具有钝化层的半导体发光器件制造技术

一种发光器件及其制造方法。该器件包括衬底，位于所述衬底上的第一掺杂半导体层，位于所述第一掺杂半导体层上的第二掺杂半导体层，以及位于所述第一和第二掺杂半导体层上的多量子阱（ＭＱＷ）有源层。该器件还包括与所述第一掺杂半导体层连接的第一电极和与所述第二掺杂半导体层连接的第二电极。该器件进一步包括第一钝化层，其大体上覆盖了第一和第二掺杂半导体层以及ＭＱＷ有源层的侧壁，以及未被第二电极覆盖的所述第二掺杂半导体层的部分水平表面。通过采用氧化技术来形成所述第一钝化层。该器件进一步包括覆盖所述第一钝化层的第二钝化层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体发光器件的设计。更具体而言，本专利技术涉及能有效减少漏电流 并且增强器件可靠性的具有两层钝化层的新颖半导体发光器件。
技术介绍
期待固态照明引领下一代照明技术。高亮度发光二极管(HB-LED)从作为显示器 件的光源至替代传统照明灯泡，应用数量呈现上升趋势。一般来说，成本，效率及亮度是决 定LED商业生存能力的三个最主要的参数。LED产生的光线来自有源区，该区“夹于”受主掺杂层(ρ-型掺杂层)和施主掺杂 层(η-型掺杂层)之间。当LED正向偏置时，载流子包括来自ρ-型掺杂层的空穴和来自 η-型掺杂层的电子在有源区复合。在直接带隙材料中，这种复合过程释放出光子或发光形 式的能量，其中发光波长对应于有源区内材料的带隙能量。为确保LED的高效率，理想的是载流子只在有源区复合，而在其他区域如LED的横 向表面不会出现复合。然而，由于LED表面上晶体结构的突然终结，所以在这些表面上可能 有大量的复合中心。此外，能带隙往往在表面上收缩，导致器件边缘上的漏电流增加。LED表面对外界环境也很敏感，这会导致额外的杂质和缺陷。环境诱使的损坏会严 重降低LED的可靠性和稳定性。为使LED与诸如湿度、离子杂质、外部电场、热等等各种环 境因素隔绝并保持LED的功能性和稳定性，重要的是要保持表面洁净并确保可靠的LED封 装。此外，利用表面钝化来保护LED的表面也很关键。表面钝化通常包括在LED表面上沉 积非反应性材料组成的薄层。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例提供了一种发光器件，该器件包括衬底，位于所述衬底上的 第一掺杂半导体层，位于所述第一掺杂半导体层上的第二掺杂半导体层，以及位于所述第 一和第二掺杂半导体层之间的多量子阱(MQW)有源层。该器件还包括与第一掺杂半导体层 连接的第一电极和与所述第二掺杂层连接的第二电极。该器件进一步包括第一钝化层，其 大体上覆盖了所述第一和第二掺杂半导体层以及MQW有源层的侧壁，以及未被所述第二电 极覆盖的所述第二掺杂半导体层的部分水平表面。利用氧化技术所述第一钝化层形成。该 器件进一步包括覆盖所述第一钝化层的第二钝化层。在该实施例的一个变型中，所述衬底包括下列材料的至少一种Cu，Cr, Si和SiC。在该实施例的一个变型中，所述第一钝化层包括Ga2O3。在该实施例的一个变型中，所述第二钝化层包括下列材料的至少一种SiOx，SiNx 或 SiOxNy0在该实施例的一个变型中，所述第一掺杂层是P-型掺杂半导体层。在该实施例的一个变型中，所述第二掺杂层是η-型掺杂半导体层。在该实施例的一个变型中，所述MQW有源层包括GaN和InGaN。在该实施例的一个变型中，所述第一和第二掺杂层在包括沟槽和台面的预制图形 的衬底上生长。在该实施例的一个变型中，应用氧等离子体形成所述第一钝化层。在该实施例的一个变型中，所述第二钝化层通过下列方法中的一种形成等离子 体增强化学汽相沉积(PECVD)，磁控溅射沉积及电子束(e-束)蒸发。在该实施例的一个变型中，所述第一钝化层的厚度范围为Inm至lOOnm，且所述第 二钝化层的厚度范围为30nm至lOOOnm。附图说明图1图示了垂直电极结构LED的常规钝化方法。图2A图示了根据本专利技术实施例的具有预图形化成沟槽和台面的部分衬底。图2B图示了根据本专利技术一个实施例的预图形化衬底的横截面视图。图3给出图表说明根据本专利技术一个实施例制备具有两个钝化层的发光器件的步马聚ο具体实施例方式给出以下描述，以使得本领域技术人员可以制造并使用本专利技术，且这些描述是在 具体应用及其需求的背景下提供的。对于本领域技术人员来说，公开实施例的许多修改是 显而易见的，且在不偏离本专利技术精神实质和范围的前提下，这里所限定的一般原理可应用 于其他实施例和应用。