CN105720156A - 一种发光二极管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管及其制作方法，属于半导体技术领域。所述发光二极管包括衬底、N型层、发光层、P型层，P型层上开设有延伸到N型层的凹槽，位于凹槽的一侧的P型层上层叠有第一电流阻挡层、第一透明导电层、以及延伸至凹槽内的钝化层，第一电流阻挡层和第一透明导电层内设有延伸到P型层的第一通孔和延伸到第一透明导电层的第二通孔，P型焊盘设置在第一通孔内，P型电极线设置在第二通孔内，位于凹槽的另一侧的P型层上依次层叠有延伸到凹槽内的第二电流阻挡层、第二透明导电层、以及N型焊盘和N型电极线，N型电极线在凹槽内与N型层之间形成欧姆接触。本发明增大发光层的面积，提高发光亮度，LED的电压降低。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管及其制作方法。
背景技术
随着第三代半导体技术的兴起和不断成熟，半导体照明以能耗小、无污染、高亮度、长寿命等优势，成为人们关注的焦点，也带动了整个行业上中下游产业的蓬勃发展。其中，半导体发光二极管(LightEmittingDiode，简称LED)的制造是核心技术之一，不断提高LED的发光亮度是自始至终追求的目标。
现有的LED包括衬底、以及依次层叠在衬底上的N型层、发光层、P型层、电流阻挡层、透明导电层、钝化层，P型层上开设有从P型层延伸到N型层的凹槽，P型层上设有依次穿过电流阻挡层、透明导电层、钝化层的P型电极，N型层上设有穿过钝化层的N型电极。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
为了将N型电极设置N型层上，从P型层延伸到N型层的凹槽的面积较大，使得设置在P型层和N型层之间的发光层的面积较小，导致LED的发光亮度低并且电流密度大、电压高。
发明内容
为了解决现有技术发光亮度低的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管及其制作方法。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管，所述发光二极管包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的N型层、发光层、P型层，所述P型层上开设有从所述P型层延伸到所述N型层的凹槽，位于所述凹槽的一侧的所述P型层上依次层叠有第一电流阻挡层、第一透明导电层、以及延伸至所述凹槽内的钝化层，所述第一电流阻挡层和所述第一透明导电层内设有延伸到所述P型层的第一通孔和延伸到所述第一透明导电层的第二通孔，P型焊盘设置在所述第一通孔内，P型电极线设置在所述第二通孔内，位于所述凹槽的另一侧的所述P型层上依次层叠有延伸到所述凹槽内的第二电流阻挡层、第二透明导电层、以及N型焊盘和N型电极线，所述N型电极线在所述凹槽内与所述N型层之间形成欧姆接触。
可选地，所述第二电流阻挡层和所述第一电流阻挡层的材料均采用SiO2或者SiN。
可选地，所述N型电极和所述P型电极的材料均采用Ni/Al/Cr/Ni/Au。
可选地，所述钝化层的材料均采用SiO2或者SiON。
另一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管的制作方法，所述制作方法包括：
在衬底上依次形成N型层、发光层、P型层；
在所述P型层上开设从所述P型层延伸到所述N型层的凹槽；
在位于所述凹槽的一侧的所述P型层上形成第一电流阻挡层，同时在位于所述凹槽的另一侧的所述P型层上形成延伸到所述凹槽内的第二电流阻挡层；
在位于所述凹槽的一侧的所述P型层上、以及所述第一电流阻挡层上形成第一透明导电层，在所述第二电流阻挡层上形成第二透明导电层；
在所述第一透明导电层上形成延伸到所述凹槽内的钝化层，所述钝化层内设有延伸到所述P型层的第一通孔和延伸到所述第一透明导电层的第二通孔；
在所述第一通孔内设置P型焊盘，在所述第二通孔内设置P型电极线，在所述第二透明导电层上设置N型焊盘，在所述第二透明导电层和所述N型层上设置N型电极线。
