發(fā)光二極管制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)光二極管的制作方法，特別是擴大第一半導體層、發(fā)光層與第二半導體層間接觸面積的方法，同時適用于生長其他功率型半導體器件。
【背景技術】
[0002]氮化鎵基LED由于其高效的發(fā)光效率，目前已經廣泛的應用在背光、照明、景觀等各個光源領域。市場對于LED芯片的需求日趨嚴格，除發(fā)光效率外，LED芯片的可靠性也是客戶關注的重點，其中芯片的抗靜電釋放(英文為electrostatic discharge，簡稱ESD)能力是可靠性的一個重要方面。目前主流技術的藍光LED芯片都是制作在藍寶石襯底上，由于藍寶石襯底不導電，正負電極需制作在芯片的同一面上，其相互距離較小。當芯片電極間聚集足夠的靜電后，會在芯片的兩極間產生靜電放電，如果芯片本身抗靜電能力不夠，就會產生漏電而最終被破壞。
[0003]目前常用的改善GaN基LED芯片抗靜電的方法分為兩類，第一類是增加芯片保護電路，這樣可提供一個靜電釋放時的旁路，保護LED芯片免于靜電沖擊。此類技術也有不同的實現方法。比如在芯片封裝時加入ESD保護芯片；另一種方法是在制作LED芯片時增加一個肖特基二極管。這兩種方法都可以顯著改善LED芯片的抗靜電能力，但也有一定的缺點。如第一種方法增加了封裝時的成本，第二種方法增加了芯片制作時的工序并犧牲了小部分芯片的發(fā)光面積。
[0004]第二類是改善LED芯片的本身體質，提高其抗靜電打擊的能力，主要思想是改善LED芯片的電流擴展能力或者降低材料中的缺陷。通過在量子阱有源區(qū)的前后加入周期性垂直穿插結構來改善電流擴展，阻擋位錯缺陷，以期達到提高ESD能力；或者在量子阱有源區(qū)前加入對稱諧振隧道CART結構層來改善ESD。這些方法對ESD的改善都有很好的效果，但其結構都略顯復雜，增加了外延片生產中的復雜程度。另外，這些方法對小尺寸芯片的ESD改善不如大尺寸芯片明顯。

【發(fā)明內容】

[0005]LED芯片本身就是一個PN結，根據半導體理論，PN結就是一個電容器。而當外來靜電沖擊LED芯片時，如果能適當提高LED芯片的電容，那么它就能承受更大的靜電。本發(fā)明將從這一基本理論出發(fā)，充分利用GaN基材料中的缺陷，使用簡單的制作方法達到改善ESD性能的目的，尤其對小尺寸的芯片更有效。
[0006]發(fā)光二極管結構，包括:襯底、N型層、氮化鎵保護層、發(fā)光層和P型層，所述P型層上存在高密集度的缺陷，本發(fā)明公開了此發(fā)光二極管結構的制作方法，其工藝步驟包括:
(1)提供一藍寶石襯底，在襯底上沉積N型層；
(2)通入甲硅烷進行處理，在N型層表面形成坑洞；
(3)在相鄰坑洞間的凸起上生長氮化鎵保護層；
(4)在氮化鎵保護層交替生長InGaN層和GaN層，形成多量子阱發(fā)光層； (5)生長P型層，覆蓋所述N型層、氮化鎵保護層和發(fā)光層；
所述步驟(2)通過甲硅烷作用在N型層的位錯缺陷處，通過擴大缺陷表面凹槽，從而實現在缺陷處形成坑洞，所述步驟(3)生長氮化鎵保護層，通過三乙基鎵沉積，不會產生活性的含碳反應物，能排除碳雜質的影響，避免氮化鎵保護層與碳結合形成深能級缺陷而減少出光。
[0007]優(yōu)選的，所述步驟(3)氮化鎵保護層生長在所述相鄰坑洞間凸起處，厚度為50~300nm,其目的為延伸所述坑洞，擴大與所述P型層接觸的面積，提升發(fā)光二極管吸收外加靜電電荷的能力。
[0008]優(yōu)選的，所述步驟(2)甲硅烷的處理時間為1~10分鐘。
[0009]優(yōu)選的，所述步驟(2)反應室溫度為1000~1150°C。
[0010]優(yōu)選的，所述步驟(3)反應室溫度為700~850°C。
