CN108232034A

CN108232034A - 一种半导体发光元件以及制备方法

Info

Publication number: CN108232034A
Application number: CN201810039673.6A
Authority: CN
Inventors: 吴琼
Original assignee: Fujian Trillion Photoelectric Co Ltd
Current assignee: Fujian Trillion Photoelectric Co Ltd
Priority date: 2018-01-16
Filing date: 2018-01-16
Publication date: 2018-06-29

Abstract

本发明涉及一种半导体发光元件以及制备方法，该元件包括：基板；设置于基板上表面的发光单元；开设于发光单元中部的槽孔；设置于槽孔底面中部且与发光单元底层电性连接的第一电极；在发光单元的上表面环绕槽孔周侧设置且与发光单元的顶层电性连接的第二电极。该制备方法包括：在基板上形成具备多层结构的发光单元；通过在所述发光单元的中部进行局部去除，保留发光单元的底层，进而形成槽孔；在槽孔内且位于发光单元的底层的上表面中部形成第一电极，并与发光单元的底层电性连接；在发光单元的上表面环绕槽孔的周侧形成第二电极，并与发光单元的顶层电性连接。本发明提出的技术方案，改善了电流扩散结构，简化了制备方法。

Description

一种半导体发光元件以及制备方法

技术领域

本发明涉及发光二极管技术领域，特别是一种半导体发光元件以及制备方法。

背景技术

发光二极管（LED）是将电流转换成光的一种半导体发光元件。发光二极管一般包括各含N型和P型掺杂物的2种不同半导体层，以及存在于这2种半导体层之间的活性层。若是给N型、P型半导体层分别通入驱动电流，电子和空穴则会分别从N型、P型半导体层跃入活性层。跃入的电子和空穴会在活性层里再结合产生光。

但是，一般的发光二极管上的P型半导体层都存在由低导电率导致的电流扩散不均匀的问题，空穴没有充分且均匀地跃入活性层。如图1所示，是传统带finger结构的发光二极管平面简图，图2为其剖视图，其在P型半导体层上生成了带finger结构的电极。带finger结构的传统发光二极管包括带N、P型半导体层和活性层的发光构造（1），透明电极层（5），P电极(3)，以及N电极(7)。P电极(3)带有2个，N电极(7)带有1个finger。发光构造(1)则包含了用于使带finger的N电极（7）与N型半导体层（1n）接合的凹槽（8）。其中，N电极的finger形成于凹槽（8）内的N型半导体层(1n)上，并位于U型P电极（3）的2个finger之间，从而使电流均匀通入。

然而，图1中所示的传统发光元件里，为了N电极的finger结构，需要在发光构造(1)上形成凹槽（8）。这就无形之中增加了工艺的复杂性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体发光元件以及制备方法，以克服现有技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种半导体发光元件，包括：基板；设置于所述基板上表面且具备多层结构的发光单元；开设于所述发光单元中部且底面为所述发光单元底层上表面的槽孔；设置于所述槽孔底面中部且与所述发光单元底层电性连接的第一电极；在所述发光单元的上表面环绕所述槽孔周侧设置且与所述发光单元的顶层电性连接的第二电极。

