CN106206865B - 一种高压发光二极管及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高压发光二极管，衬底上设置非故意掺杂层，非故意掺杂层上设置第一外延结构的n型接触层，第一外延结构的n型接触层分别设置隧穿结和第一外延结构的有源层，第一外延结构的有源层上由下至上依次设置p型接触层、p型欧姆接触层和p型电极；隧穿结上由下至上依次设置第二外延结构的p型接触层、有源层、n型接触层、n型欧姆接触层和n型电极；第一外延结构与第二外延结构之间设置绝缘层；第一外延结构的p型欧姆接触层的高度与第二外延结构的n型欧姆接触层高度相同，位于同一水平面内。本发明还公开高压发光二极管的制作方法。本发明解决高压发光二极管电极桥接提高发光功率时，电极桥接存在高度差造成工艺难度大及成品率低的问题。

Description

一种高压发光二极管及其制作方法

技术领域

本发明涉及发光二极管技术领域，尤其是指一种高压发光二极管及其制作方法。

背景技术

发光二极管具有低功耗、尺寸小和可靠性高等特点，其利用领域正在迅速扩大，提高发光二极管亮度和降低发光二极管成本成为LED领域发展目标。

现有技术中，高压发光二极管（HV-LED）可以提高亮度和降低发光二级管成本，HV-LED的优势在于：一、有效降低LED灯具的成本和重量；二、降低对散热系统的设计要求。HV-LED芯片组具有高电压和小电流特点，与常规LED的低电压、大电流工作环境相比，HV-LED工作时的发热明显降低；HV-LED只需要高压线性恒流源就能工作，高压线性恒流电源无需变压器、电解电容器，解决常规LED驱动电源寿命问题。

有鉴于此，为了达到提高高压发光二极管的可靠性及发光效率，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压发光二极管及其制作方法，以解决高压发光二极管电极桥接提高发光功率时，电极桥接存在高度差而造成工艺难度大及成品率低的问题。

为达成上述目的，本发明的解决方案为：

一种高压发光二极管，衬底上设置非故意掺杂层，非故意掺杂层上设置第一外延结构的n型接触层，第一外延结构的n型接触层分别设置隧穿结和第一外延结构的有源层，第一外延结构的有源层上由下至上依次设置p型接触层、p型欧姆接触层和p型电极；隧穿结上由下至上依次设置第二外延结构的p型接触层、有源层、n型接触层、n型欧姆接触层和n型电极；第一外延结构与第二外延结构之间设置绝缘层；第一外延结构的p型欧姆接触层的高度与第二外延结构的n型欧姆接触层高度相同，位于同一水平面内。

进一步，绝缘层构成材料包含AlN、SiO₂、SiN。

进一步，隧穿结为由顶层隧穿结和底层隧穿结构成的双层结构，底层隧穿结与第一外延结构的n型接触层接触，底层隧穿结与第二外延结构的p型接触层接触。

进一步，底层隧穿结的掺杂类型为n型，掺杂浓度为高于1E+19；底层隧穿结的掺杂类型为p型，掺杂浓度为高于1E+19。

进一步，底层隧穿结的厚度0.5nm＜d1＜5nm；顶层隧穿结的厚度0.5nm＜d1＜3nm。

进一步，底层隧穿结、顶层隧穿结的构成材料包含GaN、AlGaN、AlInGaN、GaInN。

一种高压发光二极管的制作方法，包括以下步骤：

一，在衬底上外延非故意掺杂层，在非故意掺杂层上由下至上依次外延第一外延结构的n型接触层、有源层、p型接触层和p型欧姆接触层；

二，通过光刻工艺，采用ICP蚀刻外延表面，深度至部分蚀刻第一外延结构的n型接触层；

三，在第一外延结构侧壁周围及第一外延结构的p型欧姆接触层上、第一外延结构的n型接触层表面形成绝缘层；

四，腐蚀去除第一外延结构的n型接触层表面形成的绝缘层；

五，在第一外延结构的n型接触层上由下至上二次外延隧穿结、第二外延结构的p型接触层、有源区、n型接触层和n型欧姆接触层；

六，去除第一外延结构的p型欧姆接触层上的绝缘层；

七，在第一外延结构的p型欧姆接触层上形成p电极，第二外延结构的n型欧姆接触层形成n电极，裂片形成高压发光二极管。

一种高压发光二极管，衬底上设置非故意掺杂层，非故意掺杂层上设置第一外延结构的n型接触层和第三外延结构的n型接触层；

第一外延结构的n型接触层上分别设置隧穿结和第一外延结构的有源层，第一外延结构的有源层上由下至上依次设置p型接触层、p型欧姆接触层和p型电极；隧穿结上由下至上依次设置第二外延结构的p型接触层、有源层、n型接触层和n型欧姆接触层；第一外延结构与第二外延结构之间设置绝缘层；第一外延结构的p型欧姆接触层的高度与第二外延结构的n型欧姆接触层高度相同，位于同一水平面内；

