專利名稱：一種立體式空間分布電極的發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮化鎵基發(fā)光二極管器件，尤其是一種具有立體式空間分布電 極的氮化鎵基發(fā)光二極管器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的以絕緣性材料(例如藍(lán)寶石)為襯底的氮化鎵基LED的制作一般都 必須把P、 N電極做在芯片的同一側(cè)，由于p型氮化鎵基半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性較 差，所以傳統(tǒng)的氮化鎵基LED需要在發(fā)光面(即p型氮化鎵基材料)上制作一 透明導(dǎo)電層，目的是讓電流橫向均勻擴展且起到透光窗口的作用；但由于透明 導(dǎo)電層的厚度相對較薄(例如小于300nm)，其橫向擴展作用有限，為了使得電 流能夠在發(fā)光面上均勻分布， 一般都會在透明導(dǎo)電層上制作用于電流擴展的P 型條狀電極，作為P型焊線盤的延伸。如圖1所示為現(xiàn)有功率型氮化鎵基LED芯片的剖面結(jié)構(gòu)圖，現(xiàn)有功率型氮 化鎵基LED芯片結(jié)構(gòu)及其制造方法為以藍(lán)寶石或者碳化硅等絕緣性材料作為 襯底l，在其上外延生長LED發(fā)光材料，發(fā)光材料依次包括n型氮化鎵基外延層 2、有源層3和p型氮化鎵基外延層4;采用干法或者濕法蝕刻掉部分區(qū)域的p 型氮化鎵基外延層4和有源層3，暴露出n型氮化鎵基外延層2;采用蒸發(fā)或者 濺射的方法在P型氮化鎵基外延層4上生長一層透明導(dǎo)電層6，經(jīng)過熱退火后與 P型氮化鎵基外延層4形成良好歐姆接觸；最后制作n電極5和p電極7。對于功率型氮化鎵基LED芯片，由于采用了較大的芯片面積(例如lmmX l咖)，若要求滿足電流充分且均勻地擴展，則P電極5和N電極7的合理布局 都顯得極為重要。 一方面需要犧牲一定的發(fā)光區(qū)域作為n型電流擴展區(qū)，就是 在這些區(qū)域上面制作n型條狀電極5b，作為n型焊線盤5a的電學(xué)連接延伸；另 一方面，由于發(fā)光區(qū)域相比于標(biāo)準(zhǔn)芯片大了許多，透明導(dǎo)電層6的電流橫向擴 展局限性問題加劇，這就需要在其上布置更多的p條狀電極7b來緩解擴展問題， 以獲得較佳的電流分布；美國專利US6307218和中國專利ZL02101715. 8所公開 的產(chǎn)品及其制造方法就是采用該設(shè)計理念的典型。如圖2所示為現(xiàn)有一典型的 功率型氮化鎵基LED芯片的正面俯視構(gòu)造圖，從圖中可以看出，透明導(dǎo)電層6 上布置有四條的P條狀電極7b用于電流擴展，然而p條狀電極7b畢竟是不透 明的金屬層，會遮擋出光，在透明導(dǎo)電層6上布置這么多的p條狀電極7b，將 由于有效發(fā)光面積的損失而勢必導(dǎo)致LED器件發(fā)光效率的下降。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在提出一種具有立體式空間分布電極的氮化鎵基發(fā)光二極管器件 及其制造方法，將P、 N電極進行立體式空間布置，使得P、 N條狀電極在法向 投射面上相互重合，以解決上述傳統(tǒng)功率型的氮化鎵基LED因p型條狀電極布 置導(dǎo)致發(fā)光效率降低的問題。一種具有立體式空間分布電極的氮化鎵基發(fā)光二極管器件，其特征在于 一絕緣性的襯底；一n型氮化鎵基外延層形成于襯底之上，有源層形成于n型氮化鎵基外延層之上， p型氮化鎵基外延層形成于有源層之上；一n焊線盤和n條狀電極形成暴露的n型氮化鎵基外延層之上；一絕緣性材料層形成n條狀電極和暴露的n型氮化鎵基外延層之上，并且覆蓋 在暴露的n型氮化鎵基外延層、有源層和p型氮化鎵基外延層側(cè)表面；—透明導(dǎo)電層形成P型氮化鎵基外延層和絕緣性材料層之上；一P焊線盤和p條狀電極形成于透明導(dǎo)電層之上。在器件正面俯視圖中，P條狀電極與n條狀電極在法線方向上的投射面相互 重合的面積占p或者n條狀電極總面積的80% 100%。