CN115513346B - 发光二极管和发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体制造领域，具体涉及发光二极管和发光装置。本发明公开发光二极管和发光装置，所述发光二极管包括半导体外延叠层，具有相对的第一表面和第二表面，自第一表面至第二表面方向包含依次堆叠的第一类型半导体层，有源层和第二类型半导体层；所述有源层包含交替堆叠的阱层和势垒层，还包含一面对所述第二类型半导体层的上表面以及相反于上表面的底表面，其特征在于：还包含一位于有源层的底表面以下的n型掺杂物，其包含一浓度轮廓，该浓度轮廓包含一浓度为5E17/cm3的点A，该点A至有源层的底表面的距离为d1，所述d1的范围为150~500nm。本发明可有效控制n型掺杂物扩散进入有源层，提升有源层的晶体质量，提升发光二极管的发光亮度和发光效率。

Description

发光二极管和发光装置
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体涉及发光二极管和发光装置。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)具有发光强度大、效率高、体积小、使用寿命长等优点，被认为是当前最具有潜力的光源之一。近年来，LED已在日常生活中得到广泛应用，例如照明、信号显示、背光源、车灯和大屏幕显示等领域，同时这些应用也对LED的亮度、发光效率提出了更高的要求。
发光二极管通过第一类型半导体层和第二类型半导体层的n型掺杂或p型掺杂以实现至少分别提供电子或空穴，电子和空穴在有源层内辐射复合发光。为了提高足够的电子和空穴，第一类型半导体层和第二类型半导体层需达到较高的掺杂浓度。由于n型和p型掺杂物的扩散效应和记忆效应，n型和p型掺杂物容易扩散进入有源层，影响有源层的晶体质量，从而影响发光二极管的发光亮度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以提升发光亮度和发光效率的发光二极管。本发明提出发光二极管和发光装置，所述发光二极管发光二极管，包括：半导体外延叠层，具有相对的第一表面和第二表面，自第一表面至第二表面方向包含依次堆叠的第一类型半导体层，有源层和第二类型半导体层；所述有源层包含交替堆叠的阱层和势垒层，还包含一面对所述第二类型半导体层的上表面以及相反于上表面的底表面，其特征在于：还包含一位于有源层的底表面以下的n型掺杂物，其包含一浓度轮廓，该浓度轮廓包含一浓度为5E17/cm3的点A，该点A至有源层的底表面的距离为d1，所述d1的范围为150~500nm。
在一些可选的实施例中，所述n型掺杂物为Si、Ge、Sn或者Te。
在一些可选的实施例中，所述n型掺杂物为Te，所述d1的范围为200~500nm。
在一些可选的实施例中，所述第一类型半导体层包含第一覆盖层，所述第一覆盖层至少包含第一子层和第二子层，所述第一子层的掺杂浓度大于8E17/cm3，所述第二子层的掺杂浓度自第一表面至第二表面方向降低。
在一些可选的实施例中，所述第一子层的厚度为所述第一覆盖层的厚度的1/3~2/3。
在一些可选的实施例中，所述n型掺杂物为Si，所述d1的范围为150~300nm。
在一些可选的实施例中，所述发光二极管还包含第一覆盖层，所述第一覆盖层的掺杂浓度高于5E17/cm3。
在一些可选的实施例中，所述第一覆盖层的材料为AlInP。
在一些可选的实施例中，所述第一覆盖层和有源层之间还包含第一间隔层，所述第一间隔层的材料为AlGaInP。
在一些可选的实施例中，所述第一间隔层的材料为单层或者多层结构。
在一些可选的实施例中，所述第一间隔层为多层结构，所述第一间隔层的Al组分含量自第一表面至第二表面方向先减小后保持不变。
在一些可选的实施例中，所述发光二极管还包含一位于有源层的上表面以上的p型掺杂物，其包括其包含第二浓度轮廓，该第二浓度轮廓具有一浓度1E17/cm3的B点，该B点至有源层的上表面的距离为d2，所述d2的范围为40~400nm。
在一些可选的实施例中，所述第二类型半导体层包括第二覆盖层和第二间隔层，所述第二间隔层位于有源层和第二覆盖层之间。
在一些可选的实施例中，所述第二间隔层的材料为AlGaInP，其掺杂浓度低于1E17/cm3。
在一些可选的实施例中，所述第二间隔层的厚度小于400nm。
在一些可选的实施例中，所述p型掺杂物为Mg、Zn、Ca、Sr或者Ba。
在一些可选的实施例中，所述有源层的周期数为2~100。
在一些可选的实施例中，所述有源层的阱层的厚度为2-25nm，势垒层的厚度为2-25nm。
在一些可选的实施例中，所述发光二极管还包含第一电极和第二电极，分别与所述第一类型半导体层和第二类型半导体层形成电连接。
在一些可选的实施例中，所述有源层辐射波长为550~950nm的光。
本发明还提出一种发光装置，包含前述中任一项所述的发光二极管。
本发明提出一种发光二极管，至少具有以下的有益效果：
（1）通过调整n型掺杂物5E17/cm3浓度下至有源层的底表面的距离，可控制n型掺杂物扩散进入有源层，提升有源层的晶体质量，从而提升发光二极管的光电性能。
