或其叠层所组成。

进一步地，所述第一隔离绝缘层和所述第二隔离绝缘层的材料均为二氧化硅。

第二方面，本发明实施例还提供了一种氮化镓基高压发光二极管，所述氮化镓基高压发光二极管由上述第一方面的氮化镓基高压发光二极管的制作方法制得。

本发明实施例提供的氮化镓基高压发光二极管及其制作方法，通过在外延结构形成前完成第一隔离绝缘层的形成以及对其进行第一图形化，不需要进行深沟刻蚀，就能够使相邻发光二极管单元的N型氮化镓缓冲层和N型氮化镓层隔离开，这样可以提高发光二极管单元间的引线连接的可靠性，从而可以提高氮化镓基高压发光二极管的可靠性和良率。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是现有技术的氮化镓基高压发光二极管的制作方法的流程图；

图2a-图2d是现有技术的氮化镓基高压发光二极管的制作方法中不同阶段的晶圆截面示意图；

图3是本发明实施例的氮化镓基高压发光二极管的制作方法的流程图；

图4a-图4f是本发明实施例的氮化镓基高压发光二极管的制作方法中不同阶段的晶圆截面示意图；

图5是图3中步骤S301完成后的一种局部晶圆俯视示意图。

图中的附图标记所分别指代的技术特征为：

21、衬底；22、N型氮化镓缓冲层；23、N型氮化镓层；24、多量子阱层；25、P型氮化镓层；26、透明导电层；27、隔离绝缘层；28、电极；29、钝化层；

41、衬底；421、第一隔离绝缘层；422、第二隔离绝缘层；43、N型氮化镓缓冲层；44、N型氮化镓层；45、多量子阱层；46、P型氮化镓层；47、透明导电层；48、电极；49、钝化层；

A1、沟槽；A2、电极位置图形；A3、引线；B1、电极位置图形；B2、引线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

本发明实施例提供一种氮化镓基高压发光二极管的制作方法。图3是本发明实施例的氮化镓基高压发光二极管的制作方法的流程图；图4a-图4f是本发明实施例的氮化镓基高压发光二极管的制作方法中不同阶段的晶圆截面示意图。需要说明的是，在图4a-图4f示出了包含三个发光二极管单元串联而成的氮化镓基高压发光二极管在制作过程中的晶圆截面示意图，这仅仅是本发明的一个具体示例，在此对氮化镓基高压发光二极管所包含的串联连接的发光二极管单元的个数不作限定。如图3和图4a-图4f所示，氮化镓基高压发光二极管的制作方法包括：

S301、在衬底41上形成第一隔离绝缘层421，然后对第一隔离绝缘层421进行第一图案化以露出部分衬底41。

在衬底41上形成第一隔离绝缘层421之后的晶圆截面如图4a所示，然后再对所述第一隔离绝缘层421进行第一图案化以露出部分衬底41之后的晶圆截面如图4b所示。所述衬底41可以为蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底可以采用图形化蓝宝石衬底(PatternedSapphireSubstrate，简称PSS)。所述第一隔离绝缘层421可以利用本领域公知的淀积或者外延生长等技术形成在衬底41上，其中，淀积包括但不限于物理气相淀沉积(PhysicalVaporDeposition，简称PVD)或者化学气相淀沉积(ChemicalVaporDeposition，简称CVD)。所述第一隔离绝缘层421的材料可以为二氧化硅。所述第一隔离绝缘层421的厚度可以为4μm到6μm，且形成如此厚度的第一隔离绝缘层421可以使后续形成的相邻发光二极管单元的N型氮化镓缓冲层和N型氮化镓层隔离开。然而在实际设计时，第一隔离绝缘层421的厚度要取决于N型氮化镓缓冲层的厚度和N型氮化镓层的厚度之和，具体见下面的描述。

