[发明专利]一种GaN基发光二极管芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种GaN基发光二极管芯片及其制备方法，属于光电子技术领域。

背景技术

GaN、InN、AlN等具有对称六方晶系结构的Ⅲ-Ⅴ族半导体材料，都是直接能隙，因此非常适合于作为发光器件的材料，其中根据成分的不同，可以得到禁带宽度从6.5eV到0.7eV的三元或四元化合物半导体，所对应的发光波长涵盖深紫外光到远红外光的波段范围。由于GaN系列半导体的这个特点，使得GaN系列半导体材料广泛应用于LED与LD等光电器件上。

早期由于GaN晶体与生长衬底的晶格常数不匹配，使得GaN系列蓝绿光LED外延生长品质与GaAs系列红黄光LED相比相差甚远，直到日本日亚公司成功的将GaN蓝绿光LED结构生长于（0001）蓝宝石衬底上，使得人类拥有全彩LED的梦想得以实现。相对于Si、SiC等其它衬底，蓝宝石衬底有稳定性高、技术成熟、机械强度高、性价比高等优点，因此使用蓝宝石衬底仍然是现在发光二极管产业的主流。

GaN基发光二极管在应用于通用照明有着很好的发展前景，但是首先要解决问题的就是提高它的发光效率，GaN基蓝光发光二极管是一个电注入发光器件，电流扩展分布对整个器件的特性有着很重要的作用，它直接影响着GaN基发光二极管的发光效率，另外电流扩展也影响着器件的散热性能、可靠性等特性。目前，商品化的GaN基蓝光发光二极管一般都是用MOCVD技术在绝缘的蓝宝石衬底上外延生长的，由于蓝宝石不导电，必须利用台面结构，因此欧姆接触的p型电极和n型电极只能在外延片表面的同一侧。在台面结构的GaN基发光二极管里，电流要侧向传输，由于n型GaN层和下限制层的掺杂浓度不能太高，横向电阻不能忽略，使得靠近n型电极的台面边缘电流密度大于靠近p型电极焊盘的地方，导致该区域电流密度过大，热量过高，大大降低了芯片的使用效率和寿命。同时，在此区域电流密度最大，发光强度也最大，但此区域发出的光会被正上方的金属电极所遮挡或吸收，导致发光二极管的出光效率降低。为解决上述问题，行业内普遍方法是在p型半导体层和p型电极之间直接镀上一层绝缘介质作为电流阻挡层，这样能够减少电极下方的电流比例，在一定程度上增加电流的扩散性。该方法需要使用PECVD沉积一层介质层，然后使用光刻、腐蚀的方法来完成电流阻挡层的制作，该方法步骤较为复杂，且存在腐蚀不彻底而导致电压升高问题。

美国专利US4864370就是采用以上技术方案的典型代表，该专利在P电极下方生长一层绝缘的SiO₂作为电流阻挡层，通过SiO₂阻挡层阻止电流垂直注入下方的外延层，起到电流扩展的作用。但是，该工艺较为复杂，需要经过沉积、光刻、腐蚀等步骤，不利于批量化生产，另外，如果SiO₂腐蚀不彻底，会造成电压升高、亮度降低等诸多问题。

中国专利CN101494268A公开了一种具有电流阻挡结构的垂直发光二极管的制作方法，该专利通过将金属反射层的中央局部区域劣化成高接触电阻区域而在发光层中形成电流阻挡结构，以起到电流扩展的作用。该方法的步骤同样比较复杂，不利于批量化生产，另外通过蚀刻的方法去除阻挡层存在去除不彻底的隐患，而起不到电流扩展的作用。

中国专利CN102376840A公开一种发光二极管及发光二极管的制造方法，该发光二极管包含一发光结构，此发光结构含有一置于横跨一第一掺杂层的垂直侧壁上的钝化层、一发光层，及至少完全覆盖上述发光层侧壁的一第二掺杂层。通过等离子体轰击(plasma bombardment)或发光结构的离子注入来形成钝化层。如此可在后续工艺步骤中保护侧壁且防止发光层周围的电流泄漏。该专利在蚀刻切割道于发光结构中形成发光台面结构后通过等离子体轰击或发光结构的离子注入来形成钝化层，以起到保护侧壁和防止发光层周围的电流泄漏作用，而发明是对金属电极下方p型GaN区域进行等离子体轰击形成等离子体轰击区域，使该区域p型GaN层与上面的ITO透明导电膜之间无法形成欧姆接触区域，从而起到电流扩展的目的，虽然两个发明都使用等离子体轰击的工艺，但是两者起的作用不同，一个是为了形成钝化层，一个是为了形成电流阻挡层。

现有技术中有利用N₂、N₂O和NH₃等离子体对GaN发光二极管进行处理方法，但是其处理的目的均是研究等离子体对GaN发光二极管产生的光电特性影响，但是并未就通过改善发光二极管的电流扩展，提高上述发光二极管的发光效率进行研究。