專利名稱：發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光領(lǐng)域，特別是涉及一種發(fā)光二極管及其制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED，Light Emitting Diode)由于具有壽命長、耗能低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于各種領(lǐng)域，尤其隨著其照明性能指標(biāo)日益大幅提高，LED在照明領(lǐng)域常用作發(fā)光裝置。其中，以氮化鎵(GaN)為代表的III-V族化合物半導(dǎo)體由于具有帶隙寬、發(fā)光效率高、電子飽和漂移速度高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，在高亮度藍(lán)光發(fā)光二極管、藍(lán)光激光器等光電子器件領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力，引起了人們的廣泛關(guān)注。目前，一般的LED結(jié)構(gòu)采用了在ρ型半導(dǎo)體層(通常是P型氮化物如P型氮化鎵)之后直接生長電流擴(kuò)散層(Spreading layer), 例如銦氮化鎵層(InGaN layer)或者銦錫氧化物層(ΙΤ0 layer)，傳統(tǒng)的氮化鎵基LED會由于在P型半導(dǎo)體層中的低電流分布而遭遇不均勻光輻射。一般的，這個缺點(diǎn)能夠通過半透明接觸層或者器件橫向電流的交叉電極陣列而得到克服。然而，在傳統(tǒng)的LED結(jié)構(gòu)設(shè)計中，由于ρ型氮化物本身相對高的電阻導(dǎo)致了其電流的分散存在擁堵現(xiàn)象，電流主要集中在不能有效發(fā)光的P型電極之下，從而導(dǎo)致了發(fā)光的不均勻和發(fā)光效率的下降。為此當(dāng)前主要提出的解決辦法是在P型氮化物之上沉積透明的電流擴(kuò)散層(如ITO或者m/Au)，以使電流盡可能的擴(kuò)散到電極之外的發(fā)光區(qū)域；或者，直接在P型材料之上生長η型的氮化鎵，以利用η型的高電導(dǎo)率形成隧道結(jié)的結(jié)構(gòu)，不過這并沒有取得理想的效果。CN101694858A專利提出了一種LED外延結(jié)構(gòu)及其制造方法，該結(jié)構(gòu)在發(fā)光層和ρ 型氮化物層中間插入由不摻雜的AlxIny(iai_x_yn層和ρ型AlJr^Giimn層交替構(gòu)成的插入層，對于材料的ESD防護(hù)性能起到了保護(hù)作用，而且并未降低材料的其他性能，但是其對于電流的均勻擴(kuò)散并未起到明顯的效果。CNlOl 183642A專利提出了一種p_GaN低阻歐姆接觸的制備方法，該方法使用 p-hGaN/p-AWaN超晶格層作為ρ-GaN的頂層，以降低接觸電阻，但是該方法對于電流的均勻擴(kuò)散也并未起到理想的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管及其制造方法，以改善材料的抵抗靜電能力，并提高電流分散的均勻性和電子注入的效率。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管，包括襯底；依次位于所述襯底上的緩沖層、非摻層、插入層、η型半導(dǎo)體層、有源層、P型半導(dǎo)體層以及電流擴(kuò)散層；其中，所述插入層由至少一層非摻雜氮化物層和至少一層η型摻雜氮化物層構(gòu)成，所述非摻雜氮化物層靠近所述η型半導(dǎo)體層，所述η型摻雜氮化物層靠近所述非摻層。進(jìn)一步的，在所述的發(fā)光二極管中，所述非摻雜氮化物層為非摻雜GaN層或非摻雜AlGaN層，所述η型摻雜氮化物層為η型摻雜GaN層或η型摻雜AlGaN層。所述η型摻雜氮化物層中摻入了硅離子。進(jìn)一步的，在所述的發(fā)光二極管中，所述插入層的厚度在5nm 200nm之間。進(jìn)一步的，在所述的發(fā)光二極管中，還包括深度延伸至所述η型半導(dǎo)體層的開口 ；形成于所述開口內(nèi)的η型電極，所述η型半導(dǎo)體層通過所述η型電極與一電源負(fù)極電連接；形成于所述電流擴(kuò)散層上的P型電極，所述P型半導(dǎo)體層通過所述P型電極與一電源正極電連接。進(jìn)一步的，在所述的發(fā)光二極管中，還包括形成于所述襯底遠(yuǎn)離所述η型半導(dǎo)體層表面上的η型電極，所述η型半導(dǎo)體層通過所述η型電極與一電源負(fù)極電連接；形成于所述電流擴(kuò)散層上的P型電極，所述P型半導(dǎo)體層通過所述P型電極與一電源正極電連接。相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種發(fā)光二極管的制造方法，包括提供一襯底；在所述襯底上依次形成緩沖層、非摻層、插入層、η型半導(dǎo)體層、有源層、ρ型半導(dǎo)體層以及電流擴(kuò)散層；其中，所述插入層由至少一層非摻雜氮化物層和至少一層η型摻雜氮化物層構(gòu)成，所述非摻雜氮化物層靠近所述η型半導(dǎo)體層，所述η型摻雜氮化物層靠近所述非摻層。