[发明专利]一种氮化镓基发光二极管及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于氮化镓基发光二极管制造工艺技术领域，具体涉及一种氮化镓基发光二极管及其制备方法。

背景技术：

发光二极管（Light Emitting Diode，简称LED）的发展经历了数十年历史，已经在信号显示、背光源和固态照明领域获得了极其广泛的应用，给人类的生活带来了各种便利。以III-V族化合物氮化镓（GaN）材料为基础的LED器件（包括其同族In、Al元素掺杂获得的各种合金材料体系）可以覆盖从深紫外到可见光的大部分波段。LED器件制造大多是通过外延方式生长形成P-型和N-型层薄膜材料，并在P-型和N-型层间生长不同能带结构的周期性多层材料组成载流子复合区即发光区。其外延生长衬底多采用蓝宝石（Al₂O₃）或碳化硅（SiC）等材料，然后再利用半导体加工工艺完成芯片工作区域定义、电极的制作和表面织构化等步骤形成发光器件，最终经封装后加上正向电压使其而发光。在器件设计工作中，根据能带设计理论和实际工艺调控，可以实现不同范围波长的光输出，并获得广泛的实际应用。

水平结构LED器件是将N型和P型电极置于LED薄膜的同一侧，而在此薄膜的底层是绝缘的蓝宝石材料衬底。P-型和N-型电极制作是采用光刻、局部干法刻蚀、物理气相沉积等工艺加工获得，分布在芯片同一表面的不同位置，其注入工作电流由水平方向流过LED的发光区。这种器件由于不均匀的电子横向注入和侧面扩散导致从P-型电极区到N-型电极区的不均匀电流注入，限制了单颗LED最大芯片尺寸以及整体器件的发光效率。同时由于氮化镓材料和空气或封装材料的折射率差异较大，其全反射角较大导致出光效率低。另一种器件是采用芯片倒置的方式，将芯片通过厚的金属焊层与导电材料如硅衬底压合在一起，同时在芯片制备时使用高反射镜结构，使芯片从蓝宝石面出光，可以获得更高的发光效率，但P和N极仍处于同一层。第三种方法是彻底改变LED器件的结构，采用紫外激光剥离等衬底去除和转移的方式，利用紫外激光在蓝宝石材料与GaN材料的界面的强烈光吸收产生GaN局部热分解，实现LED薄膜和蓝宝石衬底的分离。使N-型和P-型电极从水平结构变成垂直结构，即注入电流主要以垂直于薄膜表面的方式均匀流过LED器件结构，实现垂直结构LED器件，不仅大幅度提高工作电流，且由于散热效果同时获得改善，其器件的可靠性也大幅度提升。

但在以上各种结构LED芯片结构中，由于电极焊盘下方是电流注入最集中的区域，该区域发光效果最为明显，然而由于电极的遮挡使其形成无效发光（被电极反射后在器件内部再经多次反射被材料吸收形成热效应），因此在LED芯片工艺中已经普遍采用绝缘材料制备电流阻隔层（CBL–current blocking layer），使注入电流减少或避开此区域，减少了无效发光。这种工艺需要在电极之下的氮化镓表面上，利用化学气相沉积、光刻、湿法蚀刻制备具有一定厚度的电介质材料层，如氮化硅或氧化硅；由于该位置的多界面特性其表面状况较为复杂，若工艺处理不当，很容易带来后续大面积掉电极等一系列量产异常状况，并造成无法挽回的损失。

发明内容：

本发明的目的在于，提供一种氮化镓基发光二极管及其制备方法，以改善和提高氮化镓基发光二极管发光效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种氮化镓基发光二极管，包括X型氮化镓层和设置于X型氮化镓层上的X型电极；所述X型电极下部的X型氮化镓层上形成有电流阻隔区域；电流阻隔区域的面积小于X型电极的面积；所述X型氮化镓层为N型氮化镓层或P型氮化镓层，所述X型电极对应X型氮化镓层为N型电极或P型电极。

本发明进一步的改进在于：所述电流阻隔区域为在X型氮化镓层上采用等离子体进行干法刻蚀，使该区域P型氮化镓材料的导电能力下降而形成。

本发明进一步的改进在于：X型电极的下部设有反光镜层。

本发明进一步的改进在于：所述氮化镓基发光二极管工作时，电流阻隔区域具有电流阻挡作用对电流分向导引，电流从X型氮化镓层的电流阻隔区域以外的其他低阻区域流过，减少了X型电极因遮挡效应造成的发光损失，间接提高电流阻隔区域以外其他区域的发光。

本发明进一步的改进在于：采用等离子体进行干法刻蚀制备电流阻隔区域时，采用O₂等离子体、F基等离子体或两者混合等离子。