发光二极管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种发光二极管及其制造方法，所述发光二极管包括：硅衬底；形成于硅衬底上的缓冲层；依次形成于缓冲层上的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层，所述缓冲层的材料为ＳｉＣ或ＩｎＮ。所述ＳｉＣ或ＩｎＮ的晶格常数介于硅衬底和形成于缓冲层上的氮化镓材料的晶格常数之间并较为接近，可以解决硅衬底与氮化镓材料之间的晶格常数失配及应力问题，减小形成于衬底上的其它膜层的晶体缺陷，提高发光二极管的内量子效率；并且，所述ＳｉＣ或ＩｎＮ材料具有良好的导电和导热性能，有利于提高发光二极管性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路制造领域，特别是涉及一种。
技术介绍
发光二极管(LED，Light Emitting Diode)由于具有寿命长、耗能低等优点，应用 于各种领域，尤其随着其照明性能指标日益大幅提高，LED在照明领域常用作发光装置。其 中，以氮化镓(GaN)为代表的III-V族化合物由于具有带隙宽、发光效率高、电子饱和漂移 速度高、化学性质稳定等特点，在高亮度蓝光发光二极管、蓝光激光器等光电子器件领域有 着巨大的应用潜力，引起了人们的广泛关注。具体请参考图1，其为现有技术的一种发光二极管的剖面示意图。如图1所示，所 述发光二极管为L型结构的氮化镓基的发光二极管，所述发光二极管为蓝宝石衬底的发光 二极管。所述发光二极管包括蓝宝石衬底100 ；依次位于蓝宝石衬底100上的缓冲层110、 η型半导体层120、有源层130、ρ型半导体层140。由于蓝宝石衬底100不导电，因此，所述 发光二极管还需要形成深度延伸至η型半导体层120的开口 121，其中，η型电极150位于 所述开口 121内，用于连接η型半导体层120和电源负极，ρ型电极160位于ρ型半导体层 140上方，用于连接ρ型半导体层140和电源正极。其中，η型半导体层120的材料通常是η型掺杂的氮化镓(n-GaN)；所述有源层130 通常包括多量子阱有源层，多量子阱有源层的材料例如是铟氮化镓(InGaN)；所述ρ型半导 体层140的材料通常是ρ型掺杂的氮化镓(P-GaN)。所述发光二极管用于发光时，将第一电 极150电连接至电源负极、第二电极160电连接至电源正极，由于η型半导体层120与ρ型 半导体层140的掺杂类型相反，η型掺杂的氮化镓通过外部电压驱动使电子漂移，ρ型掺杂 的氮化镓通过外部电压驱动使空穴漂移，所述空穴和电子在多量子阱有源层(也称为活性 层或发光层)中相互重新结合，从而反射光。在所述的发光二极管中，缓冲层110的材料通常是低温生长的氮化镓，所述缓冲 层用于改善衬底100与氮化镓材料之间的晶格常数失配的问题，减小形成于衬底上的其它 膜层的晶体缺陷，提高发光二极管的内量子效率。然而，氮化镓材料成本非常高，不利于降 低生产成本。现有技术中还公开了一种硅衬底GaN基的发光二极管，由于硅衬底与氮化镓半导 体材料之间的晶格失配高达17%，且存在金属镓对硅表面回熔的问题，为获得硅衬底上高 质量的氮化镓基半导体材料，现有技术一般采用金属有机化合物化学气相淀积(MOCVD)技 术，在硅衬底上依次生长氮化铝(AlN)缓冲层与氮化镓外延层，详细内容可参见申请号为 200910186565的中国专利申请。但由于氮化铝为非良导体，一般采用“水平型(或L型)” 的器件结构，或者将氮化铝连同硅衬底一起腐蚀剥离掉后再制成“垂直型(或V型)”电极 结构，制作工艺较为复杂。
技术实现思路
本专利技术提供一种，以解决硅衬底与氮化镓材料之间的晶 格常数失配及应力的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种发光二极管，包括硅衬底；形成于所述硅 衬底上的缓冲层；依次形成于所述缓冲层上的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电 类型半导体层，其特征在于，所述缓冲层的材料为SiC或hN。可选的，在所述的发光二极管中，所述缓冲层的材料由3C_SiC以及形成于3C_SiC 上的4H-SiC或6H-SiC组成。可选的，在所述的发光二极管中，所述发光二极管还包括形成于所述第二导电类 型半导体层上的透明导电层。