進(jìn)一步的，在所述的發(fā)光二極管的制造方法中，所述非摻雜氮化物層為非摻雜GaN 層或非摻雜AlGaN層，所述η型摻雜氮化物層為η型摻雜GaN層或η型摻雜AlGaN層。所述η型摻雜氮化物層中摻入了硅離子。進(jìn)一步的，在所述的發(fā)光二極管的制造方法中，所述插入層的厚度在5nm至200nm 之間。進(jìn)一步的，在所述的發(fā)光二極管的制造方法中，還包括形成深度延伸至所述η型半導(dǎo)體層的開口 ；在所述開口內(nèi)形成η型電極，所述η型半導(dǎo)體層通過所述η型電極與一電源負(fù)極電連接；在所述電流擴(kuò)散層上形成P型電極，所述P型半導(dǎo)體層通過所述P型電極與一電源正極電連接。進(jìn)一步的，在所述的發(fā)光二極管的制造方法中，還包括在所述襯底遠(yuǎn)離所述η型半導(dǎo)體層的表面上形成η型電極，所述η型半導(dǎo)體層通過所述η型電極與一電源負(fù)極電連接；在所述電流擴(kuò)散層上形成P型電極，所述P型半導(dǎo)體層通過所述P型電極與一電源正極電連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在η型半導(dǎo)體層和非摻層之間設(shè)置了插入層，所述插入層由至少一層非摻雜氮化物層和至少一層η型摻雜氮化物層構(gòu)成，所述非摻雜氮化物層靠近η型半導(dǎo)體層，所述η型摻雜氮化物層靠近非摻層，在η型區(qū)域電流注入時所述插入層可形成類似充放電的效果，從而緩沖了 η型區(qū)域電流的過沖現(xiàn)象，而有效的提高了材料抵抗靜電的能力；同時，由于限制了電流擴(kuò)散區(qū)域的范圍，而加強(qiáng)了電流擴(kuò)散的效果，提高了電流分散的均勻性和電子注入的效率。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1所示的發(fā)光二極管的插入層的示意圖；圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的發(fā)光二極管制造方法的流程示意圖；圖4Α 4C為本發(fā)明一實(shí)施例的發(fā)光二極管制造方法中各步驟對應(yīng)的器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖5為本發(fā)明另一實(shí)施例的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明提出的發(fā)光二極管及其制造方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用于方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。請參考圖1，其為本發(fā)明一實(shí)施例的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。在此以氮化鎵基的藍(lán)光二極管為例，所述發(fā)光二極管包括襯底100 ；依次位于所述襯底100上的緩沖層111、 非摻層112、插入層120、η型半導(dǎo)體層130、有源層140、ρ型半導(dǎo)體層150以及電流擴(kuò)散層 160。如圖2所示，所述插入層120由至少一層非摻雜氮化物層121和至少一層η型摻雜氮化物層122構(gòu)成，所述非摻雜氮化物層121靠近η型半導(dǎo)體層130，所述η型摻雜氮化物層122靠近非摻層112。在η型區(qū)域電流注入時，所述插入層120可形成類似充放電的效果，從而緩沖了 η型摻雜區(qū)域電流的過沖現(xiàn)象，而有效的提高了材料抵抗靜電的能力；同時，由于限制了電流擴(kuò)散區(qū)域的范圍，而加強(qiáng)了電流擴(kuò)散的效果，提高了電流分散的均勻性和電子注入的效率。較佳的，如圖2所示，所述插入層120由兩層非摻雜氮化物層121和兩層η型摻雜氮化物層122相互交疊構(gòu)成，該設(shè)置可取得較為理想的效果，同時也可避免層數(shù)過多而增加生產(chǎn)成本。優(yōu)選的，所述插入層120的總厚度在5nm至200nm之間，將插入層120設(shè)置為上述厚度，在確保不會由于插入層太薄而不能有效改善電流擴(kuò)散效果的同時，又可確保電子注入時不會受影響。需要強(qiáng)調(diào)的是，在本發(fā)明的其他具體實(shí)施例中，所述插入層120的厚度也可略作調(diào)整。其中，所述緩沖層111和非摻層112有利于解決襯底100與氮化鎵材料之間的晶格常數(shù)失配及應(yīng)力的問題，減小形成于襯底上的其它膜層的晶體缺陷，提高發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。在本實(shí)施例中，所述發(fā)光二極管為水平結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，如圖1所示，所述發(fā)光二極管還包括深度延伸至η型半導(dǎo)體層130的開口、形成于開口內(nèi)的η型電極170、以及形成于電流擴(kuò)散層160上的ρ型電極180。