第三外延结构的n型接触层上分别设置隧穿结和第三外延结构的有源层，第三外延结构的有源层上由下至上依次设置p型接触层和p型欧姆接触层；隧穿结上由下至上依次设置第四外延结构的p型接触层、有源层、n型接触层、n型欧姆接触层和n型电极；第三外延结构与第四外延结构之间设置绝缘层；第三外延结构的p型欧姆接触层的高度与第四外延结构的n型欧姆接触层高度相同，位于同一水平面内；

第二外延结构与第三外延结构之间设置绝缘层，第二外延结构的n型欧姆接触层与第三外延结构的p型欧姆接触层高度相同，位于同一水平面内，第二外延结构的n型欧姆接触层表面与第三外延结构的p型欧姆接触层表面搭接桥接电极。

进一步，绝缘层构成材料包含AlN、SiO₂、SiN。

进一步，隧穿结为由顶层隧穿结和底层隧穿结构成的双层结构，底层隧穿结与第一外延结构的n型接触层接触，底层隧穿结与第二外延结构的p型接触层接触。

进一步，底层隧穿结的掺杂类型为n型，掺杂浓度为高于1E+19；底层隧穿结的掺杂类型为p型，掺杂浓度为高于1E+19。

进一步，底层隧穿结的厚度0.5nm＜d1＜5nm；顶层隧穿结的厚度0.5nm＜d1＜3nm。

进一步，底层隧穿结、顶层隧穿结的构成材料包含GaN、AlGaN、AlInGaN、GaInN。

一种高压发光二极管的制作方法，包括以下步骤：

一，在衬底上外延非故意掺杂层，在非故意掺杂层上分别由下至上依次外延第一外延结构的n型接触层、有源层、p型接触层和p型欧姆接触层，以及第三外延结构的n型接触层、有源层、p型接触层和p型欧姆接触层；

二，通过光刻工艺，采用ICP蚀刻第一外延结构和第三外延结构外延表面，深度蚀刻至第一外延结构和第三外延结构的n型接触层中；

三，在第一外延结构和第三外延结构的侧壁周围及p型欧姆接触层上、n型接触层表面形成绝缘层；

四，腐蚀去除第一外延结构和第三外延结构的n型接触层表面形成的绝缘层；

五，在第一外延结构的n型接触层上由下至上二次外延隧穿结、第二外延结构的p型接触层、有源区、n型接触层和n型欧姆接触层；在第三外延结构的n型接触层上由下至上二次外延隧穿结、第四外延结构的p型接触层、有源区、n型接触层和n型欧姆接触层；

六，去除第一外延结构和第三外延结构的p型欧姆接触层上的绝缘层；

七，第二外延结构和第三外延结构的连接处蚀刻至非故意掺杂层中，并在蚀刻道中形成绝缘层；在第一外延结构的p型欧姆接触层上形成p电极，第四外延结构的n型欧姆接触层形成n电极，第二外延结构的n型欧姆接触层表面与第三外延结构的p型欧姆接触层表面搭接桥接电极，裂片形成高压发光二极管。

采用上述方案后，本发明不同外延结构通过底部连接和顶部电极桥接，不仅可以任意地形成多个发光二极管组成一个高压单元，而且通过二次外延使得桥接电极的高度相同，解决传统高压发光二极管在电极形成桥接存在高度差而造成制作工艺难度较大，成品率低的问题。而且，水平形成电极桥接，减少区域面积损失，有效增加发光面积，提高高压发光二极管的功率。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构示意图；