（2）通过调整p型掺杂物1E17/cm3浓度下至有源层的上表面的距离，可控制p型掺杂物扩散进入有源层，提升有源层的晶体质量，从而提升发光二极管的光电性能。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
虽然在下文中将结合一些示例性实施及使用方法来描述本发明，但本领域技术人员应当理解，并不旨在将本发明限制于这些实施例。反之，旨在覆盖包含在所附的权利要求书所定义的本发明的精神与范围内的所有替代品、修正及等效物。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1为本发明实施例1中所提到的外延结构的示意图。
图2为发明实施例1中提到的另一外延结构的示意图。
图3为本发明实施例1的半导体元件的部分范围的元素的浓度或离子强度与深度的曲线图。
图4为本发明实施例1中的半导体元件的另一部分范围的元素的浓度或离子强度与深度的曲线图。
图5为本发明实施例2的半导体元件的部分范围的元素的浓度或离子强度与深度的曲线图。
图6为本发明实施例3中所提到的发光二极管的结构示意图。
图7为本发明实施例4中所提到的发光二极管制备过程中形成第二电极，键合到临时基板上的结构示意图。
图8为本发明实施例4中所提到的发光二极管制备过程中去除生长衬底，键合到基板上的结构示意图。
图9为本发明实施例4中所提到的发光二极管制备过程中去除临时基板，表面粗化的结构示意图。
图10为本发明实施例5中所提到的发光二极管的结构示意图。
图11为本发明实施例6中所提到的发光二极管制备过程中半导体外延叠层转移到基板上，去除生长衬底的结构示意图。
图12为本发明实施例6中所提到的发光二极管制备过程中形成第一电极和第二电极的结构示意图。
图13为本发明实施例7中所提到的发光二极管的结构示意图。
图14为本发明实施例8中所提到的发光装置的结构示意图。
生长衬底：100；缓冲层：101；蚀刻截止层：102；第一欧姆接触层：103；第一电流扩展层：104；第一覆盖层：105；第一覆盖层的第一子层：105a；第一覆盖层的第二子层：105b；第一间隔层：106；第一间隔层的第一子层：106a；第一间隔层的第二子层：106b；有源层：107；第二间隔层：108；第二间隔层的第一子层：108a；第二间隔层的第二子层：108b；第二覆盖层：109；第二覆盖层的第一子层：109a；第二覆盖层的第二子层：109b；第二电流扩展层：110；第二欧姆接触层：111；基板：200；键合层：201；镜面层：202；欧姆接触金属层：202a；介电材料层：202b；第一电极：203；第二电极：204；键合胶：205；临时基板：206；有源层的底表面：M1；有源层的上表面：M2；n型掺杂浓度为5E17/cm3的点：A；p型掺杂浓度为1E17/cm3的点：B；A点至有源层的底表面的距离：d1；B点至有源层的上表面的距离：d2；发光二极管：1；发光装置：300。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明发光二极管包含的每一层的组成以及掺杂物可用任何适合的方式分析，例如二次离子质谱仪(secondary ion mass spectrometer，SIMS)。每一层的厚度可用任何适合的方式分析，例如穿透式电子显微镜(TEM)或是扫描式电子显微镜(SEM)，用于配合例如于SIMS图谱上的各层深度位置。
实施例1
本实施例提供一种发光二极管，通过调整具有高掺杂浓度（例如浓度为5E17/cm3以上）的半导体层与有源层的距离，可控制掺杂物扩散进入有源层，提升有源层的晶体质量，从而提升发光二极管的光电性能。
图1和图2为一较佳实施例的发光二极管外延结构的示意图，所述发光二极管外延结构包括：生长衬底100；半导体外延叠层，包含依次层叠于所述生长衬底100之上的第一电流扩展层104、第一覆盖层105、第一间隔层106、有源层107、第二间隔层108、第二覆盖层109、第二电流扩展层110和第二欧姆接触层111。
具体地，参照图1，生长衬底100的材料包括但不限于GaAs，也可采用其他材料，例如GaP、InP等。在本实施例中以GaAs生长衬底100为例。可选地，在生长衬底100与第一电流扩展层104之间还依次设置有缓冲层101、蚀刻截止层102和第一欧姆接触层103；其中，由于缓冲层101的晶格质量相对生长衬底100晶格质量好，因而，在生长衬底100上生长缓冲层101有利于消除生长衬底100晶格缺陷对半导体外延叠层的影响；蚀刻截止层102用于后期步骤化学蚀刻的截止层，在一些可选的实施例中，蚀刻截止层102为n型蚀刻截止层，材料为n-GaInP。为了便于生长衬底100的后续移除，其厚度控制在500nm以内，更优选的为200nm以内。在一些可选的实施例中，欧姆接触层103为GaAs材料，厚度范围为10~100nm，掺杂浓度为1~10E+18/cm3，优选为2E18/cm3，以实现更好的欧姆接触结果。
