[發明專利]一種具有反射和電流阻擋特性的發光元件及其制造方法

有效

• 申請號: 201210559322.0
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN103887384B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 李琦
• 申請（專利權）人: 廣東量晶光電科技有限公司
• 主分類號: H01L33/14
• 分類號: H01L33/14;H01L33/10
• 代理公司: 北京瑞恒信達知識產權代理事務所(普通合伙)11382
• 代理人: 苗青盛,黃慶芳

技術領域

本發明涉及氮化鎵基發光元件技術，具體地說，本發明涉及一種同時具有反射和電流阻擋特性的發光元件及其制造方法。

背景技術

隨著人類社會的不斷發展，能源的消耗越來越大，全球范圍的能源短缺已成為了大家的共識。而半導體發光元件所具有的高耐久性、壽命長、輕巧、低耗電等優點，使其成為各國政府、院校和相關機構關注的重點。從現有技術看，氮化鎵基發光元件是目前實現半導體照明的基礎。隨著外延生長和芯片工藝技術不斷發展進步，它的內量子效率可達到90%以上。相對來說，外量子效率還較低，一般僅有40%左右,因此，如何提升外量子效率是半導體發光元件的一個重要課題。

中國專利200610092282.8公開了一種具有金屬反射層的發光二極管封裝及其制造方法。其中，發光二級管芯片被密封體覆蓋，圍繞密封體的側表面設置有金屬反射層，以在密封體的頂表面形成光透射表面，從而使光損失減小，一定程度上提升了外量子效率，然而它并未考慮位于頂表面的金屬電極對光的吸收而造成的外量子效率損失。

中國專利申請201010200860.1公開了一種側面具有上反射層的氮化鎵基倒裝發光二極管及其制備方法，其側面兼具布拉格反射層和金屬反射層，能夠在一定程度上提升外量子效率，但它也未考慮位于發光表面的金屬電極對光的吸收而造成的外量子效率損失。

中國發明專利200980149203.4公開了一種用于發光二極管芯片的復合高反射層。復合高反射層沉積在p型層上，電流擴散層設于反射層和p型層之間。復合高反射層由多個不同材料的子層組成，相對于傳統的分布式布拉格反射體和金屬接觸反射層具有更高的反射率，但是其結構和工藝復雜，成本高昂。

中國專利申請201210183838.X公開了一種氮化鎵基發光二極管及其制作方法，其包括襯底，外延層由p型層、發光區、n型層組成，金屬反射層形成于外延層上，電流阻擋層完全包覆在金屬反射層上，p電極形成于電流擴展層上，n電極形成于n型層上。這種方案直接將金屬反射層制作在外延層上，然而金屬層直接與p型氮化鎵外延層接觸粘合不牢，容易發生電極脫落的現象，導致該方案可靠性較低。

另一方面，p層電流擴展不均勻也是造成氮化鎵基發光元件外量子效率較低的重要原因。為了使氮化鎵基發光元件電流擴展更加均勻，通常會在電極下面引入一電流阻擋層，在電極下面置入一層不導電的二氧化硅作為電流阻擋層，從而阻止電流大量注入電極正下方的發光層而造成電流聚集，使電流向電極各方向更均勻地擴展。但是二氧化硅的引入，較大地增加了設備成本和生產成本，也使工藝更加復雜化。

因此，當前迫切需要一種成本低、工藝簡單且可靠性高的提升發光元件外量子效率的方案。

發明內容

為克服現有技術的上述缺陷，本發明提出一種成本低、工藝簡單且可靠性高的能夠提升發光元件外量子效率的、具有反射和電流阻擋特性的發光元件及其制造方法。

根據本發明的一個方面，提出了一種具有反射和電流阻擋特性的發光元件制造方法，包括下列步驟：1）在襯底上依次外延生長緩沖層、n型氮化鎵基外延層、有源層和p型氮化鎵基層；2）在p型氮化鎵層上表面蝕刻出凹槽；3）用金屬反射材料填充p型氮化鎵層上的凹槽；4）制備電流阻擋層，該電流阻擋層覆蓋所述金屬反射材料；5）在電流阻擋層制備透明導電層，最后再制備p型電極和n型電極。

其中，所述步驟3）中，所述金屬反射材料為鋁、銀、銠或者它們中任意二者或三者的合金。

其中，所述步驟3）中，填充所述凹槽的金屬反射層厚度略大于凹槽深度,使金屬反射層部分從所述凹槽中溢出。

其中，所述步驟3）中，通過電子束蒸鍍方法或者磁控濺射方法或者化學鍍膜方法得到所述金屬反射層。

其中，所述凹槽的深度不小于

其中，填充所述凹槽的金屬反射層不小于

其中，所述步驟4）中，在空氣下對所述金屬反射層進行熱退火處理或者在氧氣環境下做快速退火，在所填充的金屬反射層表面形成金屬氧化物，該金屬氧化物形成所述電流阻擋層。

其中，所述步驟3）中，所述凹槽的形狀與p型電極圖案匹配。

其中，所述步驟3）中，所述凹槽是一個形狀與所述p型電極圖案匹配的連續的凹槽，或者所述凹槽由多個間隙性柱狀孔洞組成，所述多個間隙性柱狀孔洞排列成的形狀與所述p型電極圖案匹配。

其中，所述步驟4）中，所述電流阻擋層可置換為絕緣性氧化物層或致密性金屬層。

其中，所述步驟4）中，所述電流阻擋層可置換為二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋅、鎘或鉑。