在本发明一实施例中，所述发光单元包括由下至上依次设置于所述基板上表面的：第一半导体层、活性层以及第二半导体层。

在本发明一实施例中，还包括设置于所述第二半导体层与所述第二电极之间且中部具有一与所述槽孔对应开设的通孔的透明电极。

在本发明一实施例中，所述第二电极为闭合结构电极。

在本发明一实施例中，所述第二电极包括电极部以及与所述电极部连接的环状部。

还提供一种半导体发光元件的制备方法，按照如下步骤实现：

步骤S1：在基板上形成具备多层结构的发光单元；

步骤S2：通过在所述发光单元的中部进行局部去除，保留所述发光单元的底层，进而形成一槽孔；

步骤S3：在所述槽孔内且位于所述发光单元的底层的上表面中部形成第一电极，并与所述发光单元的底层电性连接；

步骤S4：在所述发光单元的上表面环绕所述槽孔的周侧形成第二电极，并与所述发光单元的顶层电性连接。

在本发明一实施例中，在所述步骤S1中，还包括在所述发光单元的上表面形成透明电极。

在本发明一实施例中，还包括在所述步骤S2中，对所述透明电极进行局部去除；以及，在所述步骤S4中，在所述透明电极上表面形成所述第二电极。

在本发明一实施例中，在所述步骤S1中，所述形成具备多层结构的发光单元包括：在所述基板上表面，按照由下至上顺序，依次形成的第一半导体层、活性层以及第二半导体层。

在本发明一实施例中，所述局部去除采用干法蚀刻。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明提供的一种半导体发光元件以及制备方法，具有能使电流均匀通入活性层的电极结构。由于本发明提出的半导体发光元件的N电极没有Finger，其生产制造过程相对简单。而且，因为N电极位于发光结构上表面的中心位置，所以能够实现均匀扩散和传导电流。

附图说明

图1为现有技术中传统带finger结构的发光二极管平面简图。

图2为图1的剖视图。

图3为本发明一实施例中半导体发光元件的平面图。

图4为图3的A-A’线提供的剖面图。

图5为本发明一实施例中半导体发光元件制备方法其中一剖面图。

图6为本发明一实施例中半导体发光元件制备方法其中另一剖面图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

如图3所示，为根据本发明的较佳实施例提供的半导体发光元件的平面图。图4为根据图3的A-A’线提供的剖面图。图4中，为了便于理解，对横断面之后的部分进行了省略或用虚线作了标示以作参考。

在本实施例中，半导体发光元件包括基板（10），发光结构（20），第一电极（31），以及第二电极（33）。发光结构（20）包括由下至上依次设置于基板上表面的第一半导体层（21）、活性层（22）以及第二类半导体层（23）。发光结构（20）上表面还生长有一层透明电极层（35）。进一步的，还包括形成于发光结构（20）中部的槽孔（24）。槽孔（24）使发光结构（20）在第一半导体层（21）处露出。槽孔（24）内的第一电极（31）位于第一半导体层（21）上并与其形成电性连接。第二电极（33）生长于发光结构（20）上或者透明电极层（35）上。

进一步的，第二电极（33）环绕槽孔（24）入口边缘设置。

通过上述半导体发光元件结构，实现改善提升电流扩散和电流导入性能，来提高发光效率。

在本实施例中，基板（10）可以采用使三族氮化物半导体进行外延生长的物质，如和SiC、Sapphire等，但并不限于此。基板（10）和发光构造（20）之间可以生长一层如未掺杂的 GaN缓冲层。

在本实施例中，发光结构（20）的第一半导体层（21）和第二半导体层（23）可以分别是N型和P型。活性层（22）则生成于第一半导体层（21）与第二半导体层（23）之间。

进一步的，第一半导体层（21）、活性层（22）、第二半导体层（23）可以由三族氮化物半导体物质形成。

第一半导体层由N型半导体物质组成，这些物质可从具有InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)组成式的半导体材料（如GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN,InAlGaN, AlInN等）中选择，并且还可以掺杂Si、Ge、 Sn等N型掺杂物。

第二类半导体层则由P型半导体物质组成，这些物质可从具有InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)组成式的半导体材料（如GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN,InAlGaN, AlInN等）中选择，并且还可以掺杂Mg、Zn、Ca、Sr、Ba 等P型掺杂物。

活性层是由具有InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)组成式的半导体材料构成，且可以形成单层量子阱或者多层量子阱结构。

在本实施例中，发光结构（20）整体上都呈六边形，但并不限于此。

在本实施例中，在发光结构（20）上可以镀上一层如ITO薄膜层且具有扩散电流作用的透明电极层（35）。当具有透明电极层（35）时，该透明电极层（35）通过形成与第二半导体层（23）相同或相似的形状来保持槽孔（24）的入口边沿开放。透明电极层（35）可以从ITO、IZO(In-ZnO)、 GZO(Ga-ZnO)、AZO(Al-ZnO)、AGZO(Al-Ga ZnO)、 IGZO(In-Ga ZnO)、 IrOx、RuOx、RuOx/ITO等物质中选择。

