CN110752276B - 发光二极管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体领域，尤其涉及发光二极管及其制作方法。其中发光二极管至少包括衬底、第一导电型半导体层、发光层、第二导电型半导体层、电流阻挡层、透明导电层以及第一电极和第二电极。本发明通过在第二导电型半导体层设置凹槽，将电流阻挡层放置于凹槽中，增加其牢固性，改善碎裂异常。同时，设置电流阻挡层的顶面不高于第二导电型半导体层的表面，使覆盖于其表面的透明导电层与其接触处无台阶，呈平坦状，从而促进电流的扩展，提高抗静电能力。
Description
技术领域
本发明属于半导体领域，尤其涉及发光二极管及其制作方法。
背景技术
参看附图1，发光二极管（LED）的核心基本结构包括衬底10’、p型半导体层23’、发光层22’和n型半导体层21’。当LED受到正向偏压的作用时，p区中的空穴向n区移动，n区中的电子向p区移动，电子和空穴在有源层复合。LED可以直接将电能转换成光能，因此具有能量转换效率高、体积小等优点。同时由于LED中不含有有毒有害的物质，因此符合环保可持续发展的要求。由于LED具有低能耗、环保、小型化、寿命长等优点，其具有广阔的市场发展前景。
由于传统的P型Ⅲ-V族化合物半导体材料的电流扩展性能较差，为了使电流能够均匀的注入发光层，通常的做法是在P型Ⅲ-V族化合物半导体材料层上添加一层透明导电层40’ (TCL，Transparent contact layer)。另外，为了进一步促进电流扩展，通常在透明导电层和p型半导体层之间增加电流阻挡层30’(CBL，current blocking layer)，以将原本由P-pad流入p型半导体层的电流截断，使电流全部先流入透明导电层40’，然后再通过透明导电层40’流入该透明导电层40’正下方的p型半导体层23’。
然而由于P电极52’与电流阻挡层30’的粘附性较差，当对发光二极管作推力测试时，电流阻挡层30’易在外部推力作用下碎裂，导致焊线问题。 同时，由于透明导电层40’覆盖在电流阻挡层30’表面，两者的接触处具有台阶，而台阶处透明导电层40’的覆盖性不佳，易出现电流扩展不顺产生ESD爆点。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明通过在第二导电型半导体层设置凹槽，将电流阻挡层放置于凹槽中，增加其牢固性，改善碎裂异常。同时，设置电流阻挡层的顶面不高于第二导电型半导体层的表面，使覆盖于其表面的透明导电层与其接触处无台阶，呈平坦状，从而促进电流的扩展，提高抗静电能力。
本发明的具体技术方案如下：
本发明在其第一方面提供了发光二极管至少包括衬底，依次层叠于所述衬底之上的第一导电型半导体层、发光层和第二导电型半导体层，透明导电层，以及分别与第一导电型半导体层电性连接的第一电极和与第二导电型半导体层电性连接的第二电极，其特征在于：所述第二导电型半导体层表面具有与第二电极位置对应的凹槽，凹槽内设置电流阻挡层，所述电流阻挡层的顶面不高于第二导电型半导体层的表面，截面宽度小于第二电极的截面宽度，所述第二电极通过透明导电层与第二导电型半导体层电性连接。
优选的，所述电流阻挡层包括覆盖凹槽侧壁的第一电流阻挡层和覆盖凹槽底部的第二电流阻挡层。
优选的，至少所述第一电流阻挡层的顶面与第二导电型半导体层的表面齐平。
优选的，所述第一电流阻挡层和第二电流阻挡层的顶面均与第二导电型半导体层的表面齐平。
优选的，所述第一电流阻挡层的顶面与第二导电型半导体层的表面齐平，第二电流阻挡层的顶面低于第二导电型半导体层的表面，所述电流阻挡层的中间部分形成凹陷部。
优选的，所述透明导电层覆盖第一电流阻挡层和第二电流阻挡层的表面，且接触面为平坦状。
优选的，所述透明导电层覆盖第一电流阻挡层的表面，且接触面为平坦状。
