發(fā)光二極管芯片中電流擴(kuò)展的方法和發(fā)光二極管芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管芯片中電流擴(kuò)展的方法和發(fā)光二極管芯片，方法包括：提供半導(dǎo)體襯底，半導(dǎo)體襯底包括與N電極電氣接觸的N型約束層、被構(gòu)建成發(fā)射電磁輻射的多量子阱MQW層和與P電極電氣接觸的P型約束層，N型約束層、P型約束層分別與多量子阱層電氣接觸；提供具有第一電氣電阻的N型約束層或者其選定的部分；提供具有第二電氣電阻的P型約束層或者其選定的部分；提供具有第一接觸電阻的N電極；提供具有第二接觸電阻的P電極；選擇第一電氣電阻、第二電氣電阻、第一接觸電阻和第二接觸電阻以在非直線路徑引導(dǎo)電子流并且均勻擴(kuò)展電流穿過(guò)多量子阱層。該方法可實(shí)現(xiàn)LED芯片的均勻電流擴(kuò)展、均勻電致發(fā)光和最大內(nèi)量子效率。
【專利說(shuō)明】發(fā)光二極管芯片中電流擴(kuò)展的方法和發(fā)光二極管芯片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及光電器件，更具體地涉及發(fā)光二極管LED芯片中擴(kuò)展電流的方法，以及具有均勻(uniform)電流擴(kuò)展的發(fā)光二極管LED芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管LED芯片包括用于構(gòu)成連接到外部的外部連接的P電極和N電極。發(fā)光二極管LED芯片可以包括由諸如GaN的化合物半導(dǎo)體材料制成的多層半導(dǎo)體襯底。例如，半導(dǎo)體襯底可以包括具有P型摻雜物的P型約束層、具有η型摻雜物的η型約束層和構(gòu)建成發(fā)射電磁福射的位于約束層之間的多量子講(MQW,Multiple Quantum Well)層。對(duì)于垂直發(fā)光二極管(VLED, Vertical Light Emitting Diode),半導(dǎo)體襯底位于豎直_開的P電極和N電極之間。對(duì)于水平發(fā)光二極管LED芯片，P電極和N電極在半導(dǎo)體襯底上靜止(still)隔開但是通常彼此處于同一平面。
[0003]對(duì)于每種類型的芯片，電流典型地從N電極經(jīng)過(guò)多量子阱MQW層流到P電極。然而，多量子阱MQW層上的均勻電流擴(kuò)展必須被維持，以產(chǎn)生為了產(chǎn)生均勻的電致發(fā)光而要求的電子和空穴對(duì)。電極的構(gòu)造還可以產(chǎn)生靠近電極的電流擁擠(current crowding)以及電致發(fā)光強(qiáng)度的平面非均勻性。理論上由于電子的更低的諧振時(shí)間以及更低的電子-空穴配對(duì)率，多量子阱MQW層上的非均勻的電流擴(kuò)展產(chǎn)生更低的發(fā)光強(qiáng)度。另外，多量子阱MQW層上的非均勻的電流擴(kuò)展可以產(chǎn)生局部過(guò)熱和更低的內(nèi)量子效率(IQE, Internal QuantumEfficiency)。
[0004]因?yàn)殡娏骶奂窍拗瓢l(fā)光二極管LED芯片的性能的重要因素，已經(jīng)采用了多種技術(shù)來(lái)限制電流聚集。例如，ー種技術(shù)是形成具有被摻雜的大的歐姆表面的電極，以提供低電阻，并且設(shè)置為提供直線路徑以便電流從ー個(gè)電極通過(guò)襯底流到另ー個(gè)電極。然而，即使對(duì)于這些技術(shù)，由于損失發(fā)光面積和電流聚集，特別是沿著電極的邊緣，效率和發(fā)光強(qiáng)度仍然被妥協(xié)。
[0005]然而，現(xiàn)有技術(shù)的上述示例及其局限性g在是示例性的而非窮盡。當(dāng)閱讀說(shuō)明書和研究附圖之后，現(xiàn)有技術(shù)的其它局限性將對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員變得明顯。鑒于這些限制，本領(lǐng)域需要提高發(fā)光二極管LED芯片的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，提供ー種發(fā)光二極管LED芯片，其被構(gòu)建成提供均勻電流擴(kuò)展、均勻電致發(fā)光和最大的內(nèi)量子效率IQE。
[0007]為達(dá)上述目的，一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了ー種發(fā)光二極管LED芯片中電流擴(kuò)展的方法，所述方法包括:在發(fā)光二極管LED芯片的不同區(qū)域和電極中提供經(jīng)選擇的電氣電阻和接觸電阻，以提供非直線電子流和均勻的電流擴(kuò)展。更具體地，該方法可以包括以下步驟:
[0008]提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括:具有與N電極電氣接觸的N型約束層、被構(gòu)建成發(fā)射電磁輻射的多量子阱(MQW)層和與P電極電氣接觸的P型約束層；所述N型約束層、所述P型約束層分別與所述多量子阱MQW層電氣接觸；
