CN113206178B - 发光二极管的欧姆接触结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种发光二极管的欧姆接触结构及其制造方法，该欧姆接触结构包括：衬底；外延层，位于衬底上；接触层，位于外延层上；以及多个欧姆接触结构，覆盖接触层的部分表面，各欧姆接触结构经接触层的表面延伸至接触层中，各欧姆接触结构与接触层形成欧姆接触。通过将欧姆接触结构与接触层的欧姆接触面延伸至接触层的内部，从而提高欧姆接触面的面积，降低了发光二极管的导通电阻，进而达到了降低能耗的目的。
Description
技术领域
本申请涉及半导体制造技术领域，更具体地，涉及一种发光二极管的欧姆接触结构及其制造方法。
背景技术
发光二极管(LED)在日常生活中一直有着很普遍的应用。目前市场对发光二极管的需求是低能耗、高亮度、高可靠性，其中，低能耗和高亮度是对应于发光二极管的电压和亮度这两个主要参数而言的。在实际的发光二极管的制造中，低能耗和高亮度这两者很难同时满足，这也是发光二极管制造行业一致要协调和统一的目标。
因此，希望进一步优化发光二极管的欧姆接触结构及其制造方法，从而可以在降低发光二极管电压的同时不损失其发光亮度。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种发光二极管的欧姆接触结构及其制造方法，通过将欧姆接触结构与接触层的欧姆接触面延伸至接触层的内部，从而提高欧姆接触面的面积，降低了发光二极管的导通电阻，进而达到了降低能耗的目的。
根据本发明实施例的一方面，提供了一种发光二极管的欧姆接触结构，包括：衬底；外延层，位于所述衬底上；接触层，位于所述外延层上；以及多个欧姆接触结构，覆盖所述接触层的部分表面，各所述欧姆接触结构经所述接触层的表面延伸至所述接触层中，各所述欧姆接触结构与所述接触层形成欧姆接触。
可选地，所述多个欧姆接触结构之间按照预设规律排布。
可选地，所述按照预设规律排布包括按照等间距排布。
可选地，每个所述欧姆接触结构包括位于所述接触层上的第一部分和位于所述接触层中的第二部分，对于各所述欧姆接触结构，所述第一部分覆盖在所述第二部分与所述接触层的接触面上方。
可选地，沿所述接触层的厚度方向，各所述欧姆接触结构的第二部分的截面形状呈上宽下窄的形状。
可选地，沿所述接触层的厚度方向，各所述欧姆接触结构的第二部分的截面形状呈上下同宽的形状。
可选地，所述欧姆接触结构的第二部分深度为2～3um。
可选地，沿平行于所述接触层表面的方向，所述欧姆接触结构的截面形状呈圆形、椭圆形以及多边形中的至少一种。
可选地，沿平行于所述接触层表面的方向，所述欧姆接触结构的截面形状呈正方形，该正方形的边长为4～5um。
可选地，沿平行于所述接触层表面的方向，所述欧姆接触结构的第一部分的截面面积占发光二极管的出光区面积的3％～9％。
可选地，所述接触层的材料包括GaP、AlGaAs、AlGaInP中的至少一种，所述接触层的掺杂杂质为P型杂质。
根据本发明实施例的另一方面，提供了一种发光二极管的欧姆接触结构的制造方法，包括：在衬底上形成外延层；在所述外延层上形成接触层；以及形成多个欧姆接触结构，覆盖所述接触层的部分表面，各所述欧姆接触结构经所述接触层的表面延伸至所述接触层中，各所述欧姆接触结构与所述接触层形成欧姆接触。
可选地，所述多个欧姆接触结构之间按照预设规律排布。
可选地，所述按照预设规律排布包括按照等间距排布。
可选地，所述形成多个欧姆接触结构的步骤包括：在所述接触层上形成第一掩模，所述第一掩模具有第一通孔；经所述第一通孔刻蚀所述接触层形成接触孔；以及在所述接触孔中填充导电材料以形成所述欧姆接触结构。
