專利名稱：一種具有電荷輸運限制的高壓發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有電荷輸運限制的高壓發(fā)光二極管，屬于半導(dǎo)體光電子器件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近幾年由于技術(shù)與效率的進步，LED應(yīng)用越來越廣。隨著LED應(yīng)用的升級，市場對于LED的需求朝向更大功率及更高亮度，即高功率LED方向發(fā)展。對于實現(xiàn)高功率LED，目前高壓發(fā)光二極管的設(shè)計成為解決方案之一。高壓發(fā)光二極管的關(guān)鍵技術(shù)第一在于深隔離槽，隔離槽的深度依不同外延結(jié)構(gòu)而異，但需要刻蝕至襯底，目的在于將復(fù)數(shù)顆的晶胞獨立開來，因此需要開發(fā)深刻蝕的制程技術(shù)。第二為絕緣層，若絕緣層不具備良好的絕緣特性，將使整個設(shè)計失敗，其困難點在于必須在深隔離槽的側(cè)壁上披覆包覆性良好、膜質(zhì)緊密及絕緣性佳的磨層，而常規(guī)高壓LED隔離槽的深度限制了絕緣層能夠很好的包覆在側(cè)壁上。 針對第二個難點，有人提出了在側(cè)壁增加一個臺階的方法，這樣有助于絕緣層更好的包覆，但是這種方法同時增加了工藝的復(fù)雜性，需要在原來的基礎(chǔ)上增加一步光刻工藝，而且可能會引入其他問題，對整個器件造成影響。因此，該方法并不能從根本上解決問題，要解決以上兩個難題，還需從解決深隔離槽方面入手。

發(fā)明內(nèi)容
為解決常規(guī)高壓發(fā)光二極管制程技術(shù)中存在的難點，本發(fā)明提供一種具有電荷輸運限制的高壓發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)和制備工藝，從而達到同時解決上述兩個關(guān)鍵技術(shù)的目的?！N具有電荷輸運限制的高壓發(fā)光二極管，外延片依次包括有第一接觸層2、第一限制層3、有源區(qū)4、第二限制層5、第二接觸層6、未摻雜電流限制層9、反型防護層10、緩沖層11、襯底12 ;在上述外延片上刻蝕有隔離槽8 ;隔離槽8的最深端刻蝕至未摻雜電流限制層9內(nèi)，隔離槽8臺階的最淺端刻蝕至第二接觸層6內(nèi)，隔離槽8內(nèi)的未摻雜電流限制層9與第二接觸層6之間構(gòu)成臺階，在所述的臺階上淀積有金屬連接層7，金屬連接層7均連接到與該臺階的最深端相鄰的第一接觸層2上的絕緣隔離層13上；在所述隔離槽8的側(cè)壁及隔離槽8中的未摻雜電流限制層9上設(shè)置有絕緣隔離層。所述的外延片最左端的第一接觸層上焊接有第一電極I ;所述的外延片最右端的第二接觸層上焊接有第二電極15 ;反型防護層10的導(dǎo)電類型與第二接觸層相反，第二接觸層6、未摻雜電流限制層9以及反型防護層10相串聯(lián)構(gòu)成載流子輸運限制結(jié)構(gòu)14。有源區(qū)4材料為GaN系或GaAs系材料。包括第二接觸層6、未摻雜電流限制層9以及反型防護層10的載流子輸運限制結(jié)構(gòu)14的導(dǎo)電類型順序為P/I/N，或者為N/I/P。絕緣隔離層13的材料為Si02、或SiNx。未摻雜電流限制層9材料為本征的InGaN/GaN、AlInP/AlGalnP。反型防護層10材料為GaN或AllnP。
所述載流子輸運限制結(jié)構(gòu)與發(fā)光二極管反向相接，發(fā)光二極管正向?qū)〞r，載流子輸運限制結(jié)構(gòu)反向截止。與常規(guī)發(fā)光二極管制成發(fā)光二極管陣列相比，本發(fā)明采用載流子輸運結(jié)構(gòu)，利用發(fā)光二極管的單向?qū)ㄐ再|(zhì)，該限制結(jié)構(gòu)在器件正常工作時處于反向狀態(tài)，載流子不能通過，起到隔離多個獨立LED的作用，取代原有的刻蝕至襯底的方法，大大降低了隔離槽的深度，解決了絕緣層良好包覆在隔離槽側(cè)壁的問題，使器件的制備不必采用深刻蝕工藝。