發(fā)光二極管制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)光二極管的制作方法，特別是擴(kuò)大第一半導(dǎo)體層、發(fā)光層與第二半導(dǎo)體層間接觸面積的方法，同時(shí)適用于生長(zhǎng)其他功率型半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0002]氮化鎵基LED由于其高效的發(fā)光效率，目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在背光、照明、景觀(guān)等各個(gè)光源領(lǐng)域。市場(chǎng)對(duì)于LED芯片的需求日趨嚴(yán)格，除發(fā)光效率外，LED芯片的可靠性也是客戶(hù)關(guān)注的重點(diǎn)，其中芯片的抗靜電釋放(英文為electrostatic discharge，簡(jiǎn)稱(chēng)ESD)能力是可靠性的一個(gè)重要方面。目前主流技術(shù)的藍(lán)光LED芯片都是制作在藍(lán)寶石襯底上，由于藍(lán)寶石襯底不導(dǎo)電，正負(fù)電極需制作在芯片的同一面上，其相互距離較小。當(dāng)芯片電極間聚集足夠的靜電后，會(huì)在芯片的兩極間產(chǎn)生靜電放電，如果芯片本身抗靜電能力不夠，就會(huì)產(chǎn)生漏電而最終被破壞。
[0003]目前常用的改善GaN基LED芯片抗靜電的方法分為兩類(lèi)，第一類(lèi)是增加芯片保護(hù)電路，這樣可提供一個(gè)靜電釋放時(shí)的旁路，保護(hù)LED芯片免于靜電沖擊。此類(lèi)技術(shù)也有不同的實(shí)現(xiàn)方法。比如在芯片封裝時(shí)加入ESD保護(hù)芯片；另一種方法是在制作LED芯片時(shí)增加一個(gè)肖特基二極管。這兩種方法都可以顯著改善LED芯片的抗靜電能力，但也有一定的缺點(diǎn)。如第一種方法增加了封裝時(shí)的成本，第二種方法增加了芯片制作時(shí)的工序并犧牲了小部分芯片的發(fā)光面積。
[0004]第二類(lèi)是改善LED芯片的本身體質(zhì)，提高其抗靜電打擊的能力，主要思想是改善LED芯片的電流擴(kuò)展能力或者降低材料中的缺陷。通過(guò)在量子阱有源區(qū)的前后加入周期性垂直穿插結(jié)構(gòu)來(lái)改善電流擴(kuò)展，阻擋位錯(cuò)缺陷，以期達(dá)到提高ESD能力；或者在量子阱有源區(qū)前加入對(duì)稱(chēng)諧振隧道CART結(jié)構(gòu)層來(lái)改善ESD。這些方法對(duì)ESD的改善都有很好的效果，但其結(jié)構(gòu)都略顯復(fù)雜，增加了外延片生產(chǎn)中的復(fù)雜程度。另外，這些方法對(duì)小尺寸芯片的ESD改善不如大尺寸芯片明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]LED芯片本身就是一個(gè)PN結(jié)，根據(jù)半導(dǎo)體理論，PN結(jié)就是一個(gè)電容器。而當(dāng)外來(lái)靜電沖擊LED芯片時(shí)，如果能適當(dāng)提高LED芯片的電容，那么它就能承受更大的靜電。本發(fā)明將從這一基本理論出發(fā)，充分利用GaN基材料中的缺陷，使用簡(jiǎn)單的制作方法達(dá)到改善ESD性能的目的，尤其對(duì)小尺寸的芯片更有效。
[0006]發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括:襯底、N型層、氮化鎵保護(hù)層、發(fā)光層和P型層，所述P型層上存在高密集度的缺陷，本發(fā)明公開(kāi)了此發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法，其工藝步驟包括:
(1)提供一藍(lán)寶石襯底，在襯底上沉積N型層；
(2)通入甲硅烷進(jìn)行處理，在N型層表面形成坑洞；
(3)在相鄰坑洞間的凸起上生長(zhǎng)氮化鎵保護(hù)層；
(4)在氮化鎵保護(hù)層交替生長(zhǎng)InGaN層和GaN層，形成多量子阱發(fā)光層； (5)生長(zhǎng)P型層，覆蓋所述N型層、氮化鎵保護(hù)層和發(fā)光層；
所述步驟(2)通過(guò)甲硅烷作用在N型層的位錯(cuò)缺陷處，通過(guò)擴(kuò)大缺陷表面凹槽，從而實(shí)現(xiàn)在缺陷處形成坑洞，所述步驟(3)生長(zhǎng)氮化鎵保護(hù)層，通過(guò)三乙基鎵沉積，不會(huì)產(chǎn)生活性的含碳反應(yīng)物，能排除碳雜質(zhì)的影響，避免氮化鎵保護(hù)層與碳結(jié)合形成深能級(jí)缺陷而減少出光。
[0007]優(yōu)選的，所述步驟(3)氮化鎵保護(hù)層生長(zhǎng)在所述相鄰坑洞間凸起處，厚度為50~300nm,其目的為延伸所述坑洞，擴(kuò)大與所述P型層接觸的面積，提升發(fā)光二極管吸收外加靜電電荷的能力。
