CN202395024U - 设有电流阻绝层的发光二极管 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种设有电流阻绝层的发光二极管，包括由下至上依次排列的n型半导体外延层（3）、多重量子阱（4）和p型半导体外延层（5），所述的p型半导体外延层（5）上还设有掺杂硅的n型半导体外延薄层（6），所述的掺杂硅的n型半导体外延薄层（6）上定义的发光区内设有电流阻绝层（8），所述的掺杂硅的n型半导体外延薄层（6）和电流阻绝层（8）上设有透明导电层（7），所述的透明导电层（7）上设有p电极（9），所述的p电极（9）设在电流阻绝层（8）范围内的透明导电层的上方，所述的n型半导体外延层（3）上设有n电极（10）。本实用新型发光二极管的电流阻绝层具有致密性和硬度较为理想且制作工艺简单，成本较低的优点。

Description

设有电流阻绝层的发光二极管

技术领域

本实用新型涉及半导体领域，尤其涉及一种发光二极管，具体是指一种设有电流阻绝层的发光二极管。

背景技术

发光二极管作为一种新型的照明元件因其具有亮度和光效率高等优点得到了广泛的应用。传统发光二极管的芯片结构一般由下至上依次包括衬底层、缓冲层、n型半导体外延层、多重量子阱、p型半导体外延层和透明导电层，n型半导体外延层和透明导电层上分别设有金属n电极和p电极，p电极设在发光区上并占据了一定的面积，在p电极和透明导电层的布置中，其中大部分电流会聚集在电极的正下方，而不能很好的横向运输，造成了发光区大部分的光产生在电极的正下方，而这部分产生的光也大多被金属电极阻挡和吸收了，不仅不能发射出去，反而在内部产生大量的热量，对发光二极管的寿命和性能造成很大的影响。

针对这种出光效率低、热性能差的问题，有些文献提出了设置电流阻绝层的解决方案，即在芯片的结构中引入电流阻绝层以防止电流在电极正下方聚集。

而以往电流阻绝层的制作方法是在p型半导体外延层上沉积一层绝缘层，通过光刻的工艺来定义电流阻绝区，然后再采用化学湿蚀刻的方式将电流阻绝区以外的绝缘层去除。而这种方法沉积的氧化物绝缘层一般致密性和硬度方面不是很理想。此外，还有一种制作电流阻绝层的方法是在p型半导体外延层里面电极的正下方，采用离子植入或扩散的方法形成电流阻绝层，此方法形成的电流阻绝层的厚度和结构很难精确的控制，导致电极下方仍有电流扩展，不能完全阻挡电流在电极下方的输运，而且离子植入和扩散工艺复杂，成本也高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种具有致密性和硬度较为理想且制作工艺简单，成本较低的设有电流阻绝层的发光二极管。

本实用新型的技术解决方案是，提供一种设有电流阻绝层的发光二极管，包括由下至上依次排列的n型半导体外延层、多重量子阱和p型半导体外延层，所述的p型半导体外延层上还设有掺杂硅的n型半导体外延薄层，所述的掺杂硅的n型半导体外延薄层上定义的发光区内设有电流阻绝层，所述的掺杂硅的n型半导体外延薄层和电流阻绝层上设有透明导电层，所述的透明导电层上设有p电极，所述的n型半导体外延层上设有n电极。

采用上述方案后，相比之前的芯片结构本实用新型的设有电流阻绝层的发光二极管在p型半导体外延层上还设有掺杂硅的n型半导体外延薄层，这样在制作时可利用该掺杂硅的n型半导体外延薄层采用等离子体表面处理的方式制作电流阻绝层，克服了沉积氧化物绝缘层带来的致密性和硬度方面的不足，同时也避免了离子注入和扩散工艺对电流阻绝层厚度和结构很难控制的缺陷。

作为优选，所述的电流阻绝层的形状可以为圆形、方形、电极图形或网状图形中一种。本优选方案中电流阻绝层的形状可根据对应电极的形状制作为与其对应的一种，通常来说，电流阻绝层所占的面积要大于等于电极的所占的面积。

较佳的，所述的电流阻绝层可随意或规则的分布在p型半导体外延层上。

作为优选，所述的掺杂硅的n型半导体外延薄层的厚度为10??～100??。合适的掺杂硅的n型半导体外延薄层的厚度有利于形成有效的电流阻绝层。

作为优选，所述的掺杂硅的n型半导体外延薄层中硅的浓度为1×10¹⁷cm^-3～1×10²⁰cm^-3，合适的硅浓度能够有效提高电流阻绝层的生成效率，进而提升发光二极管的出光效率。

对于上述设有电流阻绝层的二极管的制作方法，可以采用以下步骤进行制作：

       a. 在p型半导体外延层上再外延成长掺杂硅的n型半导体外延薄层；

b. 在n型半导体外延薄层上定义发光区并去除发光区以外的部分至n型半导体外延层；

c. 在发光区内定义电流阻绝区，再放入等离子体机台内，机台内的外加射频将通入反应腔内的气体解离成电浆，电浆与掺杂硅的n型半导体外延薄层表面发生化学反应，于所定义的电流阻绝区处形成电流阻绝层；

d. 在掺杂硅的n型半导体外延薄层和电流阻绝层上蒸镀透明导电层；

e. 在电流阻绝区范围内的透明导电层上制作p电极，在暴露出的n型半导体外延层上制作n电极。

采用上述方案后，本实用新型的发光二极管在制作电流阻绝层时采用等离子体表面处理的方式，具有高效快速的同时也可方便的控制电流阻绝层的厚度，效果好且成本较低。

作为优选，所述的步骤b和步骤c中所述的定义发光区和定义电流阻绝区采用光刻的工艺进行定义。

作为优选，所述的步骤b中去除发光区以外的部分至n型半导体外延层采用干式蚀刻的工艺去除。

作为优选，所述的步骤c中所述的通入反应腔内的气体为氧气或氮气或者是其他与硅生成绝缘物质的气体。氧气或氮气是一种易于获取且成本较低的气体，另外生成的氧化硅或氮化硅的绝缘效果也较好。

