CN110034219B - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发光二极管及其制造方法。包括：一基板；一在所述基板上形成的N型半导体层；一在所述N型半导体层的部分区域上形成的活性层；一在所述活性层上形成的P型半导体层；一在所述P型半导体层上形成的透明导电层；一与所述P型半导体层电气连接的P型电极；一与所述N型半导体层电气连接的N型电极；所述N型电极、P型电极均包括欧姆接触层、在所述欧姆接触层上形成的反射层、在所述反射层上形成的导电性金属层、在所述导电性金属层上形成的覆盖层；所述欧姆接触层为Wyle半金属层。本发明的发光二极管的欧姆接触层结构，在通电时具有低阻抗值，减小在电极与半导体层之间出现的电流损失，可以提高发光二极管的光释放效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管及其制造方法，更详细而言，涉及一种包括用于电极与半导体层之间的欧姆接合的欧姆接触层的发光二极管及其制造方法。
背景技术
半导体发光元件在向发光元件施加正向电压时，P型半导体层的空穴与N型半导体层的电子复合，释放具有与带隙能相应波长的光线。氮化镓系半导体（AlxInyGa1-x-yN； 0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1）使铝、铟及镓的配比不同，从而可以释放多样波长的光，作为发光元件的材料而倍受瞩目。
半导体发光元件中使用的电极应满足诸如低非接触阻抗、均一的电流扩散、高效的散热、增加外部光子释放效率所需的透明度或高反射度的要件。因此，正在开发和研究旨在满足这种要件的多层结构的电极。
为了满足低非接触阻抗要件，实现在氮化镓系半导体与电极之间的界面降低肖特基势垒(Schottky barrier)的欧姆接触(Ohmic contact)非常重要。就N型氮化镓半导体层而言，提高掺杂浓度容易，功函数小，欧姆接触的形成比较容易。相反，就P型氮化镓半导体层而言，由于低空穴浓度及6.5 eV以上的高功函数，被认为欧姆接触的形成几乎不可能。
因此，要求研究一种电极结构，使得能够实现氮化镓系半导体与电极的欧姆接触，具有低非接触阻抗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发光二极管及其制造方法，该发光二极管的欧姆接触层结构，在通电时具有低阻抗值，减小在电极与半导体层之间出现的电流损失，可以提高发光二极管的光释放效率。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种发光二极管，包括：
一基板；
一在所述基板上形成的N型半导体层；
一在所述N型半导体层的部分区域上形成的活性层；
一在所述活性层上形成的P型半导体层；
一在所述P型半导体层上形成的透明导电层；
一与所述P型半导体层电气连接的P型电极；
一与所述N型半导体层电气连接的N型电极；
所述N型电极、P型电极均包括欧姆接触层、在所述欧姆接触层上形成的反射层、在所述反射层上形成的导电性金属层、在所述导电性金属层上形成的覆盖层；所述欧姆接触层为Wyle半金属层。
在本发明一实施例中，所述欧姆接触层为Bi1-xSbx，其中0<x<1。
在本发明一实施例中，所述x取0.04。
在本发明一实施例中，所述欧姆接触层还包括在所述Wyle半金属层上形成的铬层。
在本发明一实施例中，所述反射层的材料包括铝(Al)或银(Ag)，所述导电性金属层的材料包括镍(Ni)、钛(Ti)或铬(Cr)，所述覆盖层的材料包括铂(Pt)或金(Au)。
本发明还提供了一种发光二极管的制造方法，包括如下步骤：
步骤S1、在基板上形成N型半导体层；
步骤S2、在所述N型半导体层上形成活性层；
步骤S3、在所述活性层上形成P型半导体层；
步骤S4、蚀刻所述P型半导体层、所述活性层及所述N型半导体层的部分区域而露出所述N型半导体层；
步骤S5、在所述P型半导体层上形成透明导电层；
步骤S6、在所述透明导电层上形成P型电极，并在所述N型半导体层的露出的部分区域上形成N型电极；
所述N型电极及所述P型电极的形成，包括：
形成欧姆接触层，在所述欧姆接触层上形成的反射层，在所述反射层上形成的导电性金属层，在所述导电性金属层上形成的覆盖层；
所述欧姆接触层为Wyle半金属(wyle semi-metal)层。
在本发明一实施例中，所述欧姆接触层为Bi1-xSbx，其中，0<x<1。
在本发明一实施例中，所述x取0.04。
在本发明一实施例中，所述反射层的材料包括铝(Al)或银(Ag)，所述导电性金属层的材料包括镍(Ni)、钛(Ti)或铬(Cr)，所述覆盖层的材料包括铂(Pt)或金(Au)。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明的发光二极管的欧姆接触层结构，在通电时具有低阻抗值，减小在电极与半导体层之间出现的电流损失，可以提高发光二极管的光释放效率。
附图说明
图1是图示本发明一个实施例的发光二极管的俯视图。
图2是显示将图1所示的发光二极管沿A-A’线截断的剖面的剖面图(2a)及显示沿B-B’线截断的剖面的剖面图(2b)。
