CN112652691A - 一种发光二极管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及半导体技术领域，具体公开了一种发光二极管及其制造方法，该发光二极管包括：外延层，包括第一半导体层；半导体电极，半导体电极设置于第一半导体层上，并与第一半导体层接触，其中半导体电极与第一半导体层具有相同的掺杂类型；金属电极，设置于半导体电极背离第一半导体层的一侧，并与半导体电极形成欧姆接触，其中半导体电极的禁带宽度低于第一半导体层的禁带宽度。通过上述方式，本申请能够解决现有技术中因高温退火工艺而引起的技术问题，降低制造成本，并提高发光二极管的辐射功率。

Description

一种发光二极管及其制造方法
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，特别是涉及一种发光二极管及其制造方法。
背景技术
常规的发光二极管欧姆接触电极工艺中，能够与AlGaN形成良好的欧姆接触的金属包括但不仅限于：Ti/Al/Au三层金属、Cr/Al二层金属、Ti/Al二层金属等，其中，Ti或Cr与AlGaN结合形成Cr-N或Ti-N合金。
本申请的发明人在长期研发过程中，发现具有较大禁带宽度的AlGaN的欧姆接触电极工艺需要高于850℃的退火温度，这对设备及其材料要求较高，增加了制造成本；且在该高温退火过程中，Al将处于熔融状态，会形成AlAu2或AlAu4等颗状物，增大欧姆接触电极表面粗糙度，导致后续绝缘层覆盖时容易出现缺陷，进而出现漏电等问题，同时，因粗糙度增大导致反射率降低，进而减小了发光二极管的辐射功率。
因此，有必要提供一种具有新型结构的发光二极管。
发明内容
基于此，本申请提供一种发光二极管及其制造方法，能够解决现有技术中因高温退火工艺而引起的技术问题，降低制造成本，并提高发光二极管的辐射功率。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提出一种发光二极管，该发光二极管包括：外延层，包括第一半导体层；半导体电极，半导体电极设置于第一半导体层上，并与第一半导体层接触，其中半导体电极与第一半导体层具有相同的掺杂类型；金属电极，设置于半导体电极背离第一半导体层的一侧，并与半导体电极形成欧姆接触，其中半导体电极的禁带宽度低于第一半导体层的禁带宽度。
为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提出一种发光二极管的制造方法，该制造方法包括：提供一外延层，外延层包括第一半导体层；在第一半导体层上形成半导体电极，其中半导体电极与第一半导体层接触，且与第一半导体层具有相同的掺杂类型，半导体电极的禁带宽度低于第一半导体层的禁带宽度；在半导体电极背离第一半导体层的一侧形成金属电极，以与半导体电极形成欧姆接触。
区别于现有技术，本申请在具有较大禁带宽度的第一半导体层与金属电极之间设置具有较小禁带宽度的半导体电极，在低温条件下，半导体电极与金属电极接触时更容易形成良好的欧姆接触，避免高温退火工艺，能够解决现有技术中因高温退火工艺而引起的技术问题，降低制造成本，并提高发光二极管的辐射功率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本申请第一实施例提供的发光二极管的结构示意图；
图2是本申请第二实施例提供的发光二极管的结构示意图；
图3是本申请第三实施例提供的发光二极管的局部结构示意图；
图4是本申请的发光二极管在制造过程的不同阶段中的视图；
图5是本申请一实施例提供的发光二极管的制造方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本申请提出了一种发光二极管，该发光二极管的光波可以为UVC、UVB、UVA、紫光、蓝光、绿光、黄光、红光及红外光等。
如图1所示，该发光二极管100至少包括：外延层10、半导体电极20以及金属电极30。外延层10包括第一半导体层11，半导体电极20设置于第一半导体层11上，且半导体电极20与第一半导体层11接触。其中，半导体电极20与第一半导体层11具有相同的掺杂类型。
