一種大功率氮化物LED結構及其制造方法技術

本發明專利技術一種大功率氮化物LED結構，在襯底的一面生長緩沖層、第一未摻雜GaN層、n型層、有源層、p型層、第二未摻雜GaN層、透明導電層并設置p電極和n電極，所述第二未摻雜GaN層生長在p型層與透明導電層之間，其厚度為20～100nm，具有粗糙化的表面結構；在透明導電層上制作p電極；將外延結構蝕刻至露出或接近露出緩沖層，在緩沖層上或第一未摻雜GaN層上制作n電極。本發明專利技術制造方法的要點是：在p型層上生長第二未摻雜GaN層，在第二未摻雜GaN層上生長透明導電層，然后制作p電極和n電極。本發明專利技術可形成電容式結構，提高出光效率，降低壓電效應的影響，改善電流擁堵現象，減少LED器件的發熱，提高產品的競爭能力。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術專利涉及半導體制造領域，具體涉及一種大功率氮化物LED結構及其制造方法。
技術介紹
發光二極管(LED)是一種能將電信號轉換成光信號的結構型電致發光的半導體器件。氮化鎵(GaN)基發光二極管作為固態光源一經出現便以其高效率、長壽命、節能環保、體積小等優點被譽為繼電燈后人類照明史上的又一次革命，成為國際半導體和照明領域研發與產業關注的焦點。以氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)和氮化銦鋁鎵(AlGaInN)為主的III V族氮化物材料具有連續可調的直接帶寬為O. 7 6. 2eV,它們覆蓋了從紫外光到紅外光的光譜范圍，是制造藍光、綠光和白光發光器件的理想材料。現有常規的GaN基氮化物LED結構(參見圖I )，為在藍寶石襯底101的一面外延生長緩沖層102、未摻雜GaN層103、η型層104、有源層105、ρ型層106、透明導電層107 ;在透明導電層107的上表面設置P電極108并在緩沖層102的上表面設置η電極109 (參見圖2)。所述P電極108和η電極109位于藍寶石襯底101的同一側。半導體發光器件工作室的電流從P電極108流經P型層106、有源層105、η型層104到達η電極109 (參見圖2)。但是，由于P型層106中Mg的活化效率較低及壓電效應影響，器件的發光效率一直不高。同時，由于η電極109 —般制作在η型層104上面，導致在拐角位置電流擁堵嚴重，從而出現較為嚴重的發熱問題，這不僅影響器件的使用壽命，也會使器件的光衰比較嚴重。由于藍寶石襯底是絕緣材料，因摩擦、感應、傳導等因素而產生的電荷難以從襯底方向釋放，當電荷積累到一定程度就會產生靜電釋放現象(ElectriStatic Discharge,簡稱ESD)。故而以藍寶石為襯底的GaN基LED芯片屬于靜電敏感器件，其抗靜電能力較差。現在有些企業或研究機構為了提高GaN基器件的抗靜電能力而引入了較為復雜的器件制造方法，有一定效果。但是，單獨為解決抗靜電問題而引入復雜的制造方法會提高器件的制造成本。所以，還是應研究在外延過程中引入新的結構以抵御靜電釋放現象(ESD)對器件的損傷。
技術實現思路
本專利技術的目的是要解決上述問題，提供一種含有電容式結構的大功率氮化物LED結構，通過在LED外延片中形成電容結構，一方面改善器件內載流子遷移率和出光光路，增加載流子復合幾率，提高器件的出光效率同時降低壓電效應的影響；另一方面在透明導電層和P型層之間加入第二未摻雜GaN層起緩沖作用，改善電流擁堵現象，減少發熱，從而延長器件使用壽命，減少光衰；再一方面，由于電容式結構的保護作用可以提高器件的抗靜電能力。本專利技術的第二個目的是，提供所述大功率氮化物LED結構的制造方法。為實現上述目的，本專利技術采取的技術方案如下。—種大功率氮化物LED結構,在襯底的一面包括緩沖層、第一未摻雜GaN層、η型層、有源層、P型層、透明導電層、P電極和η電極，其特征在于，在P型層與透明導電層之間夾有一層第二未摻雜GaN層,在所述透明導電層上制作P電極；將外延結構蝕刻至露出緩沖層或接近露出緩沖層，在所述緩沖層上或者接近露出緩沖層的第一未摻雜GaN層上制作η電極；所述P型層為摻Mg GaN結構層，其厚度為50 300nm。可選的，所述P型層或為摻雜濃度固定的結構或為摻雜濃度漸變的結構。進一步，所述第二未摻雜GaN層為厚20 500nm、具有粗糙化表面的結構層。進一步，所述粗糙化表面包括不規則粗糙面和規格圖形化面。進一步，所述規格圖形包括圓形、條形、正方形、長方形或者六邊形。