半导体外延叠层可以通过物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)、外延生长(Epitaxy Growth Technology)和原子束沉积 (Atomic Layer Deposition，ALD)等方式形成在生长衬底100上。半导体外延叠层为能够提供常规的如紫外、蓝、绿、黄、红、红外光等辐射的半导体材料，具体的可以是200~950nm的材料，如常见的氮化物，具体的如氮化镓基半导体外延叠层，氮化镓基外延叠层常见有掺杂铝、铟等元素，主要提供200~550nm波段的辐射；或者常见的铝镓铟磷基或铝镓砷基半导体外延叠层，主要提供550~950nm波段的辐射。
半导体外延叠层自远离生长衬底100的方向包括第一类型半导体层、有源层、第二类型半导体层。所述第一类型半导体层和第二类型半导体层可分别通过n型掺杂或p型掺杂以实现至少分别提供电子或空穴。n型半导体层可以掺杂有诸如Si、Ge，Te或者Sn的n型掺杂物，p型半导体层可以掺杂有诸如Mg、Zn、Ca、Sr或者Ba的p型掺杂物。当第一类型半导体层为n型半导体时，第二类型半导体层为p型半导体层；当第一类型半导体层为p型半导体层时，第二类型半导体层为n型半导体层。第一类型半导体层、有源层、第二导电型半导体层具体可以是铝镓铟氮、氮化镓、铝镓氮、铝铟磷、铝镓铟磷或砷化镓或铝镓砷等材料制作形成。在本实施例中，优选所述第一类型半导体层为n型半导体层，第二类型半导体层为p型半导体层；
所述第一类型半导体层包括为有源层107提供电子或空穴的第一覆盖层105,第二类型半导体层包括为有源层107提供电子或空穴的第二覆盖层109。为了提升电流扩展的均匀性，所述第一类型半导体层和第二类型半导层还包含第一电流扩展层104和第二电流扩展层110。
所述第一电流扩展层104起到电流扩展的作用，其扩展能力与厚度有关，本实施例中优选材料为Aly1Ga1-y1InP，厚度为2500~4000nm，所述n型掺杂浓度为4E17~4E18/cm3。n型掺杂常见的是Si掺杂或者Te掺杂，也不排除其他的元素等效替代的掺杂。本实施例中，所述n型掺杂通过掺杂Te实现。
为了防止第一覆盖层105的掺杂物扩散进入有源层107，影响有源层107的晶体质量，从而影响发光二极管的发光亮度和发光效率。为了提供足够的电子，第一覆盖层需要达到一定数值以上的掺杂浓度，本实施例中优选所述第一覆盖层的掺杂浓度至少要大于5E17/cm3。为了控制n型掺杂物扩散进入有源层，本实施例通过调整n型掺杂浓度为5E17/cm3的A点至有源层的底表面的距离d1，所述d1的范围为150~500nm，所述d1的距离加大可有效控制n型掺杂物扩散进入有源层107，提升有源层107的晶体质量，从而提升发光二极管的光电性能。
图3为本发明的第一实施例的半导体元件的部分范围的元素的浓度或离子强度与深度的曲线图，此曲线图是使用二次离子质谱仪获得。n型掺杂物的掺杂浓度以及Ga和Al的相对离子强度可被得知。在本实施例中，n型掺杂物为Te，所述有源层107包含一面对所述第二类型半导体层的上表面M2以及相反于上表面的底表面M1。Al组分具有一相对离子浓度轮廓，所述有源层107的底表面对应于所述有源层107中第一表面至第二表面方向的第一个最低Al组分的波谷的位置。所述半导体外延叠层包含一位于有源层107的底表面以下的n型掺杂物Te，其包含一浓度轮廓，该浓度轮廓包含一浓度为5E17/cm3的点A，该点A至有源层的底表面的距离为d1，由于Te元素存在较强的记忆效应，本实施例中优选所述n型掺杂物为Te时，所述d1的范围优选为200nm以上，500nm以下，更优选的为220nm以上或者250nm以上，400nm以下，可有效控制掺杂物Te扩散进入有源层107，提升有源层107的晶体质量，从而提升发光二极管的发光亮度和发光效率。
本实施例中，所述第一覆盖层105至少包含第一子层105a和第二子层105b，本实施例中以第一覆盖层105包含第一子层和105a和第二子层105b为例。所述第一子层105a的掺杂浓度大于8E17/cm3，所述第二子层105b的掺杂浓度自第一表面S1至第二表面S2方向降低。如图2所示。第一覆盖层105由组合式Alx1Ga1-x1InP材料组成，其中所述0.4≤x1＜1，在一些可选的实施例中，优选所述第一覆盖层105的材料为AlInP。由于AlInP材料的本征波长为490nm，可有效减少第一覆盖层105的吸光效应，从而提升发光二极管的发光亮度。
为了进一步防止n型掺杂物扩散进入有源层107，可在第一覆盖层105和有源层107之间插入第一间隔层106，所述第一间隔层106采用非故意掺杂，优选其掺杂浓度低于1E17/cm3。所述第一间隔层106可为单层或者多层结构。在一些可选的实施例中，所述第一间隔层106为多层结构，所述第一间隔层由组合式为Ala1Ga1-a1InP的材料组成，Al组分含量a1的范围可以为0.3 ~ 1；所述第一间隔层106至少包括第一子层106a和第二子层106b，所述第一子层106a中Al组分的含量自第一覆盖层105至有源层107的方向为逐渐减少的，所述第二子层106b的含量可为固定不变的。所述第一子层106a的Al组分含量自第一覆盖层105至有源层107的方向为线性减少或者阶梯式减少。第一间隔层106的第一子层106a采用Al含量变化的方式，可减小第一覆盖层105和第一间隔层106的晶格差异，从而提升有源层107的晶体质量，提升发光二极管的发光亮度。
