發(fā)光二極管及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體為一種具有良好η型歐姆接觸的垂直發(fā)光二極管其及制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)的成熟，垂直結(jié)構(gòu)芯片技術(shù)越來越多地被業(yè)界應(yīng)用，其一般在藍(lán)寶石襯底上通過MOCVD沉積GaN基薄膜，然后把GaN基薄膜通過晶圓鍵合技術(shù)或電鍍技術(shù)黏結(jié)到半導(dǎo)體或金屬基板上，再把藍(lán)寶石襯底剝離去除。此種技術(shù)因?yàn)檩^高的光萃取效率、電流擴(kuò)展能力及導(dǎo)熱能力，有效的提高了GaN基LED芯片的發(fā)光效率，特別是在高電流密度大功率應(yīng)用領(lǐng)域體現(xiàn)出越來越明顯的優(yōu)勢。
[0003]然而，在前述垂直結(jié)構(gòu)芯片技術(shù)中，襯底剝離后暴露的GaN薄膜表面一般為氮極性面，而氮極性和鎵極性面的金半歐姆接觸特性相差極大，常規(guī)Ti/Al金屬電極可以與鎵極性GaN形成非常穩(wěn)定的歐姆接觸，但是與氮極性GaN很難獲得穩(wěn)定的歐姆接觸，失效后正向工作電壓升高，嚴(yán)重惡化了垂直GaN芯片的性能穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明提供了一種具有良好η型歐姆接觸的垂直發(fā)光二極管及其制作方法，以克服現(xiàn)有垂直芯片存在的η面GaN歐姆接觸電極穩(wěn)定性差而導(dǎo)致芯片電壓可靠性問題。
[0005]本發(fā)明首先提供了一種用于垂直芯片的LED外延結(jié)構(gòu)，包括:襯底，具有相對的上、下表面，所述上表面的部分區(qū)域被氮化;η型氮化物層，形成于所述襯底的上表面，具有氮極性的晶體和鎵極性的晶體，其中所述氮極性的晶體生長于所述襯底被氮化的區(qū)域上方，且所述氮極性和鎵極性區(qū)域的表面呈現(xiàn)高度差;η型恢復(fù)層，形成于η型氮化物層上，其上表面為相連的鎵極性表面;有源層，形成于所述η型恢復(fù)層上;P型層，形成于所述有源層上。
[0006]本發(fā)明同時(shí)提供了一種垂直LED芯片，自下而上依次包括:導(dǎo)電基板、P型氮化物層、有源層、η型恢復(fù)層、η型氮化物層和η電極。其中，所述η型氮化物層具有氮極性的晶體和鎵極性的晶體，且所述氮極性和鎵極性區(qū)域的表面呈現(xiàn)高度差，所述η型恢復(fù)層鄰近所述η型氮化物層的一側(cè)表面具有與所述η型氮化物層一致的混合極性，遠(yuǎn)離所述η型氮化物層接觸的一側(cè)表面為相連的鎵極性表面。
[0007]優(yōu)選地，在前述LED外延結(jié)構(gòu)中，所述襯底上表面被氮化的區(qū)域?yàn)橹芷谛耘帕械臈l狀或者塊狀圖案，圖案的尺寸為10?200nmo
[0008]優(yōu)選地，在前LED外延結(jié)構(gòu)及芯片中，所述η型氮化物層的氮極性的晶體和鎵極性的晶體交替排列；所述η型恢復(fù)層的厚度為0.3?Ιμπι，摻雜濃度為2el7cm—3?5el8cm—3;所述η型氮化物層的上表面至少有一半為鎵極性表面。
[0009]本發(fā)明還提供了一種垂直LED芯片的制作方法，包括步驟:I)提供一具有相對的上、下表面的襯底，氮化所述上表面的部分區(qū)域;2)在所述襯底的上表面上生長η型氮化物層，其具有氮極性的晶體和鎵極性的晶體，其中所述氮極性的晶體生長于所述襯底的被氮化區(qū)域上方，且所述氮極性和鎵極性區(qū)域的表面呈現(xiàn)高度差;3)在所述η型氮化物層上生長η型恢復(fù)層，其上表面為相連的鎵極性表面;4)在所述η型恢復(fù)層依次生長有源層和P型氮化物層，構(gòu)成LED外延結(jié)構(gòu);5)提供一導(dǎo)電基板，將其與前述LED外延結(jié)構(gòu)之P型氮化物層一側(cè)表面連結(jié);6)移除所述LED外延結(jié)構(gòu)的襯底，露出η型氮化物層的表面，在其上制作η電極。
[0010]優(yōu)選地，所述步驟I)中，襯底上表面被氮化的區(qū)域?yàn)橹芷谛耘帕械臈l狀或者塊狀圖案，圖案的尺寸為10?200nmo
[0011]優(yōu)選地，所述步驟3)中，通過控制生長的溫度、壓力和生長速率，提高鎵極性區(qū)域側(cè)向外延能力，在完成時(shí)形成鎵極性表面相連。
[0012]優(yōu)選地，所述步驟3)中，生長溫度為1100?1150°C、壓力為100?150torr，生長速率Slym /h以下。
[0013]在一些實(shí)施例中，所述步驟6)中，移除襯底露出外延結(jié)構(gòu)的表面，采用濕法蝕刻該露出的表面，在η型氮化物層的表面形成具有高度差的表面。
[0014]在本發(fā)明中的LED外延結(jié)構(gòu)中，由于事先對襯底進(jìn)行部分區(qū)域的氮化處理，其后續(xù)生長的η型氮化物層具有與襯底氮化工藝同規(guī)則的混合極性，同時(shí)由于氮極性生長速率稍慢于鎵極性，所以表面的氮極性和鎵極性區(qū)域呈現(xiàn)規(guī)則的高度差，在后續(xù)進(jìn)行垂直芯片工藝中剝離襯底后，裸露的η型氮化物層表面氮極性與鎵極性混合排列，在該η型氮化物層上制作η型歐姆接觸電極時(shí)可直接使用成熟的Ti/Al金屬電極，解決氮極性面歐姆接觸穩(wěn)定性的問題，保證薄膜GaN基發(fā)光器件的電壓可靠性。
