專利名稱：發(fā)光二極管及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管及其制作方法，更具體地是具有透明導電層的發(fā)光二極管及其制作方法。
背景技術：
發(fā)光二極管(LED)經過多年的發(fā)展，已經廣泛用于顯示、指示、背光、照明等不同領域。II1-V族化合物是當前主流的用于制作發(fā)光二極管的半導體材料，其中以氮化鎵基材料和鋁鎵銦磷基材料最為普遍。傳統的P型II1-V族半導體材料的電流擴展性能一般較差，為了使電流能夠均勻地注入發(fā)光層，常常需要在P型材料層上加一透明導電層。在眾多可作為透明導電層的材料中，諸如氧化銦錫(ΙΤ0)、氧化鎘錫(CT0)、氧化銦(InO)和氧化鋅(ZnO)等,均可使用于提高電流的擴散效果,其中ITO (Indium Tin Oxide氧化銦錫)是被 最廣泛應用的一種，ITO薄膜即銦錫氧化物半導體透明導電膜，通常有兩個性能指標電阻率和透光率，由于ITO可同時具有低電阻率及高光穿透率的特性，符合了導電性及透光性良好的要求。與其它透明的半導體導電薄膜相比，ITO具有良好的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。目前，采用濺鍍(英文為sputtering)ITO以其優(yōu)越的性能逐漸成為代替蒸鍍(英文為evaporation deposition)IT0的一個重要趨勢,主要是基于派鍍的ITO具有降低電壓和提高亮度的優(yōu)勢。但是，濺鍍的ITO膜表面較為平滑，導致與金屬電極粘附性差。特別當經過高于250°C的溫度后，由于ITO和金屬電極材料的熱膨脹系數相差較大，膜層間的應力也相應地增大，將導致電極粘附性大大降低。業(yè)界解決此類掉電極的方法主要有對ITO膜進行粗化，調整鍍膜的工藝參數等。但是，目前這些技術仍然不完善，具有相應的缺點。如對ITO采用溶液進行濕法粗化，由于濺鍍的ITO微觀結構一般是由大小為30nnTl00nm的晶粒拼接而成，濕法粗化對于每個晶粒蝕刻是各向同性的，導致粗化后仍然表面較平整。而調整鍍膜的工藝參數，一般采用分段式鍍膜或者降低速率等，而往往還要兼顧光電參數和電極粘附性，使得工藝參數調整較為困難
發(fā)明內容
本發(fā)明提出了一種具有透明導電層的發(fā)光二極管及其制作方法，其可以保證電流擴展性，降低工作電壓且減少對光的吸收。根據本發(fā)明的第一個方面，發(fā)光二極管，包括襯底；發(fā)光外延層，由從下至上依次為第一限制層、發(fā)光層和第二限制層的半導體材料層堆疊而成，形成于襯底之上；電流阻擋層，形成于所述發(fā)光外延層的局部區(qū)域之上；透明導電結構，形成于所述電流阻擋層之上并延伸至所述發(fā)光外延層的表面，劃分為出光區(qū)和非出光區(qū)，其中非出光區(qū)與電流阻擋層對應，其厚度大于出光區(qū)的厚度，使得該結構與發(fā)光外延層形成良好的歐姆接觸且減少對光的吸收；P電極，形成于透明導電結構的非出光區(qū)之上。進一步地，所述透明導電結構包括第一透明導電層，形成于所述電流阻擋層之上，其圖案與所述電流阻擋層的圖案對應；第二透明導電層，披覆于第一透明導電層及電流阻擋層之上并延伸至所述發(fā)光外延層的表面，且第二透明導電層的下表面面積大于電流阻擋層的上表面面積。進一步地，所述第二透明導電層與P電極的接觸的表面為粗糙面。進一步地，所述第一透明導電層的厚度為30(Γ5000Α。進一步地，所述第二透明導電層的厚度為30(Γ5000Α。進一步地，所述第一透明導電層或第二透明導電層的材料選用氧化銦錫(ITO)或氧化鋅(ZnO)或氧化鎘錫(CTO)或氧化銦(InO)或銦(In)摻雜氧化鋅(ZnO)或鋁(Al)摻雜氧化鋅(ZnO )或鎵(Ga )摻雜氧化鋅(ZnO )中 的一種。進一步地，所述第二透明導電層的材料與第一透明導電層的材料相同。根據本發(fā)明的第二個方面，發(fā)光二極管的制作方法，包括步驟
1)提供一襯底，在其外延生長發(fā)光外延層，從下至上依次沉積第一限制層、發(fā)光層和第二限制層；
