一种大功率氮化物LED结构及其制造方法技术

本发明专利技术一种大功率氮化物LED结构，在衬底的一面生长缓冲层、第一未掺杂GaN层、n型层、有源层、p型层、第二未掺杂GaN层、透明导电层并设置p电极和n电极，所述第二未掺杂GaN层生长在p型层与透明导电层之间，其厚度为20～100nm，具有粗糙化的表面结构；在透明导电层上制作p电极；将外延结构蚀刻至露出或接近露出缓冲层，在缓冲层上或第一未掺杂GaN层上制作n电极。本发明专利技术制造方法的要点是：在p型层上生长第二未掺杂GaN层，在第二未掺杂GaN层上生长透明导电层，然后制作p电极和n电极。本发明专利技术可形成电容式结构，提高出光效率，降低压电效应的影响，改善电流拥堵现象，减少LED器件的发热，提高产品的竞争能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利涉及半导体制造领域，具体涉及一种大功率氮化物LED结构及其制造方法。
技术介绍
发光二极管(LED)是一种能将电信号转换成光信号的结构型电致发光的半导体器件。氮化镓(GaN)基发光二极管作为固态光源一经出现便以其高效率、长寿命、节能环保、体积小等优点被誉为继电灯后人类照明史上的又一次革命，成为国际半导体和照明领域研发与产业关注的焦点。以氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝镓(AlGaN)和氮化铟铝镓(AlGaInN)为主的III V族氮化物材料具有连续可调的直接带宽为O. 7 6. 2eV,它们覆盖了从紫外光到红外光的光谱范围，是制造蓝光、绿光和白光发光器件的理想材料。现有常规的GaN基氮化物LED结构(参见图I )，为在蓝宝石衬底101的一面外延生长缓冲层102、未掺杂GaN层103、η型层104、有源层105、ρ型层106、透明导电层107 ;在透明导电层107的上表面设置P电极108并在缓冲层102的上表面设置η电极109 (参见图2)。所述P电极108和η电极109位于蓝宝石衬底101的同一侧。半导体发光器件工作室的电流从P电极108流经P型层106、有源层105、η型层104到达η电极109 (参见图2)。但是，由于P型层106中Mg的活化效率较低及压电效应影响，器件的发光效率一直不高。同时，由于η电极109 —般制作在η型层104上面，导致在拐角位置电流拥堵严重，从而出现较为严重的发热问题，这不仅影响器件的使用寿命，也会使器件的光衰比较严重。由于蓝宝石衬底是绝缘材料，因摩擦、感应、传导等因素而产生的电荷难以从衬底方向释放，当电荷积累到一定程度就会产生静电释放现象(ElectriStatic Discharge,简称ESD)。故而以蓝宝石为衬底的GaN基LED芯片属于静电敏感器件，其抗静电能力较差。现在有些企业或研究机构为了提高GaN基器件的抗静电能力而引入了较为复杂的器件制造方法，有一定效果。但是，单独为解决抗静电问题而引入复杂的制造方法会提高器件的制造成本。所以，还是应研究在外延过程中引入新的结构以抵御静电释放现象(ESD)对器件的损伤。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决上述问题，提供一种含有电容式结构的大功率氮化物LED结构，通过在LED外延片中形成电容结构，一方面改善器件内载流子迁移率和出光光路，增加载流子复合几率，提高器件的出光效率同时降低压电效应的影响；另一方面在透明导电层和P型层之间加入第二未掺杂GaN层起缓冲作用，改善电流拥堵现象，减少发热，从而延长器件使用寿命，减少光衰；再一方面，由于电容式结构的保护作用可以提高器件的抗静电能力。本专利技术的第二个目的是，提供所述大功率氮化物LED结构的制造方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下。—种大功率氮化物LED结构,在衬底的一面包括缓冲层、第一未掺杂GaN层、η型层、有源层、P型层、透明导电层、P电极和η电极，其特征在于，在P型层与透明导电层之间夹有一层第二未掺杂GaN层,在所述透明导电层上制作P电极；将外延结构蚀刻至露出缓冲层或接近露出缓冲层，在所述缓冲层上或者接近露出缓冲层的第一未掺杂GaN层上制作η电极；所述P型层为掺Mg GaN结构层，其厚度为50 300nm。可选的，所述P型层或为掺杂浓度固定的结构或为掺杂浓度渐变的结构。进一步，所述第二未掺杂GaN层为厚20 500nm、具有粗糙化表面的结构层。进一步，所述粗糙化表面包括不规则粗糙面和规格图形化面。进一步，所述规格图形包括圆形、条形、正方形、长方形或者六边形。进一步，所述η电极与所述缓冲层为直接(直接接触)或者虚接(间接接触)，所述虚接为所述η电极通过非常薄的(程度为“接近露出”)第一未掺杂GaN层与所述缓冲层连接。为实现上述第二目的，本专利技术采取的技术方案如下。一种大功率氮化物LED结构的制造方法，采用金属有机化合物气相沉积法(MOCVD)生长，其特征是，其生长步骤包括(1)根据衬底性质选用对应的方法对衬底进行清洗，然后将衬底置于外延生长炉内；(2)将炉温调至530 560°C，在衬底上生长20 35nm厚度的低温氮化镓缓冲层；(3)将炉温升至1050 1150°C，在缓冲层上生长I 2.3um厚度的第一未掺杂GaN层；(4)将炉温调至950 1250°C，生长厚度为I 2.5um的η型层；(5)将炉温降至750 860°C，在η型层上生长5 15周期的InGaN/GaN的多量子阱有源层；(6)将炉温再升至930 1100°C，在有源层上生长50 300nm厚度的P型层；(7)将炉温调至1050 1150°C，在P型层上生长厚度为20 500nm的第二未掺杂GaN层；(8)根据芯片工艺制作透明导电层、P电极和η电极。进一步，步骤(6)所述的P型层优选浓度渐变式结构。进一步，步骤(7)所述的第二未掺杂GaN层具有粗糙化表面，所述粗糙化表面包括不规则粗糙面和规格图形化面，所述粗糙化表面采用调整外延工艺参数、光刻加蚀刻的芯片工艺制作。进一步，所述规格图形包括圆形、条形、正方形、长方形或者六边形。本专利技术的积极效果是(I)通过在外延结构中插入第二未掺杂GaN层，可形成电容式结构，改善载流子迁移率尤其是空穴的迁移率，提高有源区电子和空穴的复合效率，同时能够降低压电效应的影响，提高器件抗静电的能力。(2)在外延结构中插入粗糙化的第二未掺杂GaN层可改变出光光路，增加光线辐射出器件的概率，提高器件的出光效率。(3)引入第二未掺杂GaN层同时虚接η电极可改善器件的电流分布，减少发热，从而延长器件使用寿命、减少光衰。附图说明图I为现有氮化物LED结构的外延结构示意图；CN 102945901 A说明书3/4页图2为现有氮化物LED结构电极连接的结构示意图。图中的标号分别为101、衬底；102、缓冲层;103、未掺杂GaN层；104、η型层;105、有源层；106、ρ型层；107、透明导电层;108、ρ电极;109、η电极。图3为本专利技术一种大功率氮化物LED结构的外延结构示意图。图4为本专利技术一种大功率氮化物LED结构η电极与缓冲层实接的结构示意图。 图5为本专利技术一种大功率氮化物LED结构η电极与缓冲层虚接的结构示意图。图中的标号分别为201、衬底;202、缓冲层;203、第一未掺杂GaN层；204、η型层；205、有源层；206、ρ型层；207、透明导电层;208、ρ电极；209、η电极；210、第二未掺杂GaN层。具体实施例方式以下结合附图给出本专利技术一种大功率氮化物LED结构的具体实施方式，提供2个具体实施例。但是需要指出，本专利技术的实施不限于以下的实施内容。实施例I参见图3和4。一种大功率氮化物LED结构，包括衬底201、缓冲层202、第一未掺杂GaN层203、η型层204、有源层205、P型层206、第二未掺杂GaN层210、透明导电层207、ρ电极208和η电极209。所述衬底201采用蓝宝石、碳化硅、氮化镓或硅材料中的一种。本实施例优选蓝宝石衬底201。本实施例的大功率氮化物LED结构的制造方法为，采用金属有机化合物气相沉积法(MOCVD)在蓝宝石衬底201上依次生长缓冲层202、第一未掺杂GaN层203、η型层204、有源层205、ρ型层20本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大功率氮化物LED结构，在衬底的一面包括缓冲层、第一未掺杂GaN层、n型层、有源层、p型层、透明导电层、p电极和n电极，其特征在于，在p型层与透明导电层之间夹有一层第二未掺杂GaN层，在所述透明导电层上制作p电极；将外延结构蚀刻至露出缓冲层或接近露出缓冲层，在所述缓冲层上或者接近露出缓冲层的第一未掺杂GaN层上制作n电极；所述p型层为掺Mg?GaN结构层，其厚度为50～300nm。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：薛进营，杨旅云，王明辉，夏成，吴东平，张国龙，陈晓鹏，常志伟，
申请(专利权)人：施科特光电材料昆山有限公司，
类型：发明
国别省市：