利用ito區(qū)域性方阻變化改善電流擴(kuò)展的發(fā)光二極管及制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用ITO區(qū)域性方阻變化改善發(fā)光二極管電流擴(kuò)展的方法，尤其涉及利用ITO區(qū)域性方阻變化改善電流擴(kuò)展的發(fā)光二極管及其制作方法，屬于發(fā)光二極管半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]LED為英文Light Emitting D1de發(fā)光二極管的縮寫,作為一種新型照明光源,具有體積小、節(jié)能、冷光源、相應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。藍(lán)光LED芯片外延結(jié)構(gòu)主要是氮化鎵GaN，氮化鎵GaN本征是N型，非故意摻雜GaN外延載流子濃度是10el4，N型一般摻雜SiH4，載流子濃度也就1e 19?10e20，GaN的P型摻雜由于H對(duì)Mg的鈍化作用，導(dǎo)致P型摻雜濃度不高，電阻率大，而且P型層表面到發(fā)光區(qū)的縱向距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于整個(gè)芯片的橫向距離，縱向的電阻遠(yuǎn)小于橫向電阻情況下，電流直接縱向流入發(fā)光區(qū)，而不往P型表面的橫向方向擴(kuò)展。為了增加電流橫向的擴(kuò)展，在P型層表面蒸鍍電阻率更低的透明導(dǎo)電薄膜，常用此類薄膜有氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銦(InO)等。但是僅增加透明導(dǎo)電薄膜后，電流仍然傾向于縱向流動(dòng)，而且電流距離電流注入點(diǎn)越遠(yuǎn)電流密度越低，導(dǎo)致芯片在電流注入周圍發(fā)光最亮，距離注入處越遠(yuǎn)，亮度發(fā)生急劇下降，從整個(gè)芯片表面看發(fā)光不均勻。而且在P電極與N電極最近處，為電流經(jīng)過最短路徑，電流集中在此路徑上，從而發(fā)生電流擁擠的現(xiàn)象，在電流擁擠處易出現(xiàn)過熱、ESD擊穿，而使芯片壽命降低、可靠性變差。為了使電流分布均勻，采取的通常方法有以下三種:
[0003]第一種方法:電極圖形化，通過特殊設(shè)計(jì)的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)引導(dǎo)電流橫向分布，如中國專利文件CN201010558741.3《一種能增強(qiáng)橫向電流擴(kuò)展的發(fā)光二極管》，采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的透明導(dǎo)電層來增強(qiáng)電流的橫向擴(kuò)展，但是網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)中的空洞是不導(dǎo)電的，整體芯片的電壓會(huì)比沒有空洞的透明導(dǎo)電層結(jié)構(gòu)升高。為了保證芯片整體電壓降低，就需要對(duì)外延層電壓降低提出更高要求，從而增加的外延工藝的難度和成本的上升。
[0004]第二種方法:增加電流阻擋層，即在P金屬電極下面增加比電極略微寬的不導(dǎo)電層，這個(gè)不導(dǎo)電層使得電流不從電極處直接向下注入，如中國專利文件CN200820213577.0,提供一種改善電流擴(kuò)展效率的發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管包括襯底、N型電流擴(kuò)展層、多量子阱有源發(fā)光區(qū)、P型電流擴(kuò)展層、透明導(dǎo)電層、P電極及N電極，其中，所述的P型電流擴(kuò)展層內(nèi)形成有一電流阻擋區(qū)，該電流阻擋區(qū)內(nèi)設(shè)置有電流阻擋層，它能使P型電極注入的電流橫向擴(kuò)展到電極下方以外的有源發(fā)光區(qū)，使P電極下方無電流，不發(fā)光，增加了二極管發(fā)光效率，減少了焦耳熱的產(chǎn)生，提高了器件的熱性能、壽命及可靠性。但是增加的一層電流阻擋層，使得管芯工藝變復(fù)雜，成本升高。
