发光二极管及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体领域，具体为一种具有电流扩展结构的发光二极管其及制作方法。
【背景技术】
[0002]氮化镓基发光二极管因为节能和绿色无污染等特点得到了越来越广泛的应用，但是因为LED芯片较差的电流扩展能力，极易发生电流拥堵而造成电压上升和效率损失，特别是在大电流高亮度应用例如道路照明、矿井照明或其他高光强应用领域继续尤为明显。
[0003]图1为传统正装结构氮化物发光二极管的结构图及其电流路径示意图，在蓝宝石衬底100上依次外延生长缓冲层101、η型半导体层102、有源层103、ρ型半导体层104、ρ型接触层105，分别在ρ型接触层105和η型氮化物半导体层102上形成ρ电极106和η电极107。在该正装LED结构中，因为电子从η电极向ρ电极移动会偏向较近的线路，因此Ρ型半导体层和η型半导体层部分都存在严重的电流拥堵效应，会因为局部电流密度过高而造成电压升高和效率降低。目前在Ρ型层可通过金属扩展条(英文为Finger)搭配ΙΤ0、GZ0等透明导电层改善电流扩展，而η型部分只有扩展条技术以提高电流扩展均匀性。不过增加η型扩展条需要使用ICP或其他方法刻蚀去除ρ型半导体层、有源层到达η型半导体层，使得芯片发光面积变小，造成亮度损失。特别是对于大功率正装LED芯片，单颗面积较大，电流拥堵效应更明显，往往需要2根或更多数量的η型扩展条，对亮度会造成更大程度的损失和光电效率的降低。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明提供了一种具有电流扩展结构的发光二极管，通过在衬底的表面上植入一导电掩膜层，在该导电掩膜层上外延生长形成外延叠层，在该外延叠层设置电流通道，当注入电流时，首先通过该电流通道传导至导电掩膜层，在该导电掩膜层进行横向扩展后进入外延叠层，有效改善了电流扩展均匀性，可降低器件工作电压。
[0005]本发明的技术方案为:发光二极管，包括:绝缘衬底，具有相对的上、下表面；导电掩膜层设置于所述绝缘衬底上表面，具有曝露图形以裸露出所述衬底的部分上表面；外延叠层，通过外延生长被设置于所述导电掩膜层上，从下至上依次包含第一类型半导体层、有源层和第二类型半导体层；电流通道，设置于所述外延叠层，贯穿所述第一类型半导体层，与所述导电掩膜层连接，当向所述外延叠层注入电流时，大部分的电子电流通过该电流通道传导至所述导电掩膜层，在该导电掩膜层进行横向扩展后再进入所述外延叠层。
[0006]本发明同时提供了一种发光二极管的制作方法，包括步骤:1)提供一绝缘衬底，其具有相对的上、下表面；2)在所述绝缘衬底的上表面上制作导电掩膜层，其具有曝露图形以裸露出所述衬底的部分上表面；3)在所述导电掩膜层上沉积外延叠层，从下至上依次包含第一类型半导体层、有源层和第二类型半导体层；4)在所述外延叠层制作电流通道，其贯穿所述第一类型半导体层，与所述导电掩膜层连接；当向所述外延叠层注入电流时，大部分的电子电流通过该电流通道传导至所述导电掩膜层，在该导电掩膜层进行横向扩展后再进入所述外延叠层。
[0007]优选地，所述导电掩膜层的曝露图形规则排列，其尺寸为0.1-5 μm0
[0008]优选地，所述导电掩膜层对所述有源层发射出的光线具有反射作用。
[0009]优选地，所述导电掩膜层由导电金属材料构成，以具有良好的导电性和高反射率为佳。
[0010]优选地，所述导电掩膜层由导电金属材料层和介电材料层水平混合排列而成。
[0011]优选地，所述导电掩膜层表面层设有一绝缘保护层。
[0012]在本发明的一个较佳实施例中，所述外延叠层划分为第一电极区和发光区，所述电流通道包括第一电流通道和第二电流通道，其中第一电流通道位于所述第一电极区，第二电流通道位于所述发光区；一第一电极被设置于所述第一类型半导体层表面上，通过所述第一电流通道与所述导电掩膜层形成电性连接；一第二电极被设置于所述第二型半导体层表面之上；所述导电掩膜层通过第二电流通道与所述第一类型半导体层形成电性连接，当向第一、第二电极注入电流时，由于导电掩膜层的导电性能远优于氮化物材料，因此绝大部分电子电流通过所述第一电流通道传导至所述导电掩膜层，在该导电掩膜层进行横向扩展后沿第二电流通道流入所述第一类型半导体层。
[0013]优选地，所述第二电流通道贯穿所述第一类型半导体层、有源层、第二类型半导体层，与所述第一类型半导体层形成欧姆接触，与所述有源层、第二类型半导体层绝缘。在一些实施例中，所述第二电流通道位于所述有源层、第二类型半导体层的部分作为导光通道。在一些实施例，所述第二电流通道位于所述绝缘层和第一类型半导体层的部分填充导电材料，在位于所述有源层、第二类型半导体层的部分填充透光性绝缘材料。
