發(fā)光二極管及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氮化鎵半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，尤其涉及一種發(fā)光強度均勻的二極管結(jié)構(gòu)設(shè)計與制備。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(英文為Light Emitting D1de，縮寫為LED)是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，其利用半導(dǎo)體PN結(jié)作為發(fā)光結(jié)構(gòu)，目前氮化鎵被視為第三代半導(dǎo)體材料，具備InGaN/GaN有源區(qū)的氮化鎵基發(fā)光二極管被視為當(dāng)今最有潛力的發(fā)光源。
[0003]在已商業(yè)化的LED工廠中，在藍(lán)寶石襯底上生長的外延片多被做成水平結(jié)構(gòu)芯片。但由于結(jié)構(gòu)設(shè)計原因，電流擴展存在不均勻現(xiàn)象，即同一芯粒不同位置發(fā)光強度會存在差異，且整體發(fā)光強度從P電極向N電極呈現(xiàn)逐漸遞增趨勢，此類現(xiàn)象在大尺寸芯粒上表現(xiàn)會尤為突出，如圖1所示；在小尺寸產(chǎn)品上，例如顯屏成品，也會對成品質(zhì)量造成一定影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種發(fā)光強度均勻的二極管結(jié)構(gòu)設(shè)計及制備，本發(fā)明實例提供的技術(shù)方案如下:一種發(fā)光二極管，包括:襯底，依次形成于該襯底上的N型層、多量子阱有源區(qū)、P型層，分別形成于該P型層、N型層表面上的P電極與N電極，在所述N型層中臨近N電極位置設(shè)置一電流調(diào)整結(jié)構(gòu)，該電流調(diào)整結(jié)構(gòu)增加所述N型層中臨近N電極位置區(qū)域的電阻值。
[0005]前述發(fā)光二極管的制作方法，包括步驟:1)在一襯底上依次形成N型層、多量子阱有源區(qū)、P型層；2)在所述N型層上制作電流調(diào)整結(jié)構(gòu)；3)分別在P型層和N型層的表面上制作P電極和N電極；其中，步驟2)所形成的電流調(diào)整結(jié)構(gòu)臨近所述N電極位置，增加所述N型層中臨近N電極位置區(qū)域的電阻值。
[0006]優(yōu)選的，通過調(diào)整所述電流調(diào)整結(jié)構(gòu)在N型層中臨近N電極位置占用體積減弱N電極位置載流子聚集效應(yīng)。
[0007]優(yōu)選的，通過調(diào)節(jié)所述電流調(diào)整結(jié)構(gòu)的橫向與縱向深度，降低N型層中靠近N電極的載流子聚集效應(yīng)。
[0008]優(yōu)選的，所述電流調(diào)整結(jié)構(gòu)在遠(yuǎn)離所述有源區(qū)的一側(cè)具有傾斜面，該傾斜面的底部靠近所述N電極。
[0009]優(yōu)選的，所述電流調(diào)整結(jié)構(gòu)為三角形空隙或梯形空隙。進(jìn)一進(jìn)地，所述空隙中填充絕緣保護(hù)層或者封存惰性氣體或氮氣等。
[0010]優(yōu)選的，所述電流調(diào)整結(jié)構(gòu)縱向深度占所述N型層厚度的5%_70%，橫向深度占發(fā)光區(qū)長度的1%_50%。
[0011]優(yōu)選的，所述電流調(diào)整結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)連續(xù)分布或非連續(xù)分布。
[0012]本發(fā)明至少具有以下有益效果:利用芯片工藝在N型層中靠近N電極部分設(shè)置諸如三角形空隙等形狀的電流調(diào)整結(jié)構(gòu)，該電流調(diào)整結(jié)構(gòu)增加了臨近N電極位置區(qū)域電阻，通過調(diào)整該電流調(diào)整結(jié)構(gòu)的橫向與縱向蝕刻深度，降低靠近N電極的載流子聚集效應(yīng)；在~型層中使更多的載流子流向靠近P電極位置，在臨近P電極位置復(fù)合發(fā)光，使同一 LED芯粒不同位置發(fā)光更加均勻，增強電流擴展作用，使LED出光更加均勻同時，LED可靠性也得到了進(jìn)一步提升。
【附圖說明】
[0013]圖1為大尺寸芯粒不同位置發(fā)光強度差異近場照片。
[0014]圖2為根據(jù)本發(fā)明實施的一種發(fā)光強度均勻的二極管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3為本發(fā)明中實施例中第二個實施例變形示意圖。
[0016]圖4為本發(fā)明中實施例中第三個實施例變形俯視示意圖
圖中標(biāo)示:1.襯底，2.緩沖層，3.非摻氮化鎵層，4.N型層，5.多量子阱有源區(qū)，6.電子阻擋層，7.P型層，8.P電極，9.N電極，10.三角形或梯形空隙。
