CN105938865A - 一种氮化物发光二极管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮化物发光二极管及其制作方法，在发光二极管的P型电极前后两侧蚀刻出第一组、第二组沟道，然后分别沉积方向相反的磁性电极材料，形成与电流方向垂直的磁场，通过洛伦磁力控制电流往P型电极的左右两侧进行扩展，提升电流的扩展和发光均匀性；另外，在发光二极管的前后两侧蚀刻出第三组沟道，然后沉积磁性电极材料，形成与N型电流垂直的磁场。本发明公开的一种氮化物发光二极管，依次包括衬底、缓冲层、N型氮化物、多量子阱、P型氮化物；还包含P型电极、N型电极、第一组磁性材料、第二组磁性材料和第三组磁性材料。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电器件领域，特别是一种氮化物发光二极管及其制作方法。
背景技术
现今，发光二极管（LED），特别是氮化物发光二极管因其较高的发光效率，在普通照明领域已取得广泛的应用。因P型Mg的离化效率低，导致空穴浓度低，P型氮化物的电流扩展差，电流容易积聚在电极周围，导致发光不均匀，发光效率偏低、ESD差等问题；而采用传统的ITO可以提升电流扩展，同时，会带来ITO透光率较差，导致ITO吸光，使发光强度下降等问题。另外，由于氮化物发光二极管的同质外延衬底价格昂贵且制备困难，一般采用蓝宝石、硅、SIC等衬底进行异质外延生长，而异质外延生长因晶格失配，容易产生大量的位错密度，导致器件的性能下降。
发明内容
本发明的目的是：提供一种氮化物发光二极管及其制作方法，在发光二极管的P型电极前后两侧蚀刻出第一组、第二组沟道，然后分别沉积方向相反的磁性电极材料，形成与电流方向垂直的磁场，通过洛伦磁力控制电流往P型电极的左右两侧进行扩展，提升电流的扩展和发光均匀性；另外，在发光二极管的前后两侧蚀刻出第三组沟道，然后沉积磁性电极材料，形成与N型电流垂直的磁场，控制N型电流向上移动，防止被缓冲层延伸的位错和缺陷俘获，减少非辐射复合，提升电子和空穴的复合效率，从而提升氮化物发光二极管的发光均匀性和发光效率。
根据本发明的第一个方面，本发明公开了一种氮化物发光二极管，依次包括衬底、缓冲层、N型氮化物、多量子阱、P型氮化物；还包含P型电极、N型电极、第一组磁性材料、第二组磁性材料和第三组磁性材料；氮化物发光二极管的P型电极前后两侧沉积第一组磁性材料和第二组磁性材料，形成与P型电流垂直的磁场，利用洛伦磁力控制电流往P型电极左右两侧扩展；
还包含在蚀刻至N型电极的位置沉积第三组磁性材料，控制N型电流往上移动，形成N型隔离电流气。
进一步的是：所述衬底为蓝宝石、碳化硅、硅、氮化镓、氮化铝、ZnO材质的衬底。
根据本发明的第二个方面，本发明公开了上述一种氮化物发光二极管的制作方法，包含以下步骤：
（1）依次在衬底上外延生长缓冲层，N型氮化物，多量子阱和P型氮化物，得到外延片；
（2）取出生长完的外延片，制作P型电极和N型电极；
（3）在发光二极管的P型电极前后两侧均蚀刻出第一组沟道、第二组沟道，然后分别沉积方向相反的磁性电极材料，形成与电流方向垂直的磁场，通过洛伦磁力控制电流往P型电极的左右两侧进行扩展；第一组沟道内的磁性电极材料为第一组磁性材料、第二组沟道内的磁性电极材料为第二组磁性材料，分别形成第一组磁性材料磁场和第二组磁性材料磁场；
（4）在发光二极管的前后两侧蚀刻出第三组沟道，然后沉积磁性电极材料，形成与N型电流垂直的磁场，控制N型电流向上移动；第三组沟道内的磁性电极材料为第三组磁性材料，形成第三组磁性材料磁场。
作为上述制作方法的一种优选实施方式：所述的步骤（3）的发光二极管的P型电极前后两侧分别为C/D和E/F，左右两侧为A/B，采用干法蚀刻，蚀刻出的第一组沟道和第二组沟道的深度为100～1000nm，宽度为100～5000nm，长度为1～100μm。
作为上述制作方法的一种优选实施方式：所述的第一组沟道的C侧沉积N磁极的磁性材料，D侧沉积S磁极的磁性材料，E侧沉积S磁极的磁性材料，F侧沉积N磁极的磁性材料，形成方向相反的磁场，且该磁场与P型电流的方向相垂直；当电流流通时，产生电磁感应的洛伦磁力，控制电流往P型电极左右两侧即A/B侧进行扩展，提升电流的扩展均匀性和发光均匀性。
作为上述制作方法的一种优选实施方式：所述的第一组沟道、第二组沟道沉积的磁性材料的厚度为50～1000nm；所述的第三组道沉积的磁性材料的厚度为100～5000nm。本实施例的参数范围能够较优的实现本发明的效果，这是我们根据实际试验以及创造性设计得出的结论。