有源层107为电子和空穴复合提供光辐射区域，根据发光波长的不同可选择不同的材料，有源层107可以是单量子阱或多量子阱的周期性结构。本实施例中有源层107为n个周期的量子阱结构，每个量子阱结构包含依次沉积的阱层和势垒层，其中势垒层具有比阱层更大的带隙。通过调整有源层107中半导体材料的组成比，以期望辐射出目标波长的光。有源层107为提供电致发光辐射的材料层，如铝镓铟磷或铝镓砷，更优选的为铝镓铟磷，铝镓铟磷为单量子阱或者多量子阱。在本实施例中，优选半导体外延叠层为AlGaInP基或者GaAs基材料组成，所述有源层辐射波长为550~950nm的光线。
本实施例中所述量子阱结构的周期数n为2~100。所述阱层由Alx3Ga1-x3InP材料组成；所述势垒层由AlyGa1-yInP材料组成，其中0≤x3＜y≤1。所述阱层的厚度为5~25nm；所述势垒层的厚度为5~25nm；所述垒层的Al组分含量y的范围为0.3~0.85。
有源层的上表面以上存在p型掺杂物，所述p型掺杂物为Mg、Zn、Ca、Sr或者Ba，本实施例中优选所述p型掺杂物为Mg，所述p型掺杂物存在一掺杂浓度轮廓。为了提供足够的空穴，第二覆盖层需要达到一定数值以上的掺杂浓度，本实施例中优选所述第二覆盖层的掺杂浓度至少要大于1E17/cm3。为了防止p型掺杂物扩散进入有源层107，本实施例调整p型掺杂浓度为1E17/cm3的B点至有源层的上表面的距离d2，所述d2的范围优选为40~400nm，更优选为60nm以上或者80nm以上，400nm以下，可有效控制p型掺杂物扩散进入有源层107，提升有源层107的晶体质量，提升发光二极管的发光亮度。
图4为本发明的第一实施例的半导体元件的部分范围的元素的浓度或离子强度与深度的曲线图，此曲线图是使用二次离子质谱仪获得。p型掺杂物的浓度以及Ga和Al的相对离子强度可被得知。在本实施例中，p型掺杂物为Mg，所述有源层107包含一面对所述第二类型半导体层的上表面M2，所述有源层107的上表面M2对应于所述MQW中最后一个最低Al组分的波谷的位置，所述半导体外延叠层包含一位于有源层107的上表面以上的p型掺杂物，其包含一浓度轮廓，该浓度轮廓包含一浓度为1E17/cm3的点B，该点B至有源层的上表面的距离为d2，由于Mg元素存在较强的记忆效应，本实施例中优选所述p型掺杂物为Mg时，所述d2的范围优选为40~400nm，更优选为60nm以上或者80nm以上，可有效控制p型掺杂物扩散进入有源层107，提升有源层107的晶体质量，提升发光二极管的发光亮度。
为了控制p型掺杂物扩散进入有源层107，本实施例中在有源层107和第二覆盖层109之间插入第二间隔层108，所述第二间隔层108的材料优选为Alb2Ga1-b2InP，所述第二间隔层108的厚度优选为40nm以上，400nm以下，所述第二间隔层107的 Al组分含量b1的范围为0.3~1；所述掺杂浓度低于1E17/cm3。所述第二间隔层108位于有源层和第二覆盖层，采用非故意掺杂方式，可有效控制第二覆盖层中的P型掺杂物扩散进入有源层，从而提升有源层的晶体质量，提升发光二极管的发光亮度。
所述第二间隔层108可为单层结构或者多层结构。在一些可选的实施例中，第二间隔层108为单层结构，其由组合式为Alb2Ga1-b2InP的材料组成，所述第二间隔层108的Al含量固定不变。在一些可选的实施例中，所述第二间隔层可为多层结构，所述第二间隔层108自有源层至第二覆盖层的方向至少包含第一子层108a和第二子层108b，本实施例中以第二间隔层108包含两个子层为例，第一子层108a中Al含量保持不变，第二子层108b中的Al含量自有源层至第二覆盖层的方向是逐渐递增的，优选第二子层108b的Al含量自第一子层的Al含量渐变至第二覆盖层109的Al含量。所述第二子层108b中的Al含量自有源层107至第二覆盖层109的方向可为线性递增或者阶梯性递增。本实施例中第二间隔层108采用Al含量渐变的方式生长，可减少第二间隔层108和第二覆盖层109的晶格差异，从而提升第二覆盖层109的晶体质量，提升发光二极管的发光亮度。
第二类型半导体层包含第二覆盖层109、第二电流扩展层110和第二欧姆接触层111；其中所述第二覆盖层109的作用为有源层107提供空穴，本实施例中优选所述第二覆盖层109由组合式AlzGa1-zInP材料组成。所述第二覆盖层109可为单层或多层结构组成。在一些可选的实施例中，所述第二覆盖层109为单层结构，所述第二覆盖层109的Al组分含量为固定不变的，所述第二覆盖层109优选为AlInP。所述第二覆盖层109采用AlInP，可减少第二覆盖层109的吸光，提升发光二极管的发光亮度。在一些可选的实施例中，所述第二覆盖层109为多层结构，所述第二覆盖层109至少包括所述第一表面至第二表面的第一子层109a和第二子层109b，本实施例为第二覆盖层109包含两个子层109a和109b为例，第一子层109a的Al组分含量自第一表面至第二表面方向逐渐递增的，所述第二子层109b的Al组分含量保持不变，第二子层109b的材料组成优选为AlInP，可减小第二覆盖层109的吸光，提升发光二极管的发光亮度。
