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

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 Download PDF

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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

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
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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