同時該結(jié)構(gòu)對器件提供靜電保護，提高了器件的可靠性。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。附圖I為常規(guī)的高壓發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2為本發(fā)明具有電荷輸運限制的高壓發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖。附圖3為常規(guī)的發(fā)光二極管陣列隔離槽結(jié)構(gòu)示意圖。附圖4為本發(fā)明具有電荷輸運限制的發(fā)光二極管陣列隔離槽結(jié)構(gòu)示意圖。附圖5為本發(fā)明第一步ICP刻蝕至第二接觸層的示意圖。附圖6為本發(fā)明第二步ICP刻蝕至未摻雜電流限制層的示意圖。附圖7為本發(fā)明淀積絕緣隔離層后的示意圖。附圖8為本發(fā)明多個LED串聯(lián)形成高壓發(fā)光二極管的示意圖。附圖9為本發(fā)明制備電極后最終工藝形成后的示意圖。圖中1、第一電極；2、第一接觸層；3、第一限制層；4、有源區(qū)；5、第二限制層；6、第二接觸層；7、金屬連接層；8、隔離槽；9、未摻雜電流限制層；10、反型防護層；11、緩沖層；
12、襯底；13、絕緣隔離層；14、載流子輸運限制結(jié)構(gòu)；15、第二電極；16、隔離槽深度區(qū)；17、LED。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對于本發(fā)明做進一步的說明實施例I制備方法參照附圖3-9，以GaN作為外延層材料，導(dǎo)電類型為P/I/N/N/I/P，Si02作為絕緣材料為例，該器件由以下各部分組成p_GaN，p-AlGaN, InGaN, n-AlGaN, n-GaN, InGaN,p-GaN, InGaN/GaN,藍寶石。如2所示的結(jié)構(gòu)，其中1是第一電極，材料是Ni/Au ；2是第一接觸層，材料是P-GaN ；3是第一限制層；材料是P-AlGaN ；4是有源區(qū)，材料是InGaN ；5是第二限制層，材料是n-AlGaN ；6是第二接觸層，材料是n_GaN ；7是金屬連接層，材料是Ti/Al/Ti/Au ；8是隔離槽；9是未摻雜電流限制層，材料是InGaN ； 10是反型防護層，材料是p_GaN ； 11是緩沖層，材料是InGaN/GaN ；12是襯底，材料是藍寶石；13是絕緣隔離層，材料是Si02 ；15是第二電極，材料是Ti/Au ；16是隔離槽深度區(qū)；17是LED。其制備過程如下I.將藍寶石上外延生長P-I-N-N-I-P型的外延層，并進行表面清洗處理2.第一步刻蝕，利用ICP刻蝕的方法，刻蝕至第二接觸層(6)，n-GaN,參照圖5
3.第二步刻蝕，利用ICP刻蝕的方法，刻蝕至未摻雜電流限制層(9)，InGaN,參照圖6 4.淀積絕緣材料Si02，包覆側(cè)壁，參照圖75.派射金屬,將與臺階最深端相鄰的p-GaN和臺階最淺端的n_GaN相連接,參照圖8
6.制備P型電極Ni/Au和N型電極Ti/Al，多個獨立LED串聯(lián)，形成高壓發(fā)光二極管，最終工藝不意圖，參照圖9實施例2制備方法參照附圖3-9，以GaAs作為外延層材料，導(dǎo)電類型為P/I/N/N/I/P，SiNx作為絕緣隔離層材料為例，該器件由以下各部分組成P-AlGaInP (Mg)，p-AlGalnP(Mg)，AlGalnP，n-AlGalnP (Si),n-GalnP (Si)，AlGalnP，p-AlGalnP (Mg)，GaAs buffer,GaAs0如2所示的結(jié)構(gòu)，其中，I是第一電極，材料是Ni/Au ；2是第一接觸層，材料是P-AlGaInP (Mg) ；3是第一限制層;材料是p-AlGalnP (Mg) ；4是有源區(qū)，材料是AlGaInP ；5是第二限制層，材料是n-AlGalnP (Si) ;6是第二接觸層，材料是n-GalnP (Si);7是金屬連接層，材料是Ti/Al/Ti/Au ;8是隔離槽；9是未摻雜電流限制層，材料是AlGaInP ;10是反型防護層，材料是P-AlGaInP (Mg) ；11是緩沖層，材料是GaAs ；12是襯底，材料是GaAs ；13是絕緣隔離層，材料是SiNx ;15是第二電極，材料是Ti/Au ;16是隔離槽深度區(qū)；17是LED。