一種發(fā)光二極管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種GaN基發(fā)光二極管，包括：反射電極（1）、襯底（2）、非摻雜GaN或AlN緩沖層（3）、n型GaN層（4）、有源層（5）、p型GaN接觸層（6）、p型AlGaN覆蓋層（7）、ITO透明電極層（8），其中ITO透明電極層（8）具有開口，該開口貫穿ITO透明電極層（8）且開口底部位于p型AlGaN覆蓋層（7）中，開口中的多層p接觸電極（9-12）以及其上的鍵合引線（13）。本發(fā)明的GaN基發(fā)光二極管具有優(yōu)良的電特性以及發(fā)光效率。
【專利說明】一種發(fā)光二極管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，特別涉及一種氮化鎵(GaN)基發(fā)光二極管。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體發(fā)光二極管的優(yōu)點(diǎn)在于發(fā)光強(qiáng)度高、光指向性強(qiáng)、能耗低、制造成本低廉等等，因此其應(yīng)用日益廣泛，特別是在照明方面有取代白熾燈和熒光燈的趨勢(shì)，但目前還面臨一些技術(shù)上的問題，例如P型電極與發(fā)光二極管外延半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的P型半導(dǎo)體層粘附力弱、歐姆接觸性能低劣等等。這就阻礙了發(fā)光二極管的電特性方面的進(jìn)一步提升。
[0003]近年來，為了提高發(fā)光二極管的亮度，開發(fā)了垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，相對(duì)于正裝結(jié)構(gòu)，即平臺(tái)(mesa)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管來說，垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管具有諸多優(yōu)點(diǎn)。垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的兩個(gè)電極分別處于發(fā)光二極管的兩側(cè)，電流幾乎全部垂直流過半導(dǎo)體外延層，沒有橫向流動(dòng)的電流，因此電流分布均勻，產(chǎn)生的熱量相對(duì)較少。并且由于垂直結(jié)構(gòu)的兩個(gè)電極處于兩側(cè)，因此出光過程中不會(huì)受到同側(cè)電極的阻擋，其出光效率更高。
[0004]現(xiàn)有較為常見的GaN基發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)是:藍(lán)寶石襯底、形成于襯底上的非摻雜GaN或AlN緩沖層、形成于非摻雜GaN或AlN緩沖層上的GaN基外延層發(fā)光結(jié)構(gòu)，其依次包括η型GaN層、有源層、ρ型GaN接觸層以及ρ型AlGaN覆蓋層，形成在藍(lán)寶石襯底背面的背鍍電極，其用作η接觸電極，以及形成在ρ型AlGaN覆蓋層上的ρ接觸電極。對(duì)于ρ接觸電極來說，可采用簡(jiǎn)單的單層電極結(jié)構(gòu)。但為了進(jìn)一步提升其接觸導(dǎo)電性，進(jìn)而提升發(fā)光二極管的整體電特性，較佳地采用雙層乃至多層電極結(jié)構(gòu)，以期提高電極導(dǎo)電特性。但多層電極結(jié)構(gòu)存在的問題是各層電極結(jié)構(gòu)之間的匹配不良以及多層電極結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體外延層之間的粘附性低劣，導(dǎo)致發(fā)光二極管整體電特性退化甚至更為嚴(yán)重的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的問題，提出了一種發(fā)光二極管。通過對(duì)該發(fā)光二極管的P接觸電極進(jìn)行改進(jìn)，能夠提升發(fā)光二極管的電特性，從而有效提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
