發(fā)光二極管及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體為一種具有電流擴(kuò)展結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管其及制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氮化鎵基發(fā)光二極管因?yàn)楣?jié)能和綠色無污染等特點(diǎn)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，但是因?yàn)長ED芯片較差的電流擴(kuò)展能力，極易發(fā)生電流擁堵而造成電壓上升和效率損失，特別是在大電流高亮度應(yīng)用例如道路照明、礦井照明或其他高光強(qiáng)應(yīng)用領(lǐng)域繼續(xù)尤為明顯。
[0003]圖1為傳統(tǒng)正裝結(jié)構(gòu)氮化物發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)圖及其電流路徑示意圖，在藍(lán)寶石襯底100上依次外延生長緩沖層101、η型半導(dǎo)體層102、有源層103、ρ型半導(dǎo)體層104、ρ型接觸層105，分別在ρ型接觸層105和η型氮化物半導(dǎo)體層102上形成ρ電極106和η電極107。在該正裝LED結(jié)構(gòu)中，因?yàn)殡娮訌摩请姌O向ρ電極移動(dòng)會(huì)偏向較近的線路，因此Ρ型半導(dǎo)體層和η型半導(dǎo)體層部分都存在嚴(yán)重的電流擁堵效應(yīng)，會(huì)因?yàn)榫植侩娏髅芏冗^高而造成電壓升高和效率降低。目前在Ρ型層可通過金屬擴(kuò)展條(英文為Finger)搭配ΙΤ0、GZ0等透明導(dǎo)電層改善電流擴(kuò)展，而η型部分只有擴(kuò)展條技術(shù)以提高電流擴(kuò)展均勻性。不過增加η型擴(kuò)展條需要使用ICP或其他方法刻蝕去除ρ型半導(dǎo)體層、有源層到達(dá)η型半導(dǎo)體層，使得芯片發(fā)光面積變小，造成亮度損失。特別是對于大功率正裝LED芯片，單顆面積較大，電流擁堵效應(yīng)更明顯，往往需要2根或更多數(shù)量的η型擴(kuò)展條，對亮度會(huì)造成更大程度的損失和光電效率的降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明提供了一種具有電流擴(kuò)展結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，通過在襯底的表面上植入一導(dǎo)電掩膜層，在該導(dǎo)電掩膜層上外延生長形成外延疊層，在該外延疊層設(shè)置電流通道，當(dāng)注入電流時(shí)，首先通過該電流通道傳導(dǎo)至導(dǎo)電掩膜層，在該導(dǎo)電掩膜層進(jìn)行橫向擴(kuò)展后進(jìn)入外延疊層，有效改善了電流擴(kuò)展均勻性，可降低器件工作電壓。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:發(fā)光二極管，包括:絕緣襯底，具有相對的上、下表面；導(dǎo)電掩膜層設(shè)置于所述絕緣襯底上表面，具有曝露圖形以裸露出所述襯底的部分上表面；外延疊層，通過外延生長被設(shè)置于所述導(dǎo)電掩膜層上，從下至上依次包含第一類型半導(dǎo)體層、有源層和第二類型半導(dǎo)體層；電流通道，設(shè)置于所述外延疊層，貫穿所述第一類型半導(dǎo)體層，與所述導(dǎo)電掩膜層連接，當(dāng)向所述外延疊層注入電流時(shí)，大部分的電子電流通過該電流通道傳導(dǎo)至所述導(dǎo)電掩膜層，在該導(dǎo)電掩膜層進(jìn)行橫向擴(kuò)展后再進(jìn)入所述外延疊層。
[0006]本發(fā)明同時(shí)提供了一種發(fā)光二極管的制作方法，包括步驟:1)提供一絕緣襯底，其具有相對的上、下表面；2)在所述絕緣襯底的上表面上制作導(dǎo)電掩膜層，其具有曝露圖形以裸露出所述襯底的部分上表面；3)在所述導(dǎo)電掩膜層上沉積外延疊層，從下至上依次包含第一類型半導(dǎo)體層、有源層和第二類型半導(dǎo)體層；4)在所述外延疊層制作電流通道，其貫穿所述第一類型半導(dǎo)體層，與所述導(dǎo)電掩膜層連接；當(dāng)向所述外延疊層注入電流時(shí)，大部分的電子電流通過該電流通道傳導(dǎo)至所述導(dǎo)電掩膜層，在該導(dǎo)電掩膜層進(jìn)行橫向擴(kuò)展后再進(jìn)入所述外延疊層。