[0009]提供具有第一電氣電阻的N型約束層或者其被選定的部分；
[0010]提供具有第二電氣電阻的P型約束層或者其被選定的部分；
[0011]提供具有第一接觸電阻的N電極；
[0012]以及提供具有第二接觸電阻的P電極；以及
[0013]選擇第一電氣電阻、第二電氣電阻、第一接觸電阻和第二接觸電阻，以在非直線路徑上引導(dǎo)電子流來(lái)均勻地?cái)U(kuò)展電流穿過(guò)多量子阱MQW層。
[0014]為達(dá)上述目的，另ー方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了ー種發(fā)光二極管LED芯片，所述發(fā)光二極管LED芯片包括:
[0015]N型約束層，所述N型約束層具有第一電阻，與具有第一接觸電阻的N電極電氣接觸；
[0016]多量子阱MQW層，所述多量子阱MQW層與所述N型約束層電氣接觸，被構(gòu)建成發(fā)射電磁輻射；以及
[0017]P型約束層，所述P型約束層與所述多量子阱MQW層電氣接觸，所述N型約束層具有第二電阻，與具有第二接觸電阻的P電極電氣接觸。
[0018]所述第一電阻、第一接觸電阻、第二電阻和第二接觸電阻被選擇以提供通過(guò)所述發(fā)光二極管LED芯片的非直線電子流以及穿過(guò)所述多量子阱MQW層的均勻的電流擴(kuò)展。
[0019]本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果在于:可提供ー種發(fā)光二極管LED芯片，其被構(gòu)建成提供均勻電流擴(kuò)展、均勻電致發(fā)光和最大的內(nèi)量子效率IQE。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做ー簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1A是例示被構(gòu)建成提供均勻電流擴(kuò)展的發(fā)光二極管LED芯片中的電流的示意截面圖；
[0022]圖1B是沿著圖1A的1B-1B線截取的例示發(fā)光二極管LED芯片中的電流的示意截面圖；
[0023]圖2的例示被構(gòu)建成提供均勻電流擴(kuò)展的第二發(fā)光二極管LED芯片中的電流的示意截面圖；以及
[0024]圖3是例示發(fā)光二極管LED芯片中的電流擴(kuò)展的方法的步驟的流程圖。
[0025]附圖標(biāo)號(hào):
[0026]10:發(fā)光二極管(LED)芯片；
[0027]12:多層半導(dǎo)體襯底；
[0028]14:N型約束層；
[0029]16:多量子阱(MQW)層；
[0030]18:P型約束層；[0031]20:N 電極；
[0032]22:P 電極；
[0033]24:注射位置；
[0034]26:電子流箭頭；
[0035]28:均勻的電流擴(kuò)展；
[0036]30:提供半導(dǎo)體襯底的步驟；
[0037]32:提供N型約束層的步驟；
[0038]34:提供P型約束層的步驟；
[0039]36:提供N電極的步驟；
[0040]38:提供P電極的步驟；
[0041]40:選擇步驟；
[0042]RN:第一電氣電阻；
[0043]RP:第二電氣電阻；
[0044]RCN:第一接觸電阻；
[0045]RCP1:第二接觸電阻；
[0046]RCP2:第二接觸電阻。
【具體實(shí)施方式】
[0047]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0048]參照?qǐng)D1A和圖1B，例示被構(gòu)建成提供均勻電流擴(kuò)展的發(fā)光二極管LED芯片10。發(fā)光二極管LED芯片10具有垂直發(fā)光二極管VLED的形式。為了簡(jiǎn)化，沒(méi)有例示發(fā)光二極管LED芯片10的各個(gè)元件。然而，此類型的垂直發(fā)光二極管VLED芯片在美國(guó)專利N0.7，615，789中進(jìn)ー步描述，在此將其合并于此作為參考。
[0049]發(fā)光二極管LED芯片10包括ー個(gè)具有延棧(epitaxial stack)形式的多層半導(dǎo)體襯底12，該多導(dǎo)半導(dǎo)體襯底12包括:N型約束層14、被構(gòu)建成發(fā)射電磁輻射的與N型約束層14電氣接觸的多量子阱MQW層16和與多量子阱MQW層16電氣接觸的P型約束層18。多量子阱MQW層16較佳地包括一個(gè)或者更多個(gè)量子阱，包括InGaN/GaN、AlGalnN、AlGaN、AlInN和AIN的ー個(gè)或者更多個(gè)層。發(fā)光二極管LED芯片10還包括與N型約束層14電氣接觸的N電極20，和與P型約束層18電氣接觸的P電極22。盡管發(fā)光二極管LED芯片10描述為垂直發(fā)光二極管VLED，但是應(yīng)理解的是此處描述的概念還可應(yīng)用于諸如平面電極構(gòu)造的其它類型的發(fā)光二極管LED芯片。
[0050]N型約束層14優(yōu)選地包括η-GaN。用于N型約束層14的其它適合材料包括11-八16&隊(duì)11-11163隊(duì)11-4111163隊(duì)4111和11-4。另外，N型約束層14可以具有第一電氣電阻Rn。可以通過(guò)對(duì)N型約束層14離子植入或者摻雜適當(dāng)摻雜物來(lái)提供第一電氣電阻Rn。