[0006]本發(fā)明提出的GaN基發(fā)光二極管包括:
[0007]襯底2 ；
[0008]形成于襯底2背面的反射電極I，其用作η接觸電極；
[0009]形成于襯底2正面上的非摻雜GaN或AlN緩沖層3 ；
[0010]形成于非摻雜GaN或AlN緩沖層3上的GaN基外延層發(fā)光結(jié)構(gòu)，其依次包括η型GaN層4、有源層5、ρ型GaN接觸層6以及ρ型AlGaN覆蓋層7 ；
[0011]形成在GaN基外延層發(fā)光結(jié)構(gòu)的P型AlGaN覆蓋層7上的ITO透明電極層8，其中ITO透明電極層8具有開口，該開口貫穿ITO透明電極層8且開口底部位于P型AlGaN覆蓋層7中；
[0012]形成在開口中的多層P接觸電極9-12 ;以及[0013]形成在多層ρ接觸電極9-12上的鍵合引線13。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]附圖1為本發(fā)明提出的GaN基發(fā)光二極管的整體結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例1
[0016]以下參考圖1詳細(xì)說明本發(fā)明的GaN基發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)及其制造方法。為清楚起見，附圖中所示的各個(gè)結(jié)構(gòu)均未按比例繪制，且本發(fā)明并不限于圖中所示結(jié)構(gòu)。
[0017]步驟一:首先提供襯底2，襯底2的材料可以是藍(lán)寶石、碳化硅、硅、氮化鎵、砷化嫁、氣化招、玻璃等等。
[0018]步驟二:在襯底2背面，即與后續(xù)形成GaN基外延層發(fā)光結(jié)構(gòu)的襯底2正面相反的表面上蒸鍍或?yàn)R射反射電極1，反射電極I用作η接觸電極且兼具反射功能，反射電極I的材料是諸如Al、Ag、Au、Pt等的具有高反射特性的金屬。
[0019]步驟三:在襯底2的正面上形成緩沖層3，緩沖層3的材料可以是非摻雜GaN或Α1Ν，其用于緩沖襯底2和后續(xù)形成于其上的GaN基外延層發(fā)光結(jié)構(gòu)之間的晶格失配，以提高LED整體的發(fā)光效率。
[0020]步驟四:在緩沖層3上形成GaN基外延層發(fā)光結(jié)構(gòu)，其依次包括η型GaN層4、有源層5、ρ型GaN接觸層6以及ρ型AlGaN覆蓋層7。
[0021]步驟五:隨后，在ρ型AlGaN覆蓋層7上形成ITO透明電極層8。在ITO透明電極層8上涂布光刻膠(未示出)，經(jīng)過顯影、曝光等工藝形成光刻膠圖案(未示出)，該光刻膠圖案在ITO透明電極層8的表面中部具有光刻膠窗口區(qū)，該光刻膠窗口區(qū)用于形成貫穿ITO透明電極層8且底部位于ρ型AlGaN覆蓋層7中的開口。
[0022]步驟六:隨后，利用圖案化的光刻膠圖案對(duì)ITO透明電極層8以及ρ型AlGaN覆蓋層7進(jìn)行蝕刻，蝕刻方法為干式蝕刻或濕式蝕刻等等，從而形成貫穿ITO透明電極層8且底部位于P型AlGaN覆蓋層7中的開口。該開口的形狀可以是圓形、橢圓形、三角形、正方形、矩形或其他規(guī)則多邊形形狀，例如正六邊形等等。且當(dāng)開口為圓形時(shí)，其圓心與ITO透明電極層8的表面中心重合。開口面積為ITO透明電極層8表面積的20% -30%，優(yōu)選20%，更優(yōu)選25%，且最優(yōu)選30 %。開口的底部位于ρ型AlGaN覆蓋層7中，也就是說開口深入ρ型AlGaN覆蓋層7 —定深度，該深度是從ITO透明電極層8與ρ型AlGaN覆蓋層7接觸的表面算起，向下深入P型AlGaN覆蓋層7的深度。該深度范圍是100至200nm，優(yōu)選150nm，160nm，175nm，185nm，200nmo
[0023]步驟七:隨后，通過蒸鍍、濺射等方法，在開口中形成多層P接觸電極9-12，該多層P接觸電極9-12為四層結(jié)構(gòu)。以下詳述其形成方法。
[0024]首先在開口底面上形成Ti金屬粘附層9，厚度為50-100nm，優(yōu)選75nm。其有利于多層P接觸電極9-12與P型AlGaN覆蓋層7之間的粘附。
[0025]隨后在Ti金屬粘附層9上形成Ti/Al合金歐姆接觸層10，厚度為65_120nm，優(yōu)選IOOnm0