可选地，所述第二电流阻挡层和所述第一电流阻挡层的材料均采用SiO2或者SiN。
可选地，所述N型电极和所述P型电极的材料均采用Ni/Al/Cr/Ni/Au。
可选地，所述钝化层的材料均采用SiO2或者SiON。
可选地，所述在所述第一透明导电层上形成延伸到所述凹槽内的钝化层，所述钝化层内设有延伸到所述P型层的第一通孔和延伸到所述第一透明导电层的第二通孔，包括：
在所述第一透明导电层和所述第二透明导电层上铺设一层钝化层；
采用光刻工艺在所述钝化层上形成设定图形的光刻胶；
利用所述设定图形的光刻胶对所述钝化层进行刻蚀，在所述钝化层内形成延伸到所述第一透明导电层述P型层的第一通孔和延伸到所述第一透明导电层的第二通孔。
优选地，所述在所述第一通孔内设置P型焊盘，在所述第二通孔内设置P型电极线，在所述第二透明导电层上设置N型焊盘，在所述第二透明导电层和所述N型层上设置N型电极线，包括：
在所述第一通孔内、第二通孔内、所述第二透明导电层、所述N型层、以及所述光刻胶上形成电极；
剥离所述光刻胶，得到所述P型焊盘、所述P型电极线、所述N型焊盘、以及所述N型电极线。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在P型层上依次设置延伸到凹槽内的第二电流阻挡层、第二透明导电层、N型电极，利用第二电流阻挡层将N型电极与P型层绝缘，同时将N型电极延伸到N型层与N型层形成欧姆接触，实现了将大部分N型电极转移到P型层，减小了从P型层延伸到N型层的凹槽的面积，同时增大了P型层的面积，进而增大了设置在P型层和N型层之间的发光层的面积，提高了LED的发光亮度，LED的电压降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种发光二极管的结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的电极的结构示意图；
图3是本发明实施例二提供的一种发光二极管的的制作方法的流程图；
图4a-图4f是本发明实施例二提供的发光二极管的制作过程中的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种发光二极管，适用于正装单颗、正装串并联的LED芯片，参见图1，该发光二极管包括衬底1、以及依次层叠在衬底1上的N型层2、发光层3、P型层4，P型层4上开设有从P型层4延伸到N型层2的凹槽10，位于凹槽10的一侧的P型层4上依次层叠有第一电流阻挡层5a、第一透明导电层6a、以及延伸至凹槽10的钝化层7，第一电流阻挡层5a和第一透明导电层6a内设有延伸到P型层4的第一通孔(图1未示出)和第二通孔20，P型焊盘8aa(见图2)设置在第一通孔内，P型电极线8ab设置在第二通孔20内，位于凹槽10的另一侧的P型层4上依次层叠有延伸到凹槽10的第二电流阻挡层5b、第二透明导电层6b、以及N型焊盘8ba和N型电极线8bb，N型电极线8bb在凹槽10内与N型层2之间形成欧姆接触。
参见图2，P型焊盘8aa与P型电极线8ab之间欧姆接触，P型电极线8ab沿垂直于发光二极管的生长方向延伸；N型焊盘8ba与N型电极线8bb之间欧姆接触，N型电极线8bb沿垂直于发光二极管的生长方向延伸。容易知道，图1是图2中A-A方向的剖视图。
在本实施例中，衬底1可以为蓝宝石衬底，N型层2可以为N型GaN层，发光层3可以为交替形成的InGaN层和GaN层，P型层4可以为P型GaN层，第一透明导电层6a和第二透明导电层6b可以为氧化铟锡(IndiumTinOxides，简称ITO)。
可选地，第二电流阻挡层5b和第一电流阻挡层5a的材料可以均采用SiO2或者SiN，以达到较好的绝缘效果，而且采用业内通用材料、成本低。
可选地，N型电极8b和P型电极8a的材料可以均采用Ni/Al/Cr/Ni/Au。其中，在第二层中采用Al，可以实现反光，进而提高发光亮度；最上面一层采用Au，焊线效果好、耐温性好。