图2是本发明实施例一制作方法示意图一；

图3是本发明实施例一制作方法示意图二；

图4是本发明实施例一制作方法示意图三；

图5是本发明实施例一制作方法示意图四；

图6是本发明实施例一制作方法示意图五；

图7是本发明实施例一制作方法示意图六；

图8是本发明实施例二的结构示意图。

标号说明

衬底1 非故意掺杂层2

第一外延结构3 n型接触层31

有源层32 p型接触层33

p型欧姆接触层34 p型电极35

隧穿结4 第二外延结构5

p型接触层51 有源层52

n型接触层53 n型欧姆接触层54

n型电极55 绝缘层6

第三外延结构7 n型接触层71

有源层72 p型接触层73

p型欧姆接触层74 第四外延结构8

p型接触层81 有源层82

n型接触层83 n型欧姆接触层84

n型电极85 桥接电极9。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做详细描述。

参阅图1至图7所示，本发明揭示的一种高压发光二极管实施例一，衬底1上设置非故意掺杂层2（UGaN），非故意掺杂层2上设置第一外延结构3的n型接触层31（nGaN），第一外延结构3的n型接触层31分别设置隧穿结4和第一外延结构3的有源层32（MQW），第一外延结构3的有源层32上由下至上依次设置p型接触层33（pGaN）、p型欧姆接触层34和p型电极35。

隧穿结4上由下至上依次设置第二外延结构5的p型接触层51、有源层52、n型接触层53、n型欧姆接触层54和n型电极55。第一外延结构3与第二外延结构5之间设置绝缘层6；第一外延结构3的p型欧姆接触层34的高度与第二外延结构5的n型欧姆接触层54高度相同，位于同一水平面内。

绝缘层6构成材料包含AlN、SiO₂、SiN。由于后续需要在MOCVD进行二次外延，所构成绝缘层6的材料需要达到能耐高温1250℃。

隧穿结4为由顶层隧穿结和底层隧穿结构成的双层结构，底层隧穿结与第一外延结构3的n型接触层31接触，底层隧穿结与第二外延结构5的p型接触层51接触。

底层隧穿结的掺杂类型为n型，掺杂浓度为高于1E+19；底层隧穿结的掺杂类型为p型，掺杂浓度为高于1E+19。由于底层隧穿结与第一外延结构3的n型接触层31接触，所以需要采用n型掺杂；顶层隧穿结与第二外延结构5的p型接触层51接触，所以需要采用p型掺杂。

底层隧穿结的厚度0.5nm＜d1＜5nm；顶层隧穿结的厚度0.5nm＜d1＜3nm。底层隧穿结采用高n型掺杂，厚度可以达到5nm而不会产生不良影响，而顶层隧穿结采用高p型掺杂，厚度需要比n型略薄才不会产生不良影响。底层隧穿结、顶层隧穿结的构成材料包含GaN、AlGaN、AlInGaN、GaInN等三五族化合物。

所述高压发光二极管的制作方法，包括以下步骤：

一，如图2所示，在衬底1上外延非故意掺杂层2，在非故意掺杂层2上由下至上依次外延第一外延结构3的n型接触层31、有源层32、p型接触层33和p型欧姆接触层34。

二，如图3所示，通过光刻工艺，采用ICP蚀刻外延表面，深度蚀刻至第一外延结构3的n型接触层31中，优选为深度至n型接触层31中间厚度。

三，如图4所示，在第一外延结构3侧壁周围及第一外延结构3的p型欧姆接触层34上、第一外延结构3的n型接触层31表面形成绝缘层6。

四，如图5所示，腐蚀去除第一外延结构3的n型接触层31表面形成的绝缘层6。

五，如图6所示，在第一外延结构3的n型接触层31上由下至上二次外延隧穿结4、第二外延结构5的p型接触层51、有源区52、n型接触层53和n型欧姆接触层54。

六，如图7所示，去除第一外延结构3的p型欧姆接触层34上的绝缘层6。

七，如图1所示，在第一外延结构3的p型欧姆接触层34上形成p电极35，第二外延结构5的n型欧姆接触层54形成n电极55，裂片形成高压发光二极管。

如图8所示，本发明揭示的一种高压发光二极管实施例二，本发明可以通过底部连接和顶部电极桥接，不仅可以任意地形成多个发光二极管组成一个高压单元。

衬底1上设置非故意掺杂层2，非故意掺杂层2上设置第一外延结构3的n型接触层31和第三外延结构7的n型接触层71。

第一外延结构3的n型接触层31上分别设置隧穿结4和第一外延结构3的有源层32，第一外延结构3的有源层32上由下至上依次设置p型接触层33、p型欧姆接触层34和p型电极35。

隧穿结4上由下至上依次设置第二外延结构5的p型接触层51、有源层52、n型接触层53和n型欧姆接触层54。第一外延结构3与第二外延结构5之间设置绝缘层6；第一外延结构3的p型欧姆接触层的高度与第二外延结构5的n型欧姆接触层54高度相同，位于同一水平面内。