【具體實施方式】
[0017]為使本發(fā)明更易于理解其實質(zhì)性特點及其所具的實用性，下面便結(jié)合附圖對本發(fā)明若干具體實施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但需要說明的是以下關(guān)于實施例的描述及說明對本發(fā)明保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。
實施例
[0018]圖2為根據(jù)本發(fā)明實施的一種發(fā)光強度均勻的二極管結(jié)構(gòu)示意圖，本實施例中外延層制備工藝由下至上依次包括:(1)藍(lán)寶石襯底1 ; (2)低溫緩沖層2，可以為氮化鎵、氮化鋁、或鋁鎵氮結(jié)合，膜厚在10~100μπι之間；(3)非摻氮化鎵層3，膜厚在300~7000 μπι之間，優(yōu)選3500 μπι; (4) Ν型層4，厚度大于1μπι;(5)多量子阱有源區(qū)5，以InGaN作為阱層、以GaN或AlGaN或二者組合作為皇層構(gòu)成，其中皇層厚度在50~150nm之間、阱層厚度在l~20nm之間；(6)AlxGai XN電子阻擋層(其中0彡x彡1)，厚度彡1 μ m ; (7) P型層7，厚度在0.05-1 μ m之間。
[0019]將以上外延片制備成芯粒，所經(jīng)芯片工藝依次為:(1)下線片清洗；(2)利用光刻、蝕刻、融合工藝完成ΙΤ0層；(3)利用光刻技術(shù)及蝕刻工藝蝕刻至N型層，制備出N電極區(qū)；(4)利用光刻技術(shù)完成三角形空隙部分用于縱向蝕刻的窗口，利用蝕刻工藝完成設(shè)計縱向蝕刻，約占整體N型層厚度5%~70%，優(yōu)選15% ; (5)掉轉(zhuǎn)芯粒位置，利用光刻技術(shù)完成三角形空隙部分用于橫向蝕刻的窗口，利用蝕刻工藝完成橫向蝕刻，橫向深度占發(fā)光區(qū)長度1%~50%，優(yōu)選10% ; (6)分別利用更加精準(zhǔn)的電子蝕刻技術(shù)，通過蝕刻強度變化及角度變化完成三角形空隙斜面部分，形成三角形空隙10 ;且三角型空隙在N電極區(qū)呈現(xiàn)連續(xù)分布狀態(tài)；(7)利用光刻、蝕刻、CVD工藝覆蓋Si02保護(hù)層，在三角形空隙中的完全填充Si02填充層；(8)利用光刻及金屬蒸鍍工藝制作N電極9及P電極8。
[0020]在所述芯片工藝制作過程中，三角形空隙的橫向深度及縱向深度可通過結(jié)構(gòu)設(shè)計或模擬仿真確定，通過芯片工藝實現(xiàn)。
[0021]作為本發(fā)明的一個具體實施例，本發(fā)明通過在外延層中臨近N電極位置蝕刻出一個三角形空隙作為電流調(diào)整結(jié)構(gòu)，用于疏導(dǎo)靠近N電極的電流擴展，從而達(dá)到降低載流子聚集效應(yīng)的目的，使同一芯粒出光更加均勻。
[0022]作為本實施例中第一個實施例變形，在三角形空隙中填充氮氣或其他惰性氣體，這樣可在發(fā)光區(qū)下方形成反射效果，調(diào)整三角形空隙角度及橫向、縱向深度，使芯粒均勻出光同時增強外量子效率，提升芯粒亮度。
[0023]作為本實施例的第二個實施例變形，在N電極區(qū)空隙制備過程中變更空隙形狀為梯形、菱形、長方形或其他非規(guī)則形狀，這樣除可以變更空隙橫向、縱向插入深度，同時可以通過調(diào)整空隙在N型層中臨近N電極位置占用體積減弱N電極位置載流子聚集效應(yīng)，如圖3所示；在達(dá)到實驗設(shè)計目的同時降低了芯片工藝制作難度，利于大批量工業(yè)生產(chǎn)。
[0024]作為本實施例中第三個實施例變形，在三角形空隙制作過程中，利用精準(zhǔn)光刻及電子蝕刻技術(shù)，在靠近N電極區(qū)形成非連續(xù)性的三角形空隙；通過調(diào)整三角形空隙在芯?？v向面積上占比，在實現(xiàn)芯粒均勻出光的同時降低了電阻值，提升整體芯粒性能，如圖4所不ο
[0025]作為本實施例中第四個實施例變形，本實施例變形在臨近Ν電極位置通過精準(zhǔn)的離子注入方式形成高阻區(qū)取代三角形空隙，如利用離子注入方式摻入Mg+、B+元素，本案中注入B+形成三角形高阻區(qū)，注入完畢后采用激光退火實現(xiàn)注入離子激活；通過離子注入方式可以實現(xiàn)高阻區(qū)摻雜濃度精確調(diào)整，降低調(diào)整發(fā)光均勻性引起的電性波動。