其中，第一半导体层11可以为n型半导体层，具体可以为掺杂Si、Ge及Sn中至少一种的半导体层，对应的半导体电极20为n型半导体电极20，具体可以为掺杂Si、Ge及Sn中至少一种的半导体电极20。或者，第一半导体层11可以为p型半导体层，具体可以为掺杂Mg、Zn、Be、Ca、Sr及Ba中至少一种的半导体层，对应的半导体电极20为p型半导体电极20，具体可以为掺杂Mg、Zn、Be、Ca、Sr及Ba中至少一种的半导体电极20。
金属电极30设置于半导体电极20背离第一半导体层11的一侧，需要说明的是，半导体电极20的禁带宽度低于第一半导体层11的禁带宽度，由于半导体电极20具有较窄的禁带宽度，在低温条件(其中，低温条件可以为常温条件或小于等于300℃)下，半导体电极20与金属电极30接触时更容易形成良好的欧姆接触，进而有效降低接触电阻。
区别于现有技术，本申请在具有较大禁带宽度的第一半导体层11与金属电极30之间设置具有较小禁带宽度的半导体电极20，在低温条件下，半导体电极20与金属电极30接触时更容易形成良好的欧姆接触，避免高温退火工艺，能够解决现有技术中因高温退火工艺而引起的技术问题，降低制造成本，并提高发光二极管100的辐射功率。
在一实施例中，半导体电极20中的铝含量小于第一半导体层11内中的铝含量。
上述第一半导体层11的材料可以为AlGaN，AlGaN是直接带隙半导体，通过调节铝含量使AlGaN的禁带宽度从3.4eV(GaN)连续变化到6.2eV(AlN)，对应波长为200nm～365nm的紫外线，处于近紫外到深紫外的波段范围。相应的，半导体电极20的材料可以为GaN(禁带宽度为3.4eV)、InGaN(通过调节In、Ga含量使其禁带宽度为0.7eV-3.4eV)、AlGaN(通过调节Al含量使其禁带宽度为3.4eV-6.2eV)、AlInGaN(通过调节Al、In含量使其禁带宽度为1.9eV-6.2eV)。
其中，第一半导体层11的厚度为20nm～5000nm，第一半导体层11的掺杂浓度在1×1016cm-3～1×1020cm-3。上述半导体电极20的厚度为1nm～500nm，半导体电极20的掺杂浓度在1×1018cm-3～1×1022cm-3。
在一实施例中，金属电极30的材料为Al、Cr、Ti的一种或多种组合，在金属电极30与半导体电极20形成良好的欧姆接触的同时，可以与半导体电极20形成全反射结构。
在一实施例中，外延层10进一步包括与第一半导体层11层叠设置的有源层12以及第二半导体层13。其中，在第一半导体层11为n型半导体层时，其主要作用是提供复合发光的电子，具体可以为掺杂Si、Ge及Sn中至少一种的氮化镓系化合物半导体。有源层12为电子-空穴复合区域，可以具有单异质结、双异质结、单量子肼和多量子肼的结构。相应的，第二半导体层13可以为P型半导体层，其主要作用是提供复合发光的空穴，具体可以为掺杂Mg、Zn、Be、Ca、Sr及Ba中至少一种的氮化镓系化合物半导体。
其中，外延层10在第一半导体层11朝向第二半导体层13一侧形成有台面结构70，以外露部分第一半导体层11，半导体电极20形成于外露的第一半导体层11上。
具体来说，可以通过掩膜和蚀刻工艺对第一半导体层11、有源层12以及第二半导体层13蚀刻，进而在第一半导体层11朝向第二半导体层13一侧形成台面结构70，部分第一半导体层11外露，半导体电极20形成于外露的第一半导体层11上。上述蚀刻工艺可以包括干式蚀刻、湿式蚀刻或其组合。
如图2所示，在一实施例中，发光二极管100进一步包括：设置于第一半导体层11上的掩膜层40，掩膜层40设置有至少一外露第一半导体层11的开口区域41，半导体电极20以选择性生长方式形成于开口区域41内。开口区域41的形状和面积大小可以根据产品需求设置，例如开口区域41的形状可以是三角形、四边形、五边形、六边形、圆形以及其他任意定义的形状。
其中，掩膜层40的材料为SiO2、Si3N4等绝缘材料。