其中，所述開口貫穿電流擴(kuò)散層160、ρ型半導(dǎo)體層150、有源層140以及部分η型半導(dǎo)體層130，所述η型半導(dǎo)體層130通過η型電極170 與電源負(fù)極電連接，所述P型半導(dǎo)體層150通過ρ型電極180與電源正極電連接。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述發(fā)光二極管為垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，如圖5所示，所述發(fā)光二極管還包括形成于所述襯底200遠(yuǎn)離所述η型半導(dǎo)體層230表面上的η型電極270、以及形成于所述電流擴(kuò)散層260上方的ρ型電極觀0。其中，插入層220位于η 型半導(dǎo)體層230與非摻層212之間。所述η型半導(dǎo)體層230通過η型電極270與電源負(fù)極電連接；所述P型半導(dǎo)體層250通過ρ型電極觀0與電源正極電連接。所述發(fā)光二極管用于發(fā)光時，將P型電極280連接至電源正極、η型電極270連接至電源負(fù)極，發(fā)光二極管管芯中的有源層240在電流作用下發(fā)光。
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相應(yīng)的，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種發(fā)光二極管制造方法，參考圖3，并結(jié)合圖 4A 4C以及圖1，該發(fā)光二極管制造方法包括如下步驟步驟S200，提供一襯底；如圖4A所示，提供襯底100，由于本實(shí)施例提供的發(fā)光二極管為水平結(jié)構(gòu)(也稱為 L形結(jié)構(gòu))，因此，所述襯底100可以是不導(dǎo)電的藍(lán)寶石襯底，當(dāng)然，其也可以是氮化鎵襯底或碳化硅襯底或者硅襯底。步驟S210，在所述襯底上依次形成緩沖層、非摻層、插入層、η型半導(dǎo)體層、有源層、P型半導(dǎo)體層以及電流擴(kuò)散層；其中，所述插入層由至少一層非摻雜氮化物層和至少一層η型摻雜氮化物層構(gòu)成，所述非摻雜氮化物層靠近所述η型半導(dǎo)體層，所述η型摻雜氮化物層靠近所述非摻層。繼續(xù)參考圖4Α，在形成η型半導(dǎo)體層130之前，先在所述襯底100上依次形成緩沖層111和非摻層112，所述緩沖層111例如是低溫生長的氮化鎵，所述非摻層112例如是非摻雜的氮化鎵材料。如圖4Β所示，在所述非摻層112上形成插入層120，結(jié)合圖2，所述插入層120由至少一層非摻雜氮化物層121和至少一層η型摻雜氮化物層122構(gòu)成，所述非摻雜氮化物層121靠近η型半導(dǎo)體層，所述η型摻雜氮化物層122靠近非摻層112。在η型區(qū)域電流注入時，所述插入層120可形成類似充放電的效果，從而緩沖了 η型區(qū)域電流的過沖現(xiàn)象，而有效的提高了材料抵抗靜電的能力；同時，由于限制了電流擴(kuò)散區(qū)域的范圍，而加強(qiáng)了電流擴(kuò)散的效果，提高了電流分散的均勻性和電子注入的效率。如圖4C所示，接著，在所述插入層120上依次形成η型半導(dǎo)體層130、有源層140、 P型半導(dǎo)體層150以及電流擴(kuò)散層160。具體的說，可利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)工藝形成插入層120、η型半導(dǎo)體層130、有源層140、ρ型半導(dǎo)體層150以及電流擴(kuò)散層160。較佳的，可在同一腔室內(nèi)完成上述工藝，只需更換不同的程序(通入不同的氣體、控制氣體流量)，即可實(shí)現(xiàn)上述目的， 并可提高產(chǎn)能。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積機(jī)臺的實(shí)際情況，相應(yīng)的調(diào)整反應(yīng)氣體以及各項工藝參數(shù)，在此不再贅述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)是知曉的。在本發(fā)明的一個具體實(shí)施例中，如圖1所示，在形成所述電流擴(kuò)散層160之后，利用光刻和刻蝕的方法，形成深度延伸至η型半導(dǎo)體層130的開口 ；接著，在開口內(nèi)形成η型電極170，所述η型半導(dǎo)體層130通過η型電極170與電源負(fù)極電連接；并在電流擴(kuò)散層160 上形成P型電極180，所述ρ型半導(dǎo)體層150通過ρ型電極180與電源正極電連接，最終，即可形成圖1所示的水平結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管。在本發(fā)明的另一個具體實(shí)施例中，如圖5所示，在形成電流擴(kuò)散層260之后，可在所述襯底200遠(yuǎn)離η型半導(dǎo)體層230的表面上形成η型電極270，并在所述電流擴(kuò)散層260 上方形成P型電極觀0。其中，所述η型半導(dǎo)體層230通過η型電極270與電源負(fù)極電連接，P型半導(dǎo)體層250通過ρ型電極觀0與電源正極電連接，最終，即可形成如圖5所示的
垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進(jìn)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(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，包括 襯底；依次位于所述襯底上的緩沖層、非摻層、插入層、η型半導(dǎo)體層、有源層、ρ型半導(dǎo)體層以及電流擴(kuò)散層；其中，所述插入層由至少一層非摻雜氮化物層和至少一層η型摻雜氮化物層構(gòu)成，所述非摻雜氮化物層靠近所述η型半導(dǎo)體層，所述η型摻雜氮化物層靠近所述非摻層。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述非摻雜氮化物層為非摻雜GaN層或非摻雜AlGaN層，所述η型摻雜氮化物層為η型摻雜GaN層或η型摻雜AlGaN層。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述η型摻雜氮化物層中摻入了硅離子。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述插入層的厚度在5nm至200nm之間。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于，還包括 深度延伸至所述η型半導(dǎo)體層的開口；形成于所述開口內(nèi)的η型電極，所述η型半導(dǎo)體層通過所述η型電極與一電源負(fù)極電連接；形成于所述電流擴(kuò)散層上的P型電極，所述P型半導(dǎo)體層通過所述P型電極與一電源正極電連接。
6.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于，還包括形成于所述襯底遠(yuǎn)離所述η型半導(dǎo)體層表面上的η型電極，所述η型半導(dǎo)體層通過所述η型電極與一電源負(fù)極電連接；形成于所述電流擴(kuò)散層上的P型電極，所述P型半導(dǎo)體層通過所述P型電極與一電源正極電連接。
7.一種發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，包括 提供一襯底；在所述襯底上依次形成緩沖層、非摻層、插入層、η型半導(dǎo)體層、有源層、ρ型半導(dǎo)體層以及電流擴(kuò)散層；其中，所述插入層由至少一層非摻雜氮化物層和至少一層η型摻雜氮化物層構(gòu)成，所述非摻雜氮化物層靠近所述η型半導(dǎo)體層，所述η型摻雜氮化物層靠近所述非摻層。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，所述非摻雜氮化物層為非摻雜GaN層或非摻雜AlGaN層，所述η型摻雜氮化物層為η型摻雜GaN層或η型摻雜 AlGaN 層。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，所述η型摻雜氮化物層中摻入了硅離子。
10.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，所述插入層的厚度在 5nm至200nm之間。
11.如權(quán)利要求7至10中任一項所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，還包括 形成深度延伸至所述η型半導(dǎo)體層的開口；在所述開口內(nèi)形成η型電極，所述η型半導(dǎo)體層通過所述η型電極與一電源負(fù)極電連接；在所述電流擴(kuò)散層上形成P型電極，所述P型半導(dǎo)體層通過所述P型電極與一電源正極電連接。
12.如權(quán)利要求7至10中任一項所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，還包括 在所述襯底遠(yuǎn)離所述η型半導(dǎo)體層的表面上形成η型電極，所述η型半導(dǎo)體層通過所述η型電極與一電源負(fù)極電連接；在所述電流擴(kuò)散層上形成P型電極，所述P型半導(dǎo)體層通過所述P型電極與一電源正極電連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管及其制造方法，所述發(fā)光二極管包括襯底；依次位于所述襯底上的緩沖層、非摻層、插入層、n型半導(dǎo)體層、有源層、p型半導(dǎo)體層以及電流擴(kuò)散層；其中，所述插入層由至少一層非摻雜氮化物層和至少一層n型摻雜氮化物層構(gòu)成，所述非摻雜氮化物層靠近所述n型半導(dǎo)體層。在n型區(qū)域電流注入時，所述插入層可形成類似充放電的效果，從而緩沖了n型區(qū)域電流的過沖現(xiàn)象，有效的提高了材料抵抗靜電的能力；同時，由于限制了電流擴(kuò)散區(qū)域的范圍，而加強(qiáng)了電流擴(kuò)散的效果，提高了電流分散的均勻性和電子注入的效率。
文檔編號H01L33/14GK102185063SQ20111009501
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者李淼 申請人:映瑞光電科技(上海)有限公司