本发明专利技术公开了一种LED外延、芯片结构及其制作方法,其中芯片自下而上依次包括:导电基板、p型氮化物层、有源层、n型恢复层、n型氮化物层和n电极,其特征在于:所述n型氮化物层具有氮极性的晶体和镓极性的晶体,且所述氮极性和镓极性区域的表面呈现高度差,所述n型恢复层邻近所述n型氮化物层的一侧表面具有与所述n型氮化物层一致的混合极性,远离所述n型氮化物层接触的一侧表面为相连的镓极性表面。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体领域,具体为一种具有良好η型欧姆接触的垂直发光二极管其及制作方法。
技术介绍
近年来,随着衬底转移技术的成熟,垂直结构芯片技术越来越多地被业界应用,其一般在蓝宝石衬底上通过MOCVD沉积GaN基薄膜,然后把GaN基薄膜通过晶圆键合技术或电镀技术黏结到半导体或金属基板上,再把蓝宝石衬底剥离去除。此种技术因为较高的光萃取效率、电流扩展能力及导热能力,有效的提高了GaN基LED芯片的发光效率,特别是在高电流密度大功率应用领域体现出越来越明显的优势。然而,在前述垂直结构芯片技术中,衬底剥离后暴露的GaN薄膜表面一般为氮极性面,而氮极性和镓极性面的金半欧姆接触特性相差极大,常规Ti/Al金属电极可以与镓极性GaN形成非常稳定的欧姆接触,但是与氮极性GaN很难获得稳定的欧姆接触,失效后正向工作电压升高,严重恶化了垂直GaN芯片的性能稳定性。
技术实现思路
针对上述问题,本专利技术提供了一种具有良好η型欧姆接触的垂直,以克服现有垂直芯片存在的η面GaN欧姆接触电极稳定性差而导致芯片电压可靠性问题。本专利技术首先提供了一种用于垂直芯片的LED外延结构,包括:衬底,具有相对的上、下表面,所述上表面的部分区域被氮化;η型氮化物层,形成于所述衬底的上表面,具有氮极性的晶体和镓极性的晶体,其中所述氮极性的晶体生长于所述衬底被氮化的区域上方,且所述氮极性和镓极性区域的表面呈现高度差;η型恢复层,形成于η型氮化物层上,其上表面为相连的镓极性表面;有源层,形成于所述η型恢复层上;P型层,形成于所述有源层上。本专利技术同时提供了一种垂直LED芯片,自下而上依次包括:导电基板、P型氮化物层、有源层、η型恢复层、η型氮化物层和η电极。其中,所述η型氮化物层具有氮极性的晶体和镓极性的晶体,且所述氮极性和镓极性区域的表面呈现高度差,所述η型恢复层邻近所述η型氮化物层的一侧表面具有与所述η型氮化物层一致的混合极性,远离所述η型氮化物层接触的一侧表面为相连的镓极性表面。优选地,在前述LED外延结构中,所述衬底上表面被氮化的区域为周期性排列的条状或者块状图案,图案的尺寸为10?200nmo优选地,在前LED外延结构及芯片中,所述η型氮化物层的氮极性的晶体和镓极性的晶体交替排列;所述η型恢复层的厚度为0.3?Ιμπι,掺杂浓度为2el7cm—3?5el8cm—3;所述η型氮化物层的上表面至少有一半为镓极性表面。本专利技术还提供了一种垂直LED芯片的制作方法,包括步骤:I)提供一具有相对的上、下表面的衬底,氮化所述上表面的部分区域;2)在所述衬底的上表面上生长η型氮化物层,其具有氮极性的晶体和镓极性的晶体,其中所述氮极性的晶体生长于所述衬底的被氮化区域上方,且所述氮极性和镓极性区域的表面呈现高度差;3)在所述η型氮化物层上生长η型恢复层,其上表面为相连的镓极性表面;4)在所述η型恢复层依次生长有源层和P型氮化物层,构成LED外延结构;5)提供一导电基板,将其与前述LED外延结构之P型氮化物层一侧表面连结;6)移除所述LED外延结构的衬底,露出η型氮化物层的表面,在其上制作η电极。优选地,所述步骤I)中,衬底上表面被氮化的区域为周期性排列的条状或者块状图案,图案的尺寸为10?200nmo优选地,所述步骤3)中,通过控制生长的温度、压力和生长速率,提高镓极性区域侧向外延能力,在完成时形成镓极性表面相连。优选地,所述步骤3)中,生长温度为1100?1150°C、压力为100?150torr,生长速率Slym /h以下。在一些实施例中,所述步骤6)中,移除衬底露出外延结构的表面,采用湿法蚀刻该露出的表面,在η型氮化物层的表面形成具有高度差的表面。