可选地，钝化层7的材料可以均采用SiO2或者SiON，以达到较好的绝缘效果，而且采用业内通用材料、成本低。
本发明实施例通过在P型层上依次设置延伸到凹槽内的第二电流阻挡层、第二透明导电层、N型电极，利用第二电流阻挡层将N型电极与P型层绝缘，同时将N型电极延伸到N型层与N型层形成欧姆接触，实现了将大部分N型电极转移到P型层，减小了从P型层延伸到N型层的凹槽的面积，同时增大了P型层的面积，进而增大了设置在P型层和N型层之间的发光层的面积，提高了LED的发光亮度，LED的电压降低。而且P型电极下方设有第二透明导电层和第二电流阻挡层，还增加了发光层的出光角度，进一步提高了LED的发光亮度。
实施例二
本发明实施例提供了一种发光二极管的制作方法，适用于制作实施例一提供的发光二极管，参见图3，该方法包括：
步骤201：在衬底上依次形成N型层、发光层、P型层。
图4a为步骤201执行之后的发光二极管的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为发光层，4为P型层。
具体地，衬底可以为蓝宝石衬底，N型层可以为N型GaN层，发光层可以为交替生长的InGaN层和GaN层，P型层可以为P型GaN层。
可选地，该步骤201可以包括：
采用金属有机化合物化学气相沉淀(Metal-organicChemicalVaporDeposition，简称MOCVD)技术在衬底上依次形成N型层、发光层和P型层。
优选地，在步骤201之前，该方法还可以包括：
在衬底上形成至少一层缓冲层；
在缓冲层上依次形成N型层、发光层和P型层。
可以理解地，在衬底和N型层之间先形成缓冲层，有利于N型层、发光层和P型层的生长，提高晶体质量。
步骤202：在P型层上开设从P型层延伸到N型层的凹槽。
图4b为步骤202执行之后的发光二极管的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为发光层，4为P型层，10为凹槽。
可选地，该步骤202可以包括：
在P型层上形成一层光刻胶；
采用光刻工艺溶解部分光刻胶；
在光刻胶的保护下，采用感应耦合等离子体(InductivelyCoupledPlasma，简称ICP)刻蚀工艺在P型层上开设从P型层延伸至N型层的凹槽；
剥离光刻胶并进行清洗。
优选地，在步骤202之前，该方法还可以包括：
清洗发光二极管。
步骤203：在位于凹槽的一侧的P型层上形成第一电流阻挡层，同时在位于凹槽的另一侧的P型层上形成延伸到凹槽内的第二电流阻挡层。
图4c为步骤203执行之后的发光二极管的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为发光层，4为P型层，10为凹槽，5a为第一电流阻挡层，5b为第二电流阻挡层。
可选地，第二电流阻挡层和第一电流阻挡层的材料可以均采用SiO2或者SiN。
可选地，该步骤203可以包括：
采用等离子体增强化学气相沉积法(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition，简称PECVD)在P型层和凹槽内形成电流阻挡层；
在电流阻挡层形成一层光刻胶；
采用光刻工艺溶解部分光刻胶；
在光刻胶的保护下，采用湿法腐蚀技术腐蚀电流阻挡层，得到第一电流阻挡层和的第二电流阻挡层；
剥离光刻胶并进行清洗。
步骤204：在位于凹槽的一侧的P型层上、以及第一电流阻挡层上形成第一透明导电层，在第二电流阻挡层上形成第二透明导电层。
图4d为步骤204执行之后的发光二极管的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为发光层，4为P型层，10为凹槽，5a为第一电流阻挡层，5b为第二电流阻挡层，6a为第一透明导电层，6b为第二透明导电层。
具体地，第一透明导电层和第二透明导电层可以为ITO。
可选地，该步骤204可以包括：
采用磁控溅射技术或者电子束蒸发技术在P型层上、第一电流阻挡层上、第二电流阻挡层上、以及凹槽内沉积透明导电层；
在透明导电层上形成一层光刻胶；
采用光刻工艺溶解部分光刻胶；