第二电流扩展层110起到电流扩展的作用，其扩展能力与厚度有关，因此在本实施例中可根据具体的器件尺寸选择其厚度，较佳厚度控制在300nm以上，12000nm以下。本实施例中，优选所述第二电流扩展层110的厚度为500~10000nm。本实施例中优选材料为GaP， p型掺杂浓度为6E17~2E18/cm3，p型掺杂常见的是镁掺杂，也不排除其他的元素等效替代的掺杂。
第二欧姆接触层111为与第二电极204形成欧姆接触，优选材料为GaP，掺杂浓度为1E19/cm3，更优选为5E19/cm3以上，以实现更好的欧姆接触。所示第二欧姆接触层109的厚度优选为40nm以上，150nm以下。本实施例中，优选所述第二欧姆接触层110的厚度为60nm。
本实施例通过调整n型掺杂物5E17/cm3浓度下至有源层的底表面的距离，可控制n型掺杂物扩散进入有源层，提升有源层的晶体质量，从而提升发光二极管的光电性能；通过进一步调整p型掺杂物1E17/cm3浓度下至有源层的上表面的距离，可控制p型掺杂物扩散进入有源层，提升有源层的晶体质量，从而提升发光二极管的光电性能。
实施例2
本实施例与实施例1中发光二极管中的外延结构的区别在于本实施例中所述n型掺杂物采用Si掺杂。图5为本实施例中半导体元件的部分范围的元素的浓度或离子强度与深度的曲线图。此曲线图是使用二次离子质谱仪获得。n型掺杂物的掺杂浓度以及Ga和Al的相对离子强度可被得知。在本实施例中，n型掺杂物为Si，Al组分具有一相对离子浓度轮廓，所述有源层107的底表面对应于所述有源层107中第一表面至第二表面方向的第一个最低Al组分的波谷的位置。所述半导体外延叠层包含一位于有源层107的底表面以下的n型掺杂物Si，其包含一浓度轮廓，该浓度轮廓包含一浓度为5E17/cm3的点A，该点A至有源层的底表面的距离为d1，本实施例中优选所述n型掺杂物为Si时，所述d1的范围优选为150nm以上，300nm以下，更优选的为160nm以上或者180nm以上，300nm以下，可有效控制掺杂物Si扩散进入有源层107，提升有源层107的晶体质量，从而提升发光二极管的发光亮度和发光效率。
本实施例中，所述第一覆盖层105可为单层结构，所述第一覆盖层105的掺杂浓度为5e17/cm3以上，更优选为1E18/cm3以上，以提供足够的电子。所述第一覆盖层105由组合式Alx1Ga1-x1InP材料组成，其中所述0.4≤x1＜1，在一些可选的实施例中，优选所述第一覆盖层105的材料为AlInP。由于AlInP材料的本征波长为，可减少第一覆盖层的吸光效应，从而提升发光二极管的发光亮度。
为了防止p型掺杂物扩散进入有源层107，本实施例调整p型掺杂浓度为1E17/cm3的B点至有源层的上表面的距离d2，所述d2的范围优选为40~400nm，更优选为60nm以上或者80nm以上，400nm以下，可有效控制p型掺杂物扩散进入有源层107，提升有源层107的晶体质量，提升发光二极管的发光亮度。
本实施例通过调整具有高掺杂浓度（例如浓度为5E17/cm3以上）的半导体层与有源层的距离，可控制掺杂物扩散进入有源层，提升有源层的晶体质量，从而提升发光二极管的光电性能。
实施例3
图6显示了一种发光二极管的示意图，所述发光二极管采用图1或者图2所示的外延结构，本实施例中以图1外延结构为示例，并不以此为限。所述发光二极管包含一基板200，所述半导体外延叠层通过键合层201键合至基板200上，所述半导体外延叠层包括在所述基板200上依次层叠的第一欧姆接触层103，第一电流扩展层104，第一覆盖层105，第一间隔层106，有源层107，第二间隔层108，第二覆盖109，第二电流扩展层110和第二欧姆接触层111。
所述基板200为导电性基板，导电性基板可以为硅、碳化硅或者金属基板，所述金属基板优选为铜、钨或者钼基板。为了能够以充分的机械强度支撑半导体外延叠层，基板200的厚度优选为50μm以上。另外，为了便于在向半导体外延叠层键合后对基板200的机械加工，优选基板200的厚度不超过300μm。本实施例中，优选基板200为铜基板。
第二欧姆接触层111上设置有第二电极204，第二电极204与第二欧姆接触层111之间形成欧姆接触，以实现电流流通。第二欧姆接触层111仅保留第二电极204垂直下方的部分。第二电流扩展层110在水平方向上包括两个部分，即包括位于第二电极204下方的部分P1，未位于第二电极204下方的部分P2被暴露定义为出光面。第二电流扩展层110的出光面可以环绕第二电极204形成。出光面进一步通过蚀刻工艺形成图形面或粗化面，其中图形面可以是蚀刻获得图形。粗化面可具有规则的表面结构或者任意的不规则的表面微纳米结构，粗化表面或图形表面实质上为发光层的光能够更加容易的逃逸出去，提高出光效率。优选地，出光面为粗化面，粗化形成的表面结构的高度差(或者高低差)低于1微米，优选地为10~300nm。