2)在發(fā)光外延層的局部區(qū)域形成電流阻擋層；
3)在所述電流阻擋層之上制作透明導電結構，并延伸至所述發(fā)光外延層的表面，其中與電流阻擋層相當的區(qū)域為非出光區(qū)，直接與發(fā)光外延層接觸的區(qū)域為出光區(qū)，非出光區(qū)的厚度大于出光區(qū)的厚度，使得該結構與發(fā)光外延層形成良好的歐姆接觸且減少對光的吸收；
4)在所述透明導電結構的非出光區(qū)之上制作P電極。進一步地，所述步驟3)具體包括
在所述電流阻擋層上形成第一透明導電層；
在所述第一透明導電層上形成第二透明導電層，并延伸至所述發(fā)光外延層的表面；
從而構成透明導電結構，其中非出光區(qū)包括第一、第二透明導電層，出光區(qū)不包括第一透明導電層。進一步地，在所述步驟3中，采用蒸鍍沉積法形成第一透明導電層，采用磁控濺射法形成第二透明導電層，其在所述第二透明導電層與P電極接觸的表面形成粗糙結構。進一步地，在所述步驟3中，采用磁控濺射法形成第一透明導電層，采用蒸鍍沉積法形成第二透明導電層，其在所述第二透明導電層與P電極接觸的表面形成粗糙結構。進一步地，所述第一透明導電層的厚度為30(Γ5000Α。進一步地，所述第二透明導電層的厚度為30(Γ5000Α。進一步地，所述第一透明導電層或第二透明導電層的材料選用氧化銦錫(ITO)或氧化鋅(ZnO)或氧化鎘錫(CTO)或氧化銦(InO)或銦(In)摻雜氧化鋅(ZnO)或鋁(Al)摻雜氧化鋅(ZnO )或鎵(Ga )摻雜氧化鋅(ZnO )中的一種。進一步地，所述第二透明導電層的材料與第一透明導電層的材料相同。在本發(fā)明的透明導電結構中，P電極下方對應的區(qū)域的厚度大于其他區(qū)域的厚度，從而保證了透明導電層與發(fā)光外延層形成良好的歐姆接觸且減少對光的吸收，有效降低了 LED芯片電壓，同時提高出光效率。更進一步的，P電極的正下方為多層透明導電層的結構，其他區(qū)域為單層透明導電的結構，多層透明導電層結構至少一層是采用蒸鍍方式鍍膜，只需側重于形成一定的粗糙度，不必采用特別調試的鍍膜參數，從而最大限度地保證對膜層之間的應力釋放，保證了雙層透明導電層與金屬電極的粘附性。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點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，或者通過實施本發(fā)明而了解。
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。
圖f 6為根據本發(fā)明實施例1的具有交替附著層電極的發(fā)光二極管芯片的流程示意圖。圖7 12為根據本發(fā)明實施例2的具有交替附著層電極的發(fā)光二極管芯片的流程示意圖。圖中各標號表不
101,201 :襯底;102，202 :第一限制層；103,203 :發(fā)光層;104，204 :第二限制層；105，205 :電流阻擋層；106，206 :第一透明導電層；107，207 :第二透明導電層；108，208 P電極；109,209 N 電極。
具體實施例方式下面結合附圖和優(yōu)選的具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。在具體的器件設計和制造中，本發(fā)明提出的LED結構將根據應用領域和工藝制程實施的需要，對其部分結構和尺寸在一定范圍內作出修改，對材料的選取進行變通。實施例1
如圖6所示，一種具有透明導電層的發(fā)光二極管器件，包括襯底101 ;發(fā)光外延層，由從下至上依次為第一限制層102、發(fā)光層103和第二限制層104的半導體材料層堆疊而成，形成于襯底101之上；電流阻擋層105，形成于所述發(fā)光外延層第二限制層104的局部區(qū)域之上；第一透明導電層106，形成于所述電流阻擋層105之上，且第一透明導電層106與電流阻擋層105的接觸面積等于電流阻擋層105的上表面面積；第二透明導電層107，披覆于第一透明導電層106及電流阻擋層105之上并延伸至所述發(fā)光外延層第二限制層104的表面，且第二透明導電層107的下表面面積大于電流阻擋層105的上表面面積；P電極108，形成于具有粗糙區(qū)域的第二透明導電層107之上；N電極109，形成于裸露的第二限制層104之上。在本器件結構中，只有在電流阻擋層105之上才具有雙層透明導電層的結構，且該雙層透明導電層只位于P電極108下方，其他絕大部分的發(fā)光外延層區(qū)域之上為單層的透明導電層，不僅保證了電流擴展性，降低LED芯片電壓，還可避免形成大面積且厚的透明導電層而增加對光的吸收，導致光效的降低。下面結合制備方法對上述結構做具體描述。上述具有透明導電層的發(fā)光二極管的制備方法，包括下面步驟
如圖1所示，提供一藍寶石襯底101，然而應當認識到，所述襯底還可以選用碳化硅襯底、硅襯底、氮化鎵襯底及氧化鋅襯底中的一種；利用MOCVD技術藍寶石襯底101上依次成長第一限制層(N型半導體層)102，發(fā)光層103及第二限制層(P型半導體層)104，構成發(fā)光外延層；通過黃光光罩、干法蝕刻等工藝技術，刻蝕部分發(fā)光外延層，使其裸露出部分第二限制層(P型半導體層)104。如圖2和3所示，在發(fā)光外延層上沉積電流阻擋層105，沉積方式可選用化學氣相沉積(CVD)或物理氣相沉積(PVD)等，所述電流阻擋層105的材料可選用二氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4)或氧化鋁(Al2O3)中一種或組合；在所述電流阻擋層105上采用蒸鍍沉積法形成氧化銦錫(ITO)第一透明導電層106，氧化銦錫(ITO)第一透明導電層106的厚度為30(Γ5000Α，然而應當認識到，所述第一透明導電層106的材料還可以選用氧化鋅(ZnO)或氧化鎘錫(CTO)或氧化銦(InO)或銦(In)摻雜氧化鋅(ZnO)或鋁(Al)摻雜氧化鋅(ZnO)或鎵(Ga)摻雜氧化鋅(ZnO)中的一種，沉積后的電流阻擋層105和第一透明導電層106通過同一道黃光光罩作業(yè)，然后通過濕法蝕刻或剝離等工藝技術獲得預定的圖形。如圖4和5所示，在所述氧化銦錫(ITO)第一透明導電層106上，采用磁控濺射法 形成氧化銦錫(ITO)第二透明導電層107，氧化銦錫(ITO)第二透明導電層107的厚度為30(Γ5000Α，由于第一透明導電層106是采用蒸鍍沉積法獲得，所以上表面較為粗糙，而第二透明導電層107采用磁控濺射法獲得，其除了披覆于第一透明導電層106上的部分區(qū)域(即非出光區(qū)的第二透明導電層)較為粗糙，其他披覆于第二限制層104上的部分區(qū)域(SP出光區(qū)的第二透明導電層)則較為光滑，而上表面較為粗糙的第二透明導電層107正好位于P電極正下方且與P電極直接接觸，增強了電極與半導體層的吸附力，提高發(fā)光二極管的可靠性，上表面較為光滑的單層第二透明導電層位于外延層之上，保證了電流擴展性，降低LED芯片電壓，還可避免形成大面積且厚的透明導電層而增加對光的吸收，導致光的損失；然而應當認識到，所述第二透明導電層107的材料還可以選用氧化鋅(ZnO)或氧化鎘錫(CTO)或氧化銦(InO)或銦(In)摻雜氧化鋅(ZnO)或鋁(Al)摻雜氧化鋅(ZnO)或鎵(Ga)摻雜氧化鋅(ZnO)中的一種。如圖6所示，進行退火熱處理，熱處理溫度為20(T40(TC ;在所述第二透明導電層107上，蒸鍍或濺射形成P電極108 ;在所述裸露的第二限制層104上，蒸鍍或濺射形成N電極109，P電極108和N電極109可以通過同一道黃光光罩作業(yè)，剝離等工藝技術形成，如此完成具有雙層透明導電層的發(fā)光二極管的制備。實施例2
如圖12所示，另一種具有透明導電層的發(fā)光二極管器件，其與實施例1中的發(fā)光二極管器件大體架構相同，二者的差異主要在于本實施例的第一透明導電層206與電流阻擋層205的接觸面積小于電流阻擋層205的上表面面積；第一透明導電層206的上表面不具有粗糙狀。如圖疒12所示，另一種具有透明導電層的發(fā)光二極管器件的制作方法，與實施例1中的發(fā)光二極管器件的制作方法大致相同，區(qū)別主要在于第一透明導電層206和第二透明導電層207的鍍膜方式不同。具體來說
如圖7所示，提供一藍寶石襯底201 ;利用MOCVD技術藍寶石襯底201上依次成長第一限制層(N型半導體層)202，發(fā)光層203及第二限制層(P型半導體層)204，構成發(fā)光外延層；通過黃光光罩、干法蝕刻等工藝技術，刻蝕部分發(fā)光外延層，使其裸露出部分第二限制層(P型半導體層)204。
如圖8和9所不,在發(fā)光外延層上沉積電流阻擋層205,沉積方式選用化學氣相沉積(CVD);在所述電流阻擋層205上采用磁控濺射法形成氧化銦錫(ITO)第一透明導電層206，氧化銦錫(ITO)第一透明導電層206的厚度為30(Γ5000Α，沉積后的電流阻擋層205和第一透明導電層206通過同一道黃光光罩作業(yè)，然后通過濕法蝕刻或剝離等工藝技術獲得預定的圖形。如圖10和11所示，在所述氧化銦錫(ITO)第一透明導電層206上，采用蒸鍍沉積法形成氧化銦錫(ITO)第二透明導電層207，氧化銦錫(ITO)第二透明導電層207的厚度為30(Γ5000Α，由于第一透明導電層206是采用磁控濺射法獲得，所以上表面較為光滑，而第二透明導電層207采用蒸鍍沉積法獲得，其除了披覆于第一透明導電層206上的部分區(qū)域(即非出光區(qū)的第二透明導電層)較為粗糙，其他披覆于第二限制層204上的部分區(qū)域(即出光區(qū)的第二透明導電層)也會較為粗糙，而上表面較為粗糙的第二透明導電層207正好位于P電極正下方且與P電極直接接觸，增強了電極與半導體層的吸附力，提高發(fā)光二極管的可靠性，單層的第二透明導電層位于外延層之上，保證了電流擴展性，降低LED芯片電壓，還可避免形成大面積且厚的透明導電層而增加對光的吸收，導致光的損失。 如圖12所示，進行退火熱處理，熱處理溫度為20(T40(TC ;在所述第二透明導電層207上，蒸鍍或濺射形成P電極208 ;在所述裸露的第二限制層204上，蒸鍍或濺射形成N電極209，P電極208和N電極209可以通過同一道黃光光罩作業(yè)，剝離等工藝技術形成，如此完成具有雙層透明導電層的發(fā)光二極管的制備。前述各實施例的發(fā)光二極管芯片中，一方面，P電極的正下方為雙層透明導電層的結構，且雙層透明導電層的結構中至少一層是采用蒸鍍方式鍍膜，只需側重于形成一定的粗糙度，不必采用特別調試的鍍膜參數(一般業(yè)界蒸鍍ITO要考慮到光電參數，通常將ITO膜鍍的相對比較致密)，從而最大限度地保證對膜層之間的應力釋放，保證了雙層透明導電層與金屬電極的粘附性。另一方面，只有在電流阻擋層之上才具有雙層透明導電層的結構，且該雙層透明導電層只位于P電極下方，其他絕大部分的發(fā)光外延層區(qū)域之上為單層的透明導電層，不僅保證了電流擴展性，降低LED芯片電壓，還可避免形成大面積且厚的透明導電層而增加對光的吸收，導致光的損失。前述兩個實施例所述的發(fā)光二極管制作工藝，相對于傳統結構僅增加了第一透明導電層的鍍膜工藝，且和電流阻擋層同做一道黃光光罩，不需增加黃光光罩次數，降低成本。本發(fā)明的核心思想在于，在與P電極直接接觸的正下方形成具有粗糙表面的透明導電層且為雙層的透明導電層結構，而其他絕大部分的發(fā)光外延層區(qū)域之上為單層的透明導電層，不僅保證了電流擴展性，降低LED芯片電壓，還可避免形成大面積且厚的透明導電層而增加對光的吸收，導致光效的降低。顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.發(fā)光二極管，包括襯底；發(fā)光外延層，由從下至上依次為第一限制層、發(fā)光層和第二限制層的半導體材料層堆疊而成，形成于襯底之上；電流阻擋層，形成于所述發(fā)光外延層的局部區(qū)域之上；透明導電結構，形成于所述電流阻擋層之上并延伸至所述發(fā)光外延層的表面，劃分為出光區(qū)和非出光區(qū)，其中非出光區(qū)與電流阻擋層對應，其厚度大于出光區(qū)的厚度，該透明導電結構保證電流擴展性，降低工作電壓且減少對光的吸收；P電極，形成于透明導電結構的非出光區(qū)之上。
2.根據權利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述透明導電結構包括第一透明導電層，形成于所述電流阻擋層之上，其圖案與所述電流阻擋層的圖案對應；第二透明導電層，披覆于第一透明導電層及電流阻擋層之上并延伸至所述發(fā)光外延層的表面，且第二透明導電層的下表面面積大于電流阻擋層的上表面面積。
3.根據權利要求2所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述第二透明導電層與P電極的接觸的表面為粗糙面。
4.根據權利要求2所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述第一透明導電層的厚度為300 5000A。
5.根據權利要求2所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述第二透明導電層的厚度為300 5000A。
6.發(fā)光二極管的制作方法，包括步驟 1)提供一襯底，在其外延生長發(fā)光外延層，從下至上依次沉積第一限制層、發(fā)光層和第二限制層； 2)在發(fā)光外延層的局部區(qū)域形成電流阻擋層； 3)在所述電流阻擋層之上制作透明導電結構，并延伸至所述發(fā)光外延層的表面，其中與電流阻擋層相當的區(qū)域為非出光區(qū)，直接與發(fā)光外延層接觸的區(qū)域為出光區(qū)，非出光區(qū)的厚度大于出光區(qū)的厚度，該透明導電結構保證電流擴展性，降低工作電壓且減少對光的吸收； 4)在所述透明導電結構的非出光區(qū)之上制作P電極。
7.根據權利要求6的發(fā)光二極管的制作方法，所述步驟3)具體包括 在所述電流阻擋層上形成第一透明導電層； 在所述第一透明導電層上形成第二透明導電層，并延伸至所述發(fā)光外延層的表面； 從而構成透明導電結構，其中非出光區(qū)包括第一、第二透明導電層，出光區(qū)不包括第一透明導電層。
8.根據權利要求7所述的發(fā)光二極管的制作方法，在所述步驟3中，采用蒸鍍沉積法形成第一透明導電層，采用磁控濺射法形成第二透明導電層，其在所述第二透明導電層與P電極接觸的表面形成粗糙結構。
9.根據權利要求7所述的發(fā)光二極管的制作方法，在所述步驟3中，采用磁控濺射法形成第一透明導電層，采用蒸鍍沉積法形成第二透明導電層，其在所述第二透明導電層與P電極接觸的表面形成粗糙結構。
10.根據權利要求7所述的發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于所述第一透明導電層的厚度為30(Γ5000Α。
11.根據權利要求7所述的發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于所述第二透明導電層的厚度為300~5000A
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有透明導電層的發(fā)光二極管及其制作方法，其發(fā)光二極管，包括襯底；發(fā)光外延層，由從下至上依次為第一限制層、發(fā)光層和第二限制層的半導體材料層堆疊而成，形成于襯底之上；電流阻擋層，形成于所述發(fā)光外延層的局部區(qū)域之上；透明導電結構，形成于所述電流阻擋層之上并延伸至所述發(fā)光外延層的表面，劃分為出光區(qū)和非出光區(qū)，其中非出光區(qū)與電流阻擋層對應，其厚度大于出光區(qū)的厚度，使得該結構與發(fā)光外延層形成良好的歐姆接觸且減少對光的吸收；P電極，形成于透明導電結構的非出光區(qū)之上。該結構可以保證電流擴展性，降低工作電壓且減少對光的吸收。
文檔編號H01L33/00GK103022306SQ201210558990
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權日2012年12月21日
發(fā)明者尹靈峰, 林素慧, 鄭建森, 洪靈愿, 劉傳桂, 歐毅德, 陳功 申請人:安徽三安光電有限公司