在本发明的另一个较佳实施例中，所述外延叠层划分为第一电极区和发光区，所述电流通道位于所述第一电极区；一第一电极被设置于所述第一类型半导体层表面上，通过所述电流通道与所述导电掩膜层形成电性连接；一第二电极被设置于所述第二型半导体层表面之上；当向第一、第二电极注入电流时，因为导电掩膜层的导电性能远远优于氮化物材料，所以绝大部分电子电流通过所述电流通道传导至所述导电掩膜层，在所述导电掩膜层进行横向扩展后流入第一类型半导体层、有源层和第二类型半导体层。
[0014]本发明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，或者通过实施本发明而了解。本发明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】
[0015]图1是根据本发明实施的一种发光二极管的结构剖视图。
[0016]图2~图5显示了适用于根据本发明实施的导电掩膜层2的各种图案。
[0017]图6是根据本发明实施的另一种发光二极管的结构剖视图。
[0018]图7是根据本发明实施的再一种发光二极管的结构剖视图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和优选的具体实施例对本发明做进一步说明。
[0020]参看图1，根据本发明实施的一种发光二极管，包括:绝缘衬底1、导电掩膜层2、u型氮化物层3、η型氮化物层4、η型超晶格结构层5、有源层6、ρ型电子阻挡层7、ρ型氮化物层8、电流扩展层9、ρ电极10、η电极11、第一电流通道12和第二电流通道13，其中η电极11所述第一电流通道12与导电掩膜层2形成电连连接，导电掩膜层2通过第二电流通道13与η型氮化物层形成电性连接。
[0021]其中，绝缘衬底1的选取包括但不限于蓝宝石、氮化铝、氮化镓等材料，其表面结构可为平面结构或图形化结构。
[0022]导电掩膜层2设置在该绝缘衬底1的上表面上，设有曝露图形2a以裸露出绝缘衬底1的部分上表面。在一些实施例中，导电掩膜层2的曝露图形均呈规则均匀排列，可为方形、圆形或者其他图案，其尺寸为0.1-5 μ m,如图2和图3所示，黑色为导电掩膜层2，白色为导电掩膜层2的曝露图形，其中图2为导电掩膜层2位于平片衬底的表面上，图3为导电掩膜层2位于图形化衬底的表面上。在一些实施例中，导电掩膜层2的曝露图形未均匀排列，其中靠近η电极11的曝露图形的尺寸较大，而远离η电极11的曝露图形的尺寸较小，在并一定距离后呈均匀分布，如图4所示，曝露图形Α位于η电极11的正下方，其尺寸最大，曝露图形Β和曝露图形C随着距离η电极11的距离变大，其尺寸逐渐缩小，并在曝露图形C范围以外保持相同的尺寸和密度。较佳的，导电掩膜层2选用具有良好导电性能和高反射率的导电金属材料为佳，如Al、Ag、Au等金属。在一些实施例中，导电掩掩层2为网格状导电金属材料层构成，例如图2和图3所不；在另一些实施例中，导电掩掩层2由导电金属材料层2b和介电材料层2c水平混合排列而成(诸如:六11/51队411/5;[02等复合层)，如图5所不，其中导电金属材料层2b的各个分支相互相连。
[0023]非故意掺杂氮化物层3 (简称u型氮化物层3)、η型氮化物层4、η型超晶格结构层5、有源层6、ρ型电子阻挡层7、ρ型氮化物层8构成外延叠层，设置在该导电掩膜层的表面上。具体地，u型氮化物层3形成导电掩膜层2的表面上，其一般包括20~50nm的低温缓冲层、1-2 μ m的3D氮化物层和1~2 μ m的2D氮化物层。η型氮化物层4形成于u型氮化物层3的表面上，厚度1.5-4 μ m，掺杂浓度为5E18cm 3~2E19cm 3。η型超晶格结构层5形成于η型氮化物层4的表面上，可以为包含I1、II1、或者IV族元素的氮化碳或者氮化物的多层结构，诸如 InGaN/GaN、AlGaN/GaN、InGaN/GaN/AlGaN、或者 AlGaN/GaN/InGaN 等。有源层 6形成于η型超晶格层5的表面上，可以为多量子阱结构，以InGaN层作为阱层、GaN层作为势皇层，其中阱层的膜厚为18埃?30埃，势皇层的膜厚为80埃?200埃。电子阻挡层7形成于有源层6的表面之上，可由掺杂了 Mg的氮化铝铟镓层构成，厚度为10~30nm。ρ型氮化物层8形成于有源层6的表面之上，厚度为50~150nm。该外延叠层划分为η电极