在本实施例中，槽孔（24）的深度，为穿过透明电极层（35），发光结构（20）的第二半导体层（23）和活性层（22），直至露出第一半导体层（21）的距离。如图所示，槽孔（24）位于发光结构（20）和透明电极层（35）的上表面中央位置。并且槽孔（24）可以是圆形、椭圆形、四边形、长方形等，但不限于这些形状。

在本实施例中，第一电极（31）形成于槽孔（24）内露出的第一半导体层（21）的上表面。第一电极（31）可以是圆形、椭圆形、四边形、长方形等，但不限于这些。较佳的，第一电极（31）形成于其附近的第二电极（33）的中心处并均匀导入电流。

在本实施例中，第二电极（33）环绕通孔（24）入口边沿形成于透明电极层上面。如图3所示，在平面图里，该第二电极（33）实际上是围绕第一电极（31）形成的。

在本实施例中，第二电极（33）包括电极部分（331）和与电极相连的环形部分（332）。第二类电极（33）还可以是闭合状的。这种闭合形状不具有电流相对集中的末端部，可以使电流相对均匀地通入。

如图5至图6所示，为依据本发明的较佳实施例制成的展示半导体发光元件制造过程的中半导体发光原件的剖视图。

如图5所示，首先在基板（10）上通过外延生长形成发光结构（20）。如，可在蓝宝石基板（10）上通过外延生长依次形成作为N型半导体的第一半导体层（210）、活性层（220）、以及作为P型半导体的第二半导体层（230）。接着，在发光结构（20）上形成透明电极层（350）。

进一步的，在基板（10）上形成发光结构（20）前，可生成如未掺杂的GaN缓冲层或用于引导外延生长的一层，再在其上形成发光结构（20）。

接着，如图6所示，用干法刻蚀形成槽孔（24）。

进一步的，如图6所示，形成了第一电极（31）和第二电极（33）。通过使用如Ni、 Pt、Ru、Lr、 Rh、Ta、Mo、Ti、Ag、W、Cu、Cr、Pd、V、Co、Nb、Zr、ITO(Indium Zinc Oxide)、AZO(Aluminum zinc oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)等中至少一种来形成。

进一步的，在覆盖槽孔（24）内部的透明电极层（35）的上面蒸镀金属层之后，再通过光刻工艺形成第一电极（31）和第二电极（33）。

进一步的，本实施例中提出的半导体与金属层可以通过MOCVD(metal-organicchemical vapor deposition), MOVPE(metal organic vapor phase epitaxy), MBE(molecular beam epitaxy), HVPE(hydride vapor phase epitaxy)等方法生成。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种半导体发光元件，其特征在于，包括：基板；设置于所述基板上表面且具备多层结构的发光单元；开设于所述发光单元中部且底面为所述发光单元底层上表面的槽孔；设置于所述槽孔底面中部且与所述发光单元底层电性连接的第一电极；在所述发光单元的上表面环绕所述槽孔周侧设置且与所述发光单元的顶层电性连接的第二电极。

2.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件，其特征在于，所述发光单元包括由下至上依次设置于所述基板上表面的：第一半导体层、活性层以及第二半导体层。

3.根据权利要求2所述的一种半导体发光元件，其特征在于，还包括设置于所述第二半导体层与所述第二电极之间且中部具有一与所述槽孔对应开设的通孔的透明电极。

4.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件，其特征在于，所述第二电极为闭合结构电极。

5.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件，其特征在于，所述第二电极包括电极部以及与所述电极部连接的环状部。

6.一种半导体发光元件的制备方法，其特征在于，按照如下步骤实现：

步骤S1：在基板上形成具备多层结构的发光单元；

7.根据权利要求6所述的一种半导体发光元件的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，还包括在所述发光单元的上表面形成透明电极。

8.根据权利要求7所述的一种半导体发光元件的制备方法，其特征在于，还包括在所述步骤S2中，对所述透明电极进行局部去除；以及，在所述步骤S4中，在所述透明电极上表面形成所述第二电极。

9.根据权利要求6所述的一种半导体发光元件的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述形成具备多层结构的发光单元包括：在所述基板上表面，按照由下至上顺序，依次形成的第一半导体层、活性层以及第二半导体层。

10.根据权利要求6或8所述的一种半导体发光元件的制备方法，其特征在于，所述局部去除采用干法蚀刻。