[0051]P型約束層18優(yōu)選地包括p-GaN。用于P型約束層18的其它適合材料包括p-AlGaN、p-1nGaN、p-AlInGaN、p-AlInN 和 ρ-Α1Ν。P 型約束層 18 包括具有第二電氣電阻 RP1和RP2的三個(gè)單獨(dú)部分?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)P型約束層18的不同部分離子植入或者摻雜適當(dāng)摻雜物來(lái)提供第二電氣電阻RP1和RP2。例如，可以進(jìn)行離子植入或者摻雜從而RP2〈RP1，向P型約束層18的中部提供更高的電氣電阻，而P型約束層18的相対的外部具有更低的電氣電阻。
[0052]N電極20和P電極22可以包括諸如1、11、]\10、41、(:11、祖、48、411或者(:0這樣的金屬，諸如Cu-Co或者Cu-Mo這樣的合金,或者諸如Ni/Cu或者Ni/Cu_Mo這樣的金屬棧的單層。另外，P電極22可以具有比N電極20更大的表面面積，其大致覆蓋發(fā)光二極管LED芯片10的側(cè)面。N電極20可以具有第一接觸電阻RCn。P電極22可以具有根據(jù)相對(duì)于P型約束層18的不同部分的位置的多個(gè)第二接觸電阻RCP1、RCP2。所述N電極20可以包括被選擇以提供第一接觸電阻的不同材料或者層。所述P電極22可以包括被選擇以提供第二接觸電阻的不同材料或者層。
[0053]在發(fā)光二極管LED芯片10中，N型約束層14的第一電氣電阻RX、P型約束層18的第二電氣電阻RP1和RP2、N電極20的第一接觸電阻RCn和P型約束層的第二接觸電阻RCP1、RCP2被選擇來(lái)在均勻擴(kuò)展電流的非直線路徑上引導(dǎo)電子流穿過(guò)(across)多量子阱MQW層
16。例如，一個(gè)組合是電阻RQ低，RP2〈RP1，并且RCP1〈RCP2。如圖1A所示，該組合提供如電子流箭頭26指示的非直線流路徑。另外，再參閱圖1B，多量子阱MQW層16上的注射位置24具有均勻的電流擴(kuò)展28,提供多量子講MQW層16中的增大的諧振周期(resonance period)。
[0054]電阻和接觸電阻的另ー個(gè)可能組合是N型約束層14具有帶有多個(gè)電阻和接觸電阻的部分。然而，明顯地，組合的數(shù)量可以很大并且可以被選擇以控制電子流以提供穿過(guò)(across)多量子阱MQW層16的均勻的電流擴(kuò)展。圖2例示另ー個(gè)組合，其中第二電氣電阻Rpi和相等。如電子流箭頭28指示,此組合提供穿過(guò)/跨越(across)多量子講MQW層16的整個(gè)區(qū)域的均勻的電流擴(kuò)展28。
[0055]參照?qǐng)D3，例示在發(fā)光二極管LED芯片10中電流擴(kuò)展的方法。
[0056]步驟30，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有與N電極電氣接觸的N型約束層、被構(gòu)建成發(fā)射電磁輻射的多量子阱MQW層和與P電極電氣接觸的P型約束層。
[0057]步驟32，提供具有第一電氣電阻的N型約束層或者該N型約束層的選定的部分(離子植入、摻雜)。
[0058]步驟34，提供具有第二電氣電阻的P型約束層或者該P(yáng)型約束層的選定的部分(離子植入、摻雜)。
[0059]步驟36，提供具有第一接觸電阻的N電極(選擇材料)。
[0060]步驟38，提供具有第二接觸電阻的P電極(選擇材料)。N電極20和P電極22可以包括諸如W、T1、Mo、Al、Cu、N1、kg、Au或者Co這樣的金屬，諸如Cu_Co或者Cu_Mo這樣的合金，或者諸如Ni/Cu或者Ni/Cu-Mo這樣的金屬棧的單層。
[0061]步驟40，選擇第一電氣電阻、第二電氣電阻、第一接觸電阻和第二接觸電阻，以引導(dǎo)電子流在非直線路徑上均勻地?cái)U(kuò)展電流穿過(guò)(across)多量子阱MQW層。
[0062]盡管以上討論了多個(gè)示例性方面和實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解特定修改、排列、添加和子組合。因此引入的所附的權(quán)利要求g在被解釋為包括全部這些修改、排列、添加和子組合，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)。
[0063]以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實(shí)施例各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.