[0005]第三種方法:P電極下掩埋絕緣層進(jìn)行二次外延。如中國專利文件CN201010273166.2《一種具有電流阻擋層氮化鎵基發(fā)光二極管的制作方法》，通過在P型氮化鎵基外延層之上引入一非摻雜氮化鎵基外延層以形成電流阻擋層。此方法需要在非摻雜氮化鎵基外延層之上鍍一金屬層作為掩膜以覆蓋整個(gè)電流阻止區(qū)；采用電化學(xué)蝕刻將電流阻止區(qū)之外的非摻雜氮化鎵基外延層去除。這種方法步驟復(fù)雜，外延生長難度大，且對(duì)處理后外延層清潔度要求高，這都增加了實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種改善發(fā)光二極管電流擴(kuò)展的方法，本發(fā)明還提供利用ITO區(qū)域性方阻變化改善電流擴(kuò)展的發(fā)光二極管及其制作方法。
[0007]術(shù)語解釋:
[0008]ITO:1ndium Tin Oxide，氧化銦錫，是一種透明導(dǎo)電薄膜；
[0009]LED:Light Emitting D1de,發(fā)光二極管；其結(jié)構(gòu)包括生長在襯底上的外延片,位于外延片之上的ITO薄膜,金屬電極和鈍化層。
[0010]ICP:Inductively Coupled Plasma,電感I禹合等離子體；
[0011]PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposit1n,等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法。
[0012]方阻:是方塊電阻的通用簡稱，方塊電阻又稱膜電阻，是用于間接表征薄膜膜層及樣品上的真空鍍膜的熱紅外性能的測量值，該數(shù)值大小可直接換算為熱紅外輻射率。方塊電阻的大小與樣品尺寸無關(guān)，其單位為歐姆/方，用于膜層測量又稱為膜層電阻。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0014]一、一種改善發(fā)光二極管電流擴(kuò)展的方法
[0015]一種利用ITO區(qū)域性方阻變化改善發(fā)光二極管電流擴(kuò)展的方法，所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)包括生長在襯底上的外延片，位于外延片之上的ITO薄膜，金屬電極和鈍化層，其特征在于將ITO薄膜制作成方阻不同的三個(gè)區(qū)域性，低方阻ITO區(qū)域1、中方阻ITO區(qū)域II和高方阻ITO區(qū)域III，方阻大小為:低方阻ITO區(qū)域KITO薄膜層IK高方阻ITO區(qū)域III ；所述高方阻ITO區(qū)域III位于金屬電極下方，所述低方阻ITO區(qū)域I通過掩膜圖案形成，以金屬電極為中心延伸到邊緣，呈枝杈形狀，其余為中方阻ITO區(qū)域II。該方法不設(shè)電流阻擋層，僅通過選擇性區(qū)域上的方阻提高或降低，起到引導(dǎo)電流擴(kuò)展的路徑作用。
[0016]制作高方阻ITO區(qū)域III的方法，采用氧化退火法增大方阻形成高方阻ITO區(qū)域III或者通過腐蝕或刻蝕減薄區(qū)域III的ITO薄膜層形成高方阻ITO區(qū)域III。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)即可。
[0017]制作低方阻ITO區(qū)域I的方法，可以采用在ITO薄膜上制備掩膜圖案，將無掩膜區(qū)域通過腐蝕或刻蝕減薄成為ITO區(qū)域II，去除掩膜后的區(qū)域?yàn)榈头阶鐸TO區(qū)域I ;根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)即可。
[0018]優(yōu)選的，該方法用于氮化鎵基藍(lán)光LED或鋁鎵銦磷四元紅光LED。
[0019]二、一種利用ITO區(qū)域性方阻變化改善電流擴(kuò)展的發(fā)光二極管
[0020]一種利用ITO區(qū)域性方阻變化改善電流擴(kuò)展的發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)包括生長在襯底上的外延片，位于外延片之上的ITO薄膜，金屬電極和鈍化層；其中，ITO薄膜上有低方阻ITO區(qū)域1、中方阻ITO區(qū)域II和高方阻ITO區(qū)域III，方阻大小為:低方阻ITO區(qū)域K中方阻ITO區(qū)域IK高方阻ITO區(qū)域III ；
[0021]所述高方阻ITO區(qū)域III位于金屬電極下方，以減少電極下電流無效發(fā)光，引導(dǎo)電流往電極以外的區(qū)域擴(kuò)散；
[0022]所述低方阻ITO區(qū)域I通過掩膜圖案形成，以金屬電極為中心延伸到邊緣，呈枝杈形狀，以引導(dǎo)電流沿著方阻較小的枝杈由電極中心往邊緣擴(kuò)散，提高邊緣的發(fā)光亮度。
