專利名稱：發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光領(lǐng)域，特別是涉及一種發(fā)光二極管及其制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED，Light Emitting Diode)由于具有壽命長、耗能低等優(yōu)點，應(yīng)用于各種領(lǐng)域，尤其隨著其照明性能指標(biāo)日益大幅提高，LED在照明領(lǐng)域常用作發(fā)光裝置。其中，以氮化鎵(GaN)為代表的III-V族化合物半導(dǎo)體由于具有帶隙寬、發(fā)光效率高、電子飽和漂移速度高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點，在高亮度藍(lán)光發(fā)光二極管、藍(lán)光激光器等光電子器件領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力，引起了人們的廣泛關(guān)注。目前，一般的LED結(jié)構(gòu)采用了在ρ型半導(dǎo)體層(通常是P型氮化物如P型氮化鎵)之后直接生長電流擴散層(Spreading layer), 例如銦氮化鎵層(InGaN layer)或者銦錫氧化物層(ΙΤ0 layer)，傳統(tǒng)的氮化鎵基LED會由于在P型半導(dǎo)體層中的低電流分布而遭遇不均勻光輻射。一般的，這個缺點能夠通過半透明接觸層或者器件橫向電流的交叉電極陣列而得到克服。然而，在傳統(tǒng)的LED結(jié)構(gòu)設(shè)計中，由于ρ型氮化物本身相對高的電阻導(dǎo)致了其電流的分散存在擁堵現(xiàn)象，電流主要集中在不能有效發(fā)光的P型電極之下，從而導(dǎo)致了發(fā)光的不均勻和發(fā)光效率的下降。為此當(dāng)前主要提出的解決辦法是在P型氮化物之上沉積透明的電流擴散層(如ITO或者m/Au)，以使電流盡可能的擴散到電極之外的發(fā)光區(qū)域；或者，直接在P型材料之上生長η型的氮化鎵，以利用η型的高電導(dǎo)率形成隧道結(jié)的結(jié)構(gòu)，不過這并沒有取得理想的效果。CN101694858A專利提出了一種LED外延結(jié)構(gòu)及其制造方法，該結(jié)構(gòu)在發(fā)光層和ρ 型氮化物層中間插入由不摻雜的AlxIny(iai_x_yn層和ρ型AlJr^Giimn層交替構(gòu)成的插入層，對于材料的ESD防護(hù)性能起到了保護(hù)作用，而且并未降低材料的其他性能，但是其對于電流的均勻擴散并未起到明顯的效果。CNlOl 183642A專利提出了一種p_GaN低阻歐姆接觸的制備方法，該方法使用 p-hGaN/p-AWaN超晶格層作為ρ-GaN的頂層，以降低接觸電阻，但是該方法對于電流的均勻擴散也并未起到理想的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管及其制造方法，以實現(xiàn)電流的有效分散，提高發(fā)光效率的同時卻不降低材料的其它性能，并可增加器件的ESD防護(hù)性能。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管，包括襯底；依次位于所述襯底上的η型半導(dǎo)體層、有源層、P型半導(dǎo)體層、插入層以及電流擴散層；其中，所述插入層由非摻雜AlxGiVxN層以及摻雜Si和/或Mg的AlxGiVxN層中的至少一種構(gòu)成，0彡χ彡0. 2。進(jìn)一步的，在所述的發(fā)光二極管中，所述插入層由非摻雜AlxGai_xN層和摻雜Si和 /或Mg的AlxGai_xN層交替構(gòu)成，所述非摻雜AlxGai_xN層靠近所述電流擴散層，所述摻雜Si 和/或Mg的Α1Χ(^_ΧΝ層靠近所述有源層。
進(jìn)一步的，在所述的發(fā)光二極管中，所述插入層由非摻雜AlxGai_xN層和摻雜Si和 /或Mg的AlxGai_xN層交替構(gòu)成，所述非摻雜AlxGai_xN層靠近有源層，所述摻雜Si和/或Mg 的Alx^vxN層靠近電流擴散層。進(jìn)一步的，在所述的發(fā)光二極管中，插入層的厚度在5nm至200nm之間。進(jìn)一步的，在所述的發(fā)光二極管中，還包括依次形成于所述襯底和η型半導(dǎo)體層之間的緩沖層和非摻雜氮化物層。進(jìn)一步的，在所述的發(fā)光二極管中，還包括深度延伸至所述η型半導(dǎo)體層的開口 ；形成于所述開口內(nèi)的η型電極，所述η型半導(dǎo)體層通過所述η型電極與一電源負(fù)極電連接；形成于所述電流擴散層上的P型電極，所述P型半導(dǎo)體層通過所述P型電極與一電源正極電連接。