[0026]隨后在Ti/Al合金歐姆接觸層10上形成Al/Ti/Au合金電極層11，厚度為65_120nm,優(yōu)選 lOOnm。
[0027]隨后在Al/Ti/Au合金電極層11上形成Ti/Au/Rh合金電極層12，厚度為65_120nm,優(yōu)選 lOOnm。
[0028]最后在Ti/Au/Rh合金電極層12上形成鍵合引線13，其可以是以Sn為主要成分的無鉛焊料，用于外部引線連接。
[0029]至此完成具有多層P接觸電極9-12的GaN基發(fā)光二極管的制備，其總體結(jié)構(gòu)如圖1中所示，包括反射電極1、襯底2、非摻雜GaN或AlN緩沖層3、n型GaN層4、有源層5、p型GaN接觸層6、ρ型AlGaN覆蓋層7、ITO透明電極層8，其中ITO透明電極層8具有開口，該開口貫穿ITO透明電極層8且開口底部位于ρ型AlGaN覆蓋層7中，開口中的多層ρ接觸電極9-12以及多層ρ接觸電極9-12上的鍵合引線13，其中多層ρ接觸電極9_12包括四層結(jié)構(gòu)，依次為:Ti金屬粘附層9、Ti/Al合金歐姆接觸層10、A1/Ti/Au合金電極層11以及Ti/Au/Rh合金電極層12。
[0030]實(shí)施例2
[0031]實(shí)施例2的GaN基發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)與制造過程與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于多層P接觸電極9-12中各層的成分與厚度。以下將說明實(shí)施例2與實(shí)施例1的主要不同之處，而不再贅述兩者相同的結(jié)構(gòu)和制造過程。
[0032]步驟一至六與實(shí)施例1中相應(yīng)步驟相同，從步驟七開始說明:
[0033]步驟七:隨后，通過蒸鍍、濺射等方法，在開口中形成多層P接觸電極9-12，該多層P接觸電極9-12為四層結(jié)構(gòu)。以下詳述其形成方法。
[0034]首先在開口底面上形成Ti金屬粘附層9，厚度為50-100nm，優(yōu)選75nm。其有利于多層P接觸電極9-12與P型AlGaN覆蓋層7之間的粘附。
[0035]隨后在Ti金屬粘附層9上形成Ni/AuBe合金歐姆接觸層10，厚度為75_120nm，優(yōu)選 llOnm。
[0036]隨后在Ni/AuBe合金歐姆接觸層10上形成Al/Pt/Au合金電極層11，厚度為75-120nm，優(yōu)選 llOnm。
[0037]隨后在Al/Pt/Au合金電極層11上形成Ti/Al/Rh/Pt/Au合金電極層12，厚度為75-120nm，優(yōu)選 llOnm。
[0038]最后在Ti/Al/Rh/Pt/Au合金電極層12上形成鍵合引線13，其可以是以Sn為主要成分的無鉛焊料，用于外部引線連接。
[0039]至此完成具有多層P接觸電極9-12的GaN基發(fā)光二極管的制備，其總體結(jié)構(gòu)如圖1中所示，包括反射電極1、襯底2、非摻雜GaN或AlN緩沖層3、n型GaN層4、有源層5、p型GaN接觸層6、ρ型AlGaN覆蓋層7、ITO透明電極層8，其中ITO透明電極層8具有開口，該開口貫穿ITO透明電極層8且開口底部位于ρ型AlGaN覆蓋層7中，開口中的多層ρ接觸電極9-12以及多層ρ接觸電極9-12上的鍵合引線13，其中多層ρ接觸電極9-12包括四層結(jié)構(gòu)，依次為:Ti金屬粘附層9、Ni/AuBe合金歐姆接觸層10、A1/Pt/Au合金電極層11以及Ti/Al/Rh/Pt/Au 合金電極層 12。
[0040]至此，上文已經(jīng)詳細(xì)的說明了本發(fā)明的GaN基發(fā)光二極管及其制造方法，相對(duì)于現(xiàn)有方法制得的發(fā)光二極管，本發(fā)明的GaN基發(fā)光二極管的多層ρ接觸電極能保持良好的電特性以及與半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)之間的良好粘附性，進(jìn)而提升GaN基發(fā)光二極管的發(fā)光效率。上文所述實(shí)施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其旨在對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明而非對(duì)其進(jìn)行限定。在不脫離本發(fā)明所附權(quán)利要求的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然可對(duì)本發(fā)明做出任何改變和改進(jìn)，且本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求進(jìn)行限定。