其制備過程如下I.將GaAs上外延生長P-I-N-N-I-P型的外延層，并進行表面清洗處理2.第一步刻蝕，利用ICP刻蝕的方法，刻蝕至第二接觸層(6)，n_GaInP (Si)3.第二步刻蝕，利用ICP刻蝕的方法，刻蝕至未摻雜電流限制層(9)，AlGaInP4.淀積絕緣材料SiNx,包覆側(cè)壁5.派射金屬，將與臺階最深端相鄰的p-AlGalnP (Mg)和臺階最淺端的n-AlGalnP(Si)相連接6.制備P型電極Ni/Au和N型電極Ti/Al，，多個獨立LED串聯(lián)，形成高壓發(fā)光二
極管實施例3 制備方法參照附圖3-9，以GaAs作為外延層材料，導(dǎo)電類型為N_I-P-P-I_N，Si02作為絕緣材料為例，該器件由以下各部分組成n-GaInP(Si)，n-AlGaInP(Si)，AlGaInP，p-AIGaInP (Mg)，p-AlGalnP (Mg), AlGalnP,n-AlGalnP(Si), GaAs buffer, GaAs0如2所示的結(jié)構(gòu)，其中，I是第一電極，材料是Ti/Au ；2是第一接觸層，材料是n-GalnP(Si) ;3是第一限制層；材料是n-AlGalnP (Si) ;4是有源區(qū)，材料是AlGaInP ;5是第二限制層，材料是P-AlGaInP (Mg);6是第二接觸層，材料是p-AlGalnP (Mg);7是金屬連接層，材料是Ti/Al/Ti/Au ;8是隔離槽；9是未摻雜電流限制層，材料是AlGaInP ; 10是反型防護層，材料是n-AlGalnP(Si) ；11是緩沖層，材料是GaAs ; 12是襯底，材料是GaAs ;13是絕緣隔離層，材料是Si02 ；15是第二電極，材料是Ni/Au ；16是隔離槽深度區(qū)；17是LED。其制備過程如下I.將GaAs上外延生長N-I-P-P-I-N型的外延層，并進行表面清洗處理
2.第一步刻蝕，利用ICP刻蝕的方法，刻蝕至第二接觸層(6)，p-AlGalnP (Mg)3.第二步刻蝕，利用ICP刻蝕的方法，刻蝕至未摻雜電流限制層(9)，AlGaInP4.淀積絕緣材料Si02，包覆側(cè)壁5.派射金屬，將與臺階最深端相鄰的n-AlGalnP(Si)和臺階最淺端的p-AlGalnP(Mg)相連接6.制備n型電極Ti/Al和p型電極Ni/Au，多個獨立LED串聯(lián)，形成發(fā)光二極管陣列實施例4 制備方法參照附圖3-9，以GaN作為外延層材料，導(dǎo)電類型為N/I/P/P/I/N，SiNx作為絕緣材料為例，該器件由以下各部分組成n-GaN，n-InGaN, InGaN, p-AlGaN, p-GaN, InGaN,n-GaN, InGaN/GaN,藍寶石。如2所示的結(jié)構(gòu)，其中1是第一電極，材料是Ti/Au ；2是第一接觸層，材料是n-GaN ；3是第一限制層；材料是n-InGaN ；4是有源區(qū)，材料是InGaN ；5是第二限制層，材料是P-AlGaN ；6是第二接觸層，材料是P-GaN ；7是金屬連接層，材料是Ti/Al/Ti/Au ；8是隔離槽；9是未摻雜電流限制層，材料是InGaN ； 10是反型防護層，材料是n_GaN ； 11是緩沖層，材料是InGaN/GaN ；12是襯底，材料是藍寶石；13是絕緣隔離層，材料是SiNx ；15是第二電極，材料是Ni/Au ; 16是隔離槽深度區(qū)；17是LED。其制備過程如下7.將藍寶石上外延生長N-I-P-P-I-N型的外延層，并進行表面清洗處理