進(jìn)一步的，在所述的發(fā)光二極管中，還包括形成于所述襯底遠(yuǎn)離所述η型半導(dǎo)體層表面上的η型電極，所述η型半導(dǎo)體層通過所述η型電極與一電源負(fù)極電連接；形成于所述電流擴散層上的P型電極，所述P型半導(dǎo)體層通過所述P型電極與一電源正極電連接。相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種發(fā)光二極管的制造方法，包括提供一襯底；在所述襯底上依次形成η型半導(dǎo)體層、有源層、P型半導(dǎo)體層、插入層以及電流擴散層，其中，所述插入層由非摻雜AlxGiVxN層以及摻雜Si和/或Mg的AlxGai_xN層中的至少一種構(gòu)成，其中 0彡χ彡0. 2。進(jìn)一步的，在所述發(fā)光二極管的制造方法中，所述插入層由非摻雜AlxGai_xN層和摻雜Si和/或Mg的AlxGai_xN層交替構(gòu)成，所述非摻雜AlxGai_xN層靠近所述電流擴散層， 所述摻雜Si和/或Mg的Alx(;ai_xN層靠近所述有源層。進(jìn)一步的，在所述發(fā)光二極管的制造方法中，所述插入層由非摻雜AlxGai_xN層和摻雜Si和/或Mg的AlxGai_xN層交替構(gòu)成，所述非摻雜AlxGai_xN層靠近有源層，所述摻雜 Si和/或Mg的AlxGa1J層靠近電流擴散層。進(jìn)一步的，在所述發(fā)光二極管的制造方法中，所述插入層的厚度在5nm至200nm之間。進(jìn)一步的，在所述發(fā)光二極管的制造方法中，還包括在所述襯底和η型半導(dǎo)體層之間依次形成緩沖層和非摻雜氮化物層。進(jìn)一步的，在所述發(fā)光二極管的制造方法中，還包括形成深度延伸至所述η型半導(dǎo)體層的開口 ；在所述開口內(nèi)形成η型電極，所述η型半導(dǎo)體層通過η型電極與一電源負(fù)極電連接；在所述電流擴散層上形成P型電極，所述P型半導(dǎo)體層通過P型電極與一電源正極電連接。進(jìn)一步的，在所述發(fā)光二極管的制造方法中，還包括在所述襯底遠(yuǎn)離所述η型半導(dǎo)體層的表面上形成η型電極，所述η型半導(dǎo)體層通過所述η型電極與一電源負(fù)極電連接； 在所述電流擴散層上形成P型電極，所述P型半導(dǎo)體層通過所述P型電極與一電源正極電連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在有源層和電流擴散層之間設(shè)置了插入層，所述插入層由非摻雜AlxGiVxN層以及摻雜Si和/或Mg的AlxGiVxN層中的至少一種構(gòu)成，其中 0^x^0.2,由于插入層的電阻率高于ρ型半導(dǎo)體層的電阻率，因此會使得電流在兩層的接觸面以及插入層內(nèi)重新分散開，并且由于插入層本身存在一定的遂穿效應(yīng)，因此不會導(dǎo)致正向電壓的明顯升高；即，本發(fā)明在提高發(fā)光效率的同時卻不降低材料的其它性能，并且所述插入層還可防止電流的擁堵現(xiàn)象，可以有效改善LED結(jié)構(gòu)的ESD防護(hù)性能。


圖1為本發(fā)明一實施例的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1所示的發(fā)光二極管的插入層的示意圖；圖3為本發(fā)明一實施例的發(fā)光二極管制造方法的流程示意圖；圖4A 4B為本發(fā)明一實施例的發(fā)光二極管制造方法中各步驟對應(yīng)的器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明另一實施例的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的發(fā)光二極管及其制造方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用于方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。請參考圖1，其為本發(fā)明一實施例的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。在此以氮化鎵基的藍(lán)光二極管為例，如圖1所示，所述發(fā)光二極管包括襯底100 ；依次位于所述襯底100上的 η型半導(dǎo)體層120、有源層130、ρ型半導(dǎo)體層140、插入層150以及電流擴散層160 ；其中，所述插入層150由非摻雜Α1Χ(^_ΧΝ層以及摻雜Si和/或Mg的AlxGai_xN層中的至少一種構(gòu)成，其中0彡χ彡0. 