進一步，所述η電極與所述緩沖層為直接(直接接觸)或者虛接(間接接觸)，所述虛接為所述η電極通過非常薄的(程度為“接近露出”)第一未摻雜GaN層與所述緩沖層連接。為實現上述第二目的，本專利技術采取的技術方案如下。一種大功率氮化物LED結構的制造方法，采用金屬有機化合物氣相沉積法(MOCVD)生長，其特征是，其生長步驟包括(1)根據襯底性質選用對應的方法對襯底進行清洗，然后將襯底置于外延生長爐內；(2)將爐溫調至530 560°C，在襯底上生長20 35nm厚度的低溫氮化鎵緩沖層；(3)將爐溫升至1050 1150°C，在緩沖層上生長I 2.3um厚度的第一未摻雜GaN層；(4)將爐溫調至950 1250°C，生長厚度為I 2.5um的η型層；(5)將爐溫降至750 860°C，在η型層上生長5 15周期的InGaN/GaN的多量子阱有源層；(6)將爐溫再升至930 1100°C，在有源層上生長50 300nm厚度的P型層；(7)將爐溫調至1050 1150°C，在P型層上生長厚度為20 500nm的第二未摻雜GaN層；(8)根據芯片工藝制作透明導電層、P電極和η電極。進一步，步驟(6)所述的P型層優選濃度漸變式結構。進一步，步驟(7)所述的第二未摻雜GaN層具有粗糙化表面，所述粗糙化表面包括不規則粗糙面和規格圖形化面，所述粗糙化表面采用調整外延工藝參數、光刻加蝕刻的芯片工藝制作。進一步，所述規格圖形包括圓形、條形、正方形、長方形或者六邊形。本專利技術的積極效果是(I)通過在外延結構中插入第二未摻雜GaN層，可形成電容式結構，改善載流子遷移率尤其是空穴的遷移率，提高有源區電子和空穴的復合效率，同時能夠降低壓電效應的影響，提高器件抗靜電的能力。(2)在外延結構中插入粗糙化的第二未摻雜GaN層可改變出光光路，增加光線輻射出器件的概率，提高器件的出光效率。(3)引入第二未摻雜GaN層同時虛接η電極可改善器件的電流分布，減少發熱，從而延長器件使用壽命、減少光衰。附圖說明圖I為現有氮化物LED結構的外延結構示意圖；CN 102945901 A說明書3/4頁圖2為現有氮化物LED結構電極連接的結構示意圖。圖中的標號分別為101、襯底；102、緩沖層;103、未摻雜GaN層；104、η型層;105、有源層；106、ρ型層；107、透明導電層;108、ρ電極;109、η電極。圖3為本專利技術一種大功率氮化物LED結構的外延結構示意圖。圖4為本專利技術一種大功率氮化物LED結構η電極與緩沖層實接的結構示意圖。 圖5為本專利技術一種大功率氮化物LED結構η電極與緩沖層虛接的結構示意圖。圖中的標號分別為201、襯底;202、緩沖層;203、第一未摻雜GaN層；204、η型層；205、有源層；206、ρ型層；207、透明導電層;208、ρ電極；209、η電極；210、第二未摻雜GaN層。具體實施例方式以下結合附圖給出本專利技術一種大功率氮化物LED結構的具體實施方式，提供2個具體實施例。但是需要指出，本專利技術的實施不限于以下的實施內容。實施例I參見圖3和4。一種大功率氮化物LED結構，包括襯底201、緩沖層202、第一未摻雜GaN層203、η型層204、有源層205、P型層206、第二未摻雜GaN層210、透明導電層207、ρ電極208和η電極209。所述襯底201采用藍寶石、碳化硅、氮化鎵或硅材料中的一種。本實施例優選藍寶石襯底201。本實施例的大功率氮化物LED結構的制造方法為，采用金屬有機化合物氣相沉積法(MOCVD)在藍寶石襯底201上依次生長緩沖層202、第一未摻雜GaN層203、η型層204、有源層205、ρ型層20本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大功率氮化物LED結構，在襯底的一面包括緩沖層、第一未摻雜GaN層、n型層、有源層、p型層、透明導電層、p電極和n電極，其特征在于，在p型層與透明導電層之間夾有一層第二未摻雜GaN層，在所述透明導電層上制作p電極；將外延結構蝕刻至露出緩沖層或接近露出緩沖層，在所述緩沖層上或者接近露出緩沖層的第一未摻雜GaN層上制作n電極；所述p型層為摻Mg?GaN結構層，其厚度為50～300nm。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：薛進營，楊旅云，王明輝，夏成，吳東平，張國龍，陳曉鵬，常志偉，
申請(專利權)人：施科特光電材料昆山有限公司，
類型：發明
國別省市：