[0007]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電掩膜層的曝露圖形規(guī)則排列，其尺寸為0.1-5 μm0
[0008]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電掩膜層對所述有源層發(fā)射出的光線具有反射作用。
[0009]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電掩膜層由導(dǎo)電金屬材料構(gòu)成，以具有良好的導(dǎo)電性和高反射率為佳。
[0010]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電掩膜層由導(dǎo)電金屬材料層和介電材料層水平混合排列而成。
[0011]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電掩膜層表面層設(shè)有一絕緣保護(hù)層。
[0012]在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述外延疊層劃分為第一電極區(qū)和發(fā)光區(qū)，所述電流通道包括第一電流通道和第二電流通道，其中第一電流通道位于所述第一電極區(qū)，第二電流通道位于所述發(fā)光區(qū)；一第一電極被設(shè)置于所述第一類型半導(dǎo)體層表面上，通過所述第一電流通道與所述導(dǎo)電掩膜層形成電性連接；一第二電極被設(shè)置于所述第二型半導(dǎo)體層表面之上；所述導(dǎo)電掩膜層通過第二電流通道與所述第一類型半導(dǎo)體層形成電性連接，當(dāng)向第一、第二電極注入電流時(shí)，由于導(dǎo)電掩膜層的導(dǎo)電性能遠(yuǎn)優(yōu)于氮化物材料，因此絕大部分電子電流通過所述第一電流通道傳導(dǎo)至所述導(dǎo)電掩膜層，在該導(dǎo)電掩膜層進(jìn)行橫向擴(kuò)展后沿第二電流通道流入所述第一類型半導(dǎo)體層。
[0013]優(yōu)選地，所述第二電流通道貫穿所述第一類型半導(dǎo)體層、有源層、第二類型半導(dǎo)體層，與所述第一類型半導(dǎo)體層形成歐姆接觸，與所述有源層、第二類型半導(dǎo)體層絕緣。在一些實(shí)施例中，所述第二電流通道位于所述有源層、第二類型半導(dǎo)體層的部分作為導(dǎo)光通道。在一些實(shí)施例，所述第二電流通道位于所述絕緣層和第一類型半導(dǎo)體層的部分填充導(dǎo)電材料，在位于所述有源層、第二類型半導(dǎo)體層的部分填充透光性絕緣材料。
在本發(fā)明的另一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述外延疊層劃分為第一電極區(qū)和發(fā)光區(qū)，所述電流通道位于所述第一電極區(qū)；一第一電極被設(shè)置于所述第一類型半導(dǎo)體層表面上，通過所述電流通道與所述導(dǎo)電掩膜層形成電性連接；一第二電極被設(shè)置于所述第二型半導(dǎo)體層表面之上；當(dāng)向第一、第二電極注入電流時(shí)，因?yàn)閷?dǎo)電掩膜層的導(dǎo)電性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于氮化物材料，所以絕大部分電子電流通過所述電流通道傳導(dǎo)至所述導(dǎo)電掩膜層，在所述導(dǎo)電掩膜層進(jìn)行橫向擴(kuò)展后流入第一類型半導(dǎo)體層、有源層和第二類型半導(dǎo)體層。
[0014]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0015]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0016]圖2~圖5顯示了適用于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的導(dǎo)電掩膜層2的各種圖案。