第二电流扩展层110包括仅位于第二电极204下方的部分P1的第二表面，由于被第二电极204保护而不会被粗化。第二电流扩展层110的粗化面的水平高度由于粗化工艺实质上相对于位于第二电极204下方的第二表面（界面）的水平高度更低。
具体的，如图6所示，于本实施例中，第二电流扩展层110包括位于第二电极204下方的部分P1以及不位于第二电极204下方的部分P2，第二电流扩展层110在电极覆盖的部分P1具有第一厚度t1，未被第二电极覆盖的第二电流扩展层108具有第二厚度t2。优选地，第一厚度t1为1.5~2.5微米，第二厚度t2为0.5~1.5μm。P1部分的厚度t1大于P2部分的厚度t2。较佳的，第一厚度t1大于第二厚度t2至少0.3μm。
半导体外延叠层与基板200之间可设置镜面层202，镜面层202包括欧姆接触金属层202a和介电材料层202b，两者配合一方面与第一欧姆接触层103形成欧姆接触，另一方面用于将有源层106发出的光束反射至第二电流扩展层110的出光面或者半导体外延叠层的侧壁进行出光。
所述发光二极管还包含第一电极203。在一些实施例中，所述第一电极203位于所述基板200的背面。或者设置的第一电极203位于在基板200上，与半导体外延叠层同侧。
所述第一电极203和第二电极204包括透明导电材料和或金属材料。透明导电材料包括透明导电层，如ITO或IZO，金属材料包括GeAuNi、AuGe、AuZn、Au、Al、Pt、Ti中至少一种。
为了提高发光二极管的可靠性，在所述发光二极管的表面和侧壁上具有绝缘保护层（图中未示出），所述绝缘保护层为单层或者多层结构，由SiO2，SiNx，Al2O3，Ti3O5的至少一种材料形成。
本实施例通过调整n型掺杂物5E17/cm3浓度下至有源层的底表面的距离，可控制n型掺杂物扩散进入有源层，提升有源层的晶体质量，从而提升发光二极管的光电性能；同时通过进一步调整p型掺杂物1E17/cm3浓度下至有源层的上表面的距离，可控制p型掺杂物扩散进入有源层，提升有源层的晶体质量，从而提升发光二极管的光电性能。
实施例4
图7~图9显示了根据本实施例3中的发光二极管的制造过程示意图，下面结合示意图对本实施例的发光二极管的制造方法进行详细的描述。
首先，参见图1，提供一个外延结构，其具体包括以下步骤：提供一个生长衬底100，通过磊晶工艺如MOCVD外延生长半导体外延叠层，半导体外延叠层包括依次层叠在生长衬底100表面的缓冲层101以及蚀刻截止层102，用于移除外延生长衬底100，然后生长包括第一欧姆接触层103，第一电流扩展层104、第一覆盖层105，第一间隔层106，有源层107，第二间隔层108，第二覆盖层109、第二电流扩展层110和第二欧姆接触层111。
然后，参见图7，在第二欧姆接触层111上形成第二电极204，通过键合胶205将半导体外延叠层键合至临时基板206上，所述键合胶205优选为BCB胶，所述临时基板206优选为玻璃基板。
然后，利用湿法蚀刻方法去除生长衬底100，缓冲层101和蚀刻截止层102，露出第一欧姆接触层103，在第一欧姆接触层103上制作镜面层202，其包括欧姆接触金属层202a和介电材料层202b，两者配合一方面与第一欧姆接触层103形成欧姆接触，另一方面用于反射有源层射向下方的光线；提供基板200，在基板200上设置金属键合层201，将基板201与镜面层202进行键合，得到如图8所示的结构。
接着，通过湿法蚀刻方式去除临时基板206，形成掩膜覆盖在第二电极204上，第二电极204周围的第二欧姆接触层111被暴露；进行蚀刻工艺，蚀刻去除第二电极204周围的第二欧姆接触层111，使非位于第二电极204下方的第二欧姆接触层111被完全移除，同时暴露第二电流扩展层110，接着蚀刻第二电流扩展层110，以形成图形化或粗化面，形成如图9所示的结构。第二欧姆接触层111的去除工艺以及第二电流扩展层110进行粗化处理可以是同一步骤或者多个步骤的湿法蚀刻工艺，湿法蚀刻的溶液可以是酸性溶液，如盐酸、硫酸或者氢氟酸或者柠檬酸，或者其它任何较佳的化学试剂。
最后，在所述基板200的背面形成第一电极203，根据尺寸需要通过蚀刻、劈裂等工艺获得单元化的发光二极管，如图6所示。
实施例5
图10显示了另一实施例中发光二极管的示意图，所述发光二极管采用图1或者图2所示的外延结构，本实施例中以图1外延结构为示例，并不以此为限。所述发光二极管包含一基板200，所述半导体外延叠层通过键合层201键合至基板200上，所述半导体外延叠层包括在所述基板200上依次层叠的第二欧姆接触层111，第二电流扩展层110，第二覆盖层109，第二间隔层108，有源层107，第一间隔层106，第一覆盖105，第一电流扩展层104和第一欧姆接触层103。