第三外延结构7的n型接触层71上分别设置隧穿结4和第三外延结构7的有源层72，第三外延结构7的有源层72上由下至上依次设置p型接触层73和p型欧姆接触层74；隧穿结4上由下至上依次设置第四外延结构8的p型接触层81、有源层82、n型接触层83、n型欧姆接触层84和n型电极85。

第三外延结构7与第四外延结构8之间设置绝缘层6；第三外延结构7的p型欧姆接触层74的高度与第四外延结构8的n型欧姆接触层84高度相同，位于同一水平面内。

第二外延结构5与第三外延结构7之间设置绝缘层6，第二外延结构5的n型欧姆接触层54与第三外延结构7的p型欧姆接触层74高度相同，位于同一水平面内，第二外延结构5的n型欧姆接触层54表面与第三外延结构7的p型欧姆接触层74表面搭接桥接电极9。

实施例二所示高压发光二极管的制作方法，包括以下步骤：

一，在衬底1上外延非故意掺杂层2，在非故意掺杂层2上分别由下至上依次外延第一外延结构3的n型接触层31、有源层32、p型接触层33和p型欧姆接触层34，以及第三外延结构7的n型接触层71、有源层72、p型接触层73和p型欧姆接触层74。

二，通过光刻工艺，采用ICP蚀刻第一外延结构3和第三外延结构7外延表面，深度蚀刻至第一外延结构3和第三外延结构7的n型接触层（31、71）中。

三，在第一外延结构3和第三外延结构7的侧壁周围及p型欧姆接触层（34、74）上、n型接触层（31、71）表面形成绝缘层6。

四，腐蚀去除第一外延结构3和第三外延结构7的n型接触层（31、71）表面形成的绝缘层6。

五，在第一外延结构3的n型接触层31上由下至上二次外延隧穿结4、第二外延结构5的p型接触层51、有源区52、n型接触层53和n型欧姆接触层54；在第三外延结构7的n型接触层71上由下至上二次外延隧穿结4、第四外延结构8的p型接触层81、有源区82、n型接触层83和n型欧姆接触层84。

六，去除第一外延结构3和第三外延结构7的p型欧姆接触层（34、74）上绝缘层6。

七，第二外延结构5和第三外延结构7的连接处蚀刻至非故意掺杂层2中，并在蚀刻道中形成绝缘层6；在第一外延结构3的p型欧姆接触层34上形成p电极35，第四外延结构8的n型欧姆接触层84形成n电极85，第二外延结构5的n型欧姆接触层54表面与第三外延结构7的p型欧姆接触层74表面搭接桥接电极9，裂片形成高压发光二极管。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。

Claims (10)

1.一种高压发光二极管，其特征在于：衬底上设置非故意掺杂层，非故意掺杂层上设置第一外延结构的n型接触层，第一外延结构的n型接触层上分别设置隧穿结和第一外延结构的有源层，第一外延结构的有源层上由下至上依次设置p型接触层、p型欧姆接触层和p型电极；隧穿结上由下至上依次设置第二外延结构的p型接触层、有源层、n型接触层、n型欧姆接触层和n型电极；第一外延结构与第二外延结构之间设置绝缘层；第一外延结构的p型欧姆接触层的高度与第二外延结构的n型欧姆接触层高度相同，位于同一水平面内。

2.如权利要求1所述的一种高压发光二极管，其特征在于：绝缘层构成材料包含AlN、SiO₂、SiN。

3.如权利要求1所述的一种高压发光二极管，其特征在于：隧穿结为由顶层隧穿结和底层隧穿结构成的双层结构，底层隧穿结与第一外延结构的n型接触层接触，底层隧穿结与第二外延结构的p型接触层接触。

4.如权利要求3所述的一种高压发光二极管，其特征在于：底层隧穿结的掺杂类型为n型，掺杂浓度为高于1E+19；底层隧穿结的掺杂类型为p型，掺杂浓度为高于1E+19。