可选地，在填充所述导电材料之前，所述形成多个欧姆接触结构的步骤还包括：去除所述第一掩模；以及在所述接触层上形成第二掩模，所述第二掩模具有第二通孔，所述第二通孔的位置与所述第一通孔对应且所述第二通孔的孔径大于所述第一通孔，其中，所述导电材料还填充在所述第二通孔中，填充在所述第二通孔中的导电材料位于所述接触层上并作为所述欧姆接触结构的第一部分，填充在所述接触孔中的导电材料位于所述接触层中并作为所述欧姆接触结构的第二部分，对于各所述欧姆接触结构，所述第一部分覆盖在所述第二部分与所述接触层的接触面上方。
可选地，所述第二通孔与所述第一通孔的孔径之差为2～3um。
可选地，在形成多个欧姆接触结构之后，所述制造方法还包括：对所述接触层与所述欧姆接触结构进行退火。
可选地，沿所述接触层的厚度方向，各所述欧姆接触结构的第二部分的截面形状呈上宽下窄的形状。
可选地，沿所述接触层的厚度方向，各所述欧姆接触结构的第二部分的截面形状呈上下同宽的形状。
可选地，所述欧姆接触结构的第二部分深度为2～3um。
可选地，沿平行于所述接触层表面的方向，所述欧姆接触结构的截面形状呈圆形、椭圆形以及多边形中的至少一种。
可选地，沿平行于所述接触层表面的方向，所述欧姆接触结构的截面形状呈正方形，该正方形的边长为4～5um。
可选地，沿平行于所述接触层表面的方向，所述欧姆接触结构的第一部分的截面面积占发光二极管的出光区面积的3％～9％。
可选地，所述接触层的材料包括GaP、AlGaAs、AlGaInP中的至少一种，所述接触层的掺杂杂质为P型杂质。
根据本发明实施例提供的发光二极管的欧姆接触结构及其制造方法，通过将欧姆接触结构与接触层的欧姆接触面纵向延伸至接触层的内部，从而提高欧姆接触面的面积，降低了发光二极管的导通电阻，进而达到了降低电压、降低能耗的目的。
进一步的，每个欧姆接触结构包括位于接触层上的第一部分和位于接触层中的第二部分，对于各欧姆接触结构而言，第一部分覆盖在第二部分与接触层的接触面上方，使得第一部分将欧姆接触面遮挡住，在后续的工艺中，欧姆接触面内不会再被填充其它物质，从而保证了欧姆接触的性能。
此外，由于将欧姆接触面纵向延伸至接触层内，从而将二维欧姆接触转化为三维欧姆接触，增大了欧姆接触面积，且不增加甚至减少占用的出光区面积，从而使得发光二极管可以在降低电压的同时增加光强。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单介绍，显而易见地，下面的描述中的附图仅涉及本申请的一些实施例，而非对本申请的限制。
图1示出了相关技术中发光二极管的欧姆接触结构的示意图。
图2a至图6示出了本发明第一实施例制造发光二极管的欧姆接触结构的方法在一些阶段的结构图。
图7示出了本发明第二实施例的发光二极管的欧姆接触结构的示意图。
图8示出了本发明第三实施例的发光二极管的欧姆接触结构的示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。
应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。
如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“直接在……上面”或“在……上面并与之邻接”等表述方式。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
图1示出了相关技术中发光二极管的欧姆接触结构的示意图。
如图1所示，在相关技术中，垂直型发光二极管的欧姆接触结构包括：衬底101、外延层110、第一/第二导电类型的接触层120以及多个欧姆接触结构130。其中，外延层110位于衬底101上，接触层120位于外延层110上，多个欧姆接触结构130位于接触层120表面。