一種具有立體式空間分布電極的氮化鎵基發(fā)光二極管器件的制造方法，其 步驟如下(1) 以藍(lán)寶石或者碳化硅等絕緣性材料作為襯底，在其上外延生長LED發(fā)光材 料，發(fā)光材料依次包括n型氮化鎵基外延層、有源層和p型氮化鎵基外延 層；(2) 采用干法或者濕法蝕刻掉部分區(qū)域的p型氮化鎵基外延層和有源層，暴露 出n型氮化鎵基外延層；(3) 在上述之n型氮化鎵基外延層上制作n電極，包括n條狀電極和n焊線 盤；(4) 采用蒸發(fā)、濺射、化學(xué)沉積或者涂布等方法生長一層絕緣性材料層，覆蓋 整個外延片表面，絕緣層材料是Si02、 Si3N4、 AW)3或者聚酰亞胺之一；使 得n電極與p透明導(dǎo)電層形成電學(xué)隔離；(5) 采用干法或者濕法蝕刻掉p型氮化鎵基外延層上的絕緣性材料層；(6) 采用蒸發(fā)或者濺射的方法在p型氮化鎵基外延層和絕緣性材料層上生長一 層透明導(dǎo)電層，經(jīng)過熱退火后與p型氮化鎵基外延層形成良好歐姆接觸； 同時使得處于絕緣性材料層之上的透明導(dǎo)電層成為后面制作的P電極的電 學(xué)連接平臺；(7) 在透明導(dǎo)電層上制作p電極，包括p條狀電極和p焊線盤，使得p條狀電 極與n條狀電極在發(fā)光面法線方向上的投射面重合，重合面積占p或者n 條狀電極總面積的80% 100%;利用p、 n條狀電極處于同一法向投射面， 避免在發(fā)光的透明導(dǎo)電層上再布置p條狀電極，從而最大限度的利用發(fā)光 面積，提高出光效率；(8) 采用干法或者濕法蝕刻掉n焊線盤上的透明導(dǎo)電層和絕緣性材料，暴露出 n焊線盤，以提供焊線區(qū)域。本發(fā)明的有益效果是在透明導(dǎo)電層上對P、 N電極進行立體式空間布置，使得P、 N條狀電極在法向投射面上相互吻合，最大限度利用發(fā)光面積，避免了 P電極對發(fā)光區(qū)的遮擋，提高功率型LED芯片的發(fā)光效率。


圖1是現(xiàn)有功率型氮化鎵基LED芯片的剖面結(jié)構(gòu)圖；圖2是現(xiàn)有功率型氮化鎵基LED芯片的正面俯視結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明實例的功率型氮化鎵基LED芯片的剖面結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明實例的功率型氮化鎵基LED芯片的正面俯視結(jié)構(gòu)圖。圖中l(wèi).襯底；2.n型氮化鎵基外延層；3.有源層；4. P型氮化鎵基外延層；5&11焊線盤；5b.n條狀電極；6.透明導(dǎo)電層；7a,p焊線盤；7b.p條狀電極； 8.絕緣材料層。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明如圖3所示的一種具有立體式空間分布電極的氮化鎵基發(fā)光二極管器件的制造方法，其制作步驟如下第一步在一藍(lán)寶石為襯底1的外延上生長LED發(fā)光材料，發(fā)光材料依次包括n型氮化鎵基外延層2、有源層3和p型氮化鎵基外延層4，第二步采用反應(yīng)離子蝕刻(RIE)并暴露出n型氮化鎵層2;第三步在n型氮化鎵層2上制作n電極5，包括n條狀電極5b和n焊線 盤5a,電極材料選用Cr/Pt/Au，厚度分別為50/50/1000nm;第四步在整面外延片上采用等離子增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)的方法沉 積一絕緣性材料層8是Si02層，厚度為1000nm;第五步采用光刻和氫氟酸化學(xué)蝕刻的辦法將p型氮化鎵層4上面的Si02層8蝕刻去除；第六步采用電子束蒸發(fā)在整面外延片上鍍上氧化銦錫(ITO)層作為透明導(dǎo)電層6，并在50(TC空氣氛圍下熱退火處理30分鐘，經(jīng)過熱退火后與p型氮 化鎵基外延層形成良好歐姆接觸；第七步在IT0層6上制作p電極7，包括p條狀電極7b和p焊線盤7a， 并且保證p條狀電極7b與n條狀電極5b在法線方向上的投射面積重合率超過 90%， p電極7材料選用Cr/Pt/Au，厚度分別為50/50/1000nm;第八步:通過光刻，分別采用鹽酸和氫氟酸蝕刻去除n焊線盤5a上面的ITO 層6和Si02層8，使得n焊線盤5a得以暴露出來；至此完成本發(fā)明發(fā)光器件的 制作。