在本专利技术中的LED外延结构中,由于事先对衬底进行部分区域的氮化处理,其后续生长的η型氮化物层具有与衬底氮化工艺同规则的混合极性,同时由于氮极性生长速率稍慢于镓极性,所以表面的氮极性和镓极性区域呈现规则的高度差,在后续进行垂直芯片工艺中剥离衬底后,裸露的η型氮化物层表面氮极性与镓极性混合排列,在该η型氮化物层上制作η型欧姆接触电极时可直接使用成熟的Ti/Al金属电极,解决氮极性面欧姆接触稳定性的问题,保证薄膜GaN基发光器件的电压可靠性。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。【附图说明】附图用来提供对本专利技术的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术,并不构成对本专利技术的限制。此外,附图数据是描述概要,不是按比例绘制。图1是根据本专利技术实施的一种用于垂直结构的LED外延结构剖视图示意图。图2是根据本专利技术实施的一种具有良好η型欧姆接触的垂直LED芯片的剖面示意图。图3是根据本专利技术实施的一种制作垂直LED芯片的流程图。图4?图12为根据本专利技术实施的一种制作垂直LED芯片的过程示意图。图13?图14为根据本专利技术实施的另一种制作垂直LED芯片的部分过程示意图。【具体实施方式】下面结合附图和优选的具体实施例对本专利技术做进一步说明。在具体的器件设计和制造中,本专利技术提出的LED结构将根据应用领域和工艺制程实施的需要,可对其部分结构和尺寸在一定范围内作出修改,对材料的选取进行变通。图1是根据本专利技术实施的一种用于垂直结构的LED外延结构剖视图示意图。参看图1,一种LED外延结构,从下到上依次包括:衬底l、u型氮化物层2、n型氮化物层3、n型恢复层4、n型超晶格结构层5、有源层6、p型氮化物层7和P型接触层8。其中,衬底I的优选蓝宝石,其表面结构为平面结构。衬底I的上表面作局部氮化处理,其中被氮化区域为条状或者块状,请参考图4和5所示图案,其中黑色代表衬底表面已被氮化,黑白色条状或块状交替代表衬底表面有无实施氮化的区域交替。关于氮化区域和无氮化区域的面积比例,主要考虑两大因素:第一,氮化面积不宜过小,使得η型氮化物层具有足够大的镓极性表面积用于制作η型欧姆接触电极;第二,氮化面积不宜过大,否则难以生长氮化物层。综合考虑前面两大因素,其较佳的取值为3:7-7:3,最佳值为1:1。非故意掺杂氮化物层(简称u型氮化物层)2形成衬底I的表面上,其一般包括20?50nm的低温缓冲层、I?2μπι的3D氮化物层和I?2μπι的2D氮化物层。u型氮化物层2由镓极性和氮极性交替排列的氮化物层构成。氮极性和镓极性区域的表面呈现高度差,其中氮极性的氮化物层位于衬底被氮化的区域上方。η型氮化物层3形成于u型氮化物层2的表面上,同样由镓极性和氮极性交替排列的氮化物层构成,可以为掺杂有S1、Ge、Se、或者Te的GaN层或者AlGaN层,厚度1.5?4μπι。由于氮极性氮化物生长速率稍慢于镓极性氮化物,因此氮极性和镓极性区域的表面高度差加大。η型恢复层4形成于η型氮化物层3的表面上,可选用掺Si氮化镓材料,在生长过程中通过控制生长的温度、压力和生长速率,提高镓极性区域侧向外延能力,从而时形成Ga极性表面相连的上表面。较佳的,η型恢复层4的厚度为0.3?Ιμπι,掺杂浓度为2E17cm—3?5E18cm-3Oη型超晶格结构层5形成于η型恢复层的表面上,可以为包含I1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于垂直芯片的LED外延结构,包括:衬底,具有相对的上、下表面,所述上表面的部分区域被氮化;n型氮化物层,形成于所述衬底的上表面,具有氮极性的晶体和镓极性的晶体,其中所述氮极性的晶体生长于所述衬底被氮化的区域上方,且所述氮极性和镓极性区域的表面呈现高度差;n型恢复层,形成于n型氮化物层上,其上表面为相连的镓极性表面;有源层,形成于所述n型恢复层上;p型层,形成于所述有源层上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员:张洁,朱学亮,杜成孝,刘建明,徐宸科,
申请(专利权)人:厦门市三安光电科技有限公司,
类型:发明
国别省市:福建;35
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