在相关技术中，外延层110在衬底101与接触层120之间，光在外延层110中产生，接触层120作为可进光、出光的光通道，位于接触层120表面的多个欧姆接触结构130会阻挡光出射，因此多个欧姆接触结构130会占用发光二极管的出光面的面积。为了降低发光二极管的导通电阻，多个欧姆接触结构130需要与接触层120形成欧姆接触，因此接触层120需要采用高掺杂的半导体材料。在接触层120的表面形成欧姆接触的面积越大，导通电阻越小，发光二极管的电压越低，从而降低了能耗。然而，在接触层120的表面形成欧姆接触的面积越大，欧姆接触结构130占用的出光面积也随之增大，减小了出光量，进而减小了发光强度。
针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种发光二极管的欧姆接触结构的制造方法，下面将结合图2a至图6进行详细说明。
如图2a所示，在衬底201上形成外延层210，在外延层210上形成接触层220。
在本实施例中，衬底201为GaAs衬底。为了在后续步骤中形成欧姆接触，需要提高接触层220的掺杂浓度。接触层220的材料例如为高掺的GaP、AlGaAs、AlGaInP等，掺杂杂质例如为P型杂质。当然，本领域技术人员也可以根据需要对衬底201、外延层210以及接触层220的材料、掺杂类型进行其他设置。
进一步的，在接触层220上形成第一掩模10，如图2a所示。
在该步骤中，例如先在接触层220表面涂布光刻胶，然后采用光刻工艺形成具有第一通孔11的第一掩模10。
在本实施例中，第一通孔11的孔径为d1，第一通孔11的形状例如为圆形、椭圆形、多边形，如图2b与图2c所示(图2a对应结构的局部俯视图)。在一些具体的实施例中，第一通孔11的形状为正方形，正方形的边长为4～5um。当然，本领域技术人员也可以根据需要对第一通孔11的形状、尺寸进行其他设置。
进一步的，经第一通孔11刻蚀接触层220形成接触孔211，如图3所示。
在该步骤中，例如采用干法刻蚀工艺去除部分接触层220，通过控制时间使得刻蚀停止在接触层220的内部，第一通孔11的形状将会转移到接触孔211中。
在本实施例中，接触孔211的深度为2～3um。当然，本领域技术人员也可以根据需要对接触孔211的深度进行其他设置。
进一步的，去除第一掩模，并在接触层220上形成第二掩模20，如图4所示。
在该步骤中，例如先采用灰化的方式去除第一掩模，然后采用光刻等工艺在接触层220上形成第二掩模20，其中，第二掩模20具有第二通孔21，第二通孔21的位置与第一通孔11或接触孔221的位置对应，并且第二通孔21的孔径d2大于第一通孔11孔径d1。在本实施例中，孔径d2比孔径d1大2～3um。当然，本领域技术人员也可以根据需要对第一通孔11和第二通孔21的孔径之差进行其他设置。
进一步的，在接触孔221与第二通孔21中填充导电材料以形成欧姆接触结构230，如图5所示。
在该步骤中，例如采用蒸镀工艺将导电材料填充在接触孔221与第二通孔21中。
在本实施例中，导电材料例如为金、金锌合金。填充在第二通孔21中的导电材料位于接触层220上并作为欧姆接触结构230的第一部分231，填充在接触孔221中的导电材料位于接触层220中并作为欧姆接触结构230的第二部分232，对于各欧姆接触结构230而言，第一部分231覆盖在第二部分232与接触层220的接触面上方。当然，导电材料也可以为金铍合金、ITO、IZO或其他本领域常用的导电材料。
在本实施例中，沿平行于接触层220表面的方向，第一部分230的截面面积占整个接触层220的出光区面积的3％～9％。当然，本领域技术人员也可以根据需要对接触孔211与接触层220的相对面积比进行其他设置。