[0011]優(yōu)選的，所述坑洞深度為5~15nm，所述發(fā)光層厚度為40~120nm。
[0012]優(yōu)選的，所述坑洞在N型層表面的密度為2*10s/cm2~8*10s/cm2。
[0013]優(yōu)選的，所述坑洞延伸后形成的V型坑，其深度為95~435nm。
[0014]本發(fā)明的有益效果至少包括解決了【背景技術】中的問題，提供了一種制作GaN基外延片的方法，通過增加PN結的面積使PN結電容增加，芯片的抗靜電能力顯著改善，根據電磁學原理，芯片PN結處的電容大小正比于結的面積。本發(fā)明的生長多量子阱前的進行甲硅烷處理，然后在處理的表面使用三乙基鎵生長50~300nm厚的氮化鎵保護層，這一工藝可以在氮化鎵材料的表表面形成很多V型坑，極大的增加了 PN結的面積，使PN結在受到靜電沖擊時能吸收電荷，免于靜電損壞。本發(fā)明操作方法簡單易行，使用三乙基鎵可完全排除碳雜質的污染，避免LED芯片出現晶閘體效應；還可進一步改善氮化鎵保護層晶體質量，有利于提高多量子阱層的發(fā)光效率。本采用本發(fā)明制作的結構尤其對小尺寸芯片的ESD改善明顯，如普通的6mil*7mil芯片，在未使用本結構前其8000V人體模式ESD通過率僅有大約85%，而使用本結構后可提高到95%以上。
【附圖說明】
[0015]附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限制。此外，附圖數據是描述概要，不是按比例繪制。
[0016]圖1和圖2分別是本發(fā)明實施例完成步驟(I)后的結構剖面圖和俯視圖。
[0017]圖3和圖4分別是本發(fā)明實施例完成步驟(2)后的結構剖視圖和俯視圖。
[0018]圖5和圖6分別是本發(fā)明實施例完成步驟(3)后的結構剖面圖和俯視圖。
[0019]圖7和圖8分別是本發(fā)明實施例完成步驟(4)后的結構剖面圖和俯視圖。
[0020]圖9和圖10是本發(fā)明實施例在步驟(5)的生長過程剖面示意圖。
[0021]其中，1、襯底；2、緩沖層；3、非摻雜氮化鎵層；4、摻硅氮化鎵層；5、缺陷；51、坑洞；6、氮化鎵保護層；7、發(fā)光層；8、摻鎂鋁氮化鎵層；9、PN結；10、摻鎂氮化鎵層。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合示意圖對本發(fā)明的結構及其制作方法進行詳細的描述，借此對本發(fā)明如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程能充分理解并據以實施。需要說明的是，只要不構成沖突，所形成的技術方案均在本發(fā)明的保護范圍之內。
實施例
[0023]本實施例提供了發(fā)光二極管結構和制作方法，具體步驟如下:
如圖1和圖2所示，步驟(I)首先提供一種藍寶石襯底I，在襯底I上生長N型層，N型層包括:緩沖層2及緩沖層2上依次生長的非摻雜氮化鎵層3、摻硅氮化鎵層4，摻硅氮化鎵層4表面分別有高密集度缺陷5。
[0024]如圖3和圖4所示，步驟(2)將反應室溫度調整到1000~1150°C，通入甲硅烷對摻硅氮化鎵層4表面進行處理，處理時間為1~10分鐘，目的在于利用甲硅烷對缺陷5擴大形成坑洞51，坑洞深度hi為5~15nm。
[0025]如圖5和圖6所示，步驟(3)將反應室溫度調整到700~850°C，通入三乙基鎵，在相鄰坑洞51間的凸起上沉積氮化鎵保護層6，由于在低溫環(huán)境下，凸起比坑洞內更易于沉積氮化鎵，凸起沉積速度是坑洞沉積速度的3~5倍，因此氮化鎵保護層6主要沉積在凸起上，沉積厚度h2為50~300nm。