ー種發(fā)光二極管LED芯片中電流擴(kuò)展的方法,其特征在于，所述方法包括: 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括與N電極電氣接觸的N型約束層、被構(gòu)建成發(fā)射電磁輻射的多量子阱MQW層和與P電極電氣接觸的P型約束層，所述N型約束層、所述P型約束層分別與所述多量子阱MQW層電氣接觸； 提供具有第一電氣電阻的N型約束層或者N型約束層的選定的部分； 提供具有第二電氣電阻的P型約束層或者P型約束層的選定的部分； 提供具有第一接觸電阻的N電極； 提供具有第二接觸電阻的P電極；以及 選擇所述第一電氣電阻、所述第二電氣電阻、所述第一接觸電阻和所述第二接觸電阻以在非直線路徑引導(dǎo)電子流并且均勻擴(kuò)展電流穿過(guò)所述多量子阱MQW層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供具有第一電氣電阻的N型約束層或者N型約束層的選定的部分包括: 對(duì)所述N型約束層進(jìn)行離子植入或者摻雜以提供所述第一電氣電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供具有第二電氣電阻的P型約束層或者P型約束層的選定的部分包括: 對(duì)所述P型約束層進(jìn)行離子植入或者摻雜以提供所述第二電氣電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供具有第一接觸電阻的N電極包括: 選擇用于N電極的材料以提供所述第一接觸電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供具有第二接觸電阻的P電極包括: 選擇用于P電極的材料以提供所述第二接觸電阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，提供具有不同部分的P型約束層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述不同部分包括具有電氣電阻(RP1)的中部和具有電氣電阻(rP2)的相対的外部，其中電氣電阻(rP2)的電阻值小于電氣電阻(rp1)的電阻值。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述不同部分包括具有電氣電阻(RP1)的中部和具有電氣電阻(RP2)的相対的外部，其中電氣電阻(RP1)的電阻值等于電氣電阻(rP2)的電阻值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述發(fā)光二極管LED芯片包括豎直發(fā)光二極管VLED芯片。
10.ー種發(fā)光二極管LED芯片,其特征在于,所述發(fā)光二極管LED芯片包括: N型約束層，所述N型約束層具有第一電氣電阻，與具有第一接觸電阻的N電極電氣接觸； 多量子阱MQW層，所述多量子阱MQW層與所述N型約束層電氣接觸，被構(gòu)建成發(fā)射電磁輻射；以及 P型約束層，所述P型約束層與所述多量子阱MQW層電氣接觸，具有第二電氣電阻，與具有第二接觸電阻的P電極電氣接觸； 所述第一電阻、所述第二電阻、所述第一接觸電阻和所述第二接觸電阻被選擇以提供通過(guò)所述發(fā)光二極管LED芯片的非直線電子流以及穿過(guò)所述多量子阱MQW層的均勻的電流擴(kuò)展。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管LED芯片，其特征在于，所述發(fā)光二極管LED芯片包括垂直發(fā)光二極管VLED芯片。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管LED芯片，其特征在于，所述P型約束層包括多個(gè)不同部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光二極管LED芯片，其特征在于，所述不同部分包括具有電氣電阻(RP1)的中部和具有電氣電阻(RP2)的相対的外部，其中電氣電阻(RP2)的電阻值小于電氣電阻(RP1)的電阻值。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光二極管LED芯片，其特征在于，所述不同部分包括具有電氣電阻(RP1)的中部和具有電氣電阻(RP2)的相対的外部，其中電氣電阻(RP1)的電阻值等于電氣電阻(RP2)的電阻值。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管LED芯片，其特征在于，所述N型約束層的第一電氣電阻是通過(guò)對(duì)N型約束層進(jìn)行離子植入或者摻雜而形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管LED芯片，其特征在于，所述P型約束層的第二電氣電阻是通過(guò)對(duì)所述P型約束層進(jìn)行離子植入或摻雜而形成。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管LED芯片，其特征在于，所述N電極包括被選擇以提供第一接觸電阻的不同材料或者層。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管LED芯片，其特征在于，所述P電極包括被選擇以提供第二接觸電阻的不同材料或者層。
【文檔編號(hào)】H01L33/00GK103456844SQ201210169945
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月28日
【發(fā)明者】段大衛(wèi), 馬克, 馬賽羅 申請(qǐng)人:佛山市國(guó)星半導(dǎo)體技術(shù)有限公司