所述基板200为导电性基板，导电性基板可以为硅、碳化硅或者金属基板，所述金属基板优选为铜、钨或者钼基板。为了能够以充分的机械强度支撑半导体外延叠层，基板200的厚度优选为50μm以上。另外，为了便于在向半导体外延叠层键合后对基板200的机械加工，优选基板200的厚度不超过300μm。本实施例中，优选基板200为硅基板。
第一欧姆接触层103上设置有第一电极203，第一电极203与第一欧姆接触层103之间形成欧姆接触，以实现电流流通。第一欧姆接触层103仅保留第一电极203垂直下方的部分。第一电流扩展层104在水平方向上包括两个部分，即包括位于第一电极203下方的部分P3，未位于第一电极203下方的部分P4被暴露定义为出光面。第一电流扩展层104的出光面可以环绕第一电极203形成。出光面进一步通过蚀刻工艺形成图形面或粗化面，其中图形面可以是蚀刻获得图形。粗化面可具有规则的表面结构或者任意的不规则的表面微纳米结构，粗化表面或图形表面实质上为发光层的光能够更加容易的逃逸出去，提高出光效率。优选地，出光面为粗化面，粗化形成的表面结构的高度差(或者高低差)低于1微米，优选地为10~300nm。
第一电流扩展层104包括仅位于第一电极203下方的部分P1的第二表面，由于被第一电极203保护而不会被粗化。第一电流扩展层104的粗化面的水平高度由于粗化工艺实质上相对于位于第一电极203下方的第二表面（界面）的水平高度更低。
具体的，如图9所示，于本实施例中，第一电流扩展层104包括位于第一电极203下方的部分P3以及不位于第一电极203下方的部分P4，第一电流扩展层104在电极覆盖的部分P3具有第一厚度t3，未被第一电极覆盖的第一电流扩展层104具有第二厚度t4。优选地，第一厚度t3为1.5~2.5微米，第二厚度t4为0.5~1.5μm。P3部分的厚度t3大于P4部分的厚度t4。较佳的，第二厚度t4大于第一厚度t3至少0.3μm。
半导体外延叠层与基板200之间可设置镜面层202，镜面层202包括P型欧姆接触金属层202a和介电材料层202b，两者配合一方面与第二欧姆接触层110形成欧姆接触，另一方面用于将有源层106发出的光束反射至第一电流扩展层104的出光面或者半导体外延叠层的侧壁进行出光。
所述发光二极管还包含第二电极204。在一些实施例中，所述第二电极204位于所述基板200的背面。或者设置的第二电极204位于在基板200上，与半导体外延叠层同侧。
所述第一电极203和第二电极204包括透明导电材料和或金属材料。透明导电材料包括透明导电层，如ITO或IZO，金属材料包括GeAuNi、AuGe、AuZn、Au、Al、Pt、Ti中至少一种。
实施例6
图11~图12显示了根据本实施例5中的发光二极管的制造过程示意图，下面结合示意图对本实施例的发光二极管的制造方法进行详细的描述。
首先，参见图1，提供一个外延结构，其具体包括以下步骤：提供一个生长衬底100，通过磊晶工艺如MOCVD外延生长半导体外延叠层，半导体外延叠层包括依次层叠在生长衬底100表面的缓冲层101以及蚀刻截止层102，用于移除外延生长衬底100，然后生长包括第一欧姆接触层103，第一电流扩展层104、第一覆盖层105，第一间隔层106，有源107，第二间隔层108，第二覆盖层109、第二电流扩展层110和第二欧姆接触层111。
接着，将半导体外延叠层转移至基板200上，去除生长衬底100，获得如图11所示的结构，具体的包含如下步骤：在第二欧姆接触层111制作镜面层202，其包括欧姆接触金属层202a和介电材料层202b，两者配合一方面与第二欧姆接触层111形成欧姆接触，另一方面用于反射有源层射向下方的光线；提供基板200，在基板200上设置金属键合层201，将基板201与镜面层202进行键合，并去除生长衬底100，生长衬底100为砷化镓的情况下，可采用湿法蚀刻工艺移除，直至露出第一欧姆接触层103。
接着，如图12所示，第一欧姆接触层103上形成第一电极203，第一电极203与第一欧姆接触层103形成良好的欧姆接触，在基板200的背面侧形成第二电极204，借此在第一电极203和第二电极204以及半导体外延叠层之间可以通过传导电流。基板200具有一定的厚度，能够支撑其上的所有层。
然后，形成掩膜覆盖在第一电极203上，第一电极203周围的第一欧姆接触层103被暴露；进行蚀刻工艺，蚀刻去除第一电极203周围的第一欧姆接触层103，使非位于第一电极203下方的第一欧姆接触层103被完全移除，同时暴露第一电流扩展层104，接着蚀刻第一电流扩展层104，以形成图形化或粗化面，形成如图9所示的结构。欧姆接触层的去除工艺以及第一电流扩展层104进行粗化处理可以是同一步骤或者多个步骤的湿法蚀刻工艺，湿法蚀刻的溶液可以是酸性溶液，如盐酸、硫酸或者氢氟酸或者柠檬酸，或者其它任何较佳的化学试剂。
最后，根据尺寸需要通过蚀刻、劈裂等工艺获得单元化的不可见光发光二极管。
实施例7