优选的，所述透明导电层具有开口，所述开口的截面宽度小于电流阻挡层的截面宽度，使所述透明导电层至少覆盖第一电流阻挡层的表面。
优选的，所述开口的截面宽度大于或等于第二电流阻挡层的截面宽度，使优选的，所述透明导电层覆盖第一电流阻挡层的表面。
优选的，所述电流阻挡层为绝缘介质层。
优选的，所述电流阻挡层为氧化铝层、氧化硅层、氮化硅层、碳化硅层。
本发明在其第二方面提供了上述发光二极管的制作方法，具体步骤如下：
步骤1、提供一衬底，于所述衬底上依次生长第一导电型半导体层、发光层、第二导电型半导体层；
步骤2、刻蚀部分第二导电型半导体层形成凹槽；
步骤3、于所述凹槽内沉积电流阻挡层，所述电流阻挡层的顶面不高于第二导电型半导体层的表面；
步骤4、于所述第二导电型半导体层和电流阻挡层表面沉积透明导电层；
步骤5、分别制作第一电极和第二电极，所述第一电极与第一导电型半导体层电性连接，第二电极与第二导电型半导体层电性连接, 其中电流阻挡层的截面宽度小于第二电极的截面宽度。
优选的，还包括刻蚀第二导电型半导体层至第一导电层半导体层形成台阶的步骤，所述第一电极位于台阶的表面，与第一导电层半导体层电性连接。
优选的，所述步骤2的刻蚀方法包括干法刻蚀、湿法刻蚀或者两者的组合。
优选的，所述步骤3中的电流阻挡层采用气相沉积法、磁控溅射法或者化学镀膜法制成。
本发明至少具有以下有益效果：
本发明通过在第二导电型半导体层设置凹槽，将电流阻挡层放置于凹槽中，增加其牢固性，改善碎裂异常。同时，设置电流阻挡层的顶面不高于第二导电型半导体层的表面，使覆盖于其表面的透明导电层与其接触处无台阶，呈平坦状，从而促进电流的扩展，提高抗静电能力。
附图说明
图1是传统的发光二极管的截面结构示意图。
图2是根据本发明实施例1的发光二极管截面结构示意图。
图3是根据本发明实施例2的发光二极管截面结构示意图。
图4是根据本发明实施例3的发光二极管截面结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。需说明的是，本发明的附图均采用非常简化的非精准比例，仅用以方便、明晰的辅助说明本发明。
实施例1
参看附图2，本发明公开的发光二极管，至少包括衬底10，依次层叠于衬底10之上的第一导电型半导体层21、发光层22、第二导电型半导体层23、透明导电层40，以及分别与第一导电型半导体层21和第二导电型半导体层23电性连接的第一电极51和第二电极52，第二电极52通过透明导电层40与第二导电型半导体层23电性连接。
其中，衬底10的材质可以选自Al2O3、SiC、GaAs、GaN、AlN、GaP、Si、ZnO、MnO中的任意一种或者几种的组合。本实施例以蓝宝石衬底10（sapphire substrate）为例说明，晶格方向可以例如为（0001），但本发明不限制所使用的衬底10材质与晶格方向。也可以对衬底10进行图形化处理，改变光的传播路径，提升发光元件的出光效率。
第一导电型半导体层21和由第二导电型半导体层23均可以由多层III-V族化合物半导体层层叠形成，其可以为单层结构或多层结构，可以为P型掺杂或者N型掺杂，p型掺杂杂质类型可以为Mg、Zn、Ca、 Sr、或者Ba，n型掺杂杂质类型可以为Si、Ge、或者Sn，本发明不排除其他的元素等效替代的掺杂。当第一导电型半导体层21为n型掺杂时，第二导电型半导体层23为p型掺杂；相反得，当第一导电型半导体层21为p型掺杂时，第二导电型半导体层23为n型掺杂。
形成第一导电型半导体层21和第二导电型半导体层23的方法没有特别限制，例如金属有机化学气相沉积（MOCVD），分子束外延法（MBE）、卤化物气相外延法（HPVE法）、溅射法，离子镀法，电子喷淋法等。本发明采用常规的MOCVD法于衬底10上制作而成。