5.如权利要求3所述的一种高压发光二极管，其特征在于：底层隧穿结的厚度0.5nm＜d1＜5nm；顶层隧穿结的厚度0.5nm＜d1＜3nm。

6.如权利要求3所述的一种高压发光二极管，其特征在于：底层隧穿结、顶层隧穿结的构成材料包含GaN、AlGaN、AlInGaN、GaInN。

7.如权利要求1所述的一种高压发光二极管的制作方法，包括以下步骤：

一，在衬底上外延非故意掺杂层，在非故意掺杂层上由下至上依次外延第一外延结构的n型接触层、有源层、p型接触层和p型欧姆接触层；

二，通过光刻工艺，采用ICP蚀刻外延表面，深度至部分蚀刻第一外延结构的n型接触层；

三，在第一外延结构侧壁周围及第一外延结构的p型欧姆接触层上、第一外延结构的n型接触层表面形成绝缘层；

四，腐蚀去除第一外延结构的n型接触层表面形成的绝缘层；

五，在第一外延结构的n型接触层上由下至上二次外延隧穿结、第二外延结构的p型接触层、有源区、n型接触层和n型欧姆接触层；

六，去除第一外延结构的p型欧姆接触层上的绝缘层；

七，在第一外延结构的p型欧姆接触层上形成p电极，第二外延结构的n型欧姆接触层形成n电极，裂片形成高压发光二极管。

8.一种高压发光二极管，其特征在于：衬底上设置非故意掺杂层，非故意掺杂层上设置第一外延结构的n型接触层和第三外延结构的n型接触层；

第一外延结构的n型接触层上分别设置隧穿结和第一外延结构的有源层，第一外延结构的有源层上由下至上依次设置p型接触层、p型欧姆接触层和p型电极；隧穿结上由下至上依次设置第二外延结构的p型接触层、有源层、n型接触层和n型欧姆接触层；第一外延结构与第二外延结构之间设置绝缘层；第一外延结构的p型欧姆接触层的高度与第二外延结构的n型欧姆接触层高度相同，位于同一水平面内；

第三外延结构的n型接触层上分别设置隧穿结和第三外延结构的有源层，第三外延结构的有源层上由下至上依次设置p型接触层和p型欧姆接触层；隧穿结上由下至上依次设置第四外延结构的p型接触层、有源层、n型接触层、n型欧姆接触层和n型电极；第三外延结构与第四外延结构之间设置绝缘层；第三外延结构的p型欧姆接触层的高度与第四外延结构的n型欧姆接触层高度相同，位于同一水平面内；

第二外延结构与第三外延结构之间设置绝缘层，第二外延结构的n型欧姆接触层与第三外延结构的p型欧姆接触层高度相同，位于同一水平面内，第二外延结构的n型欧姆接触层表面与第三外延结构的p型欧姆接触层表面搭接桥接电极。

9.如权利要求8所述的一种高压发光二极管，其特征在于：隧穿结为由顶层隧穿结和底层隧穿结构成的双层结构，底层隧穿结与第一外延结构的n型接触层接触，底层隧穿结与第二外延结构的p型接触层接触；底层隧穿结的掺杂类型为n型，掺杂浓度为高于1E+19；底层隧穿结的掺杂类型为p型，掺杂浓度为高于1E+19；底层隧穿结的厚度0.5nm＜d1＜5nm；顶层隧穿结的厚度0.5nm＜d1＜3nm；底层隧穿结、顶层隧穿结的构成材料包含GaN、AlGaN、AlInGaN、GaInN。

10.如权利要求8所述的一种高压发光二极管的制作方法，包括以下步骤：

一，在衬底上外延非故意掺杂层，在非故意掺杂层上分别由下至上依次外延第一外延结构的n型接触层、有源层、p型接触层和p型欧姆接触层，以及第三外延结构的n型接触层、有源层、p型接触层和p型欧姆接触层；

二，通过光刻工艺，采用ICP蚀刻第一外延结构和第三外延结构外延表面，深度蚀刻至第一外延结构和第三外延结构的n型接触层中；

三，在第一外延结构和第三外延结构的侧壁周围及p型欧姆接触层上、n型接触层表面形成绝缘层；

四，腐蚀去除第一外延结构和第三外延结构的n型接触层表面形成的绝缘层；

五，在第一外延结构的n型接触层上由下至上二次外延隧穿结、第二外延结构的p型接触层、有源区、n型接触层和n型欧姆接触层；在第三外延结构的n型接触层上由下至上二次外延隧穿结、第四外延结构的p型接触层、有源区、n型接触层和n型欧姆接触层；

六，去除第一外延结构和第三外延结构的p型欧姆接触层上的绝缘层；

七，第二外延结构和第三外延结构的连接处蚀刻至非故意掺杂层中，并在蚀刻道中形成绝缘层；在第一外延结构的p型欧姆接触层上形成p电极，第四外延结构的n型欧姆接触层形成n电极，第二外延结构的n型欧姆接触层表面与第三外延结构的p型欧姆接触层表面搭接桥接电极，裂片形成高压发光二极管。