[0023]所述的枝杈形狀，根據(jù)本領(lǐng)域工藝上的便利，具體形狀不比特別限定，只要其一端與中心電極的電路連通，能實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)電流擴(kuò)展的路徑作用即可。本領(lǐng)域的人員根據(jù)其知悉的技術(shù)可以變通采用不同的方案。本發(fā)明優(yōu)選提供所述的枝杈形狀由若干長方條形構(gòu)成，以電極為中心對(duì)稱地向邊緣呈放射狀，主枝杈一端與電極接觸，分支杈一端連通主枝杈，另一端延伸到P型層邊緣，以使電流沿著枝杈由電極中心往邊緣擴(kuò)散。
[0024]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，低方阻ITO區(qū)域I的方阻為5?10歐姆/方?jīng)_方阻ITO區(qū)域II的方阻為10?15歐姆/方；高方阻ITO區(qū)域III的方阻為50?70歐姆/方。
[0025]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述高方阻ITO區(qū)域III面積小于金屬電極圖案，比金屬電極邊緣向內(nèi)縮小5-8微米。
[0026]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述低方阻ITO區(qū)域I光透過率為75%至85%。
[0027]三、本發(fā)明上述發(fā)光二極管的制作方法
[0028]一種利用ITO區(qū)域性方阻變化改善電流擴(kuò)展的發(fā)光二極管的制作方法，包括如下步驟:
[0029]步驟1:生長LED外延片，
[0030]步驟2:在外延片表面生長ITO薄膜；
[0031]步驟3:在ITO薄膜上制作低方阻ITO區(qū)域1、高方阻ITO區(qū)域III ;其余區(qū)域?yàn)橹蟹阶鐸TO區(qū)域II ；
[0032]步驟4:在ITO上制作金屬電極、鈍化層，金屬電極位于高方阻ITO區(qū)域III的上方，完成LED芯片的制作。
[0033]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟3中:在ITO薄膜上制作低方阻ITO區(qū)域I的方法，可采用在ITO薄膜上制備枝杈形狀的掩膜圖案，將無掩膜區(qū)域通過腐蝕或刻蝕減薄，形成ITO區(qū)域II，去除掩膜后的區(qū)域?yàn)榈头阶鐸TO區(qū)域I ;
[0034]根據(jù)本發(fā)明另一種優(yōu)選的方案，步驟3中:在ITO薄膜上制作低方阻ITO區(qū)域I的方法，還可采用在ITO薄膜設(shè)定的枝杈形狀圖形區(qū)域上通過二次電子束蒸鍍或磁控濺射加厚ITO薄膜，形成低方阻ITO區(qū)域I ;
[0035]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟3中:在ITO薄膜上制作高方阻ITO區(qū)域III的方法是，在ITO薄膜層上，設(shè)定面積小于金屬電極的區(qū)域III，對(duì)于該區(qū)域之外的部分制作掩膜，對(duì)于區(qū)域III采用氧化退火法增大方阻形成高方阻ITO區(qū)域III或者通過腐蝕或刻蝕減薄區(qū)域III形成高方阻ITO區(qū)域III。
[0036]本發(fā)明所述掩膜材料為光刻膠或S12，若選擇光刻膠為掩膜，其制備方法包括涂膠，曝光，顯影步驟；若選擇S12為掩膜，其制備方法包括生長S12薄膜、涂光刻膠、曝光，顯影濕法腐蝕，去膠步驟；均可按現(xiàn)已技術(shù)。
[0037]優(yōu)選的，本發(fā)明所述外延片包括氮化鎵基藍(lán)光LED外延片、鋁鎵銦磷四元紅光LED外延片；外延片的結(jié)構(gòu)依次為襯底、緩沖層、N型層、多量子阱、P型層；
[0038]優(yōu)選的，所述在外延片表面生長ITO薄膜的方法為電子束蒸鍍、等離子輔助電子束蒸鍍或磁控濺射法；按現(xiàn)有技術(shù)即可。
[0039]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述增大ITO方阻III的制備方法包括兩大類型:減薄厚度增大方阻和氧化退火增大方阻；優(yōu)選的，所述減薄ITO厚度的方法采用濕法腐蝕或干法刻蝕；
[0040]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述電極層材料為金、鋁、鈦、鉬、鉻之一，或這些材料的組合；
[0041]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述鈍化層為Si02、SiN或S1N。
[0042]本發(fā)明的特點(diǎn)及有