第一导电型半导体层21提供的电子或者空穴与第二导电型半导体层23提供的空穴或者电子在发光层22中复合，发光层22受电压驱动时会发出光线。该光线的颜色取决于发光层22化合物半导体层的材料。本发明中，第一导电型半导体层21、发光层22和第二导电型半导体层23可以均为氮化镓系III-V族化合物半导体，诸如GaN、GaAlN、InGaN、InAlGaN等，这些化合物半导体可以用化学式InxAlyGa1-x-yN表示，其中0≤X≤、0≤Y≤1，X+Y≤1。发光层22为能够提供光辐射的材料，具体的辐射波段介于390~950nm，如蓝、绿、红、黄、橙、红外光，发光层22可以为单量子阱或多量子阱结构。
与第二电极52位置对应的第二导电型半导体层23表面具有凹槽231，凹槽231的开口截面宽度小于第二电极52的截面宽度。凹槽231内设置电流阻挡层30，电流阻挡层30的顶面不高于第二导电型半导体层23的表面。凹槽231的深度小于第二导电型半导体层23的厚度。凹槽231的作用是用于放置电流阻挡层30，因此，只要可以放入所需厚度的电流阻挡层30即可，凹槽231的深度可以根据所需的电流阻挡层30的厚度匹配设置。电流阻挡层30放置于凹槽231内，受凹槽231的阻挡，当受外力推动时，电流阻挡层30不易因推力而碎裂，可以改善现有技术中的电流阻挡层30碎裂异常。
电流阻挡层30包括覆盖凹槽231侧壁的第一电流阻挡层31和覆盖凹槽231底部的第二电流阻挡层32，其中，至少第一电流阻挡层31的顶面与第二导电型半导体层23的表面齐平。需要说明的是，第一电流阻挡层31和第二电流阻挡层32是为了说明其具体结构和作用而人为定义的，在实际LED结构中，其为一个整体。当然，也可以将其设计为由不同材料或者结构组成，通过两者的搭配组合起到更好的电流阻挡效果，对此，本发明并不对此作特殊限制。本实施例中，以电流阻挡层30整体的不同位置定义第一电流阻挡层31和第二电流阻挡层32为例来说明。
本实施例中，第一电流阻挡层31和第二电流阻挡层32的顶面均与第二导电型半导体层23的表面齐平，即电流阻挡层30完全填充凹槽231，且其顶面与第二导电型半导体层23的表面齐平，位于同一水平面。电流阻挡层30完全填充凹槽231，可以最大限度地阻挡第二电极52下方的电流未经扩展而直接进入第二导电型半导体层23，从而进一步改善电流拥挤现象。由于电流阻挡层30完全填充凹槽231，凹槽231的截面宽度小于第二电极52的截面宽度，因此，电流阻挡层30的截面宽度小于第二电极52的截面宽度，可以改善打线时电流阻挡层30易碎的现象。
透明导电层40位于第二导电型半导体层23和电流阻挡层30的表面，透明导电层40可以完全覆盖电流阻挡层30或者仅覆盖电流阻挡层30的外周部分。本实施例中，透明导电层40完全覆盖电流阻挡层30，由于电流阻挡层30的顶面与第二导电型半导体层23的表面齐平，因此位于电流阻挡层30表面的透明导电层40与电流阻挡层30的接触部位为平坦状，无拐角或者台阶，可以改善打线时电流阻挡层30易碎的现象。
电流阻挡层30的材质可以为氧化铝、二氧化硅、氮化硅、碳化硅等中的一种或者几种组合。本实施例中优选为二氧化硅。透明导电层40的材料可以用于扩展电流，其覆盖于部分的第二导电型半导体层23上，透明导电层40的面积小于第二导电型半导体层23的面积。本实施例中透明导电层40为氧化铟锡层，在其他实施例中也可以为氧化锌层、氧化锌铟锡层、氧化铟锌层、氧化锌锡层、氧化镓铟锡层、氧化镓铟层、氧化镓锌层、掺杂铝的氧化锌层或掺杂氟的氧化锡层中的一种或者几种的组合。
第一电极51和第二电极52均为单层或多层金属结构，至少第一电极51还包括用于打线的焊盘部和延伸部，延伸部从焊盘部向第二电极52的方向延伸，用于扩展电流。
实施例2
参看附图3，本实施例与实施1的区别之处在于，透明导电层40具有开口，第二电极52插入开口内，并穿过开口与电流阻挡层30接触。由于第二电极52插入开口内，受开口侧壁的阻挡，第二电极52不易掉落，可以提高第二的牢固性，改善掉电极的现象。