依上述工藝步驟制作本發(fā)明的一種具有立體式空間分布電極的氮化鎵基發(fā) 光二極管器件，其結(jié)構(gòu)是一藍(lán)寶石的襯底l;一n型氮化鎵基外延層形成于襯底1之上，有源層3形成于n型氮化鎵基外延層之上2， p型氮化鎵基外延層4形成于有源層3之上； 一n焊線盤5a和n條狀電極5b形成暴露的n型氮化鎵基外延層4之上； 一Si02層8，厚度1000nm形成n條狀電極和暴露的n型氮化鎵基外延層2之上，并且覆蓋在暴露的n型氮化鎵基外延層2、有源層3和p型氮化鎵基外延層4側(cè)表面； 一ITO層6形成p型氮化鎵基外延層4和Si02層8之上；一P焊線盤7a和p條狀電極7b形成于ITO層6之上圖4是依本發(fā)明方法制得的發(fā)光器件圖3的正面俯視構(gòu)造圖，與圖2所示 的現(xiàn)有功率型氮化鎵基LED芯片的正面俯視結(jié)構(gòu)相比較，由于本發(fā)明將遮光的p 條狀電極7b通過電學(xué)隔離，立體式空間布置在不發(fā)光的n條狀電極5b上方并 法線上的重合面積達(dá)到90%，避免了 p條狀電極7b對發(fā)光區(qū)的遮擋，從而最大限 度地利用發(fā)光面積，大大提高本發(fā)明發(fā)光器件的發(fā)光效率。
權(quán)利要求
1.一種具有立體式空間分布電極的氮化鎵基發(fā)光二極管器件，其特征在于-絕緣性的襯底；-n型氮化鎵基外延層形成于襯底之上，有源層形成于n型氮化鎵基外延層之上，p型氮化鎵基外延層形成于有源層之上；-n焊線盤和n條狀電極形成暴露的n型氮化鎵基外延層之上；-絕緣性材料層形成n條狀電極和暴露的n型氮化鎵基外延層之上，并且覆蓋在暴露的n型氮化鎵基外延層、有源層和p型氮化鎵基外延層側(cè)表面；-透明導(dǎo)電層形成p型氮化鎵基外延層和絕緣性材料層之上；-p焊線盤和p條狀電極形成于透明導(dǎo)電層之上。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種具有立體式空間分布電極的氮化鎵基發(fā)光二極管器 件，其特征在于在器件正面俯視圖中，p條狀電極與n條狀電極在法線方 向上的投射面相互重合的面積占p或者n條狀電極總面積的80% 100%。
3. —種具有立體式空間分布電極的氮化鎵基發(fā)光二極管器件的制造方法，其步驟如下(1) 以藍(lán)寶石或者碳化硅等絕緣性材料作為襯底，在其上外延生長LED發(fā)光材 料，發(fā)光材料依次包括n型氮化鎵基外延層、有源層和p型氮化鎵基外延 層；(2) 采用干法或者濕法蝕刻掉部分區(qū)域的p型氮化鎵基外延層和有源層，暴露 出n型氮化鎵基外延層；(3) 在上述之n型氮化鎵基外延層上制作n電極，包括n條狀電極和n焊線盤；(4) 采用蒸發(fā)、濺射、化學(xué)沉積或者涂布等方法生長一層絕緣性材料層，覆蓋 整個外延片表面，絕緣層材料是Si02、 Si3N4、八1203或者聚酰亞胺之一；(5) 采用干法或者濕法蝕刻掉p型氮化鎵基外延層上的絕緣性材料層；(6) 采用蒸發(fā)或者濺射的方法在p型氮化鎵基外延層和絕緣性材料層上生長一 層透明導(dǎo)電層，經(jīng)過熱退火后與p型氮化鎵基外延層形成良好歐姆接觸；(7) 在透明導(dǎo)電層上制作p電極，包括p條狀電極和p焊線盤，使得p條狀電 極與n條狀電極在發(fā)光面法線方向上的投射面重合，重合面積占p或者n 條狀電極總面積的80% 100%;(8) 采用干法或者濕法蝕刻掉n焊線盤上的透明導(dǎo)電層和絕緣性材料，暴露出 n焊線盤。
全文摘要
本發(fā)明所公開的一種具有立體式空間分布電極的氮化鎵基發(fā)光二極管器件及其制造方法，通過絕緣性襯上生長n型氮化鎵基外延層、有源層和p型氮化鎵基外延層所組成的發(fā)光材料，采用蒸發(fā)或者濺射的方法在p型氮化鎵基外延層和絕緣性材料層上生長一層透明導(dǎo)電層，在透明導(dǎo)電層上對P、N電極進行立體式空間布置，使得P、N條狀電極在法向投射面上相互基本吻合，由于本發(fā)明將遮光的p條狀電極7b通過電學(xué)隔離，立體式空間布置在不發(fā)光的n條狀電極5b上方并法線上的重合面積達(dá)到80％以上，避免了p條狀電極7b對發(fā)光區(qū)的遮擋，從而最大限度地利用發(fā)光面積，大大提高本發(fā)明功率型LED芯片的發(fā)光效率。
文檔編號H01L33/00GK101257072SQ20071011454
公開日2008年9月3日 申請日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者吳志強, 林雪嬌, 洪靈愿, 潘群峰, 陳文欣 申請人:廈門三安電子有限公司