一種高壓發光二極體的製作方法

2023-04-26 07:18:31 1

專利名稱：一種高壓發光二極體的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高壓發光二極體，屬於半導體光電子器件領域。技術背景
近幾年由於技術與效率的進步，LED應用越來越廣。隨著LED應用的升級，市場對於LED的需求朝向更大功率及更高亮度，即高功率LED方向發展。對於實現高功率LED，目前高壓發光二極體的設計成為解決方案之一。高壓發光二極體的關鍵技術第一在於深隔離槽，隔離槽的深度依不同外延結構而異，但需要刻蝕至襯底，目的在於將複數顆的晶胞獨立開來，因此需要開發深刻蝕的製程技術。第二為絕緣層，若絕緣層不具備良好的絕緣特性， 將使整個設計失敗，其困難點在於必須在深隔離槽的側壁上披覆包覆性良好、膜質緊密及絕緣性佳的磨層，而常規高壓LED隔離槽的深度限制了絕緣層能夠很好的包覆在側壁上。 針對第二個難點，有人提出了在側壁增加一個臺階的方法，這樣有助於絕緣層更好的包覆， 但是這種方法同時增加了工藝的複雜性，需要在原來的基礎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，該方法並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。
發明內容
為解決常規高壓發光二極體製程技術中存在的難點，本發明提供一種高壓發光二極體及其製備方法，從而達到同時解決上述兩個關鍵技術的目的。
一種高壓發光二極體，外延片依次包括有第一接觸層2、第一限制層3、有源區4、 第二限制層5、第二接觸層6、絕緣保護層9、、緩衝層11、襯底12 ;在上述外延片上刻蝕有隔離槽8 ;隔離槽8的最深端刻蝕至絕緣保護層9內，隔離槽8臺階的最淺端刻蝕至第二接觸層6內，隔離槽8內的未摻雜電流限制層9與第二接觸層6之間構成臺階，在所述的臺階上澱積有金屬連接層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的側壁及隔離槽8中的絕緣保護層9上設置有絕緣隔離層。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10。
有源區4材料為GaN系或GaAs系材料。
絕緣隔離層13的材料為Si02、或SiNx。
絕緣保護層9材料為本徵半導體、絕緣材料或其他不導電的化合物。
與常規發光二極體製成發光二極體陣列相比，本發明採用外延生長絕緣保護層， 幹法ICP刻蝕第一接觸層至絕緣保護層，形成隔離槽的方法，大大較小了 ICP幹法刻蝕的深度，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壁的問題，使器件的製備不必採用深刻蝕工藝。