开口的截面宽度小于凹槽231的截面宽度，使得透明导电层40覆盖电流阻挡层30的外周。可以通过调节开口的截面宽度，设置透明导电层40的覆盖范围。例如，开口的截面宽度等于第二电流阻挡层32的截面宽度，使透明导电层40可以完全覆盖第一电流阻挡层31表面；开口的截面宽度大于第二电流阻挡层32的截面宽度，使透明导电层40可以覆盖第一电流阻挡层31外周的表面；开口的截面宽度小于第二电流阻挡层32的截面宽度，使透明导电层40可以完全覆盖第一电流阻挡层31表面以及第二电流阻挡层32外周的表面。由于第一电流阻挡层31和第二电流阻挡层32的顶面均与第二导电型半导体层23的表面齐平，因此，上述透明导电层40的任意一种覆盖方式均可，本发明对此并不做特殊限制。
实施例3
参看附图4，本实施例与实施例2的区别之处在于，第一电流阻挡层31的顶面与第二导电型半导体层2323的表面齐平，而第二电流阻挡层32的顶面低于第二导电型半导体层2323的表面，使得电流阻挡层30中间部分呈凹陷部。此时，透明导电层40开口的截面宽度大于或等于第二电流阻挡层32的截面宽度，且小于凹槽231的开口的截面宽度，使得透明导电层40可以覆盖第一电流阻挡层31的外周部分，或者完全覆盖第一电流阻挡层31。此时，第二电极52穿过开口插入凹陷部内，受开口和凹陷部侧壁的阻挡，进一步增加了第二电极52的牢固性；同时，第二电极52与凹陷部侧壁以及底部的电流阻挡层30接触接触，相较于第二电极52仅仅与电流阻挡层30的顶面接触，其接触面积增大了，也可以增强电流阻挡层30的阻挡效果。由于透明导电层40部分或者完全覆盖第一电流阻挡层31，而第一电流阻挡层31的顶面与第二导电型半导体层2323的顶面齐平，因此，透明导电层40与第一电流阻挡层31的接触处仍然为平坦状。
本发明通过在第二导电型半导体层23设置凹槽231，将电流阻挡30放置于凹槽231中，增加其牢固性，改善碎裂异常。同时，设置电流阻挡层30的顶面不高于第二导电型半导体层23的表面，使覆盖于其表面的透明导电层40与其接触处无台阶，呈平坦状，从而促进电流的扩展，提高抗静电能力。
实施例4
本实施例提供了上述发光二极管的制作方法，具体包括以下步骤：
步骤1、提供一衬底10，于衬底10上依次生长第一导电型半导体层21、发光层22、第二导电型半导体层23；其中，衬底10为图形化蓝宝石衬底10。
步骤2、刻蚀第二导电型半导体层23至第一导电型半导体层21形成台阶，刻蚀部分第二导电型半导体层23形成凹槽231；台阶和凹槽231可以同时蚀刻形成，具体地刻蚀方法可以为干法蚀刻、湿法蚀刻或者两者的组合，本实施例中直接采用干法蚀刻形成同时形成台阶和凹槽231。凹槽231的深度小于第二导电型半导体层23的厚度。
步骤3、于凹槽231内沉积电流阻挡层30，电流阻挡层30的顶面不高于第二导电型半导体层23的表面；进一步地，电流阻挡层30可以包括覆盖凹槽231的第一电流阻挡层31和覆盖凹槽231底部的第二电流阻挡层32，至少第一电流阻挡层31的顶面与第二导电型半导体层23的表面齐平，即第二电流阻挡层32的顶面可以与第二导电型半导体层23的表面齐平，也可以低于第二导电型半导体层23的表面，使电流阻挡层30中间部分形成凹陷部。电流阻挡层30可以采用气相沉积法、磁控溅射法或者化学镀膜法制成。
步骤4、于第二导电型半导体层23和电流阻挡层30表面沉积透明导电层40；可以采用溅镀法沉积透明导电层40。
步骤5、分别于台阶表面和透明导电层40表面制作第一电极51和第二电极52，第一电极51与第一导电型半导体层21电性连接，第二电极52通过透明导电层40与第二导电型半导体层23电性连接, 其中电流阻挡层30的截面宽度小于第二电极52的截面宽度。
应当理解的是，上述具体实施方案为本发明的优选实施例，本发明的范围不限于该实施例，凡依本发明所做的任何变更，皆属本发明的保护范围之内。
Claims (15)