因此，本专利技术并不限于所给出的实施例，且与权利要求的最宽范围一致。LED制造技术的最近发展使得应用GaN基III _ V化合物半导体作为短波长LED的 材料成为可能。这些GaN基LED已将LED的发射光谱拓宽至绿光，蓝光及紫外区域。应注 意的是在以下讨论中，“GaN材料”可通常包括LxGayAlmN((0彡χ彡1，0彡y彡1)基化 合物。这种化合物可是二元，三元或四元化合物，比如GaN，InGaN和InGaAIN。图1图示了垂直电极结构LED的常规钝化方法。该垂直电极LED包括钝化层100， η-侧(或P-侧)电极102，η-型(或ρ-型)掺杂半导体层104，基于多量子阱(MQW)结构 的有源层106，ρ-型(或η-型)掺杂层108，ρ-侧(或η_侧)电极110，以及衬底112。钝化层阻止不想发生的载流子在LED表面上复合。对于图1所示的垂直电极LED 结构来说，表面复合趋向于发生在MQW有源层106的侧壁。然而，常规钝化方法得到的侧壁 覆盖如图1所示的层100往往不理想。通常由标准薄膜沉积技术如等离子体化学汽相沉积 (PECVD)和磁控溅射沉积得到的侧壁覆盖的质量差。由钝化层得到的侧壁覆盖的质量在具 有更陡台阶如高于2 μ m的器件中更差，而对于大多数垂直电极LED来说大多如此。在这种 情况下，钝化层往往含有大量的孔，这些孔能明显降低钝化层阻止表面复合的能力。增大的 表面复合率反过来增加了反向漏电流的数量，导致LED效率和稳定性降低。本专利技术的一个实施例提供了一种制备具有两层钝化层的GaN基LED的方法。两层 钝化层能有效减少漏电流，提高LED器件的可靠性。在一个实施例中，取代只沉积单个钝化 层的做法，在LED外部表面上沉积两个钝化层(第一钝化层，它包括Ga2O3组成的薄层，以及 第二钙化层，它可是常规钝化层)。第一 Ga2O3钝化层的存在加宽了 GaN表面上的能带隙，并因此有效地阻止漏电流。衬底制备为了在常规大面积衬底(如Si晶片)上生长无裂纹多层^iGaAlN结构，推动高质 量，低成本，短波长LED的大量生产，介绍一种预图形化衬底并使其具有沟槽和台面的生长 方法。预图形化衬底成沟槽和台面能有效释放多层结构内由衬底表面和多层结构之间晶格 系数和热膨胀系数不匹配造成的应力。图2A图示了根据本专利技术一个实施例的利用光刻和等离子刻蚀技术具有预刻蚀图 形的一部分衬底的顶视图。正方形台面200和沟槽202是刻蚀的结果。图2B通过图示根 据本专利技术一个实施例的沿着图2A中水平线AA’的预制图形衬底的横截面视图，更加清楚地 图示了台面和沟槽的结构。正如图2B所示，沟槽204的侧壁有效地形成了隔离台面结构的 侧壁，如台面206，及部分台面208和210。每个台面限定一个独立表面区域用于生长单个 的半导体器件。应注意的是，可以应用不同的光刻和刻蚀技术在半导体衬底上形成沟槽和台面。 同样应注意的是除了形成如图2A所示的正方形台面200外，通过改变沟槽202的图形可形 成其他任选几何形状。这些任选几何形状中的一些可包括但不限于三角形，矩形，平行四 边形，六边形，圆形或其他不规则形状。制备具有两个钝化层的发光器件图3给出图表说明根据本专利技术一个实施例制备具有两个钝化层的发光器件的 步骤。在步骤A中，制备预制图形化成沟槽和台面的衬底后，利用多种生长技术可形成 InGaAlN多层结构。多种生长技术可包括但不是限于金属有机化学汽相沉积(MOCVD)。制成 的LED结构可包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体发光器件，它包括：　　衬底；　　位于所述衬底上的第一掺杂半导体层；　　位于所述第一掺杂半导体层上的第二掺杂半导体层；　　位于所述第一和第二掺杂半导体层之间的多量子阱（ＭＱＷ）有源层；以及　　与所述第一掺杂半导体层连接的第一电极；与所述第二掺杂半导体层连接的第二电极；　　第一钝化层，其大体上覆盖所述第一和第二掺杂半导体层以及ＭＱＷ有源层的侧壁，以及未被所述第二电极覆盖的所述第二掺杂半导体层的部分水平表面，其中所述第一钝化层应用氧化技术形成；以及　　覆盖所述第一钝化层的第二钝化层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：江风益，刘军林，王立，
申请(专利权)人：晶能光电江西有限公司，
类型：发明
国别省市：36[中国|江西]