进一步地，在一实施例中，半导体电极20呈连续设置或间断设置。
进一步地，如图3所示，在一实施例中，半导体电极20包括间隔设置的多个点状电极，以使得经反射镜80所反射的光线在半导体电极20的外围输出。
本申请还提出一种用于制造上述实施例的发光二极管100的制造方法，图4所示为根据本申请的发光二极管100在制造过程的不同阶段中的视图。为了便于说明和理解，发光二极管100显示为在制造过程中的个别器件。然而，应该明白，多个发光二极管100通常在晶圆级上制造，而个别的发光二极管100会在随后的工艺步骤中单个化。尽管如此，本文所述的制造方法也可用于制造单一的器件。还应明白，虽然在下文中以特定顺序来显示制造步骤，该发光二极管100可用不同顺序的步骤来制造，并且可包括额外或较少的步骤。
请参阅图5，本文所述的制造方法具体包括以下步骤：
S10：提供一衬底50。
衬底50可以采用例如蓝宝石、SiC、AlN或其他适当材料。
进一步地，衬底50的一侧主表面上可以生长缓冲层60。在本步骤中，可以通过常规的MOCVD工艺或可以借助于诸如物理气相沉积、溅射、氢气相沉积法或原子层沉积工艺，在衬底50的一侧主表面上生长缓冲层60。
S20：在衬底50上以外延生长方式依次生长第一半导体层11、有源层12以及第二半导体层13，得到外延层10。
在本步骤中，可以采用金属有机化合物化学气相沉淀(Metal-organic ChemicalVapor Deposition，MOCVD)或分子束外延(Molecular beam epitaxy，MBE)方法在衬底50上以外延生长方式依次生长第一半导体层11、有源层12以及第二半导体层13，得到外延层10。
S30：在外延层10背离衬底50的一侧进行图案化处理，以在第一半导体层11朝向第二半导体层13一侧形成有台面结构70，并外露部分第一半导体层11。
具体来说，可以通过掩膜和蚀刻工艺对第一半导体层11、有源层12以及第二半导体层13蚀刻，进而形成台面结构70。上述蚀刻工艺可以包括干式蚀刻、湿式蚀刻或其组合。
可选地，可以通过掩膜和蚀刻工艺对第一半导体层11、有源层12以及第二半导体层13蚀刻，进而形成多个间隔设置的台面结构70。
上述第一半导体层11的材料可以为AlGaN，AlGaN是直接带隙半导体，通过调节铝含量使AlGaN的禁带宽度从3.4eV(GaN)连续变化到6.2eV(AlN)，对应波长为200nm～365nm的紫外线，处于近紫外到深紫外的波段范围。
上述第一半导体层11的厚度为20nm～5000nm，第一半导体层11的掺杂浓度在1×1016cm-3～1×1020cm-3。
S40：在外露的第一半导体层11上形成掩膜层40，并进行图案化处理，以在掩膜层40上形成外露第一半导体层11的开口区域41。
具体来说，可以通过掩膜和蚀刻工艺对掩膜层40蚀刻，进而形成开口区域41。上述蚀刻工艺可以包括干式蚀刻、湿式蚀刻或其组合。
其中，掩膜层40的材料为SiO2、Si3N4等绝缘材料。开口区域41的形状和面积大小可以根据产品需求设置，例如开口区域41的形状可以是三角形、四边形、五边形、六边形、圆形以及其他任意定义的形状。
S50：在掩膜层40上沉积半导体材料，以在开口区域41内选择性生长出半导体电极20。
其中半导体电极20与第一半导体层11接触，且与第一半导体层11具有相同的掺杂类型，半导体电极20的禁带宽度低于第一半导体层11的禁带宽度。
半导体电极20的材料可以为GaN(禁带宽度为3.4eV)、InGaN(通过调节In、Ga含量使其禁带宽度为0.7eV-3.4eV)、AlGaN(通过调节Al含量使其禁带宽度为3.4eV-6.2eV)、AlInGaN(通过调节Al、In含量使其禁带宽度为1.9eV-6.2eV)。
上述半导体电极20的厚度为1nm～500nm，半导体电极20的掺杂浓度在1×1018～1×1022cm-3。
S60：在半导体电极20背离第一半导体层11的一侧形成金属电极30，以与半导体电极20形成欧姆接触。