1.发光二极管，至少包括衬底，依次层叠于所述衬底之上的第一导电型半导体层、发光层和第二导电型半导体层，透明导电层，以及分别与第一导电型半导体层电性连接的第一电极和与第二导电型半导体层电性连接的第二电极，其特征在于：所述第二导电型半导体层表面具有与第二电极位置对应的凹槽，凹槽内设置电流阻挡层，所述电流阻挡层的顶面不高于第二导电型半导体层的表面，截面宽度小于第二电极的截面宽度，所述第二电极通过透明导电层与第二导电型半导体层电性连接。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述电流阻挡层包括覆盖凹槽侧壁的第一电流阻挡层和覆盖凹槽底部的第二电流阻挡层。
3.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于：至少所述第一电流阻挡层的顶面与第二导电型半导体层的表面齐平。
4.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于：所述第一电流阻挡层和第二电流阻挡层的顶面均与第二导电型半导体层的表面齐平。
5.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于：所述第一电流阻挡层的顶面与第二导电型半导体层的表面齐平，第二电流阻挡层的顶面低于第二导电型半导体层的表面，所述电流阻挡层的中间部分形成凹陷部。
6.根据权利要求4所述的发光二极管，其特征在于：所述透明导电层覆盖第一电流阻挡层和第二电流阻挡层的表面，且接触面为平坦状。
7.根据权利要求5所述的发光二极管，其特征在于：所述透明导电层覆盖第一电流阻挡层的表面，且接触面为平坦状。
8.根据权利要求6或7所述的发光二极管，其特征在于：所述透明导电层具有开口，所述开口的截面宽度小于电流阻挡层的截面宽度，使所述透明导电层至少覆盖第一电流阻挡层的表面。
9.根据权利要求8所述的发光二极管，其特征在于：所述开口的截面宽度大于或等于第二电流阻挡层的截面宽度，使所述透明导电层覆盖第一电流阻挡层的表面。
10.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述电流阻挡层为绝缘介质层。
11.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述电流阻挡层为氧化铝层、氧化硅层、氮化硅层、碳化硅层。
12.发光二极管的制作方法，至少包括以下步骤：
步骤1、提供一衬底，于所述衬底上依次生长第一导电型半导体层、发光层、第二导电型半导体层；
步骤2、刻蚀部分第二导电型半导体层形成凹槽；
步骤3、于所述凹槽内沉积电流阻挡层，所述电流阻挡层的顶面不高于第二导电型半导体层的表面；
步骤4、于所述第二导电型半导体层和电流阻挡层表面沉积透明导电层；
步骤5、分别制作第一电极和第二电极，所述第一电极与第一导电型半导体层电性连接，第二电极与第二导电型半导体层电性连接，其中电流阻挡层的截面宽度小于第二电极的截面宽度。
13.根据权利要求12所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：还包括刻蚀第二导电型半导体层至第一导电层半导体层形成台阶的步骤，所述第一电极位于台阶的表面，与第一导电层半导体层电性连接。
14.根据权利要求12所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤2的刻蚀方法包括干法刻蚀、湿法刻蚀或者两者的组合。
15.根据权利要求12所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤3中的电流阻挡层采用气相沉积法、磁控溅射法或者化学镀膜法制成。
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