[0026]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改、潤飾和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)均視為在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種發(fā)光二極管，包括:襯底，依次形成于該襯底上的N型層、多量子阱有源區(qū)、P型層，分別形成于該P型層、N型層表面上的P電極與N電極，其特征在于:在所述N型層中臨近N電極位置設(shè)置電流調(diào)整結(jié)構(gòu)，該電流調(diào)整結(jié)構(gòu)增加所述N型層中臨近N電極位置區(qū)域的電阻值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:通過調(diào)整所述電流調(diào)整結(jié)構(gòu)在N型層中臨近N電極位置占用體積減弱N電極位置載流子聚集效應(yīng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:通過調(diào)節(jié)所述電流調(diào)整結(jié)構(gòu)的橫向與縱向深度，降低N型層中靠近N電極的載流子聚集效應(yīng)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述電流調(diào)整結(jié)構(gòu)在遠(yuǎn)離所述有源區(qū)的一側(cè)具有傾斜面，該傾斜面的底部靠近所述N電極。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述電流調(diào)整結(jié)構(gòu)為三角形空隙或梯形空隙。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述電流調(diào)整結(jié)構(gòu)縱向深度占所述N型層厚度的5%-70%。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述電流調(diào)整結(jié)構(gòu)橫向深度占發(fā)光區(qū)長度的1%_50%。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述空隙中填充絕緣保護(hù)層。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述空隙封存惰性氣體或氮氣。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述電流調(diào)整結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)連續(xù)分布或非連續(xù)分布。11.發(fā)光二極管的制作方法，包括步驟: 1)在一襯底上依次形成N型層、多量子阱有源區(qū)、P型層； 2)在所述N型層制作電流調(diào)整結(jié)構(gòu)； 3)分別在P型層和N型層的表面上制作P電極和N電極； 其中，步驟2)所形成的電流調(diào)整結(jié)構(gòu)臨近所述N電極位置，增加所述N型層中臨近N電極位置區(qū)域的電阻值。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于:通過調(diào)節(jié)所述電流調(diào)整結(jié)構(gòu)的橫向與縱向深度，降低N型層中靠近N電極的載流子聚集效應(yīng)。13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于:步驟2)中形成的電流調(diào)整結(jié)構(gòu)在遠(yuǎn)離所述有源區(qū)的一側(cè)具有傾斜面，該傾斜面的底部靠近所述N電極。14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于:通過調(diào)整所述電流調(diào)整結(jié)構(gòu)在N型層中臨近N電極位置占用體積減弱N電極位置載流子聚集效應(yīng)。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種發(fā)光強度均勻的二極管結(jié)構(gòu)設(shè)計，該外延片結(jié)構(gòu)由下至上包括：襯底，N型層，多量子阱有源區(qū)，P型層；隨后進(jìn)行芯片工藝制備，在所述N型層中臨近N電極位置設(shè)置電流調(diào)整結(jié)構(gòu)，該電流調(diào)整結(jié)構(gòu)增加所述N型層中臨近N電極位置區(qū)域的電阻值，通過控制電流調(diào)整結(jié)構(gòu)在N型層匯總占用體積、橫向和縱向蝕刻深度，降低了臨近N電極位置的載流子聚集效應(yīng)，使更多的載流子流向靠近P電極位置，增加N型層中流向靠近P電極位置電子數(shù)量，使同一LED芯片不同位置發(fā)光更加均勻；同時由于載流子聚集效應(yīng)得到緩解，LED可靠性得到進(jìn)一步提升。
【IPC分類】H01L33/00, H01L33/14, H01L33/20
【公開號】CN105428483
【申請?zhí)枴緾N201510958441
【發(fā)明人】舒立明, 王良均, 劉曉峰, 葉大千, 吳超瑜, 王篤祥
【申請人】天津三安光電有限公司
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月21日