采用磁控溅射方法在半导体电极20背离第一半导体层11的一侧形成金属电极30，在低温条件(其中，低温条件可以为常温条件或小于等于300℃)下，半导体电极20与金属电极30接触时更容易形成良好的欧姆接触，进而有效降低接触电阻。金属电极30的材料为Al、Cr、Ti的一种或多种组合，在金属电极30与半导体电极20形成良好的欧姆接触的同时，可以与半导体电极20形成全反射结构。
区别于现有技术，本申请在具有较大禁带宽度的第一半导体层11与金属电极30之间设置具有较小禁带宽度的半导体电极20，在低温条件下，半导体电极20与金属电极30接触时更容易形成良好的欧姆接触，避免高温退火工艺，能够解决现有技术中因高温退火工艺而引起的技术问题，降低制造成本，并提高发光二极管100的辐射功率。
以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种发光二极管，其特征在于，所述发光二极管包括：
外延层，包括第一半导体层；
半导体电极，所述半导体电极设置于所述第一半导体层上，并与所述第一半导体层接触，其中所述半导体电极与所述第一半导体层具有相同的掺杂类型；
金属电极，设置于所述半导体电极背离所述第一半导体层的一侧，并与所述半导体电极形成欧姆接触，其中所述半导体电极的禁带宽度低于所述第一半导体层的禁带宽度。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述外延层进一步包括与所述第一半导体层层叠设置的有源层以及第二半导体层，其中所述外延层在所述第一半导体层朝向所述第二半导体层一侧形成有台面结构，以外露部分所述第一半导体层，所述半导体电极形成于外露的所述第一半导体层上。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管进一步包括设置于所述第一半导体层上的掩膜层，所述掩膜层设置有至少一外露所述第一半导体层的开口区域，所述半导体电极以选择性生长方式形成于所述开口区域内。
4.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于，所述掩膜层的材料为SiO2。
5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述半导体电极中的铝含量小于所述第一半导体层内中的铝含量。
6.根据权利要求5所述的发光二极管，其特征在于，所述第一半导体层的材料为AlGaN，所述半导体电极的材料为GaN、InGaN、AlGaN或AlInGaN。
7.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述半导体电极呈连续设置或间断设置。
8.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述半导体电极包括间隔设置的多个点状电极。
9.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
提供一外延层，所述外延层包括第一半导体层；
在所述第一半导体层上形成半导体电极，其中所述半导体电极与所述第一半导体层接触，且与所述第一半导体层具有相同的掺杂类型，所述半导体电极的禁带宽度低于所述第一半导体层的禁带宽度；
在所述半导体电极背离所述第一半导体层的一侧形成金属电极，以与所述半导体电极形成欧姆接触。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述外延层进一步包括与所述第一半导体层层叠设置的有源层以及第二半导体层，其中所述外延层在所述第一半导体层朝向所述第二半导体层一侧形成有台面结构，以外露部分所述第一半导体层；
所述在所述第一半导体层上形成半导体电极的步骤包括：
在外露的所述第一半导体层上形成掩膜层，并进行图案化处理，以在所述掩膜层上形成外露所述第一半导体层的开口区域；
在所述掩膜层上沉积半导体材料，以在所述开口区域内选择性生长出所述半导体电极。
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