2。由于所述插入層150的電阻率高于ρ型半導(dǎo)體層140的電阻率，因此會使得電流在兩層的接觸面以及插入層150內(nèi)重新分散開，并且由于插入層150本身存在一定的遂穿效應(yīng)因此不會導(dǎo)致正向電壓的明顯升高，可確保在提高發(fā)光效率的同時卻不降低材料的其它性能；并且，所述插入層150的存在，還可防止電流的擁堵現(xiàn)象，可有效改善LED結(jié)構(gòu)的ESD防護(hù)性能。需要說明的是，在本發(fā)明中，摻雜Si和/或Mg的AlxGiVxN材料是指僅摻雜了 Si的 AlxGa1^xN材料、或者是僅摻雜了 Mg的AlxGi^xN材料、或者是同時摻雜Si和Mg的AlxGi^xN 材料。如圖2所示，在本實施例中，所述插入層150由非摻雜AlxGiVxN層151和摻雜Si 和/或Mg的Alx(;ai_xN層152交替構(gòu)成，其中，所述非摻雜Α1Χ(^_ΧΝ層151靠近所述電流擴散層160，所述摻雜Si和/或Mg的AlxGa1J層152靠近所述ρ型半導(dǎo)體層140，所述插入層150由上述材料構(gòu)成，可以最大程度的防止電流擁堵，提高電流擴散效率。優(yōu)選的，所述插入層150的厚度在5nm至200nm之間，S卩，非摻雜Alx^vxN層151 和摻雜Si和/或Mg的AlxGi^xN層152的總厚度在5nm至200nm之間。插入層150設(shè)置為上述厚度，在確保不會由于插入層太薄而不能有效改善電流擴散效果的同時，又可確保電子注入時不會受影響。需要強調(diào)的是，本發(fā)明并不限定于上述描述的方式，在本發(fā)明其它具體實施例中， 所述插入層可以由非摻雜AlxGai_xN層和摻雜Si和/或Mg的Α1Χ(^_ΧΝ層交替構(gòu)成，但是， 所述非摻雜AlxGai_xN層靠近ρ型半導(dǎo)體層，而所述摻雜Si和/或Mg的AlxGai_xN層靠近電
6流擴散層?；蛘?，所述插入層也可以僅由非摻雜Alx^vxN層構(gòu)成；還或者，所述插入層也可以僅由摻雜Si和/或Mg的Alx(;ai_xN層構(gòu)成。此外，所述插入層的厚度也可略作調(diào)整。進(jìn)一步的，所述發(fā)光二極管還包括依次形成于襯底100和η型半導(dǎo)體層120之間的緩沖層111和非摻雜氮化物層112。所述緩沖層111和非摻雜氮化物層112有利于解決襯底100與氮化鎵材料之間的晶格常數(shù)失配及應(yīng)力的問題，減小形成于襯底上的其它膜層的晶體缺陷，提高發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。進(jìn)一步的，所述電流擴散層160的材料優(yōu)選為銦氮化鎵或者銦錫氧化物(ITO)，以使電流盡可能的擴散到電極之外的發(fā)光區(qū)域。在本實施例中，所述發(fā)光二極管為水平結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，如圖1所示，所述發(fā)光二極管還包括深度延伸至η型半導(dǎo)體層120的開口、形成于所述開口內(nèi)的η型電極170、 以及形成于電流擴散層160上的ρ型電極180。其中，所述開口貫穿電流擴散層160、插入層150、ρ型半導(dǎo)體層140、有源層130以及部分η型半導(dǎo)體層120，所述η型半導(dǎo)體層120 通過η型電極170與電源負(fù)極電連接，所述ρ型半導(dǎo)體層140通過ρ型電極180與電源正極電連接。在本發(fā)明的另一實施例中，所述發(fā)光二極管為垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，如圖5所示，所述發(fā)光二極管還包括形成于所述襯底200遠(yuǎn)離所述η型半導(dǎo)體層220表面上的η型電極270、以及形成于所述電流擴散層260上方的ρ型電極觀0。其中，插入層250位于ρ 型半導(dǎo)體層240與電流擴散層260之間。所述η型半導(dǎo)體層220通過η型電極270與電源負(fù)極電連接；所述P型半導(dǎo)體層240通過ρ型電極280與電源正極電連接。所述發(fā)光二極管用于發(fā)光時，將P型電極280連接至電源正極、η型電極270連接至電源負(fù)極，發(fā)光二極管管芯中的有源層230在電流作用下發(fā)光。