所述发光二极管为一种倒装型发光二极管。如图13所示，所述发光二极管包含一基板200，所述基板200为透明基板，本实施例中优选为蓝宝石基板。所述半导体外延叠层通过键合层201键合至基板200上，所述键合层201为透明键合层，所述半导体外延叠层包含第一台面S1和第二台面S2，所述台面S2由凹陷的第二类型半导体层形成；所述第一电极203和第二电极204包括欧姆接触部分203a和204a以及焊盘电极203b和204b，所述欧姆接触部分203a和204a形成在第一台面S1和第二台面S2上，分别与第一类型半导体层和第二类型半导体层形成欧姆接触。所述第二电流扩展层110表面形成粗化结构，便于键合层201键合在半导体外延叠层的表面上，从而实现半导体外延叠层键合在透明基板上。
实施例8
本实施例提供一种发光装置300，请参考图14，发光装置300包括如前述任意实施例的多个阵列排布的发光二极管，在图14中用放大显示的示意方式显示了一部分发光二极管1。
本实施例中，所述发光装置300可为植物照明装置，投影仪，舞台灯和显示屏等。
由于具有前述各实施例的发光二极管，发光装置300具有前述各实施例发光二极管带来的优点。
需要说明的是，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非用于限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种修饰和变动，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应视权利要求书范围限定。

Claims (16)

1.发光二极管，包括：
半导体外延叠层，具有相对的第一表面和第二表面，自第一表面至第二表面方向包含依次堆叠的第一类型半导体层，有源层和第二类型半导体层；
所述有源层包含交替堆叠的阱层和势垒层，还包含一面对所述第二类型半导体层的上表面以及相反于上表面的底表面，
其特征在于：还包含一位于有源层的底表面以下的n型掺杂物，其包含第一浓度轮廓，该浓度轮廓包含一浓度为5E17/cm3的点A，该点A至有源层的底表面的距离为d1，所述d1的范围为150~500nm；所述第一类型半导体层包含第一覆盖层，所述第一覆盖层包含第一子层和第二子层，所述第一子层的掺杂浓度大于8E17/cm3，所述第二子层的掺杂浓度自第一表面至第二表面方向降低；所述第一子层的厚度为所述第一覆盖层的厚度的1/3~2/3；所述发光二极管还包含一位于有源层的上表面以上的p型掺杂物，其包含第二浓度轮廓，该第二浓度轮廓具有一浓度1E17/cm3的B点，该B点至有源层的上表面的距离为d2，所述d2的范围为40~400nm。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述n型掺杂物为Si、Ge、Sn或者Te。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述n型掺杂物为Te，所述d1的范围为200~500nm。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述n型掺杂物为Si，所述d1的范围为150~300nm。
5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第一覆盖层的材料为AlGaInP。
6.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第一覆盖层和有源层之间还包含第一间隔层，所述第一间隔层的材料为AlGaInP。
7.根据权利要求6所述的发光二极管，其特征在于：所述第一间隔层的材料为单层或者多层结构。
8.根据权利要求7所述的发光二极管，其特征在于：所述第一间隔层为多层结构，所述第一间隔层的Al组分含量自第一表面至第二表面方向先减小后保持不变。
9.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第二类型半导体层包括第二覆盖层和第二间隔层，所述第二间隔层位于有源层和第二覆盖层之间。
10.根据权利要求9所述的发光二极管，其特征在于：所述第二间隔层的材料为AlGaInP，其掺杂浓度低于1E17/cm3。
11.根据权利要求9所述的发光二极管，其特征在于：所述第二间隔层的厚度小于400nm。
12.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述p型掺杂物为Mg、Zn、Ca、Sr或者Ba。
13.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述有源层的周期数为2~100。
14.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述有源层的阱层的厚度为2~25nm，势垒层的厚度为2~25nm。
15.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述有源层辐射波长为550~950nm的光。
16.一种发光装置，其特征在于：包含权利要求1~15中任一项所述的发光二极管。
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