8.第一步刻蝕，利用ICP刻蝕的方法，刻蝕至第二接觸層(6)，p-GaN,參照圖59.第二步刻蝕，利用ICP刻蝕的方法，刻蝕至未摻雜電流限制層(9)，InGaN,參照圖610.淀積絕緣材料SiNx，包覆側(cè)壁，參照圖711.派射金屬,將與臺階最深端相鄰的n-GaN和臺階最淺端的p_GaN相連接,參照圖812.制備P型電極Ni/Au和N型電極Ti/Al，多個獨立LED串聯(lián)，形成高壓發(fā)光二極管，最終工藝不意圖，參照圖9以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍；既凡依本發(fā)明的權(quán)利要求范圍所作的等同變換，均為本發(fā)明的保護范圍所覆蓋。
權(quán)利要求
1.一種具有電荷輸運限制的高壓發(fā)光二極管，其特征在于外延片依次包括有第一接觸層(2)、第一限制層(3)、有源區(qū)(4)、第二限制層(5)、第二接觸層(6)、未摻雜電流限制層(9)、反型防護層(10)、緩沖層(11)、襯底(12);在上述外延片上刻蝕有隔離槽(8);隔離槽(8)的最深端刻蝕至未摻雜電流限制層(9)內(nèi)，隔離槽(8)臺階的最淺端刻蝕至第二接觸層(6)內(nèi)，隔離槽(8)內(nèi)的未摻雜電流限制層(9)與第二接觸層(6)之間構(gòu)成臺階，在所述的臺階上淀積有金屬連接層(7)，金屬連接層(7)均連接到與該臺階的最深端相鄰的第一接觸層(2)上的絕緣隔離層(13)上；在所述隔離槽(8)的側(cè)壁及隔離槽(8)中的未摻雜電流限制層(9)上設(shè)置有絕緣隔離層。所述的外延片最左端的第一接觸層上焊接有第一電極(I);所述的外延片最右端的第二接觸層上焊接有第二電極(15);反型防護層(10)的導(dǎo)電類型與第二接觸層相反，第二接觸層(6)、未摻雜電流限制層(9)以及反型防護層(10)相串聯(lián)構(gòu)成載流子輸運限制結(jié)構(gòu)(14)。
2.如權(quán)利要求I所述的一種具有電流輸運控制的高壓發(fā)光二極管，其特征為，有源區(qū)(4)材料為GaN系或GaAs系材料。
3.如權(quán)利要求I所述的一種具有電流輸運控制的高壓發(fā)光二極管，其特征為，包括第二接觸層(6)、未摻雜電流限制層(9)以及反型防護層(10)的載流子輸運限制結(jié)構(gòu)(14)的導(dǎo)電類型順序為P/I/N，或者為N/I/P。
4.如權(quán)利要求I所述的一種具有電流輸運控制的高壓發(fā)光二極管，其特征為，絕緣隔離層(13)的材料為Si02或SiNx。
5.如權(quán)利要求I所述的一種具有電流輸運控制的發(fā)光二極管，其特征為，未摻雜電流限制層(9)材料為本征的InGaN/GaN、AlInP/AlGaInP。
6.如權(quán)利要求I所述的一種具有電流輸運控制的發(fā)光二極管，其特征為，反型防護層(10)材料為GaN 或 AlInP。
全文摘要
一種具有電荷輸運限制的高壓發(fā)光二極管及其制備工藝，屬于半導(dǎo)體光電子器件領(lǐng)域。其高壓發(fā)光二極管的主要結(jié)構(gòu)依次包括電極、接觸層、有源區(qū)、隔離槽、未摻雜電流限制層、反型防護層組成的LED結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是利用ICP刻蝕隔離槽的方法，將LED獨立絕緣開來，通過第二接觸層、未摻雜電流限制層、反型防護層形成載流子輸運限制結(jié)構(gòu)，限制其在工作時處于反向狀態(tài)，最后濺射金屬進行串聯(lián)，形成發(fā)光二極管陣列。本發(fā)明取代原有的刻蝕至襯底的方法，大大降低了隔離槽的深度，解決了絕緣層良好包覆在隔離槽側(cè)壁的問題，使器件的制備不必采用深刻蝕工藝。同時該結(jié)構(gòu)對器件提供靜電保護，提高了器件的可靠性。
文檔編號H01L33/14GK102709423SQ20121015025
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月15日
發(fā)明者丁艷, 朱彥旭, 郭偉玲 申請人:北京工業(yè)大學