CN106206894A - 一种具有高阻值GaN电流阻挡层的发光二极管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种具有高阻值GaN电流阻挡层的发光二极管，由衬底、基础GaN外延层、高阻值GaN电流阻挡层、透明导电层、顶电极和侧面电极组成；在衬底上依次生长基础GaN外延层和高阻值GaN外延层，将基础GaN外延层部分刻蚀掉形成台面，将高阻值GaN外延层部分刻蚀掉形成高阻值GaN电流阻挡层，在台面和高阻值GaN电流阻挡层上覆盖透明导电层，在透明导电层上设置与高阻值GaN电流阻挡层对应的顶电极，在台面的侧方设置侧面电极。本发明通过在基础GaN外延层上直接外延生长一层高阻值GaN外延层进而形成高阻值GaN电流阻挡层，从而解决了GaN外延层与电流阻挡层结合力较弱的问题，并且提高了发光二极管产品的制作效率，降低制作成本。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，特别是一种具有高阻值GaN电流阻挡层的发光二极管及其制作方法。
背景技术
在发光二极管中，从顶电极注入的电流会直接流入顶电极下方的有源区，因此有源区发出的光会被不透明的电极所遮蔽，导致发光二极管的光萃取效率降低。解决该问题的方法之一是在顶电极下方增加一层电流阻挡层。该电流阻挡层能够阻止电流直接流入顶电极下方的有源区，使电流扩展到未被顶电极所遮蔽的芯片区域，从而提高发光二极管的光萃取效率。
如图1所示，在传统的氮化镓（GaN）发光二极管芯片的制作工艺中，在衬底1上使用金属有机化学气相沉积（MOCVD）生长基础GaN外延层2，经过光刻和电感耦合等离子体（ICP）刻蚀制作出台面，然后使用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）在基础GaN外延层2上生长一层SiO2绝缘层，再采用光刻和化学腐蚀的方法，将SiO2绝缘层部分刻蚀掉，只留下与顶电极5相对应的部分，这部分被留下的SiO2绝缘层就是传统的电流阻挡层3，再然后使用电子束蒸镀（E-Gun）或者溅射（sputter）的方法生长ITO透明导电层4，最后制作顶电极5和侧面电极6。
采用上述传统方法制作的电流阻挡层有三个弊端：
（1）基础GaN外延层2与SiO2电流阻挡层3属于不同种材料，两者之间的结合力较弱；
（2）使用PECVD生长SiO2绝缘层之前，需要对基础GaN外延层2的表面进行清洁，若清洁不彻底就会使基础GaN外延层2的表面受到污染，导致基础GaN外延层2与SiO2电流阻挡层3之间的结合力变弱；
（3）SiO2电流阻挡层3无法使用MOCVD直接生长，而需要另外使用PECVD机台进行生长，从而增加了整个制作流程的工艺步骤，因此也增加了发光二极管的制作成本。
有鉴于此，为了克服上述缺陷，本发明人提出一种具有高阻值GaN电流阻挡层的发光二极管及其制作方法，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高阻值GaN电流阻挡层的发光二极管及其制作方法，通过在基础的GaN外延层上再生成一高阻值GaN外延层进而形成高阻值GaN电流阻挡层，使其能够阻挡电流，从而解决了GaN外延层与电流阻挡层结合力较弱的问题，并且提高了发光二极管产品的制作效率，降低制作成本。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种具有高阻值GaN电流阻挡层的发光二极管，由衬底、基础GaN外延层、高阻值GaN电流阻挡层、透明导电层、顶电极和侧面电极组成；在衬底上依次生长基础GaN外延层和高阻值GaN外延层，将基础GaN外延层部分刻蚀掉形成台面，将高阻值GaN外延层部分刻蚀掉形成高阻值GaN电流阻挡层，在台面和高阻值GaN电流阻挡层上覆盖透明导电层，在透明导电层上设置与高阻值GaN电流阻挡层对应的顶电极，在台面的侧方设置侧面电极。
所述高阻值GaN电流阻挡层采用掺杂有Fe元素的GaN材料。
所述Fe元素来源于金属有机源，其可以是二茂铁。