相應(yīng)的，本發(fā)明實施例還提供了一種發(fā)光二極管制造方法，參考圖3，并結(jié)合圖 4Α-4Β以及圖1，該發(fā)光二極管制造方法包括如下步驟S300，提供一襯底；如圖4Α所示，提供襯底100，由于本實施例提供的發(fā)光二極管為水平結(jié)構(gòu)(也稱為 L形結(jié)構(gòu))，因此，所述襯底100可以是不導(dǎo)電的藍(lán)寶石襯底，當(dāng)然，其也可以是氮化鎵或碳化硅襯底或硅襯底。繼續(xù)參考圖4Α，在形成η型半導(dǎo)體層120之前，還可以在所述襯底100上依次形成緩沖層111和非摻雜氮化物層112，所述緩沖層111例如是低溫生長的氮化鎵，所述非摻雜氮化物層112例如是非摻雜的氮化鎵材料。S310，在所述襯底上依次形成η型半導(dǎo)體層、有源層、ρ型半導(dǎo)體層、插入層以及電流擴散層，其中，所述插入層由非摻雜AlxGai_xN層以及摻雜Si和/或Mg的Α1Χ(^_ΧΝ層中的至少一種構(gòu)成，其中0 < χ < 0. 2。具體如圖4Β所示，在非摻雜氮化物層112上依次形成η型半導(dǎo)體層120、有源層 130、ρ型半導(dǎo)體層140、插入層150以及電流擴散層160。具體的說，可利用金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)工藝形成η型半導(dǎo)體層120、有源層130、ρ型半導(dǎo)體層140、插入層150以及電流擴散層160。較佳的，可在同一腔室內(nèi)完成上述工藝，只需更換不同的程序(通入不同的氣體和/或控制氣體流量)，即可實現(xiàn)上述目的。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)金屬有機化合物化學(xué)氣相沉積機臺的實際情況，相應(yīng)的調(diào)整反應(yīng)氣體以及各項工藝參數(shù)，在此不再贅述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)是知曉的。在本發(fā)明的一個具體實施例中，在形成所述電流擴散層160之后，利用光刻和刻蝕的方法，形成深度延伸至η型半導(dǎo)體層120的開口 ；接著，在開口內(nèi)形成η型電極170，所述η型半導(dǎo)體層120通過η型電極170與電源負(fù)極電連接；并在電流擴散層160上形成ρ 型電極180，所述ρ型半導(dǎo)體層140通過ρ型電極180與電源正極電連接，最終，即可形成圖 1所示的水平結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管。在本發(fā)明的另一個具體實施例中，如圖5所示，在形成電流擴散層260之后，可在所述襯底200遠(yuǎn)離η型半導(dǎo)體層220的表面上形成η型電極270，并在所述電流擴散層260 上方形成P型電極觀0。其中，所述η型半導(dǎo)體層220通過η型電極270與電源負(fù)極電連接，P型半導(dǎo)體層240通過ρ型電極觀0與電源正極電連接，最終，即可形成垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)
光二極管。需要說明的是，上述實施例以藍(lán)色發(fā)光二極管為例，但是本發(fā)明并不限制于此，上述實施例還可以是紅色發(fā)光二極管、黃色發(fā)光二極管，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)上述實施例，對本發(fā)明進(jìn)行修改、替換和變形。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，包括襯底；依次位于所述襯底上的η型半導(dǎo)體層、有源層、P型半導(dǎo)體層、插入層和電流擴散層；其中，所述插入層由非摻雜AlxGiVxN層以及摻雜Si和/或Mg的AlxGiVxN層中的至少一種構(gòu)成，0≤χ≤0. 2。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述插入層由非摻雜AlxGi^xN層和摻雜Si和/或Mg的Alx(;ai_xN層交替構(gòu)成，所述非摻雜Alx(;ai_xN層靠近ρ型半導(dǎo)體層，所述摻雜Si和/或Mg的AlxGa1J層靠近電流擴散層。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述插入層由非摻雜AlxGi^xN層和摻雜Si和/或Mg的AlxGai_xN層交替構(gòu)成，所述非摻雜AlxGai_xN層靠近電流擴散層，所述摻雜Si和/或Mg的AlxGiVxN層靠近ρ型半導(dǎo)體層。