CN105428483A - 发光二极管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发光强度均匀的二极管结构设计，该外延片结构由下至上包括：衬底，N型层，多量子阱有源区，P型层；随后进行芯片工艺制备，在所述N型层中临近N电极位置设置电流调整结构，该电流调整结构增加所述N型层中临近N电极位置区域的电阻值，通过控制电流调整结构在N型层汇总占用体积、横向和纵向蚀刻深度，降低了临近N电极位置的载流子聚集效应，使更多的载流子流向靠近P电极位置，增加N型层中流向靠近P电极位置电子数量，使同一LED芯片不同位置发光更加均匀；同时由于载流子聚集效应得到缓解，LED可靠性得到进一步提升。
Description
技术领域
本发明涉及氮化镓半导体器件领域，尤其涉及一种发光强度均匀的二极管结构设计与制备。
背景技术
发光二极管（英文为LightEmittingDiode，缩写为LED）是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光结构，目前氮化镓被视为第三代半导体材料，具备InGaN/GaN有源区的氮化镓基发光二极管被视为当今最有潜力的发光源。
在已商业化的LED工厂中，在蓝宝石衬底上生长的外延片多被做成水平结构芯片。但由于结构设计原因，电流扩展存在不均匀现象，即同一芯粒不同位置发光强度会存在差异，且整体发光强度从P电极向N电极呈现逐渐递增趋势，此类现象在大尺寸芯粒上表现会尤为突出，如图1所示；在小尺寸产品上，例如显屏成品，也会对成品质量造成一定影响。
发明内容
本发明提供一种发光强度均匀的二极管结构设计及制备，本发明实例提供的技术方案如下：一种发光二极管，包括：衬底，依次形成于该衬底上的N型层、多量子阱有源区、P型层，分别形成于该P型层、N型层表面上的P电极与N电极，在所述N型层中临近N电极位置设置一电流调整结构，该电流调整结构增加所述N型层中临近N电极位置区域的电阻值。
前述发光二极管的制作方法，包括步骤：1）在一衬底上依次形成N型层、多量子阱有源区、P型层；2）在所述N型层上制作电流调整结构；3）分别在P型层和N型层的表面上制作P电极和N电极；其中，步骤2）所形成的电流调整结构临近所述N电极位置，增加所述N型层中临近N电极位置区域的电阻值。
优选的，通过调整所述电流调整结构在N型层中临近N电极位置占用体积减弱N电极位置载流子聚集效应。
优选的，通过调节所述电流调整结构的横向与纵向深度，降低N型层中靠近N电极的载流子聚集效应。
优选的，所述电流调整结构在远离所述有源区的一侧具有倾斜面，该倾斜面的底部靠近所述N电极。
优选的，所述电流调整结构为三角形空隙或梯形空隙。进一进地，所述空隙中填充绝缘保护层或者封存惰性气体或氮气等。
优选的，所述电流调整结构纵向深度占所述N型层厚度的5%-70%，横向深度占发光区长度的1%-50%。
优选的，所述电流调整结构呈现连续分布或非连续分布。
本发明至少具有以下有益效果：利用芯片工艺在N型层中靠近N电极部分设置诸如三角形空隙等形状的电流调整结构，该电流调整结构增加了临近N电极位置区域电阻，通过调整该电流调整结构的横向与纵向蚀刻深度，降低靠近N电极的载流子聚集效应；在N型层中使更多的载流子流向靠近P电极位置，在临近P电极位置复合发光，使同一LED芯粒不同位置发光更加均匀，增强电流扩展作用，使LED出光更加均匀同时，LED可靠性也得到了进一步提升。
附图说明
图1为大尺寸芯粒不同位置发光强度差异近场照片。
图2为根据本发明实施的一种发光强度均匀的二极管结构示意图。
图3为本发明中实施例中第二个实施例变形示意图。
图4为本发明中实施例中第三个实施例变形俯视示意图
图中标示：1.衬底，2.缓冲层，3.非掺氮化镓层，4.N型层，5.多量子阱有源区，6.电子阻挡层，7.P型层，8.P电极，9.N电极，10.三角形或梯形空隙。
具体实施方式
为使本发明更易于理解其实质性特点及其所具的实用性，下面便结合附图对本发明若干具体实施例作进一步的详细说明，但需要说明的是以下关于实施例的描述及说明对本发明保护范围不构成任何限制。
实施例
图2为根据本发明实施的一种发光强度均匀的二极管结构示意图，本实施例中外延层制备工艺由下至上依次包括：（1）蓝宝石衬底1；（2）低温缓冲层2，可以为氮化镓、氮化铝、或铝镓氮结合，膜厚在10~100μm之间；（3）非掺氮化镓层3，膜厚在300~7000μm之间，优选3500μm；（4）N型层4，厚度大于1μm；（5）多量子阱有源区5，以InGaN作为阱层、以GaN或AlGaN或二者组合作为垒层构成，其中垒层厚度在50~150nm之间、阱层厚度在1~20nm之间；（6）AlxGa1-xN电子阻挡层（其中0≤x≤1），厚度≤1μm；（7）P型层7，厚度在0.05-1μm之间。
