[發(fā)明專(zhuān)利]一種發(fā)光二極管及其制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210470139.7
• 申請(qǐng)日: 2022-04-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114824010A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭茂峰;金全鑫;王思琦;田文;趙進(jìn)超;李士濤;畢京鋒
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廈門(mén)士蘭明鎵化合物半導(dǎo)體有限公司;杭州士蘭明芯科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L33/14
• 分類(lèi)號(hào): H01L33/14;H01L33/22;H01L33/06;H01L33/36;H01L33/00
• 代理公司: 北京成創(chuàng)同維知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11449
• 代理人: 蔡純;甄丹鳳

公開(kāi)了一種發(fā)光二極管及其制造方法，發(fā)光二極管包括：外延層，所述外延層包括依次堆疊的第一半導(dǎo)體層、多量子阱層、電子阻擋層以及第二半導(dǎo)體層，所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層的摻雜類(lèi)型彼此相反；多個(gè)通孔，位于所述第二半導(dǎo)體層中，貫穿所述第二半導(dǎo)體層并露出所述電子阻擋層的表面；刻蝕阻擋層，位于所述通孔暴露出的所述電子阻擋層的表面；金屬納米層，位于所述通孔中的刻蝕阻擋層的表面；其中，多個(gè)所述通孔的底部位于所述刻蝕阻擋層的表面或內(nèi)部。本發(fā)明的發(fā)光二極管及其制造方法，在多量子阱層上形成擁有較高刻蝕選擇比的電子阻擋層和第二半導(dǎo)體層，對(duì)外延層表面的粗糙度以及厚度均勻性的要求顯著降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種發(fā)光二極管及其制造方法。

背景技術(shù)

SPR(Surface Plasmon Resonance)表面等離激元共振效應(yīng)是因費(fèi)米能級(jí)附近導(dǎo)帶上自由電子在電磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下在金屬表面發(fā)生集體振蕩，產(chǎn)生局域表面等離激元，共振狀態(tài)下電磁場(chǎng)的能量被有效地轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘俦砻孀杂呻娮拥募w振動(dòng)能，一般分為表面等離極化激元(Surface Plasmon Polariton，SPP)和局域表面等離激元(Localized SurfacePlasmon，LSP)共振兩種類(lèi)型。對(duì)于發(fā)光二極管可以利用半導(dǎo)體/(介質(zhì)/)金屬膜結(jié)構(gòu)，借助SPP或LSP效應(yīng)將注入載流子復(fù)合能量轉(zhuǎn)化為金屬膜(/金屬顆粒)表面自由電子振動(dòng)能，再以SPP/LSP共振模式復(fù)合發(fā)光，其關(guān)鍵因素一是金屬膜/介質(zhì)/半導(dǎo)體層間距，另一是金屬顆粒的尺寸。

發(fā)光二極管一般采用多量子阱層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)獲得高效的載流子輻射復(fù)合效率從而增加發(fā)光，并且借助SPR(Surface Plasmon Resonance)表面等離激元共振效應(yīng)來(lái)增加光電轉(zhuǎn)化效率。表面等離子激元共振增強(qiáng)的發(fā)光二極管必須要保證金屬膜/金屬顆粒和多量子阱層的間距足夠小且具有足夠的一致性，若金屬膜/金屬顆粒與多量子阱層之間的間距差異超過(guò)10nm會(huì)導(dǎo)致等離子共振增強(qiáng)效果變化較大，且在極端嚴(yán)重情況下利用干法刻蝕第二半導(dǎo)體層時(shí)發(fā)生過(guò)量刻蝕會(huì)損傷到多量子阱層形成漏電通道導(dǎo)致發(fā)光二極管失效。造成金屬膜/金屬顆粒與多量子阱層之間的間距差異性的影響因素也與所述外延層表面的粗糙度差異以及刻蝕的均勻性差異有關(guān)。

采用MOCVD技術(shù)進(jìn)行外延生長(zhǎng)的外延層的表面必然會(huì)存在一定的粗糙度，粗糙度一般在數(shù)個(gè)納米等級(jí)，刻蝕均勻性差異和外延層表面粗糙度差異會(huì)導(dǎo)致金屬膜/金屬顆粒和多量子阱層的間距的差異。為了保證金屬膜/金屬顆粒和多量子阱層之間的間距的一致性，在保證外延層表面低粗糙度的情況下，需要采用高端干法刻蝕設(shè)備進(jìn)行低速高均勻性刻蝕工藝對(duì)干法刻蝕深度進(jìn)行調(diào)整，或者采用刻蝕終點(diǎn)探測(cè)功能判斷是否刻蝕到第二半導(dǎo)體層以下的電子阻擋層、多量子阱層，但是該類(lèi)設(shè)備價(jià)格昂貴且由于表面粗糙度差異，效果并不理想。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)光二極管及其制造方法，在多量子阱層上形成擁有較高的刻蝕選擇比的電子阻擋層和第二半導(dǎo)體層，通過(guò)對(duì)干法刻蝕參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)外延層表面的粗糙度以及厚度均勻性的要求顯著降低。

本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管，包括：

外延層，所述外延層包括依次堆疊的第一半導(dǎo)體層、多量子阱層、電子阻擋層以及第二半導(dǎo)體層，所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層的摻雜類(lèi)型彼此相反；

多個(gè)通孔，位于所述第二半導(dǎo)體層中，貫穿所述第二半導(dǎo)體層并露出所述電子阻擋層的表面；

刻蝕阻擋層，位于所述通孔暴露出的所述電子阻擋層的表面；

金屬納米層，位于所述通孔中的刻蝕阻擋層的表面；

其中，多個(gè)所述通孔的底部位于所述刻蝕阻擋層的表面或內(nèi)部。

優(yōu)選地，所述第二半導(dǎo)體層為GaN材料層。