[0026]如圖7和圖8所示，步驟(4)將反應室溫度調整到750~900°C，在氮化鎵保護層6上交替生長5~15個周期的摻銦氮化鎵層和氮化鎵層，形成多量子阱發(fā)光層7，發(fā)光層7的厚度h3為40~120nm，最終坑洞51的深度范圍為hl+h2+h3，坑洞深度在95~435nm之間。
[0027]如圖9和圖10所示，步驟(5)生長P型層，將反應室溫度調整到800~950°C，生長摻鎂鋁氮化鎵層8形成PN結9，其后將反應室溫度調整到900~1050°C，生長摻鎂氮化鎵層10。
[0028]本實施例，利用坑洞51結構和所沉積的氮化鎵保護層6，延伸并擴大N型層與P型層的接觸面積，提高PN結9的電容，增強發(fā)光二極管吸收外來靜電電荷的能力，減少靜電擊穿的可能。
[0029]應當理解的是，上述實施方案為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本發(fā)明的范圍不限于實施例，凡依本發(fā)明所做的任何變更，皆屬本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.發(fā)光二極管制作方法，包括步驟: (1)提供一藍寶石襯底，在襯底上沉積N型層； (2)通入甲硅烷進行處理，在N型層表面形成坑洞； (3)在相鄰坑洞間的凸起上生長氮化鎵保護層； (4)在氮化鎵保護層上，交替生長InGaN層和GaN層，形成多量子阱發(fā)光層； (5)生長P型層，覆蓋所述N型層、氮化鎵保護層和發(fā)光層； 其特征在于:所述步驟(2)通過甲硅烷作用在N型層上的位錯缺陷處，通過擴大缺陷表面凹槽，從而實現在缺陷處形成坑洞，所述步驟(3)生長氮化鎵保護層，通過三乙基鎵沉積，不會產生活性的含碳反應物，能排除碳雜質的影響，避免氮化鎵保護層與碳結合形成深能級缺陷而減少出光。2.根據權利要求1所述的發(fā)光二極管制作方法，其特征在于:所述步驟(3)氮化鎵保護層生長在所述相鄰坑洞間凸起處，厚度為50~300nm，其目的為延伸所述坑洞，擴大與所述P型層接觸的面積，提升發(fā)光二極管吸收外加靜電電荷的能力。3.根據權利要求1所述的發(fā)光二極管制作方法，其特征在于:所述步驟(2)甲硅烷的處理時間為1~10分鐘。4.根據權利要求1所述的發(fā)光二極管制作方法，其特征在于:所述步驟(2)反應室溫度為 1000-1150°C O5.根據權利要求1所述的發(fā)光二極管制作方法，其特征在于:所述步驟(3)反應室溫度為 700~850Γ。6.根據權利要求1所述的發(fā)光二極管制作方法，其特征在于:所述坑洞深度為5~15nm。7.根據權利要求1所述的發(fā)光二極管制作方法，其特征在于:所述發(fā)光層為交替生長的5~15個周期InGaN層和GaN層，所述發(fā)光層厚度為40~120nm。8.根據權利要求1所述的發(fā)光二極管制作方法，其特征在于:所述坑洞在N型層表面的密度為 2*1iVcm2?8*1iVcm209.根據權利要求2所述的發(fā)光二極管制作方法，其特征在于:所述坑洞延伸后形成的V型坑，其深度為95~435nm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了發(fā)光二極管制作方法，包括步驟：通過甲硅烷在N型層表面缺陷處形成坑洞，通過三乙基鎵在相鄰坑洞間凸起處生長氮化物保護層，從而增大PN結面積，使PN結在受到靜電沖擊時增加所能吸收的電荷，避免發(fā)光二極管被靜電破壞。
【IPC分類】H01L33/24, H01L33/00
【公開號】CN105161577
【申請?zhí)枴緾N201510486858
【發(fā)明人】朱學亮, 張潔, 邵小娟, 杜彥浩, 杜成孝, 劉建明, 徐宸科
【申請人】廈門市三安光電科技有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年8月11日