[0008]優(yōu)選的，所述步驟(2)甲硅烷的處理時(shí)間為1~10分鐘。
[0009]優(yōu)選的，所述步驟(2)反應(yīng)室溫度為1000~1150°C。
[0010]優(yōu)選的，所述步驟(3)反應(yīng)室溫度為700~850°C。
[0011]優(yōu)選的，所述坑洞深度為5~15nm，所述發(fā)光層厚度為40~120nm。
[0012]優(yōu)選的，所述坑洞在N型層表面的密度為2*10s/cm2~8*10s/cm2。
[0013]優(yōu)選的，所述坑洞延伸后形成的V型坑，其深度為95~435nm。
[0014]本發(fā)明的有益效果至少包括解決了【背景技術(shù)】中的問(wèn)題，提供了一種制作GaN基外延片的方法，通過(guò)增加PN結(jié)的面積使PN結(jié)電容增加，芯片的抗靜電能力顯著改善，根據(jù)電磁學(xué)原理，芯片PN結(jié)處的電容大小正比于結(jié)的面積。本發(fā)明的生長(zhǎng)多量子阱前的進(jìn)行甲硅烷處理，然后在處理的表面使用三乙基鎵生長(zhǎng)50~300nm厚的氮化鎵保護(hù)層，這一工藝可以在氮化鎵材料的表表面形成很多V型坑，極大的增加了 PN結(jié)的面積，使PN結(jié)在受到靜電沖擊時(shí)能吸收電荷，免于靜電損壞。本發(fā)明操作方法簡(jiǎn)單易行，使用三乙基鎵可完全排除碳雜質(zhì)的污染，避免LED芯片出現(xiàn)晶閘體效應(yīng)；還可進(jìn)一步改善氮化鎵保護(hù)層晶體質(zhì)量，有利于提高多量子阱層的發(fā)光效率。本采用本發(fā)明制作的結(jié)構(gòu)尤其對(duì)小尺寸芯片的ESD改善明顯，如普通的6mil*7mil芯片，在未使用本結(jié)構(gòu)前其8000V人體模式ESD通過(guò)率僅有大約85%，而使用本結(jié)構(gòu)后可提高到95%以上。
【附圖說(shuō)明】
[0015]附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。
[0016]圖1和圖2分別是本發(fā)明實(shí)施例完成步驟(I)后的結(jié)構(gòu)剖面圖和俯視圖。
[0017]圖3和圖4分別是本發(fā)明實(shí)施例完成步驟(2)后的結(jié)構(gòu)剖視圖和俯視圖。
[0018]圖5和圖6分別是本發(fā)明實(shí)施例完成步驟(3)后的結(jié)構(gòu)剖面圖和俯視圖。
[0019]圖7和圖8分別是本發(fā)明實(shí)施例完成步驟(4)后的結(jié)構(gòu)剖面圖和俯視圖。
[0020]圖9和圖10是本發(fā)明實(shí)施例在步驟(5)的生長(zhǎng)過(guò)程剖面示意圖。
[0021]其中，1、襯底；2、緩沖層；3、非摻雜氮化鎵層；4、摻硅氮化鎵層；5、缺陷；51、坑洞；6、氮化鎵保護(hù)層；7、發(fā)光層；8、摻鎂鋁氮化鎵層；9、PN結(jié)；10、摻鎂氮化鎵層。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合示意圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及其制作方法進(jìn)行詳細(xì)的描述，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說(shuō)明的是，只要不構(gòu)成沖突，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
實(shí)施例
[0023]本實(shí)施例提供了發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)和制作方法，具體步驟如下:
如圖1和圖2所示，步驟(I)首先提供一種藍(lán)寶石襯底I，在襯底I上生長(zhǎng)N型層，N型層包括:緩沖層2及緩沖層2上依次生長(zhǎng)的非摻雜氮化鎵層3、摻硅氮化鎵層4，摻硅氮化鎵層4表面分別有高密集度缺陷5。
[0024]如圖3和圖4所示，步驟(2)將反應(yīng)室溫度調(diào)整到1000~1150°C，通入甲硅烷對(duì)摻硅氮化鎵層4表面進(jìn)行處理，處理時(shí)間為1~10分鐘，目的在于利用甲硅烷對(duì)缺陷5擴(kuò)大形成坑洞51，坑洞深度hi為5~15nm。
[0025]如圖5和圖6所示，步驟(3)將反應(yīng)室溫度調(diào)整到700~850°C，通入三乙基鎵，在相鄰坑洞51間的凸起上沉積氮化鎵保護(hù)層6，由于在低溫環(huán)境下，凸起比坑洞內(nèi)更易于沉積氮化鎵，凸起沉積速度是坑洞沉積速度的3~5倍，因此氮化鎵保護(hù)層6主要沉積在凸起上，沉積厚度h2為50~300nm。
[0026]如圖7和圖8所示，步驟(4)將反應(yīng)室溫度調(diào)整到750~900°C，在氮化鎵保護(hù)層6上交替生長(zhǎng)5~15個(gè)周期的摻銦氮化鎵層和氮化鎵層，形成多量子阱發(fā)光層7，發(fā)光層7的厚度h3為40~120nm，最終坑洞51的深度范圍為hl+h2+h3，坑洞深度在95~435nm之間。