【權(quán)利要求】
1.一種GaN基發(fā)光二極管,包括: 襯底(2)； 形成于襯底(2 )背面的反射電極(I)，其用作η接觸電極； 形成于襯底(2)正面上的非摻雜GaN或AlN緩沖層(3)； 形成于非摻雜GaN或AlN緩沖層(3)上的GaN基外延層發(fā)光結(jié)構(gòu)； 形成在GaN基外延層發(fā)光結(jié)構(gòu)上的ITO透明電極層(8)； 形成在GaN基外延層發(fā)光結(jié)構(gòu)上的多層P接觸電極(9-12);以及 形成在多層P接觸電極(9-12)上的鍵合引線(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基發(fā)光二極管，特征在于: 其中GaN基外延層發(fā)光結(jié)構(gòu)依次包括η型GaN層(4)、有源層(5)、P型GaN接觸層(6)以及P型AlGaN覆蓋層(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的GaN基發(fā)光二極管，特征在于: 其中ITO透明電極層(8)具有開口，該開口貫穿ITO透明電極層(8)且開口底部位于P型AlGaN覆蓋層(7)中，且多層P接觸電極(9_12)形成在開口中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的GaN基發(fā)光二極管，特征在于: 其中開口的形狀是圓形、橢圓形、三角形、正方形、矩形或正六邊形； 且當(dāng)開口為圓形時(shí)，其圓心與ITO透明電極層(8)的表面中心重合； 開口面積為ITO透明電極層(8)表面積的20% -30%,優(yōu)選20%，更優(yōu)選25%，且最優(yōu)選 30% ； 開口的底部位于P型AlGaN覆蓋層(7 )中，開口深入P型AlGaN覆蓋層(7 )中的深度范圍是 100 至 200nm,優(yōu)選 150nm, 160nm, 175nm, 185nm,200nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的GaN基發(fā)光二極管，特征在于: 其中多層P接觸電極(9-12)是四層結(jié)構(gòu)，依次為:Ti金屬粘附層(9)、Ti/Al合金歐姆接觸層(10)、Al/Ti/Au合金電極層(11)以及Ti/Au/Rh合金電極層(12)， 其中Ti金屬粘附層(9)的厚度為50-100nm，優(yōu)選75nm ； Ti/Al合金歐姆接觸層(10)的厚度為65-120nm，優(yōu)選IOOnm ； Al/Ti/Au合金電極層(11)的厚度為65-120nm，優(yōu)選IOOnm; Ti/Au/Rh合金電極層(12)的厚度為65-120nm，優(yōu)選lOOnm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的GaN基發(fā)光二極管，特征在于: 其中多層P接觸電極(9-12)是四層結(jié)構(gòu)，依次為:Ti金屬粘附層(9)、Ni/AuBe合金歐姆接觸層(10)、Al/Pt/Au合金電極層(11)以及Ti/Al/Rh/Pt/Au合金電極層(12)， 其中Ti金屬粘附層(9)的厚度為50-100nm，優(yōu)選75nm ； Ni/AuBe合金歐姆接觸層(10)的厚度為75_120nm，優(yōu)選IlOnm ； Al/Pt/Au合金電極層(11)的厚度為75-120nm，優(yōu)選IlOnm; Ti/Al/Rh/Pt/Au合金電極層(12)的厚度為75-120nm，優(yōu)選llOnm。
【文檔編號(hào)】H01L33/40GK103594598SQ201310551576
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月7日
【發(fā)明者】張翠 申請(qǐng)人:溧陽市江大技術(shù)轉(zhuǎn)移中心有限公司