作为上述制作方法的一种优选实施方式：所述的步骤（4）采用干蚀刻法在发光二极管的前后两侧C-E/D-F蚀刻出第三组沟道，沟道的深度为2～4μm，宽度为100～5000nm，长度为1～100μm。本实施例的参数范围能够较优的实现本发明的效果，这是我们根据实际试验以及创造性设计得出的结论。
作为上述制作方法的一种优选实施方式：所述的第三组沟道的C-E侧沉积N磁极的磁性材料，D-F侧沉积S磁极的磁性材料，形成与N型电流垂直的磁场，控制N型电流向上移动，形成N型隔离电流气，防止电子被缓冲层延伸的位错和缺陷俘获，避免产生非辐射复合，提升电子和空穴的复合效率。
作为上述制作方法的一种优选实施方式：所述的第三组道沉积的磁性材料的厚度为1μm。
作为上述制作方法的一种优选实施方式：所述的P型电极前后两侧C/D和E/F沉积磁场强度不同的第一组磁性材料和第二组磁性材料。
本发明有益效果是：
本发明公开了一种氮化物发光二极管及其制作方法，在发光二极管的P型电极前后两侧蚀刻出第一组、第二组沟道，然后分别沉积方向相反的磁性电极材料，形成与电流方向垂直的磁场，通过洛伦磁力控制电流往P型电极的左右两侧进行扩展，提升电流的扩展和发光均匀性；另外，在发光二极管的前后两侧蚀刻出第三组沟道，然后沉积磁性电极材料，形成与N型电流垂直的磁场，控制N型电流向上移动，防止被缓冲层延伸的位错和缺陷俘获，减少非辐射复合，提升电子和空穴的复合效率，从而提升氮化物发光二极管的发光均匀性和发光效率。
附图说明
图1为现有技术中的氮化物发光二极管的结构和电流示意图。
图2为现有技术中的氮化物发光二极管的俯视图。
图3为本发明的一种具体实施例的发光二极管的俯视图。
图4为本发明的一种具体实施例的发光二极管的立体图。
图5为本发明的一种具体实施例的提升电流扩展的示意图。
附图标记说明：
100：衬底，101：缓冲层，102：N型氮化物，103：多量子阱，104：P型氮化物，105：N型电极，106：P型电极，107：第一组磁性材料磁场，107a：第一组磁性材料a，107b：第一组磁性材料b；108：第二组磁性材料磁场，108a：第二组磁性材料前a，108：第二组磁性材料b，109：第三组磁性材料磁场，109a：第三组磁性材料a，109b：第三组磁性材料b。
具体实施方式
下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：
如图3～5所示，其示出了本发明的具体实施方式，如图1和图2所示，因P型Mg的离化效率低，导致空穴浓度低，P型氮化物的电流扩展差，电流倾向于从P型流至N型，而芯片周围无电极区域的电流扩展差，电流容易积聚在电极周围，导致发光不均匀，发光效率偏低、ESD差等问题。另外，由于氮化物发光二极管的同质外延衬底价格昂贵且制备困难，一般采用蓝宝石、硅、SIC等衬底进行异质外延生长，而异质外延生长因晶格失配，容易产生大量的位错密度，如图1的101所示，导致器件的性能下降和发光强度的下降。
本发明公开的一种氮化物发光二极管及其制作方法，如图3和4所示，依次包括衬底100、缓冲层101，N型氮化物102，多量子阱103，P型氮化物104， N型电极105，P型电极106，第一组磁性材料，第二组磁性材料和第三组磁性材料；氮化物发光二极管的P型电极106前后两侧C/D和E/F沉积第一组和第二组磁性材料，形成与P型电流垂直的第一组磁性材料磁场107和第二组磁性材料磁场108，利用洛伦磁力控制电流往P型电极左右A/B两侧扩展，提升电流的扩展和发光均匀性；另外，蚀刻至N型电极的位置沉积第三组磁性材料109a/109b，控制N型电流往上移动，防止被缓冲层延伸的位错和缺陷俘获，减少非辐射复合，提升电子和空穴的复合效率。
在一些优选实施例中，所述衬底为蓝宝石、碳化硅、硅、氮化镓、氮化铝、ZnO材质的衬底。这些材质都是非常适合外延生长的衬底。
一种氮化物发光二极管的制作方法，如图3和4所示，包含以下步骤：（1）依次在衬底100上外延生长缓冲层101，N型氮化物102，多量子阱103，P型氮化物104；（2）取出生长完的外延片，制作N型电极105和P型电极106；（3）在发光二极管的P型电极前后C/D和E/F两侧蚀刻出第一组、第二组沟道，深度为300nm，宽度为1μm，长度为10μm，然后第一组沟道的C侧沉积N磁极的磁性材料，D侧沉积S磁极的磁性材料，E侧沉积S磁极的磁性材料，F侧沉积N磁极的磁性材料，厚度均为200nm，形成方向相反的磁场，且该磁场与P型电流的方向相垂直；当电流流通时，产生电磁感应的洛伦磁力，控制电流往P型电极左右两侧即A/B侧进行扩展，提升电流的扩展均匀性和发光均匀性，效果如图5所示。（4）在发光二极管的前后两侧蚀刻出第三组沟道，深度为3μm，宽度为2μm，长度为20μm，第三组沟道的C-E侧（C-E是指沿着C侧和E侧均设置，也就是第三组沟道由C侧位置一致延伸到E侧，参照附图3；D-F侧也为同样示意，不再赘述）沉积N磁极的磁性材料，D-F侧沉积S磁极的磁性材料，厚度为1μm，形成与N型电流垂直的磁场，控制N型电流向上移动，形成N型隔离电流气，防止电子被缓冲层延伸的位错和缺陷俘获，避免产生非辐射复合，提升电子和空穴的复合效率，效果如图5所示。