在本步骤中，可选地，对第一隔离绝缘层421进行第一图案化以露出部分衬底41，具体可以包括：在所述第一隔离绝缘层上形成第一光刻胶层；对所述第一光刻胶层进行光刻以露出部分所述第一隔离绝缘层；对露出的第一隔离绝缘层进行腐蚀以露出部分所述衬底；去除所述第一光刻胶层。其中，如果第一隔离绝缘层的材料采用二氧化硅，在对其进行腐蚀时，可以选用氢氧化钠或者氢氟酸作为腐蚀溶液。

图5是图3中步骤S301完成后的一种局部晶圆俯视示意图。参见图5，在本步骤完成后，俯视晶圆可以观察到，第一隔离绝缘层421与露出的部分衬底41形成了井形的图形。在图5中水平方向的第一隔离绝缘层421可以在竖直方向上使后续形成的相邻发光二极管单元的N型氮化镓缓冲层和N型氮化镓层隔离开，竖直方向的第一隔离绝缘层421可以在水平方向上使后续形成的相邻发光二极管单元的N型氮化镓缓冲层和N型氮化镓层隔离开。

由于第一隔离绝缘层421的形成以及对其进行第一图形化的工艺过程在外延结构形成前完成，因此，避免了相应工艺对透明导电层(在外延结构形成后再形成)或者P型氮化镓层表面的影响。此外，由于形成的第一隔离绝缘层421的厚度较厚，如上所述其厚度可以为4μm到6μm，不需要进行深沟刻蚀，就可以使后续形成的相邻发光二极管单元的N型氮化镓缓冲层和N型氮化镓层隔离开，这样可以避免现有技术中出现的发光二极管单元间的引线在较深沟槽里的覆盖导致连接不稳定的情况，也就是说，可以提高发光二极管单元间的引线连接的可靠性，从而可以提高氮化镓基高压发光二极管的可靠性和良率。

S302、在露出的衬底41上依次形成N型氮化镓缓冲层43、N型氮化镓层44、多量子阱层45以及P型氮化镓层46。

在露出的衬底41上依次形成N型氮化镓缓冲层43、N型氮化镓层44、多量子阱层45以及P型氮化镓层46之后的晶圆截面如图4c所示。在本步骤中，N型氮化镓缓冲层43、N型氮化镓层44、多量子阱层45以及P型氮化镓层46的形成可以利用本领域公知的淀积或者外延生长等技术，其中，淀积包括但不限于物理气相淀积(PVD)或者化学气相淀积(CVD)。

如现有技术部分所述，N型氮化镓缓冲层43、N型氮化镓层44、多量子阱层45以及P型氮化镓层46构成各发光二极管单元的外延结构。具体地，外延结构是与发光二极管单元的工作原理密切相关的。在发光二极管单元未加偏置电压时，在N型氮化镓层44和P型氮化镓层46之间形成PN结，该PN结的端电压构成一定的势垒，阻止了N型氮化镓层44中的电子(N型氮化镓层44中的多数载流子)向P型氮化镓层46扩散以及P型氮化镓层46中的空穴(P型氮化镓层46中的多数载流子)向N型氮化镓层44扩散。在发光二极管单元加正向偏置电压时，即工作电压，PN结构成的势垒下降，N型氮化镓层44和P型氮化镓层46中的多数载流子向对方扩散，由于电子的迁移率比空穴的迁移率大得多，所以会出现大量电子向P型氮化镓层46扩散，构成对P型氮化镓层46中少数载流子的注入。这些来自N型氮化镓层44的电子与P型氮化镓层46中的空穴复合，复合时得到的能量以光能的形式释放出来，从而使发光二极管单元实现发光。