进一步的，去除第二掩模，之后对接触层220与欧姆接触结构230进行退火，形成如图6所示的发光二极管的欧姆接触结构。
在该步骤中，通过退火步骤使得欧姆接触结构230与接触层220形成良好的欧姆接触，其中，退火温度为460℃～480℃，退火时间为15min～20min。当然，本领域技术人员也可以根据需要对退火时间与退火温度进行其他设置。
如图2a至图6所示，本发明第一实施例的发光二极管的欧姆接触结构包括：衬底201、外延层210、接触层220以及多个欧姆接触结构230。
外延层210位于衬底201上，接触层220位于外延层210上。多个欧姆接触结构230覆盖接触层220的部分表面，各欧姆接触结构230经接触层220的表面延伸至接触层220中，各欧姆接触结构230与接触层220形成欧姆接触。
在本实施例中，多个欧姆接触结构230之间彼此分离，按照预设规律排布，按照预设规律排布例如包括按照等间距排布。当然，关于间距的设置本领域技术人员可以根据需要进行更改。
每个欧姆接触结构230包括位于接触层220上的第一部分231和位于接触层220中的第二部分232，对于各欧姆接触结构230，第一部分231覆盖在第二部分232与接触层220的欧姆接触面上方，使得第一部分231将欧姆接触面遮挡住，在后续的工艺中，欧姆接触面内不会再被填充其它物质，从而保证了欧姆接触的性能。
在本实施例中，沿平行于接触层220表面的方向，欧姆接触结构230的截面形状呈圆形、椭圆形以及多边形中的至少一种。
在本实施例中，沿接触层220的厚度方向，各欧姆接触结构230的第二部分232的截面形状呈上宽下窄的形状。
在本发明的第二实施例中，沿接触层220的厚度方向，各欧姆接触结构230的第二部分232的截面形状呈上下同宽的形状，如图7所示。
在第二实施例中，沿平行于接触层220表面的方向，欧姆接触结构230的第二部分232截面形状呈正方形，其边长为4μm，沿接触层220的厚度方向，第二部分232的深度为3μm，假定沿接触层220的厚度方向，各欧姆接触结构230的第二部分231的截面形状呈上下同宽的形状。相比于图1所示的相关技术，本发明实施例可以增加的欧姆接触面积为接触孔内侧壁的表面积总和。表面正方形图形的欧姆接触结构在边长为4μm，深度为3μm的理想条件(设计图形面积同蚀刻接触孔底表面积大小一致，底部为平整平面，侧壁为垂直底表面侧壁)下，增加的表面积为48平方微米，同比增长300％。若沿平行于接触层220表面的方向，欧姆接触结构230的第二部分232截面形状呈圆形，面积与正方形的面积相同(例如为16μm2)，第二部分232的深度也为3μm，增加的欧姆接触面积为42.5平方微米，同比增长266％。
当然，欧姆接触结构230的截面形状、截面大小、深度等可以根据不同的设计需求自行设计，其中，在第二部分232的截面面积相等的情况下，优选截面周长最长的图形。
图8示出了本发明第三实施例的发光二极管的欧姆接触结构的示意图。
与第一实施例相比，第三实施例的各欧姆接触结构230尺寸更小，在一种情形下，将第一实施例的各欧姆接触结构230分为两个，两个实施例中欧姆接触结构230占用的发光区面积相同，但第三实施例的各欧姆接触结构230的截面周长更长，因此欧姆接触面积更大。
根据本发明实施例提供的发光二极管的欧姆接触结构及其制造方法，通过将欧姆接触结构与接触层的欧姆接触面纵向延伸至接触层的内部，从而提高欧姆接触面的面积，降低了发光二极管的导通电阻，进而达到了降低电压、降低能耗的目的。
