发光二极管及其制造方法与流程

本发明涉及一种发光二极管及其制造方法。

背景技术：

传统半导体发光元件是正向电压应用于发光元件时，p型半导体层的空穴和n型半导体层的电子结合，发出与带隙能量对应波长的光。

氮化镓基半导体(alxinyga(1-x-y)n；0≤x≤1,0≤y≤1,0≤x+y≤1)是通过改变铝、铟和镓的比例，释放出多种波长的光，所以作为发光元件的材料备受关注。

氮化镓基半导体会因空气中的氧气，氢气及水分而受到化学性伤害。所以为了通过除电极外的物理，化学，电子来保护氮化镓结构体就需要钝化层。在各样的半导体元件上为了隔绝及钝化而使用的二氧化硅（sio2），其是透光性高且易形成的物质，以折射率n=1.5，与空气和氮化镓（n在2.3-2.7之间）的折射率差值过大因此可以减少全反射。然而，在氮化镓半导体表面形成二氧化硅层时，氧气被引入氮化镓表面，从而降低了光发射效率。氮化硅(sin)作为优质的膜质，且拥有高隔绝特性，所以作为钝化材料备受关注。然而，通过一般化学性汽相蒸镀法（cvd），原子层蒸镀法(atomiclayerdeposition)和溅镀(sputtering)形成的单一钝化层会因薄膜上的缺陷使得气体易穿透。因此，当钝化层厚度太厚时，可能会形成裂纹等缺陷。

因此发光二极管需要具有良好的光放射效率、绝缘特性和高气体透射率的钝化层。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种发光二极管及其制造方法，

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

基板；

位于基板上的氮化镓半导体层，所述氮化镓半导体层包括从下到上依次设置的n型半导体层、活性层及p型半导体层；

与所述n型半导体层电连接的n型电极；

与所述p型半导体层电连接的p型电极；

露出所述n型电极和p型电极且覆盖所述氮化镓半导体层的钝化层；

所述钝化层包括sio2层和位于sio2层上方的sin层。

在本发明一实施例中，所述sio2层与sin层的相向面为相互配合的凹凸面。

在本发明一实施例中，所述凹凸面为透镜型、圆锥形、三角锥形、金字塔形和球形中的一种。

在本发明一实施例中，还包括位于所述氮化镓半导体层与p型电极之间的透明导电层。

在本发明一实施例中，还包括位于所述氮化镓半导体层与透明导电层之间且位于p型电极正下方的电流隔绝层。

本发明还提供了一种基于上述所述发光二极管的制造方法，实现如下，

在基板上形成包含n型半导体层、活性层及p型半导体层的氮化镓半导体层；

形成与所述n型半导体层电连接的n型电极；

形成与所述p型半导体层电连接的p型电极；

形成露出所述n型电极和p型电极且覆盖所述氮化镓半导体层的钝化层。

在本发明一实施例中，所述钝化层的形成过程如下，

形成所述sio2层；

在sio2层上表面形成与sin层下表面相配合的凹凸面的其中一面；

在sin层下表面形成与sio2层上表面相配合的凹凸面的另一面，并形成所述sin层。

在本发明一实施例中，所述凹凸面为透镜型、圆锥形、三角锥形、金字塔形和球形中的一种。

在本发明一实施例中，还包括形成位于所述氮化镓半导体层与p型电极之间的透明导电层。

在本发明一实施例中，还包括形成位于所述氮化镓半导体层与透明导电层之间且位于p型电极正下方的电流隔绝层。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种发光二极管包括形态化的多层结构的钝化层，以改善其光学和电特性。钝化层包括下部sio2层和上部sin层。在可见光波长范围内，下部sio2层的折射率为n(1.5)，而上sin层在可见光波长范围内折射率n为2.0到2.2。因此，在钝化过程中随着光反射增加，发光二极管的光放射也得到了提高；

同时，因下部sio2层的上表面具有凹凸不平的表面，所以sin层下表面也形成了凹凸不平的表面。在钝化层中，光的反射和散射根据凹凸图案而增加，发光二极管的光放射可以得到改善。当氮化镓半导体层蚀刻成凹凸的图案时，氮化镓半导体层可能会因蚀刻被破坏。当一个附加的图案层被添加到凹凸图案的时候，光特性可能会被减少。因此为了降低氮化镓半导体被破坏和光特性的减少，本发明利用了在钝化层的上形成的凹凸图案。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的发光二极管的截面图。

图2是本发明的另一个实施例的发光二极管的截面图。

图3是本发明的一个实施例的发光二极管的制造方法的框图。

图中：

10：基板20：氮化镓半导体层

21：n型半导体层23：活性层

25：p型半导体层31：n型电极

33：p型电极40：钝化层

41：sio2层43：sin层

45：sio2层47：sin层

51：透明导电层53：电流隔离层。

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。

本发明的一种发光二极管，包括

基板；

位于基板上的氮化镓半导体层，所述氮化镓半导体层包括从下到上依次设置的n型半导体层、活性层及p型半导体层；

与所述n型半导体层电连接的n型电极；

与所述p型半导体层电连接的p型电极；

露出所述n型电极和p型电极且覆盖所述氮化镓半导体层的钝化层；

所述钝化层包括sio2层和位于sio2层上方的sin层。所述sio2层与sin层的相向面为相互配合的凹凸面。所述凹凸面为透镜型、圆锥形、三角锥形、金字塔形和球形中的一种。或者在sio2层的上表面均匀涂抹微小粒子或纳米级微粒，sin层下表面形成与sio2层的上表面相配合的凹凸面。

还包括位于所述氮化镓半导体层与p型电极之间的透明导电层。

以及位于所述氮化镓半导体层与透明导电层之间且位于p型电极正下方的电流隔绝层。

本发明还提供了一种基于上述所述发光二极管的制造方法，实现如下，

在基板上形成包含n型半导体层、活性层及p型半导体层的氮化镓半导体层；

形成与所述n型半导体层电连接的n型电极；

形成与所述p型半导体层电连接的p型电极；

形成露出所述n型电极和p型电极且覆盖所述氮化镓半导体层的钝化层。

所述钝化层的形成过程如下，

形成所述sio2层；

在sio2层上表面形成与sin层下表面相配合的凹凸面的其中一面；

在sin层下表面形成与sio2层上表面相配合的凹凸面的另一面，并形成所述sin层。所述凹凸面为透镜型、圆锥形、三角锥形、金字塔形和球形中的一种。

还包括形成位于所述氮化镓半导体层与p型电极之间的透明导电层。

还包括形成位于所述氮化镓半导体层与透明导电层之间且位于p型电极正下方的电流隔绝层。

以下为本发明的具体实施例。

参照图1，本发明一实施例发光二极管包括：基板（10），基板（10）上形成的包含了n型半导体层（21），活性层（23）及p型半导体层（25）的氮化镓半导体层（20），与上述n型半导体层（21）有电连接的n型电极（31），与上述p型半导体层（25）有电连接的p型电极（33）和钝化层（40）。

上述钝化层（40）包括下部sio2层（41）和上部sin层（43）。下部sio2层（41）和上部sin层（43）的相向面为相互配合的凹凸面。

上述基板（10）可在无限制条件下使用适用于氮化镓发光二极管基板的物质。一般来说，可以使氮化镓半导体生长的元素，不限于sic,si,gan,zno,gaas,gap,lial2o3,bn和aln中的某一种。上述基板（10）为了生长高质量氮化镓半导体物质和通过光散射提高发光二极管的发光效率可能带有凹凸面。

上述n型半导体层（21）的一部分区域上形成活性层（23）及在活性层上形成的p型半导体层（25），进而形成的氮化镓半导体层（20）可以是一种掺杂了掺杂物的氮化镓基半导体。氮化镓基半导体可以是alxinyga(1-x-y)n(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤x+y≤1)，且n型掺杂物可以是硅（si），锗（ge）或者锡（sn），p型掺杂物可能是镁（mg），锌（zn）或者镉（cd）。

上述活性层（23）可以有单一量子阱结构或者多重量子阱结构。多重量子阱结构的活性层（23）可以是半导体层具有较大的带隙与小的带隙交叉重叠的结构。

上述n型半导体层（21）与基板（10）之间为了生长高质量氮化镓半导体可选择性的形成种子层（未图示）与缓冲层（未图示）等。

上述n型电极层（21）和上述p型电极层（25）分别与n型电极（31）和p型电极（33）连接，可以包括各种已知的适用于氮化镓半导体的导电材料。

为露出上述n型电极（31）与上述p型电极（33）且覆盖密封上述氮化镓基半导体层（20）的钝化层（40）包括下部sio2层（41）和上部sin层（43）。下部sio2层（41）及上部sin层形成了相配合的凹凸面。上述凹凸面可以是透镜型，圆锥形，三角锥形，金字塔形和球形中的一种。在下部sio2层（41）的凹凸面上形成了厚度均匀的sin层（43）的同时在上部也形成了与下部相对应的凹凸面。

上述下部sio2层比上部sin层（43）和氮化镓基半导体层（20）折射率低。因此，从活动层（23）中产生的光，通过折射率的变化和凹凸面散射和反射到钝化层（20）。

上述氮化镓基半导体层(20)上还形成透明导电层（51）。透明导电层（51）是由高透光性的导电物质组成的。透明导电层（51）可以是包含了in,sn,al,ni,zn或ga的透明导电性氧化物或者是厚度为80å-1000å的金属层。上述透明导电层（51）在p型半导体层（25）中扩散电流，以提高发光二极管的发光效率。

在上述p型电极下方对应区域，透明导电层（51）和上述氮化镓基半导体层（20）之间会形成电流隔绝层（53）。电流隔绝层（53）使用的是常见的绝缘材料。电流隔绝层（53）是为了防止电流在p型电极（33）部分区域上被往活性层注入。被注入的电流在远离上部电极开始就进行折射和流动，从而提高了发光二极管的发光效率。

参照图2，本发明另一实施例发光二极管包括：基板（10），基板（10）上形成的包含了n型半导体层（21），活性层（23）及p型半导体层（25）的氮化镓半导体层（20），与上述n型半导体层（21）有电连接的n型电极（31），与上述p型半导体层（25）有电连接的p型电极（33）和钝化层（40）。

上述钝化层（40）包括下部sio2层（45）和上部sin层（47）。下部sio2层（45）可以是被均匀涂抹的微小粒子或者纳米级粒子。上部sin层（47）形成了与下部粒子形态相对应的凹凸面。另外，上述氮化镓基半导体层（20）上会形成透明导电层（51）。在上述p型电极（33）的下方对应区域上的透明导电层（51）与上述氮化镓基半导体层（20）之间形成电流隔绝层（53）。

参照图3，本发明的一个实施例的发光二极管的制造方法包括：在基板上形成包含有n型半导体层，活性层和p型半导体层的氮化镓基半导体层的阶段（s1），与上述n型半导体层有电连接的n型电极的形成阶段（s2），与上述p型半导体层有电连接的p型电极的形成阶段（s3），为露出上述n型电极与上述p型电极且密封氮化镓半导体层的钝化层形成阶段（s4）。另外还包括在上述p型电极的下方相应区域的透明导电层与上述氮化镓基半导体层之间的电流隔绝层形成阶段（sa）和上述氮化镓基半导体层上透明导电层的形成阶段（sb）。

在本发明发光二极管的第一个实例中，上述钝化层的形成阶段（s4）包括：上述下部sio2层的形成阶段，上述下部sio2层上的凹凸面的形成阶段，上述sio2层上形成上部sin层的阶段。

上述下部sio2层的形成阶段可使用常用的形成二氧化硅薄膜的方法。上述下部sio2层上凹凸形态的形成阶段包括：上述下部sio2层上形成mask的阶段，通过湿法刻蚀或干法刻蚀形成凹凸形态的阶段，去除mask的阶段。上述mask可以是金属mask或者是通过光刻技术的有机mask或者无机mask。

或者在本发明发光二极管的第二个实例中，上述下部sio2层的形成阶段和上述下部sio2层上凹凸面的形成阶段可被涂抹了sio2纳米或者微珠的下部sio2层的形成阶段所代替。

上述sio2纳米或者微珠可使用旋转涂层、滚转涂层、浸渍涂层、流动涂层、条状涂层等常规方法，均匀地涂抹在氮化镓基半导体层或透明导电层上。

当使用sio2纳米或微珠形成下部sio2层时，可防止氮化镓基半导体的化学或物理被破坏。

上述下部sio2层上形成上部sin层的阶段是在下部sio2层上形成厚度均匀的上部sin层。上部sin层与空气层之间的折射率差异很大，因此，钝化层的反射被增加。此外，当上部sin层厚度足够薄时，在上部sin层的表面也形成了对应于下部sio2层的凹凸面，而不需要额外的蚀刻过程。所以，可以防止由于附加刻蚀过程而引起的sin层的损伤，从而提高了钝化层的透气性和绝缘性。

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。