如上所述，第一隔离绝缘层421的厚度要取决于N型氮化镓缓冲层的厚度和N型氮化镓层的厚度之和，即取决于外延结构的N型氮化镓部分的厚度。参见图4b，第一隔离绝缘层421的厚度大于N型氮化镓缓冲层43的厚度、N型氮化镓层44的厚度和多量子阱层45的厚度之和，这仅仅是本发明的一个具体示例。可选地，所述第一隔离绝缘层421的厚度也可以等于N型氮化镓缓冲层43的厚度、N型氮化镓层44的厚度和多量子阱层45的厚度之和；或者所述第一隔离绝缘层421的厚度也可以大于等于所述N型氮化镓缓冲层的厚度和N型氮化镓层的厚度之和。这样形成的第一隔离绝缘层421，能够很好地将相邻发光二极管单元的外延结构的N型氮化镓部分隔离开。而在现有技术中，将相邻发光二极管单元的外延结构的N型氮化镓部分隔离开是通过深沟刻蚀和隔离绝缘层填充工艺过程，这些工艺过程难度较大，相应地会降低产品的可靠性和良率。因此，本实施例通过简单的工艺过程所形成的第一隔离绝缘层421，与现有技术的深沟刻蚀和隔离绝缘层填充工艺过程相比，不仅简化了工艺过程，而且还会提高产品的可靠性和良率。

S303、在P型氮化镓层46上形成透明导电层47，然后进行第二图像化以形成N型氮化镓平台。

在P型氮化镓层46上形成透明导电层47，然后进行第二图像化以形成N型氮化镓平台之后的晶圆截面如图4d所示。可选地，所述透明导电层47由氧化铟锡(IndiumTinOxide，ITO)和氧化锌材料之一或其组合或其叠层所组成。

在本步骤中，可选地，进行第二图案化以形成N型氮化镓平台，具体可以包括：在所述透明导电层上形成第二光刻胶层；对所述第二光刻胶层进行光刻以露出部分所述透明导电层；对露出的透明导电层进行腐蚀；对所述P型氮化镓层、多量子阱层和部分N型氮化镓层进行刻蚀以形成N型氮化镓平台；去除所述第二光刻胶层。其中，进行腐蚀所使用的腐蚀溶液可以根据透明导电层的材料选择适当的酸性溶液或者碱性溶液，这是本领域技术人员熟知的。另外，优选地，所述刻蚀可以采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀或者反应离子刻蚀(ReactiveIonEtching，RIE)，也可以采用其他的刻蚀方法，在此不作限定。

S304、形成第二隔离绝缘层422并对其进行第三图案化。

形成第二隔离绝缘层422并对其进行第三图案化之后的晶圆截面如图4e所示。其中，所述第二隔离绝缘层422的形成可以利用本领域公知的淀积或者外延生长等技术，其中，淀积包括但不限于物理气相淀积(PVD)或者化学气相淀积(CVD)。所述第二隔离绝缘层422的材料可以为二氧化硅。

在本步骤中，可选地，对第二隔离绝缘层422进行第三图案化，具体可以包括：在所述第二隔离绝缘层上形成第三光刻胶层；对所述第三光刻胶层进行光刻以露出部分所述第二隔离绝缘层；对露出的第二隔离绝缘层进行腐蚀以形成电极位置图形B1；去除所述第三光刻胶层。其中，如果第一隔离绝缘层的材料采用二氧化硅，在对其进行腐蚀时，可以选用氢氧化钠或者氢氟酸作为腐蚀溶液。上述第三图案化的目的是为了形成电极位置图形B1，为接下来形成电极做好准备。

S305、依次形成电极48和钝化层49。

在本步骤中，先在电极位置处形成电极48，同时也形成连接相邻发光二极管单元的引线B2，然后再形成钝化层49，这样依次形成电极48和钝化层49之后的晶圆截面如图4f所示。所述电极48包括P型电极和N型电极，进一步地，引线B2用于连接相邻发光二极管单元的P型电极和N型电极，以使发光二极管单元串联起来，形成高压发光二极管。需要说明的是，在图4f中，引线B2与发光二极管单元的透明导电层47相重叠的部分充当了相应发光二极管单元的P型电极。此外，所述电极48的材料可以为Ti、Cr、Pt、Au、Ni、Al、Be、Ge中的一种，并且所述电极48可以通过电极蒸镀来形成。所述钝化层49的形成可以利用本领域公知的淀积或者外延生长等技术，包括但不限于物理气相淀积(PVD)或者化学气相淀积(CVD)。