[0015]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0016]附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，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。
[0017]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種用于垂直結(jié)構(gòu)的LED外延結(jié)構(gòu)剖視圖示意圖。
[0018]圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種具有良好η型歐姆接觸的垂直LED芯片的剖面示意圖。
[0019]圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種制作垂直LED芯片的流程圖。
[0020]圖4?圖12為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種制作垂直LED芯片的過程示意圖。
[0021]圖13?圖14為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的另一種制作垂直LED芯片的部分過程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和優(yōu)選的具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。在具體的器件設(shè)計(jì)和制造中，本發(fā)明提出的LED結(jié)構(gòu)將根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域和工藝制程實(shí)施的需要，可對其部分結(jié)構(gòu)和尺寸在一定范圍內(nèi)作出修改，對材料的選取進(jìn)行變通。
[0023]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種用于垂直結(jié)構(gòu)的LED外延結(jié)構(gòu)剖視圖示意圖。
[0024]參看圖1，一種LED外延結(jié)構(gòu)，從下到上依次包括:襯底l、u型氮化物層2、n型氮化物層3、n型恢復(fù)層4、n型超晶格結(jié)構(gòu)層5、有源層6、p型氮化物層7和P型接觸層8。
[0025]其中，襯底I的優(yōu)選藍(lán)寶石，其表面結(jié)構(gòu)為平面結(jié)構(gòu)。襯底I的上表面作局部氮化處理，其中被氮化區(qū)域?yàn)闂l狀或者塊狀，請參考圖4和5所示圖案，其中黑色代表襯底表面已被氮化，黑白色條狀或塊狀交替代表襯底表面有無實(shí)施氮化的區(qū)域交替。關(guān)于氮化區(qū)域和無氮化區(qū)域的面積比例，主要考慮兩大因素:第一，氮化面積不宜過小，使得η型氮化物層具有足夠大的鎵極性表面積用于制作η型歐姆接觸電極;第二，氮化面積不宜過大，否則難以生長氮化物層。綜合考慮前面兩大因素，其較佳的取值為3:7-7:3,最佳值為1:1。
[0026]非故意摻雜氮化物層(簡稱u型氮化物層)2形成襯底I的表面上，其一般包括20?50nm的低溫緩沖層、I?2μπι的3D氮化物層和I?2μπι的2D氮化物層。u型氮化物層2由鎵極性和氮極性交替排列的氮化物層構(gòu)成。氮極性和鎵極性區(qū)域的表面呈現(xiàn)高度差，其中氮極性的氮化物層位于襯底被氮化的區(qū)域上方。
[0027]η型氮化物層3形成于u型氮化物層2的表面上，同樣由鎵極性和氮極性交替排列的氮化物層構(gòu)成，可以為摻雜有S1、Ge、Se、或者Te的GaN層或者AlGaN層，厚度1.5?4μπι。由于氮極性氮化物生長速率稍慢于鎵極性氮化物，因此氮極性和鎵極性區(qū)域的表面高度差加大。
[0028]η型恢復(fù)層4形成于η型氮化物層3的表面上，可選用摻Si氮化鎵材料，在生長過程中通過控制生長的溫度、壓力和生長速率，提高鎵極性區(qū)域側(cè)向外延能力，從而時(shí)形成Ga極性表面相連的上表面。較佳的，η型恢復(fù)層4的厚度為0.3?Ιμπι，摻雜濃度為2E17cm—3?5E18cm
-3
O
[0029]η型超晶格結(jié)構(gòu)層5形成于η型恢復(fù)層的表面上，可以為包含I1、II1、或者IV族元素的氮化碳或者氮化物的多層結(jié)構(gòu)，諸如InGaN/GaN、AIGaN/GaN、InGaN/GaN/AIGaN、或者AlGaN/GaN/InGaN 等。
[0030]有源層6形成于η型超晶格層5的表面上，可以為多量子阱結(jié)構(gòu)，以InGaN層作為阱層、GaN層作為勢皇層，其中阱層的膜厚為18Α?30Α，勢皇層的膜厚為80Α?200Α。
[0031 ] P型氮化物層7形成于有源層6的表面之上，厚度為50?150nm?？稍赑型氮化物層7與有源層6間插入一由摻雜了 Mg的氮化鋁銦鎵層作為電子阻擋層，厚度為10~30nm。
[0032]P型接觸層8形成于P型氮化層7的表面上，采用重?fù)诫sP型氮化鎵，厚度為5?10nm。
[0033]圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種具有良好η型歐姆接觸的垂直LED芯片的剖面示意圖。
[0034]參看圖2，前述圖1所示的LED外延結(jié)構(gòu)倒裝黏合至導(dǎo)電基板9的表面上，并去除襯底I和u型氮化物層2，裸露的η型氮化物層3表面氮極性與鎵極性混合排列，η型歐姆接觸電極10制作在η型氮化物層3的表面上，其直接Ti/Al金屬電極。