将以上外延片制备成芯粒，所经芯片工艺依次为：（1）下线片清洗；（2）利用光刻、蚀刻、融合工艺完成ITO层；（3）利用光刻技术及蚀刻工艺蚀刻至N型层，制备出N电极区；（4）利用光刻技术完成三角形空隙部分用于纵向蚀刻的窗口，利用蚀刻工艺完成设计纵向蚀刻，约占整体N型层厚度5%~70%，优选15%；（5）掉转芯粒位置，利用光刻技术完成三角形空隙部分用于横向蚀刻的窗口，利用蚀刻工艺完成横向蚀刻，横向深度占发光区长度1%~50%，优选10%；（6）分别利用更加精准的电子蚀刻技术，通过蚀刻强度变化及角度变化完成三角形空隙斜面部分，形成三角形空隙10；且三角型空隙在N电极区呈现连续分布状态；（7）利用光刻、蚀刻、CVD工艺覆盖SiO2保护层，在三角形空隙中的完全填充SiO2填充层；（8）利用光刻及金属蒸镀工艺制作N电极9及P电极8。
在所述芯片工艺制作过程中，三角形空隙的横向深度及纵向深度可通过结构设计或模拟仿真确定，通过芯片工艺实现。
作为本发明的一个具体实施例，本发明通过在外延层中临近N电极位置蚀刻出一个三角形空隙作为电流调整结构，用于疏导靠近N电极的电流扩展，从而达到降低载流子聚集效应的目的，使同一芯粒出光更加均匀。
作为本实施例中第一个实施例变形，在三角形空隙中填充氮气或其他惰性气体，这样可在发光区下方形成反射效果，调整三角形空隙角度及横向、纵向深度，使芯粒均匀出光同时增强外量子效率，提升芯粒亮度。
作为本实施例的第二个实施例变形，在N电极区空隙制备过程中变更空隙形状为梯形、菱形、长方形或其他非规则形状，这样除可以变更空隙横向、纵向插入深度，同时可以通过调整空隙在N型层中临近N电极位置占用体积减弱N电极位置载流子聚集效应，如图3所示；在达到实验设计目的同时降低了芯片工艺制作难度，利于大批量工业生产。
作为本实施例中第三个实施例变形，在三角形空隙制作过程中，利用精准光刻及电子蚀刻技术，在靠近N电极区形成非连续性的三角形空隙；通过调整三角形空隙在芯粒纵向面积上占比，在实现芯粒均匀出光的同时降低了电阻值，提升整体芯粒性能，如图4所示。
作为本实施例中第四个实施例变形，本实施例变形在临近N电极位置通过精准的离子注入方式形成高阻区取代三角形空隙，如利用离子注入方式掺入Mg+、B+元素，本案中注入B+形成三角形高阻区，注入完毕后采用激光退火实现注入离子激活；通过离子注入方式可以实现高阻区掺杂浓度精确调整，降低调整发光均匀性引起的电性波动。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、润饰和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进均视为在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种发光二极管，包括：衬底，依次形成于该衬底上的N型层、多量子阱有源区、P型层，分别形成于该P型层、N型层表面上的P电极与N电极，其特征在于：在所述N型层中临近N电极位置设置电流调整结构，该电流调整结构增加所述N型层中临近N电极位置区域的电阻值。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：通过调整所述电流调整结构在N型层中临近N电极位置占用体积减弱N电极位置载流子聚集效应。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：通过调节所述电流调整结构的横向与纵向深度，降低N型层中靠近N电极的载流子聚集效应。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述电流调整结构在远离所述有源区的一侧具有倾斜面，该倾斜面的底部靠近所述N电极。
5.根据权利要求4所述的发光二极管，其特征在于：所述电流调整结构为三角形空隙或梯形空隙。
6.根据权利要求5所述的发光二极管，其特征在于：所述电流调整结构纵向深度占所述N型层厚度的5%-70%。
7.根据权利要求5所述的发光二极管，其特征在于：所述电流调整结构横向深度占发光区长度的1%-50%。
8.根据权利要求5所述的发光二极管，其特征在于：所述空隙中填充绝缘保护层。
9.根据权利要求5所述的发光二极管，其特征在于：所述空隙封存惰性气体或氮气。
10.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述电流调整结构呈现连续分布或非连续分布。
11.发光二极管的制作方法，包括步骤：
1）在一衬底上依次形成N型层、多量子阱有源区、P型层；
2）在所述N型层制作电流调整结构；
3）分别在P型层和N型层的表面上制作P电极和N电极；
其中，步骤2）所形成的电流调整结构临近所述N电极位置，增加所述N型层中临近N电极位置区域的电阻值。
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：通过调节所述电流调整结构的横向与纵向深度，降低N型层中靠近N电极的载流子聚集效应。
13.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：步骤2）中形成的电流调整结构在远离所述有源区的一侧具有倾斜面，该倾斜面的底部靠近所述N电极。
14.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：通过调整所述电流调整结构在N型层中临近N电极位置占用体积减弱N电极位置载流子聚集效应。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |