[發明專利]一種GaN基發光二極管芯片及其制備方法

在審

• 申請號: 201310063719.5
• 申請日: 2013-02-28
• 公開（公告）號: CN104022200A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 劉巖;劉存志;王成新
• 申請（專利權）人: 山東浪潮華光光電子股份有限公司
• 主分類號: H01L33/14
• 分類號: H01L33/14
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 呂利敏

技術領域

本發明涉及一種GaN基發光二極管芯片及其制備方法，屬于光電子技術領域。

背景技術

GaN、InN、AlN等具有對稱六方晶系結構的Ⅲ-Ⅴ族半導體材料，都是直接能隙，因此非常適合于作為發光器件的材料，其中根據成分的不同，可以得到禁帶寬度從6.5eV到0.7eV的三元或四元化合物半導體，所對應的發光波長涵蓋深紫外光到遠紅外光的波段范圍。由于GaN系列半導體的這個特點，使得GaN系列半導體材料廣泛應用于LED與LD等光電器件上。

早期由于GaN晶體與生長襯底的晶格常數不匹配，使得GaN系列藍綠光LED外延生長品質與GaAs系列紅黃光LED相比相差甚遠，直到日本日亞公司成功的將GaN藍綠光LED結構生長于（0001）藍寶石襯底上，使得人類擁有全彩LED的夢想得以實現。相對于Si、SiC等其它襯底，藍寶石襯底有穩定性高、技術成熟、機械強度高、性價比高等優點，因此使用藍寶石襯底仍然是現在發光二極管產業的主流。

GaN基發光二極管在應用于通用照明有著很好的發展前景，但是首先要解決問題的就是提高它的發光效率，GaN基藍光發光二極管是一個電注入發光器件，電流擴展分布對整個器件的特性有著很重要的作用，它直接影響著GaN基發光二極管的發光效率，另外電流擴展也影響著器件的散熱性能、可靠性等特性。目前，商品化的GaN基藍光發光二極管一般都是用MOCVD技術在絕緣的藍寶石襯底上外延生長的，由于藍寶石不導電，必須利用臺面結構，因此歐姆接觸的p型電極和n型電極只能在外延片表面的同一側。在臺面結構的GaN基發光二極管里，電流要側向傳輸，由于n型GaN層和下限制層的摻雜濃度不能太高，橫向電阻不能忽略，使得靠近n型電極的臺面邊緣電流密度大于靠近p型電極焊盤的地方，導致該區域電流密度過大，熱量過高，大大降低了芯片的使用效率和壽命。同時，在此區域電流密度最大，發光強度也最大，但此區域發出的光會被正上方的金屬電極所遮擋或吸收，導致發光二極管的出光效率降低。為解決上述問題，行業內普遍方法是在p型半導體層和p型電極之間直接鍍上一層絕緣介質作為電流阻擋層，這樣能夠減少電極下方的電流比例，在一定程度上增加電流的擴散性。該方法需要使用PECVD沉積一層介質層，然后使用光刻、腐蝕的方法來完成電流阻擋層的制作，該方法步驟較為復雜，且存在腐蝕不徹底而導致電壓升高問題。

美國專利US4864370就是采用以上技術方案的典型代表，該專利在P電極下方生長一層絕緣的SiO₂作為電流阻擋層，通過SiO₂阻擋層阻止電流垂直注入下方的外延層，起到電流擴展的作用。但是，該工藝較為復雜，需要經過沉積、光刻、腐蝕等步驟，不利于批量化生產，另外，如果SiO₂腐蝕不徹底，會造成電壓升高、亮度降低等諸多問題。

中國專利CN101494268A公開了一種具有電流阻擋結構的垂直發光二極管的制作方法，該專利通過將金屬反射層的中央局部區域劣化成高接觸電阻區域而在發光層中形成電流阻擋結構，以起到電流擴展的作用。該方法的步驟同樣比較復雜，不利于批量化生產，另外通過蝕刻的方法去除阻擋層存在去除不徹底的隱患，而起不到電流擴展的作用。

中國專利CN102376840A公開一種發光二極管及發光二極管的制造方法，該發光二極管包含一發光結構，此發光結構含有一置于橫跨一第一摻雜層的垂直側壁上的鈍化層、一發光層，及至少完全覆蓋上述發光層側壁的一第二摻雜層。通過等離子體轟擊(plasma?bombardment)或發光結構的離子注入來形成鈍化層。如此可在后續工藝步驟中保護側壁且防止發光層周圍的電流泄漏。該專利在蝕刻切割道于發光結構中形成發光臺面結構后通過等離子體轟擊或發光結構的離子注入來形成鈍化層，以起到保護側壁和防止發光層周圍的電流泄漏作用，而發明是對金屬電極下方p型GaN區域進行等離子體轟擊形成等離子體轟擊區域，使該區域p型GaN層與上面的ITO透明導電膜之間無法形成歐姆接觸區域，從而起到電流擴展的目的，雖然兩個發明都使用等離子體轟擊的工藝，但是兩者起的作用不同，一個是為了形成鈍化層，一個是為了形成電流阻擋層。

現有技術中有利用N₂、N₂O和NH₃等離子體對GaN發光二極管進行處理方法，但是其處理的目的均是研究等離子體對GaN發光二極管產生的光電特性影響，但是并未就通過改善發光二極管的電流擴展，提高上述發光二極管的發光效率進行研究。