所述高阻值GaN电流阻挡层中Fe元素的浓度范围为1x1018cm-3-1x1020cm-3。
所述高阻值GaN电流阻挡层中Fe元素的浓度范围为5x1018cm-3到5x1019cm-3。
所述高阻值GaN电流阻挡层的厚度范围为50-10000Å。
所述高阻值GaN电流阻挡层的厚度范围为500-5000Å。
所述基础GaN外延层至少包含由下至上排列的缓冲层、非故意掺杂层、N型层、有源层、电子阻挡层和P型层。
一种具有高阻值GaN电流阻挡层的发光二极管的制作方法，包括以下步骤：
步骤一、在衬底上采用MOCVD生长基础GaN外延层；
步骤二、在基础GaN外延层上采用MOCVD生长高阻值GaN外延层；
步骤三、在基础GaN外延层上光刻和ICP刻蚀制作出台面，同时将高阻值GaN外延层部分刻蚀掉，留下位于台面上的部分作为高阻值GaN电流阻挡层；
步骤四、在台面以及高阻值GaN电流阻挡层上采用E-Gun或sputter方法生长透明导电层；
步骤五、将顶电极设置在透明导电层上且使顶电极位于高阻值GaN电流阻挡层的正上方，将侧面电极设置在台面的侧方。
所述高阻值GaN外延层的生长温度为800-1100℃，生长压力为50-500Torr。
采用上述方案后，本发明具有以下优点：
一、基础GaN外延层与高阻值GaN电流阻挡层属于同类材料，基础GaN外延层与高阻值GaN电流阻挡层之间比传统的基础GaN外延层与SiO2电流阻挡层之间有更好的粘附性；
二、由于高阻值GaN电流阻挡层是直接在基础GaN外延层上外延生长的，对于基础GaN外延层与高阻值GaN电流阻挡层可采用同样的方法来生长，如都采用MOCVD，在生长高阻值GaN电流阻挡层之前不需要对基础GaN外延层的表面进行清洁，因此也就减小了基础GaN外延层的表面受到污染的概率，进一步提高了基础GaN外延层与高阻值GaN电流阻挡层之间的结合力；
三、进一步，高阻值GaN电流阻挡层是直接在MOCVD中外延生长的，不需要另外使用PECVD机台进行生长，从而减少了整个制作流程的工艺步骤，因此提高了发光二极管产品的制作效率。
附图说明
图1是现有发光二极管的结构示意图；
图2是本发明发光二极管制作时生长出基础GaN外延层和高阻值GaN外延层时的结构示意图；
图3是本发明具有高阻值GaN电流阻挡层的发光二极管的结构示意图。
标号说明
衬底1，基础GaN外延层2，电流阻挡层3，透明导电层4，顶电极5，侧面电极6；
衬底10，基础GaN外延层20，台面20a，高阻值GaN外延层30，高阻值GaN电流阻挡层30a，透明导电层40，顶电极50，侧面电极60。
具体实施方式
如图3所示，本发明揭示的一种具有高阻值GaN电流阻挡层的发光二极管，由衬底10、基础GaN外延层20、高阻值GaN电流阻挡层30a、透明导电层40、顶电极50和侧面电极60组成；在衬底10上依次生长基础GaN外延层20和高阻值GaN外延层30，将基础GaN外延层20部分刻蚀掉形成台面20a，将高阻值GaN外延层30部分刻蚀掉形成高阻值GaN电流阻挡层30a，在台面20a和高阻值GaN电流阻挡层30a上覆盖透明导电层40，在透明导电层40上设置与高阻值GaN电流阻挡层30a对应的顶电极50，在台面的侧方设置侧面电极60。
其中，高阻值GaN电流阻挡层30a采用掺杂有Fe元素的GaN材料，Fe元素来源于金属有机源，其可以是MO源中的二茂铁。非故意掺杂的GaN外延层一般呈现N型，而Fe元素在GaN中形成深受主能级成为电子陷阱，因此可以补偿GaN中的背景载流子，从而形成高阻值的绝缘GaN材料。
本实施例中，高阻值GaN电流阻挡层30a中Fe元素的浓度范围为1x1018cm-3-1x1020cm-3，优选的，高阻值GaN电流阻挡层30a中Fe元素的浓度范围为5x1018cm-3到5x1019cm-3。所述高阻值GaN电流阻挡层的厚度范围为50-10000Å，优选的，所述高阻值GaN电流阻挡层的厚度范围为500-5000Å，1Å=10-7mm。
所述基础GaN外延层20至少包含由下至上排列的缓冲层、非故意掺杂层、N型层、有源层、电子阻挡层和P型层。
一种具有高阻值GaN电流阻挡层的发光二极管的制作方法，包括以下步骤：