在光刻胶的保护下，采用湿法腐蚀技术腐蚀凹槽内沉积的透明导电层，得到第一透明导电层和第二透明导电层；
剥离光刻胶并进行清洗。
优选地，在步骤204之后，该方法还可以包括：
采用快速热退火(rapidthermalannealing，简称RAT)技术或者在退火炉中氧气氛围内进行高温退火，使第一透明导电层与P型层之间形成良好的欧姆接触。
优选地，在步骤204之后，该方法还可以包括：
清洗发光二极管。
步骤205：在第一通孔内设置P型焊盘，在第二通孔内设置P型电极线，在第二透明导电层上设置N型焊盘，在第二透明导电层和N型层上设置N型电极线。
图4e为步骤205执行之后的发光二极管的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为发光层，4为P型层，10为凹槽，5a为第一电流阻挡层，5b为第二电流阻挡层，6a为第一透明导电层，6b为第二透明导电层，7为钝化层，20为通孔。
可选地，钝化层的材料可以均采用SiO2或者SiON。
可选地，该步骤205可以包括：
采用PECVD在第一透明导电层和第二透明导电层上沉积一层钝化层；
采用光刻工艺在钝化层上形成设定图形的光刻胶；
利用设定图形的光刻胶对钝化层进行湿法刻蚀，在钝化层内形成延伸到第P型层的第一通孔和延伸到第一透明到导电层的通孔。
步骤206：通过通孔在第一透明导电层上设置伸出钝化层的P型电极，同时在第二透明导电层上设置延伸到凹槽内的N型层上的N型电极。
图4f为步骤206执行之后的发光二极管的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为发光层，4为P型层，10为凹槽，5a为第一电流阻挡层，5b为第二电流阻挡层，6a为第一透明导电层，6b为第二透明导电层，7为钝化层，20为通孔，8ab为P型电极线，8ba为N型焊盘，8bb为N型电极线。
可选地，N型电极和P型电极的材料可以均采用Ni/Al/Cr/Ni/Au。
可选地，该步骤206可以包括：
在第一通孔内、第二通孔内、第二透明导电层、N型层、以及光刻胶上形成电极；
剥离光刻胶，得到P型焊盘、P型电极线、N型焊盘、以及N型电极线。
如实施例一所述，P型电极可以包括P型焊盘和P型电极线。N型电极可以包括N型焊盘8ba和N型电极线。
可选地，在步骤206之后，该方法还可以包括：
采用炉管退火技术进行高温退火，使P型电极线和P型焊盘与第一透明导电层、N型电极线与N型层之间良好的欧姆接触。
实验证实，当选择第二电流阻挡层和第一电流阻挡层的材料采用SiO2、采用磁控溅射技术沉积透明导电层、采用RAT技术进行高温退火、钝化层的材料采用SiO2时，制成的14mil×28mil的单颗LED芯片发光均匀，并且芯片电压、漏电、抗静电性能、反向电压、开启电压等各方面参数均表现优良，发光强度提高3％，从点侧图上得到的片内生产综合良率达到95.57％。
当选择第二电流阻挡层和第一电流阻挡层的材料采用SiN、采用电子束蒸发技术沉积透明导电层、在退火炉内中氧气氛围内进行高温退火、钝化层的材料采用SiON时，制成的20mil×14mil的单颗LED芯片发光均匀，并且芯片电压、漏电、抗静电性能、反向电压、开启电压等各方面参数均表现优良，发光强度提高3％，从点侧图上得到的片内生产综合良率达到96.37％。
本发明实施例通过在P型层上依次设置延伸到凹槽内的第二电流阻挡层、第二透明导电层、N型电极，利用第二电流阻挡层将N型电极与P型层绝缘，同时将N型电极延伸到N型层与N型层形成欧姆接触，实现了将大部分N型电极转移到P型层，减小了从P型层延伸到N型层的凹槽的面积，同时增大了P型层的面积，进而增大了设置在P型层和N型层之间的发光层的面积，提高了LED的发光亮度，LED的电压降低。而且P型电极下方设有第二透明导电层和第二电流阻挡层，还增加了发光层的出光角度，进一步提高了LED的发光亮度。另外，依次采用光刻工艺形成所需形状的电极、钝化层相比，本实施例先采用光刻工艺形成所需形状的钝化层，再通过剥离刻蚀所需形状的钝化层所用的光刻胶，形成所需形状的电极，节省了一道光刻工艺，缩短生产周期，降低生长成成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种发光二极管，所述发光二极管包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的N型层、发光层、P型层，所述P型层上开设有从所述P型层延伸到所述N型层的凹槽，位于所述凹槽的一侧的所述P型层上依次层叠有第一电流阻挡层、第一透明导电层、以及延伸至所述凹槽内的钝化层，所述第一电流阻挡层和所述第一透明导电层内设有延伸到所述P型层的第一通孔和延伸到所述第一透明导电层的第二通孔，P型焊盘设置在所述第一通孔内，P型电极线设置在所述第二通孔内，其特征在于，位于所述凹槽的另一侧的所述P型层上依次层叠有延伸到所述凹槽内的第二电流阻挡层、第二透明导电层、以及N型焊盘和N型电极线，所述N型电极线在所述凹槽内与所述N型层之间形成欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第二电流阻挡层和所述第一电流阻挡层的材料均采用SiO2或者SiN。
3.根据权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于，所述N型电极和所述P型电极的材料均采用Ni/Al/Cr/Ni/Au。
4.根据权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于，所述钝化层的材料均采用SiO2或者SiON。
5.一种发光二极管的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
在衬底上依次形成N型层、发光层、P型层；
在所述P型层上开设从所述P型层延伸到所述N型层的凹槽；
在位于所述凹槽的一侧的所述P型层上形成第一电流阻挡层，同时在位于所述凹槽的另一侧的所述P型层上形成延伸到所述凹槽内的第二电流阻挡层；
在位于所述凹槽的一侧的所述P型层上、以及所述第一电流阻挡层上形成第一透明导电层，在所述第二电流阻挡层上形成第二透明导电层；
在所述第一透明导电层上形成延伸到所述凹槽内的钝化层，所述钝化层内设有延伸到所述P型层的第一通孔和延伸到所述第一透明导电层的第二通孔；
在所述第一通孔内设置P型焊盘，在所述第二通孔内设置P型电极线，在所述第二透明导电层上设置N型焊盘，在所述第二透明导电层和所述N型层上设置N型电极线。
6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述第二电流阻挡层和所述第一电流阻挡层的材料均采用SiO2或者SiN。
7.根据权利要求5或6所述的制作方法，其特征在于，所述N型电极和所述P型电极的材料均采用Ni/Al/Cr/Ni/Au。
8.根据权利要求5或6所述的制作方法，其特征在于，所述钝化层的材料均采用SiO2或者SiON。
9.根据权利要求5或6所述的制作方法，其特征在于，所述在所述第一透明导电层上形成延伸到所述凹槽内的钝化层，所述钝化层内设有延伸到所述P型层的第一通孔和延伸到所述第一透明导电层的第二通孔，包括：
在所述第一透明导电层和所述第二透明导电层上铺设一层钝化层；
采用光刻工艺在所述钝化层上形成设定图形的光刻胶；
利用所述设定图形的光刻胶对所述钝化层进行刻蚀，在所述钝化层内形成延伸到所述第一透明导电层述P型层的第一通孔和延伸到所述第一透明导电层的第二通孔。
10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述在所述第一通孔内设置P型焊盘，在所述第二通孔内设置P型电极线，在所述第二透明导电层上设置N型焊盘，在所述第二透明导电层和所述N型层上设置N型电极线，包括：
在所述第一通孔内、所述第二通孔内、所述第二透明导电层、所述N型层、以及所述光刻胶上形成电极；
剥离所述光刻胶，得到所述P型焊盘、所述P型电极线、所述N型焊盘、以及所述N型电极线。
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