[0017]圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的另一種發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0018]圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的再一種發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和優(yōu)選的具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0020]參看圖1，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種發(fā)光二極管，包括:絕緣襯底1、導(dǎo)電掩膜層2、u型氮化物層3、η型氮化物層4、η型超晶格結(jié)構(gòu)層5、有源層6、ρ型電子阻擋層7、ρ型氮化物層8、電流擴(kuò)展層9、ρ電極10、η電極11、第一電流通道12和第二電流通道13，其中η電極11所述第一電流通道12與導(dǎo)電掩膜層2形成電連連接，導(dǎo)電掩膜層2通過第二電流通道13與η型氮化物層形成電性連接。
[0021]其中，絕緣襯底1的選取包括但不限于藍(lán)寶石、氮化鋁、氮化鎵等材料，其表面結(jié)構(gòu)可為平面結(jié)構(gòu)或圖形化結(jié)構(gòu)。
[0022]導(dǎo)電掩膜層2設(shè)置在該絕緣襯底1的上表面上，設(shè)有曝露圖形2a以裸露出絕緣襯底1的部分上表面。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電掩膜層2的曝露圖形均呈規(guī)則均勻排列，可為方形、圓形或者其他圖案，其尺寸為0.1-5 μ m,如圖2和圖3所示，黑色為導(dǎo)電掩膜層2，白色為導(dǎo)電掩膜層2的曝露圖形，其中圖2為導(dǎo)電掩膜層2位于平片襯底的表面上，圖3為導(dǎo)電掩膜層2位于圖形化襯底的表面上。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電掩膜層2的曝露圖形未均勻排列，其中靠近η電極11的曝露圖形的尺寸較大，而遠(yuǎn)離η電極11的曝露圖形的尺寸較小，在并一定距離后呈均勻分布，如圖4所示，曝露圖形Α位于η電極11的正下方，其尺寸最大，曝露圖形Β和曝露圖形C隨著距離η電極11的距離變大，其尺寸逐漸縮小，并在曝露圖形C范圍以外保持相同的尺寸和密度。較佳的，導(dǎo)電掩膜層2選用具有良好導(dǎo)電性能和高反射率的導(dǎo)電金屬材料為佳，如Al、Ag、Au等金屬。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電掩掩層2為網(wǎng)格狀導(dǎo)電金屬材料層構(gòu)成，例如圖2和圖3所不；在另一些實(shí)施例中，導(dǎo)電掩掩層2由導(dǎo)電金屬材料層2b和介電材料層2c水平混合排列而成(諸如:六11/51隊(duì)411/5;[02等復(fù)合層)，如圖5所不，其中導(dǎo)電金屬材料層2b的各個(gè)分支相互相連。
[0023]非故意摻雜氮化物層3 (簡稱u型氮化物層3)、η型氮化物層4、η型超晶格結(jié)構(gòu)層5、有源層6、ρ型電子阻擋層7、ρ型氮化物層8構(gòu)成外延疊層，設(shè)置在該導(dǎo)電掩膜層的表面上。具體地，u型氮化物層3形成導(dǎo)電掩膜層2的表面上，其一般包括20~50nm的低溫緩沖層、1-2 μ m的3D氮化物層和1~2 μ m的2D氮化物層。η型氮化物層4形成于u型氮化物層3的表面上，厚度1.5-4 μ m，摻雜濃度為5E18cm 3~2E19cm 3。η型超晶格結(jié)構(gòu)層5形成于η型氮化物層4的表面上，可以為包含I1、II1、或者IV族元素的氮化碳或者氮化物的多層結(jié)構(gòu)，諸如 InGaN/GaN、AlGaN/GaN、InGaN/GaN/AlGaN、或者 AlGaN/GaN/InGaN 等。有源層 6形成于η型超晶格層5的表面上，可以為多量子阱結(jié)構(gòu)，以InGaN層作為阱層、GaN層作為勢皇層，其中阱層的膜厚為18埃?30埃，勢皇層的膜厚為80埃?200埃。電子阻擋層7形成于有源層6的表面之上，可由摻雜了 Mg的氮化鋁銦鎵層構(gòu)成，厚度為10~30nm。ρ型氮化物層8形成于有源層6的表面之上，厚度為50~150nm。該外延疊層劃分為η電極