3CN 102916029 A說明書2/3 頁圖I :為常規的高壓發光二極體結構示意圖。圖2 :為本發明高壓發光二極體結構示意圖。圖3 :為常規的發光二極體陣列隔離槽結構示意圖。圖4 :為本發明發光二極體陣列隔離槽結構示意圖。圖5 :為本發明第一步ICP刻蝕至第二接觸層的示意圖。圖6 :為本發明第二步ICP刻蝕至絕緣保護層的示意圖。圖7 :為本發明澱積絕緣隔離層後的示意圖。圖8 :本發明多個LED串聯形成高壓發光二極體的示意圖。圖9 :本發明製備電極後最終工藝形成後的示意圖。圖中1、第一電極；2、第一接觸層；3、第一限制層；4、有源區；5、第二限制層；6、 第二接觸層；7、金屬連接層；8、隔離槽；9、絕緣保護層；10、第二電極；11、緩衝層；12、襯底；13、絕緣隔離層；14、載流子輸運限制結構；15、隔離槽深度區；16、LED。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式
對於本發明做進一步的說明
實施例I
製備方法參照附圖3-9，以GaN作為外延層材料，導電類型為P/I/N，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, InG aN/GaN,藍寶石。
如2所示的結構，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，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是絕緣保護層，材料是InGaN ;10第二電極，材料是Ti/Al ;11是緩衝層，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是隔離槽深度區；16是 LED。
其製備過程如下
I.將藍寶石上外延生長P-I-N-I型的外延層，並進行表面清洗處理
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，刻蝕至絕緣保護層(9)，InGaN,參照圖6
4.澱積絕緣材料Si02，包覆側壁，參照圖7
5.派射金屬,將與臺階最深端相鄰的p-GaN和臺階最淺端的η-GaN相連接,參照圖8
6.製備P型電極Ni/Au和N型電極Ti/Al，多個獨立LED串聯，形成高壓發光二極體，最終工藝不意圖，參照圖9
實施例2
製備方法參照附圖3-9，以GaAs作為外延層材料，導電類型為P/I/N，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),AlGaInP,n-AlGalnP (Si),n-GalnP (Si),Si02, GaAs buffer, GaAs0
如2所示的結構，其中，I是第一電極，材料是Ni/Au ；2是第一接觸層，材料是4
其製備過程如下
I.將GaAs上外延生長P-I-N型的外延層，並進行表面清洗處理
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，刻蝕至絕緣保護層(9)，AlGaInP
4.澱積絕緣材料SiNx,包覆側壁
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.製備P型電極Ni/Au和N型電極Ti/Al，，多個獨立LED串聯，形成高壓發光二極體
實施例3
製備方法參照附圖3-9，以GaAs作為外延層材料，導電類型為N_I_P，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-AlGalnP (Mg), p-AlGalnP (Mg), AlGaInP, GaAs buffer, GaAs0
如2所示的結構，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，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是絕緣保護層，材料是AlGaInP ；10是第二電極，材料是Ni/Au ; 11是緩衝層，材料是GaAs ； 12是襯底，材料是GaAs ； 13是絕緣隔尚層，材料是 Si02 ；15是隔離槽深度區；16是LED。
其製備過程如下
I.將GaAs上外延生長N-I-P型的外延層，並進行表面清洗處理
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，刻蝕至絕緣保護層(9)，AlGaInP
4.澱積絕緣材料Si02，包覆側壁
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.製備η型電極Ti/Al和P型電極Ni/Au，多個獨立LED串聯，形成發光二極體陣列
以上所述僅為本發明的較佳實施例，並非用來限定本發明的實施範圍；既凡依本發明的權利要求範圍所作的等同變換，均為本發明的保護範圍所覆蓋。
權利要求
1.一種高壓發光二極體，其特徵在於外延片依次包括有第一接觸層(2)、第一限制層(3)、有源區(4)、第二限制層(5)、第二接觸層(6)、絕緣保護層(9)、緩衝層(11)、襯底(12);在上述外延片上刻蝕有隔離槽(8);隔離槽(8)的最深端刻蝕至絕緣保護層(9)內，隔離槽(8)臺階的最淺端刻蝕至第二接觸層(6)內，隔離槽(8)內的絕緣保護層(9)與第二接觸層(6 )之間構成臺階,在所述的臺階上澱積有金屬連接層(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)的側壁及隔離槽(8)中的絕緣保護層(9)上設置有絕緣隔離層(13);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 (14)。
2.如權利要求I所述的一種高壓發光二極體及其製備方法，其特徵為，所述有源區(4) 材料為GaN系或GaAs系材料。
3.如權利要求I所述的一種高壓發光二極體及其製備方法，其特徵為，所述絕緣保護層(9)為本徵半導體、絕緣材料或其他不導電的化合物。
4.如權利要求I所述的一種高壓發光二極體及其製備方法，其特徵為，絕緣隔離層(13)的材料為Si02或SiNx。
全文摘要
一種高壓發光二極體，屬於半導體光電子器件領域。其高壓發光二極體的主要結構依次包括電極、第一接觸層、有源區、第二接觸層、隔離槽、絕緣保護層、緩衝層、襯底組成的LED結構。其採用外延生長法得到絕緣保護層；採用ICP幹法刻蝕第一接觸層，直至絕緣保護層，形成隔離槽，將LED獨立絕緣開來；最後濺射金屬進行串聯，形成發光二極體陣列。本發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，解決了絕緣保護層良好包覆在隔離槽側壁的問題，使器件的製備不必採用深刻蝕工藝。
文檔編號H01L33/00GK102916029SQ201210397580
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月18日 優先權日2012年10月18日
發明者郭偉玲, 丁豔, 朱彥旭 申請人:北京工業大學