所述发光二极管还包括第一导电类型电极和第二导电类型电 极，所述第一导电类型电极位于硅衬底远离第一导电类型半导体层的表面上，所述第二导 电类型电极位于透明导电层上。 可选的，在所述的发光二极管中，所述第一导电类型为η型，所述第二导电类型为 P型。所述第一导电类型半导体层的材料为n-GaN，所述有源层包括多量子阱有源层，所述 多量子阱有源层的材料为InGaN ；所述第二导电类型半导体层的材料为p_GaN。所述硅衬底 和缓冲层中掺入了 η型杂质离子。相应的，本专利技术还提供一种发光二极管的制造方法，包括提供硅衬底；在所述硅 衬底上形成缓冲层，所述缓冲层的材料为3比或^N ；在所述缓冲层上依次形成第一导电类 型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层。可选的，在所述发光二极管制造方法中，在所述硅衬底上形成缓冲层的步骤包括 在所述硅衬底上形成3C-SiC ；在3C-SiC上形成4H-SiC或6H_SiC。利用化学气相沉积方式 在所述硅衬底上形成3C-SiC。利用升华法在3C-SiC上形成4H-SiC或6H_SiC。可选的，在所述发光二极管制造方法中，形成第二导电类型半导体层之后，还包 括在第二导电类型半导体层上形成透明导电层；在所述透明导电层上形成第二导电类型 电极；在所述硅衬底远离第一导电类型半导体层的表面上形成第一导电类型电极。可选的，在所述发光二极管制造方法中，所述第一导电类型为η型，所述第二导电 类型为P型。所述第一导电类型半导体层的材料为n-GaN，所述有源层包括多量子阱有源 层，所述多量子阱有源层的材料为InGaN ；所述第二导电类型半导体层的材料为p_GaN。可选的，在所述发光二极管制造方法中，在所述硅衬底上形成缓冲层之前，还包 括执行第一次离子注入工艺，注入离子为砷离子或磷离子，注入能量为50KeV 500KeV， 注入剂量为IO1Vcm2 IOlfVcm2。形成所述缓冲层之后，还包括执行第二次离子注入工艺， 注入离子为砷离子或磷离子，注入能量为50KeV 500KeV，注入剂量为IO1Vcm2 1016/cm2。与现有技术相比，本专利技术的发光二极管的缓冲层的材料为碳化硅(SiC)或氮化铟 (InN)，所述SiC或hN的晶格常数介于硅衬底和形成于缓冲层上的氮化镓材料的晶格常 数之间并较为接近，可以解决硅衬底与氮化镓材料之间的晶格常数失配及应力的问题，减 小形成于衬底上的其它膜层的晶体缺陷，提高发光二极管的内量子效率；并且，所述SiC或 InN材料具有良好的导电和导热性能，有利于提高发光二极管的导电和散热性能；此外，所 述SiC或InN与氮化镓相比成本更低。附图说明图1是现有技术的发光二极管的剖面示意图；图2是本专利技术实施例的发光二极管的示意图；图3为本专利技术实施例的发光二极管制造方法的流程图；图4A 4D为本专利技术实施例的发光二极管制造方法的各步骤相应结构的剖面示意 图。具体实施例方式本专利技术的核心思想在于，提供一种，所述发光二极管的 缓冲层的材料为SiC或hN，所述SiC或InN的晶格常数介于硅衬底和形成于缓冲层上的氮 化镓材料的晶格常数之间并较为接近，可解决硅衬底与氮化镓材料之间的晶格常数失配及 应力的问题，减小形成于衬底上的膜层的晶体缺陷，提高发光二极管的内量子效率；并且， SiC或InN材料具有良好的导电和导热性能，有利于提高发光二极管的导电和导热性能；此 夕卜，SiC或InN材料与氮化镓相比成本更低。请参考图2，其为本专利技术实施例的发光二极管的示意图。所述发光二极管为氮化镓 基的蓝光二极管。如图2所示，所述发光二极管包括硅衬底200 ；形成于所述硅衬底200 上的缓冲层210 ；依次形成于所述缓冲层210上的第一导电类型半导体层220、有源层230 和第二导电类型半导体层对0，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管，包括：硅衬底；形成于所述硅衬底上的缓冲层；依次形成于所述缓冲层上的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层，其特征在于，所述缓冲层的材料为ＳｉＣ或ＩｎＮ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张汝京，牛崇实，张翼德，
申请(专利权)人：西安神光安瑞光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]