图3是图示本发明一个实施例的发光二极管的电极结构物的剖面图。
图中：
10 : 基板
20 : 发光结构物
21 : N型半导体层
23 : 活性层
25 : P型半导体层
30 :电极结构物
31 : P型电极
33 : P型指状电极
35 : N型电极
37 : N型指状电极
40 : 欧姆接触层
51 : 透明电极层
53 : 电流阻挡层
60 : 钝化层
71 : 反射层
73 : 导电性金属层
75 : 覆盖层。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明允许各种修订及变形，以附图形式示例性图示出其特定实施例并在下面详细说明。但是，并非要将本发明限定于公开的特定形态，相反，本发明包括与权利要求项定义的本发明的思想相符的所有修订、均等及替代内容。
当提及诸如层、区域或基板的要素存在于另一构成要素“上”时，这可以理解为直接存在于另一要素上，或可以在其之间还存在中间要素。
第一、第二等术语可以为了说明各种要素、成分、区域、层及/或地区而使用，但应理解为这种要素、成分、区域、层及/或地区不得由这种术语所限定。
下面参照附图，更详细地说明本发明优选实施例。对于以下附图上的相同构成要素，使用相同的附图标记，并省略对相同构成要素的重复说明。
实施例
图1是图示本发明一个实施例的发光二极管的俯视图。
参照图1，本发明一个实施例的发光二极管包括：发光结构物(20)，其包括N型半导体层、活性层及P型半导体层；与P型半导体层电气连接的P型电极(31)；及与所述N型半导体层电气连接的N型电极(35)。
选择性地，发光二极管可以还包括用于使电流在P型半导体层上均匀扩散的P型指状电极(33)和N型指状电极(37)。所述P型指状电极(33)在P型半导体层上，从P型电极(31)向N型电极(35)方向延长。
所述N型指状电极(37)在N型半导体层上，以从N型电极(35)延长并包围P型指状电极(33)的形态形成。因此，可以有效向发光结构物(20)的全体区域传递电流。
图2是显示将图1所示的发光二极管沿A-A’线截断的剖面的剖面图(2a)及显示沿B-B’线截断的剖面的剖面图(2b)。
参照图2，本发明一个实施例的发光二极管包括：基板(10)；发光结构物(20)，其在所述基板(10)上形成，包括N型半导体层(21)、活性层(23)及P型半导体层(25)；电极结构物(30)，其包括在所述发光结构物(20)上形成并与所述P型半导体层(25)电气连接的P型电极(31)、从选择性地形成的所述P型电极(31)延长的P型指状电极(33)、与所述N型半导体层(21)电气连接的N型电极(35)、从选择性地形成的所述N型电极(35)延长的N型指状电极(37)；及钝化层(60)。
如果参照图2，本发明一个实施例的发光二极管包括：基板(10)；发光结构物(20)，其在所述基板(10)上形成，包括N型半导体层(21)、活性层(23)及P型半导体层(25)；电极结构物(30)，其在所述发光结构物(20)上形成，包括与所述P型半导体层(25)电气连接的P型电极(31)、从所述P型电极(31)延长的P型指状电极(33)、与所述N型半导体层(21)电气连接的N型电极(35)、从所述N型电极(35)延长的N型指状电极(37)；及钝化层(60)。
所述基板(10)只要是能够用作氮化镓类发光二极管基板的公知物质，则可无限制地使用。一般可以为能够使氮化镓类半导体物质生长的SiC、Si、GaN、ZnO、GaAs、GaP、LiAl2O3、BN及AlN中某一者，但不限定于此。所述基板(10)为了使高品质氮化镓发光结构物(20)生长、使从活性层(23)形成的光线反射、提高光功率，可以具有凹凸图案。
在所述基板(10)上形成有氮化镓系发光结构物(20)。首先，n型半导体层(21)在基板(10)上形成。在所述n型半导体层(21)上形成有活性层(23)。在所述活性层(23)上形成有p型半导体层(25)。蚀刻所述p型半导体层(25)及所述活性层(23)的一部分区域，使n型半导体层(21)露出。
所述发光结构物(20)可以为AlxInyGa1-x-yN (0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1)，所述n型半导体层(21)可以包括诸如硅(Si)、锗(Ge)或锡(Sn)的n型掺杂物质，所述p型半导体层(25)可以包括诸如镁(Mg)、锌(Zn)或镉(Cd)的p型掺杂物质。所述活性层(23)可以具有单一量子阱结构或多重量子阱结构。多重量子阱结构的活性层(23)可以是带隙大的半导体层与小的半导体层交叉层叠的结构。
所述n型半导体层(21)、所述活性层(23)及所述p型半导体层(25)可以借助于化学气相沉积法（Chemical vapor deposition、CVD）而形成，或者可以借助于诸如物理气相沉积（Physical vapor deposition）、溅射（sputtering）、氢气相沉积法（Hydride vaporphase epitaxy、HVPE）或原子层沉积（Atomic layer deposition）的公知沉积方法而形成。
在所述p型半导体层(25)上可以选择性地形成有透明导电层(51)。所述透明导电层(51)可以以非常薄的Ni/Au薄膜或导电性金属氧化物薄膜形成。所述透明导电层(51)可以使电流扩散到空穴密度低的p型半导体层(25)。
当形成有所述透明导电层(51)时，可以在所述p型半导体层(25)上的一部分区域形成电流阻挡层(53)。电流阻挡层(53)在p型电极(31)下方区域形成，防止电流从p型电极(31)下方流入活性区域。因此，电流从p型电极(31)曲折流动，因而可以提高光释放效率。
在所述P型半导体层(25)或所述透明导电层(51)上形成有P型电极(31)。在从所述活性层(23)及所述P型半导体层(25)露出的所述N型半导体层(21)上形成有N型电极(35)。
从所述P型电极(31)向所述N型电极(35)方向延长形成有P型指状电极(33)。从所述N型电极(31)延长并以包围所述P型指状电极(33)的形态形成有N型指状电极(37)。包括所述P型电极(31)、所述N型电极(35)、所述P型指状电极(33)及所述N型指状电极(37)的电极结构物(30)可以具有用于使电流向发光结构物(20)有效扩散的多样形态。
所述电极结构物(30)可以借助于诸如物理气相沉积（Physical vapordeposition）、溅射（sputtering）、氢气相沉积法（Hydride vapor phase epitaxy、HVPE）或原子层沉积（Atomic layer deposition）的公知的沉积方法而形成。
在所述电极结构物(30)的下部形成有欧姆接触层(40)。所述欧姆接触层(40)作为Wyle半金属(wyle semi-metal)层，可以为Bi1-xSbx，其中，0<x<1，但不限定于此。所述x可以为0.04，但不限定于此。所述欧姆接触层(40)可以在所述Wyle半金属层上还包括铬(Cr)层。
形成有包围所述发光结构物(20)及电极结构物(30)的钝化层(60)。所述钝化层(60)是为了防止因物理、化学及电气损伤导致发光效率减小而形成的。所述钝化层(60)可以包含形成白色发光二极管所需的荧光体。所述荧光体作为黄色荧光体，可以为YAG(Yttrium Aluminum Garnet)。
图3是图示本发明一个实施例的发光二极管的电极结构物的剖面图。
如果参照图3，电极结构物(30)在所述欧姆接触层(40)上形成，可以具有包括反射层(71)、导电性金属层(73)及覆盖层(77)的多层结构。
所述反射层(71)包含铝(Al)或银(Ag)，反射在活性区域发光的光，防止光被导电性金属层(73)吸收。
所述导电性金属层(73)可以包括镍(Ni)、钛(Ti)或铬(Cr)。
在所述导电性金属层(73)上形成的覆盖层(75)防止所述导电性金属层(73)发生化学损伤或氧化。所述覆盖层(75)可以包含铂(Pt)或金(Au)。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种发光二极管，其特征在于，包括：
一基板；
一在所述基板上形成的N型半导体层；
一在所述N型半导体层的部分区域上形成的活性层；
一在所述活性层上形成的P型半导体层；
一在所述P型半导体层上形成的透明导电层；
一位于透明导电层上与所述 P 型半导体层电气连接的 P 型电极；
一与所述N型半导体层电气连接的N型电极；
所述N型电极、P型电极均包括欧姆接触层、在所述欧姆接触层上形成的反射层、在所述反射层上形成的导电性金属层、在所述导电性金属层上形成的覆盖层；所述欧姆接触层为Weyl半金属层；
所述欧姆接触层为Bi1-xSbx，所述x取0.04；所述欧姆接触层还包括在所述Weyl半金属层上形成的铬层。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述反射层的材料包括铝(Al)或银(Ag)，所述导电性金属层的材料包括镍(Ni)、钛(Ti)或铬(Cr)，所述覆盖层的材料包括铂(Pt)或金(Au)。
3.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、在基板上形成N型半导体层；
步骤S2、在所述N型半导体层上形成活性层；
步骤S3、在所述活性层上形成P型半导体层；
步骤S4、蚀刻所述P型半导体层、所述活性层及所述N型半导体层的部分区域而露出所述N型半导体层；
步骤S5、在所述P型半导体层上形成透明导电层；
步骤S6、在所述透明导电层上形成P型电极，并在所述N型半导体层的露出的部分区域上形成N型电极；
所述N型电极及所述P型电极的形成，包括：
形成欧姆接触层，在所述欧姆接触层上形成的反射层，在所述反射层上形成的导电性金属层，在所述导电性金属层上形成的覆盖层；
所述欧姆接触层为Weyl半金属层；
所述欧姆接触层为Bi1-xSbx，所述x取0.04。
4.根据权利要求3所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，所述反射层的材料包括铝(Al)或银(Ag)，所述导电性金属层的材料包括镍(Ni)、钛(Ti)或铬(Cr)，所述覆盖层的材料包括铂(Pt)或金(Au)。
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