附图说明

图1中为本实用新型设有电流阻绝层的发光二极管的整体剖面结构示意图。

图2中为本实用新型设有电流阻绝层的发光二极管在制作过程工艺流程图。

图中所示：

1、衬底层，2、缓冲层，3、n型半导体外延层，4、多重量子阱，5、p型半导体外延层，6、掺杂硅的n型半导体外延薄层，7、透明导电层，8、电流阻绝层，9、p电极，10、n电极。

具体实施方式

   为便于说明，下面结合附图，对本实用新型设有电流阻绝层的发光二极管及其制作方法做详细说明：

       如附图1中所示，一种设有电流阻绝层的发光二极管，包括由下至上依次排列为衬底层1、缓冲层2、n型半导体外延层3、多重量子阱4和p型半导体外延层5，其特征在于：所述的p型半导体外延层5上还设有掺杂硅的n型半导体外延薄层6，所述的掺杂硅的n型半导体外延薄层6上定义的发光区内设有电流阻绝层8，所述的掺杂硅的n型半导体外延薄层6和电流阻绝层8上设有透明导电层7，所述的透明导电层7上设有p电极9，所述的p电极9设在电流阻绝层8范围内的上方，所述的n型半导体外延层3上设有n电极10；所述的电流阻绝层8的形状为为圆形、方形、电极图形或网状图形中一种，可随意或规则的分布在p型半导体外延层上；所述的掺杂硅的n型半导体外延薄层6的厚度为10??～100??；所述的掺杂硅的n型半导体外延薄层6中硅的浓度为1×10¹⁷cm^-3～1×10²⁰cm^-3。

       如图2中所示，针对上述设有电流阻绝层的发光二极管可以采用以下制作方法进行制作，包括以下步骤：

       a. 在衬底层1上由下至上依次外延生长缓冲层2，n型半导体外延层3，多重量子阱4和p型半导体外延层5，在p型半导体外延层5上再外延成长掺杂硅的n型半导体外延薄层6；

b. 在n型半导体外延薄层6上采用光刻的工艺定义发光区并用干式蚀刻的工艺去除发光区以外的部分蚀刻至n型半导体外延层3；

c. 在发光区内采用光刻的工艺定义电流阻绝区，再采用等离子表面处理的方式，形成电流阻绝层，等离子体机台内的外加射频将通入反应腔内的气体解离成电浆，电浆与掺杂硅的n型半导体外延薄层6表面发生化学反应，于所定义的电流阻绝区处形成电流阻绝层8；

d. 在掺杂硅的n型半导体外延薄层6和电流阻绝层8上蒸镀透明导电层7；

e. 在电流阻绝区范围内的透明导电层7上制作p电极9，在暴露出的n型半导体外延层3上制作n电极10。

在此应该说明，本实用新型提到的等离子体机台为现有技术中已有的设备，不过该等离子体机台一般用于清洁之用，由于该设备及其用途为现有技术，故而在此对其不再详述。而等离子体机台所设置的条件可以根据n型半导体外延薄层6的掺杂浓度和厚度来改变。

在上述实施例中，对本实用新型的最佳实施方式做了描述，很显然，在本实用新型的发明构思下，仍可做出很多变化，如所述的掺杂硅的n型半导体外延薄层6中硅的浓度可在1×10¹⁷cm^-3～1×10²⁰cm^-3内变动，所述的掺杂硅的n型半导体外延薄层6的厚度可在10??～100??之间变动，又如所述的通入反应腔的气体也可是氧气、氮气或者其他与硅生成绝缘物质的气体等，再如，所述的电流阻绝区可以定义在电极的正下方或者其他的发光区域，所述的衬底层1所用的材料可以为蓝宝石、硅、碳化硅或者氮化镓中的一种。在此，应该说明，在本实用新型的发明构思下所做出的任何改变都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims (3)

1.一种设有电流阻绝层的发光二极管，包括由下至上依次排列的n型半导体外延层（3）、多重量子阱（4）和p型半导体外延层（5），其特征在于：所述的p型半导体外延层（5）上还设有掺杂硅的n型半导体外延薄层（6），所述的掺杂硅的n型半导体外延薄层（6）上定义的发光区内设有电流阻绝层（8），所述的掺杂硅的n型半导体外延薄层（6）和电流阻绝层（8）上设有透明导电层（7），所述的透明导电层（7）上设有p电极（9），所述的p电极（9）设在电流阻绝层（8）范围内的透明导电层的上方，所述的n型半导体外延层（3）上设有n电极（10）。

2.根据权利要求1所述的设有电流阻绝层的发光二极管，其特征在于：所述的电流阻绝层（8）的形状可以为圆形、方形、电极图形或网状图形中一种。

3.根据权利要求1所述的设有电流阻绝层的发光二极管，其特征在于：所述的电流阻绝层（8）可随意或规则的分布在p型半导体外延层（5）上。

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