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述插入層的厚度在5nm至200nm之間。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，還包括依次形成于所述襯底和η型半導(dǎo)體層之間的緩沖層和非摻雜氮化物層。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于，還包括深度延伸至所述η型半導(dǎo)體層的開口；形成于所述開口內(nèi)的η型電極，所述η型半導(dǎo)體層通過所述η型電極與一電源負(fù)極電連接；形成于所述電流擴散層上的P型電極，所述P型半導(dǎo)體層通過所述P型電極與一電源正極電連接。
7.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于，還包括形成于所述襯底遠(yuǎn)離所述η型半導(dǎo)體層表面上的η型電極，所述η型半導(dǎo)體層通過所述η型電極與一電源負(fù)極電連接；形成于所述電流擴散層上的P型電極，所述P型半導(dǎo)體層通過所述P型電極與一電源正極電連接。
8.一種發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，包括提供一襯底；在所述襯底上依次形成η型半導(dǎo)體層、有源層、ρ型半導(dǎo)體層、插入層以及電流擴散層， 其中，所述插入層由非摻雜AlxGiVxN層以及摻雜Si和/或Mg的AlxGiVxN層中的至少一種構(gòu)成，其中0≤χ≤0.2。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，所述插入層由非摻雜 AlxGai_xN層和摻雜Si和/或Mg的AlxGai_xN層交替構(gòu)成，所述非摻雜Α1Χ(^_ΧΝ層靠近所述 P型半導(dǎo)體層，所述摻雜Si和/或Mg的AlxGai_xN層靠近所述電流擴散層。
10.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，所述插入層由非摻雜 AlxGai_xN層和摻雜Si和/或Mg的AlxGai_xN層交替構(gòu)成，所述非摻雜Α1Χ(^_ΧΝ層靠近所述電流擴散層，所述摻雜Si和/或Mg的Alx(;ai_xN層靠近所述ρ型半導(dǎo)體層。
11.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，所述插入層的厚度在 5nm至200nm之間。
12.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，還包括在所述襯底和η 型半導(dǎo)體層之間依次形成緩沖層和非摻雜氮化物層。
13.如權(quán)利要求8至12中任一項所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，還包括 形成深度延伸至所述η型半導(dǎo)體層的開口；在所述開口內(nèi)形成η型電極，所述η型半導(dǎo)體層通過所述η型電極與一電源負(fù)極電連接；在所述電流擴散層上形成P型電極，所述P型半導(dǎo)體層通過所述P型電極與一電源正極電連接。
14.如權(quán)利要求8至12中任一項所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，還包括 在所述襯底遠(yuǎn)離所述η型半導(dǎo)體層的表面上形成η型電極，所述η型半導(dǎo)體層通過所述η型電極與一電源負(fù)極電連接；在所述電流擴散層上形成P型電極，所述P型半導(dǎo)體層通過所述P型電極與一電源正極電連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管及其制造方法，所述發(fā)光二極管包括襯底；依次位于所述襯底上的n型半導(dǎo)體層、有源層、p型半導(dǎo)體層、插入層和電流擴散層；其中，所述插入層由非摻雜AlxGa1-xN層以及摻雜Si和/或Mg的AlxGa1-xN層中的至少一種構(gòu)成，其中0≤x≤0.2。本發(fā)明在提高發(fā)光效率的同時卻不降低材料的其它性能，并且由于插入層還可防止電流的擁堵現(xiàn)象，可以有效改善LED結(jié)構(gòu)的ESD防護(hù)性能。
文檔編號H01L33/14GK102185054SQ20111008420
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月2日
發(fā)明者李淼 申請人:映瑞光電科技(上海)有限公司