[0027]如圖9和圖10所示，步驟(5)生長(zhǎng)P型層，將反應(yīng)室溫度調(diào)整到800~950°C，生長(zhǎng)摻鎂鋁氮化鎵層8形成PN結(jié)9，其后將反應(yīng)室溫度調(diào)整到900~1050°C，生長(zhǎng)摻鎂氮化鎵層10。
[0028]本實(shí)施例，利用坑洞51結(jié)構(gòu)和所沉積的氮化鎵保護(hù)層6，延伸并擴(kuò)大N型層與P型層的接觸面積，提高PN結(jié)9的電容，增強(qiáng)發(fā)光二極管吸收外來(lái)靜電電荷的能力，減少靜電擊穿的可能。
[0029]應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施方案為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的范圍不限于實(shí)施例，凡依本發(fā)明所做的任何變更，皆屬本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.發(fā)光二極管制作方法，包括步驟: (1)提供一藍(lán)寶石襯底，在襯底上沉積N型層； (2)通入甲硅烷進(jìn)行處理，在N型層表面形成坑洞； (3)在相鄰坑洞間的凸起上生長(zhǎng)氮化鎵保護(hù)層； (4)在氮化鎵保護(hù)層上，交替生長(zhǎng)InGaN層和GaN層，形成多量子阱發(fā)光層； (5)生長(zhǎng)P型層，覆蓋所述N型層、氮化鎵保護(hù)層和發(fā)光層； 其特征在于:所述步驟(2)通過(guò)甲硅烷作用在N型層上的位錯(cuò)缺陷處，通過(guò)擴(kuò)大缺陷表面凹槽，從而實(shí)現(xiàn)在缺陷處形成坑洞，所述步驟(3)生長(zhǎng)氮化鎵保護(hù)層，通過(guò)三乙基鎵沉積，不會(huì)產(chǎn)生活性的含碳反應(yīng)物，能排除碳雜質(zhì)的影響，避免氮化鎵保護(hù)層與碳結(jié)合形成深能級(jí)缺陷而減少出光。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管制作方法，其特征在于:所述步驟(3)氮化鎵保護(hù)層生長(zhǎng)在所述相鄰坑洞間凸起處，厚度為50~300nm，其目的為延伸所述坑洞，擴(kuò)大與所述P型層接觸的面積，提升發(fā)光二極管吸收外加靜電電荷的能力。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管制作方法，其特征在于:所述步驟(2)甲硅烷的處理時(shí)間為1~10分鐘。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管制作方法，其特征在于:所述步驟(2)反應(yīng)室溫度為 1000-1150°C O5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管制作方法，其特征在于:所述步驟(3)反應(yīng)室溫度為 700~850Γ。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管制作方法，其特征在于:所述坑洞深度為5~15nm。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管制作方法，其特征在于:所述發(fā)光層為交替生長(zhǎng)的5~15個(gè)周期InGaN層和GaN層，所述發(fā)光層厚度為40~120nm。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管制作方法，其特征在于:所述坑洞在N型層表面的密度為 2*1iVcm2?8*1iVcm209.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管制作方法，其特征在于:所述坑洞延伸后形成的V型坑，其深度為95~435nm。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了發(fā)光二極管制作方法，包括步驟：通過(guò)甲硅烷在N型層表面缺陷處形成坑洞，通過(guò)三乙基鎵在相鄰坑洞間凸起處生長(zhǎng)氮化物保護(hù)層，從而增大PN結(jié)面積，使PN結(jié)在受到靜電沖擊時(shí)增加所能吸收的電荷，避免發(fā)光二極管被靜電破壞。
【IPC分類(lèi)】H01L33/24, H01L33/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105161577
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510486858
【發(fā)明人】朱學(xué)亮, 張潔, 邵小娟, 杜彥浩, 杜成孝, 劉建明, 徐宸科
【申請(qǐng)人】廈門(mén)市三安光電科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年8月11日