本发明实施例还提供一种氮化镓基高压发光二极管。该氮化镓基高压发光二极管可以由上述氮化镓基高压发光二极管的制作方法制得。

本发明实施例提供的氮化镓基高压发光二极管及其制作方法，通过在外延结构形成前完成第一隔离绝缘层的形成以及对其进行第一图形化，不需要进行深沟刻蚀，就能够使相邻发光二极管单元的N型氮化镓缓冲层和N型氮化镓层隔离开，这样可以提高发光二极管单元间的引线连接的可靠性，从而可以提高氮化镓基高压发光二极管的可靠性和良率。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种氮化镓基高压发光二极管的制作方法，其特征在于，包括：

在衬底上形成第一隔离绝缘层，然后对所述第一隔离绝缘层进行第一图案化以露出部分所述衬底；

在露出的衬底上依次形成N型氮化镓缓冲层，N型氮化镓层，多量子阱层以及P型氮化镓层；

在所述P型氮化镓层上形成透明导电层，然后进行第二图案化以形成N型氮化镓平台；

形成第二隔离绝缘层并对其进行第三图案化；

依次形成电极和钝化层。

2.根据权利要求1所述的氮化镓基高压发光二极管的制作方法，其特征在于，所述第一隔离绝缘层的厚度大于等于所述N型氮化镓缓冲层的厚度和N型氮化镓层的厚度之和；或者

所述第一隔离绝缘层的厚度大于等于所述N型氮化镓缓冲层的厚度、N型氮化镓层的厚度和多量子阱层的厚度之和。

3.根据权利要求1-2中所述的氮化镓基高压发光二极管的制作方法，其特征在于，所述第一隔离绝缘层的厚度为4μm到6μm。

4.根据权利要求1所述的氮化镓基高压发光二极管的制作方法，其特征在于，对所述第一隔离绝缘层进行第一图案化以露出部分所述衬底，包括：

在所述第一隔离绝缘层上形成第一光刻胶层；

对所述第一光刻胶层进行光刻以露出部分所述第一隔离绝缘层；

对露出的第一隔离绝缘层进行腐蚀以露出部分所述衬底；

去除所述第一光刻胶层。

5.根据权利要求1所述的氮化镓基高压发光二极管的制作方法，其特征在于，进行第二图案化以形成N型氮化镓平台，包括：

在所述透明导电层上形成第二光刻胶层；

对所述第二光刻胶层进行光刻以露出部分所述透明导电层；

对露出的透明导电层进行腐蚀；

对所述P型氮化镓层、多量子阱层和部分N型氮化镓层进行刻蚀以形成N型氮化镓平台；

去除所述第二光刻胶层。

6.根据权利要求5所述的氮化镓基高压发光二极管的制作方法，其特征在于，所述刻蚀为感应耦合等离子体刻蚀或者反应离子刻蚀。

7.根据权利要求1所述的氮化镓基高压发光二极管的制作方法，其特征在于，对所述第二隔离绝缘层进行第三图案化，包括：

在所述第二隔离绝缘层上形成第三光刻胶层；

对所述第三光刻胶层进行光刻以露出部分所述第二隔离绝缘层；

对露出的第二隔离绝缘层进行腐蚀以形成电极位置图形；

去除所述第三光刻胶层。

8.根据权利要求1所述的氮化镓基高压发光二极管的制作方法，其特征在于，所述透明导电层由氧化铟锡和氧化锌材料之一或其组合或其叠层所组成。

9.根据权利要求1所述的氮化镓基高压发光二极管的制作方法，其特征在于，所述第一隔离绝缘层和所述第二隔离绝缘层的材料均为二氧化硅。

10.一种氮化镓基高压发光二极管，其特征在于，所述氮化镓基高压发光二极管由权利要求1-9中任一项所述的氮化镓基高压发光二极管的制作方法制得。