步骤一、在衬底10上采用MOCVD生长基础GaN外延层20；
步骤二、在基础GaN外延层20上采用MOCVD生长高阻值GaN外延层30；生长上述基础GaN外延层20和高阻值GaN外延层30后，结果如图2所示；
步骤三、在基础GaN外延层20上光刻和ICP刻蚀制作出台面20a，同时将高阻值GaN外延层30部分刻蚀掉，留下位于台面上的部分作为高阻值GaN电流阻挡层30a；
步骤四、在台面20a以及高阻值GaN电流阻挡层30a上采用E-Gun或sputter方法生长透明导电层40；
步骤五、最后，将顶电极50设置在透明导电层40上且使顶电极50位于高阻值GaN电流阻挡层30a的正上方，将侧面电极60设置在台面20a的侧方，得到如图3所示的发光二极管。
其中，所述高阻值GaN外延层30的生长温度为800-1100℃，生长压力为50-500Torr。
以上仅为本发明的具体实施例，并非对本发明的保护范围的限定。凡依本案的设计思路所做的等同变化，均落入本案的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有高阻值GaN电流阻挡层的发光二极管，其特征在于：由衬底、基础GaN外延层、高阻值GaN电流阻挡层、透明导电层、顶电极和侧面电极组成；在衬底上依次生长基础GaN外延层和高阻值GaN外延层，将基础GaN外延层部分刻蚀掉形成台面，将高阻值GaN外延层部分刻蚀掉形成高阻值GaN电流阻挡层，在台面和高阻值GaN电流阻挡层上覆盖透明导电层，在透明导电层上设置与高阻值GaN电流阻挡层对应的顶电极，在台面的侧方设置侧面电极。
2.如权利要求1所述的一种具有高阻值GaN电流阻挡层的发光二极管，其特征在于：所述高阻值GaN电流阻挡层采用掺杂有Fe元素的GaN材料。
3.如权利要求2所述的一种具有高阻值GaN电流阻挡层的发光二极管，其特征在于：所述Fe元素来源于金属有机源，其可以是二茂铁。
4.如权利要求2所述的一种具有高阻值GaN电流阻挡层的发光二极管，其特征在于：所述高阻值GaN电流阻挡层中Fe元素的浓度范围为1x1018cm-3-1x1020cm-3。
5.如权利要求4所述的一种具有高阻值GaN电流阻挡层的发光二极管，其特征在于：所述高阻值GaN电流阻挡层中Fe元素的浓度范围为5x1018cm-3到5x1019cm-3。
6.如权利要求2所述的一种具有高阻值GaN电流阻挡层的发光二极管，其特征在于：所述高阻值GaN电流阻挡层的厚度范围为50-10000Å。
7.如权利要求6所述的一种具有高阻值GaN电流阻挡层的发光二极管，其特征在于：所述高阻值GaN电流阻挡层的厚度范围为500-5000Å。
8.如权利要求1所述的一种具有高阻值GaN电流阻挡层的发光二极管，其特征在于：所述基础GaN外延层至少包含由下至上排列的缓冲层、非故意掺杂层、N型层、有源层、电子阻挡层和P型层。
9.一种具有高阻值GaN电流阻挡层的发光二极管的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在衬底上采用MOCVD生长基础GaN外延层；
步骤二、在基础GaN外延层上采用MOCVD生长高阻值GaN外延层；
步骤三、在基础GaN外延层上光刻和ICP刻蚀制作出台面，同时将高阻值GaN外延层部分刻蚀掉，留下位于台面上的部分作为高阻值GaN电流阻挡层；
步骤四、在台面以及高阻值GaN电流阻挡层上采用E-Gun或sputter方法生长透明导电层；
步骤五、将顶电极设置在透明导电层上且使顶电极位于高阻值GaN电流阻挡层的正上方，将侧面电极设置在台面的侧方。
10.如权利要求9所述的一种具有高阻值GaN电流阻挡层的发光二极管的制作方法，其特征在于，所述高阻值GaN外延层的生长温度为800-1100℃，生长压力为50-500Torr。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161207 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |