[发明专利]一种具有反射和电流阻挡特性的发光元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及氮化镓基发光元件技术，具体地说，本发明涉及一种同时具有反射和电流阻挡特性的发光元件及其制造方法。

背景技术

随着人类社会的不断发展，能源的消耗越来越大，全球范围的能源短缺已成为了大家的共识。而半导体发光元件所具有的高耐久性、寿命长、轻巧、低耗电等优点，使其成为各国政府、院校和相关机构关注的重点。从现有技术看，氮化镓基发光元件是目前实现半导体照明的基础。随着外延生长和芯片工艺技术不断发展进步，它的内量子效率可达到90%以上。相对来说，外量子效率还较低，一般仅有40%左右,因此，如何提升外量子效率是半导体发光元件的一个重要课题。

中国专利200610092282.8公开了一种具有金属反射层的发光二极管封装及其制造方法。其中，发光二级管芯片被密封体覆盖，围绕密封体的侧表面设置有金属反射层，以在密封体的顶表面形成光透射表面，从而使光损失减小，一定程度上提升了外量子效率，然而它并未考虑位于顶表面的金属电极对光的吸收而造成的外量子效率损失。

中国专利申请201010200860.1公开了一种侧面具有上反射层的氮化镓基倒装发光二极管及其制备方法，其侧面兼具布拉格反射层和金属反射层，能够在一定程度上提升外量子效率，但它也未考虑位于发光表面的金属电极对光的吸收而造成的外量子效率损失。

中国发明专利200980149203.4公开了一种用于发光二极管芯片的复合高反射层。复合高反射层沉积在p型层上，电流扩散层设于反射层和p型层之间。复合高反射层由多个不同材料的子层组成，相对于传统的分布式布拉格反射体和金属接触反射层具有更高的反射率，但是其结构和工艺复杂，成本高昂。

中国专利申请201210183838.X公开了一种氮化镓基发光二极管及其制作方法，其包括衬底，外延层由p型层、发光区、n型层组成，金属反射层形成于外延层上，电流阻挡层完全包覆在金属反射层上，p电极形成于电流扩展层上，n电极形成于n型层上。这种方案直接将金属反射层制作在外延层上，然而金属层直接与p型氮化镓外延层接触粘合不牢，容易发生电极脱落的现象，导致该方案可靠性较低。

另一方面，p层电流扩展不均匀也是造成氮化镓基发光元件外量子效率较低的重要原因。为了使氮化镓基发光元件电流扩展更加均匀，通常会在电极下面引入一电流阻挡层，在电极下面置入一层不导电的二氧化硅作为电流阻挡层，从而阻止电流大量注入电极正下方的发光层而造成电流聚集，使电流向电极各方向更均匀地扩展。但是二氧化硅的引入，较大地增加了设备成本和生产成本，也使工艺更加复杂化。

因此，当前迫切需要一种成本低、工艺简单且可靠性高的提升发光元件外量子效率的方案。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明提出一种成本低、工艺简单且可靠性高的能够提升发光元件外量子效率的、具有反射和电流阻挡特性的发光元件及其制造方法。

根据本发明的一个方面，提出了一种具有反射和电流阻挡特性的发光元件制造方法，包括下列步骤：1）在衬底上依次外延生长缓冲层、n型氮化镓基外延层、有源层和p型氮化镓基层；2）在p型氮化镓层上表面蚀刻出凹槽；3）用金属反射材料填充p型氮化镓层上的凹槽；4）制备电流阻挡层，该电流阻挡层覆盖所述金属反射材料；5）在电流阻挡层制备透明导电层，最后再制备p型电极和n型电极。

其中，所述步骤3）中，所述金属反射材料为铝、银、铑或者它们中任意二者或三者的合金。

其中，所述步骤3）中，填充所述凹槽的金属反射层厚度略大于凹槽深度,使金属反射层部分从所述凹槽中溢出。

其中，所述步骤3）中，通过电子束蒸镀方法或者磁控溅射方法或者化学镀膜方法得到所述金属反射层。

其中，所述凹槽的深度不小于

其中，填充所述凹槽的金属反射层不小于

其中，所述步骤4）中，在空气下对所述金属反射层进行热退火处理或者在氧气环境下做快速退火，在所填充的金属反射层表面形成金属氧化物，该金属氧化物形成所述电流阻挡层。

其中，所述步骤3）中，所述凹槽的形状与p型电极图案匹配。

其中，所述步骤3）中，所述凹槽是一个形状与所述p型电极图案匹配的连续的凹槽，或者所述凹槽由多个间隙性柱状孔洞组成，所述多个间隙性柱状孔洞排列成的形状与所述p型电极图案匹配。

其中，所述步骤4）中，所述电流阻挡层可置换为绝缘性氧化物层或致密性金属层。

其中，所述步骤4）中，所述电流阻挡层可置换为二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、镉或铂。