更进一步的精确调控电流的电流扩展如图5所示，P型电极前后两侧C/D和E/F可以进行细分，沉积磁场强度不同的第一组和第二组磁性材料，精确地控制磁场强度B1/B2……/Bn和B1’/B2’……Bn’，可以更精确地调控电流的扩展效果。“B1……Bn”以及“B1’……Bn’”是指将第一组磁性材料和第二组材料分布成不同磁性强度的段，每段均为不同的标记。
上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，这些变化涉及本领域技术人员所熟知的相关技术，这些都落入本发明专利的保护范围。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。
Claims (10)
1.一种氮化物发光二极管，依次包括衬底、缓冲层、N型氮化物、多量子阱、P型氮化物；还包含P型电极、N型电极、第一组磁性材料、第二组磁性材料和第三组磁性材料；氮化物发光二极管的P型电极前后两侧沉积第一组磁性材料和第二组磁性材料，形成与P型电流垂直的磁场，利用洛伦磁力控制电流往P型电极左右两侧扩展；
还包含在蚀刻至N型电极的位置沉积第三组磁性材料，控制N型电流往上移动，形成N型隔离电流气。
2.如权利要求1所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于：所述衬底为蓝宝石、碳化硅、硅、氮化镓、氮化铝、ZnO材质的衬底。
3.权利要求1～2任一所述的一种氮化物发光二极管的制作方法，包含以下步骤：
（1）依次在衬底上外延生长缓冲层，N型氮化物，多量子阱和P型氮化物，得到外延片；
（2）取出生长完的外延片，制作P型电极和N型电极；
（3）在发光二极管的P型电极前后两侧均蚀刻出第一组沟道、第二组沟道，然后分别沉积方向相反的磁性电极材料，形成与电流方向垂直的磁场，通过洛伦磁力控制电流往P型电极的左右两侧进行扩展；第一组沟道内的磁性电极材料为第一组磁性材料、第二组沟道内的磁性电极材料为第二组磁性材料，分别形成第一组磁性材料磁场和第二组磁性材料磁场；
（4）在发光二极管的前后两侧蚀刻出第三组沟道，然后沉积磁性电极材料，形成与N型电流垂直的磁场，控制N型电流向上移动；第三组沟道内的磁性电极材料为第三组磁性材料，形成第三组磁性材料磁场。
4.如权利要求3所述的制作方法，其特征在于：所述的步骤（3）的发光二极管的P型电极前后两侧分别为C/D和E/F，左右两侧为A/B，采用干法蚀刻，蚀刻出的第一组沟道和第二组沟道的深度为100～1000nm，宽度为100～5000nm，长度为1～100μm。
5.如权利要求3所述的制作方法，其特征在于：所述的第一组沟道的C侧沉积N磁极的磁性材料，D侧沉积S磁极的磁性材料，E侧沉积S磁极的磁性材料，F侧沉积N磁极的磁性材料，形成方向相反的磁场，且该磁场与P型电流的方向相垂直；当电流流通时，产生电磁感应的洛伦磁力，控制电流往P型电极左右两侧即A/B侧进行扩展，提升电流的扩展均匀性和发光均匀性。
6.如权利要求3所述的制作方法，其特征在于：所述的第一组沟道、第二组沟道沉积的磁性材料的厚度为50～1000nm；所述的第三组道沉积的磁性材料的厚度为100～5000nm。
7.如权利要求3所述的制作方法，其特征在于：所述的步骤（4）采用干蚀刻法在发光二极管的前后两侧C-E/D-F蚀刻出第三组沟道，沟道的深度为2～4μm，宽度为100～5000nm，长度为1～100μm。
8.如权利要求3所述的制作方法，其特征在于：所述的第三组沟道的C-E侧沉积N磁极的磁性材料，D-F侧沉积S磁极的磁性材料，形成与N型电流垂直的磁场，控制N型电流向上移动，形成N型隔离电流气，防止电子被缓冲层延伸的位错和缺陷俘获，避免产生非辐射复合，提升电子和空穴的复合效率。
9.如权利要求6所述的制作方法，其特征在于：所述的第三组道沉积的磁性材料的厚度为1μm。
10.如权利要求3所述的制作方法，其特征在于：所述的P型电极前后两侧C/D和E/F沉积磁场强度不同的第一组磁性材料和第二组磁性材料。
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