进一步的，每个欧姆接触结构包括位于接触层上的第一部分和位于接触层中的第二部分，对于各欧姆接触结构而言，第一部分覆盖在第二部分与接触层的接触面上方，使得第一部分将欧姆接触面遮挡住，在后续的工艺中，欧姆接触面内不会再被填充其它物质，从而保证了欧姆接触的性能。
此外，由于将欧姆接触面纵向延伸至接触层内，从而将二维欧姆接触转化为三维欧姆接触，增大了欧姆接触面积，且不增加甚至减少占用的出光区面积，从而使得发光二极管可以在降低电压的同时增加光强。
以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。
Claims (25)
1.一种发光二极管的欧姆接触结构，包括：
衬底；
外延层，位于所述衬底上；
接触层，位于所述外延层上；以及
多个欧姆接触结构，覆盖所述接触层的部分表面，各所述欧姆接触结构经所述接触层的表面延伸至所述接触层中，且不贯穿所述接触层，各所述欧姆接触结构与所述接触层形成欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的欧姆接触结构，其中，所述多个欧姆接触结构之间按照预设规律排布。
3.根据权利要求2所述的欧姆接触结构，其中，所述按照预设规律排布包括按照等间距排布。
4.根据权利要求1所述的欧姆接触结构，其中，每个所述欧姆接触结构包括位于所述接触层上的第一部分和位于所述接触层中的第二部分，
对于各所述欧姆接触结构，所述第一部分覆盖在所述第二部分与所述接触层的接触面上方。
5.根据权利要求4所述的欧姆接触结构，其中，沿所述接触层的厚度方向，各所述欧姆接触结构的第二部分的截面形状呈上宽下窄的形状。
6.根据权利要求4所述的欧姆接触结构，其中，沿所述接触层的厚度方向，各所述欧姆接触结构的第二部分的截面形状呈上下同宽的形状。
7.根据权利要求4所述的欧姆接触结构，其中，所述欧姆接触结构的第二部分深度为2～3um。
8.根据权利要求1-7任一项所述的欧姆接触结构，其中，沿平行于所述接触层表面的方向，所述欧姆接触结构的截面形状呈圆形、椭圆形以及多边形中的至少一种。
9.根据权利要求1-7任一项所述的欧姆接触结构，其中，沿平行于所述接触层表面的方向，所述欧姆接触结构的截面形状呈正方形，该正方形的边长为4～5um。
10.根据权利要求4所述的欧姆接触结构，其中，沿平行于所述接触层表面的方向，所述欧姆接触结构的第一部分的截面面积占发光二极管的出光区面积的3％～9％。
11.根据权利要求1-7任一项所述的欧姆接触结构，其中，所述接触层的材料包括GaP、AlGaAs、AlGaInP中的至少一种，所述接触层的掺杂杂质为P型杂质。
12.一种发光二极管的欧姆接触结构的制造方法，包括：
在衬底上形成外延层；
在所述外延层上形成接触层；以及
形成多个欧姆接触结构，覆盖所述接触层的部分表面，各所述欧姆接触结构经所述接触层的表面延伸至所述接触层中，且不贯穿所述接触层，各所述欧姆接触结构与所述接触层形成欧姆接触。
13.根据权利要求12所述的制造方法，其中，所述多个欧姆接触结构之间按照预设规律排布。
14.根据权利要求13所述的制造方法，其中，所述按照预设规律排布包括按照等间距排布。
15.根据权利要求12所述的制造方法，其中，所述形成多个欧姆接触结构的步骤包括：
在所述接触层上形成第一掩模，所述第一掩模具有第一通孔；
经所述第一通孔刻蚀所述接触层形成接触孔；以及
在所述接触孔中填充导电材料以形成所述欧姆接触结构。
16.根据权利要求15所述的制造方法，其中，在填充所述导电材料之前，所述形成多个欧姆接触结构的步骤还包括：
去除所述第一掩模；以及
在所述接触层上形成第二掩模，所述第二掩模具有第二通孔，所述第二通孔的位置与所述第一通孔对应且所述第二通孔的孔径大于所述第一通孔，
其中，所述导电材料还填充在所述第二通孔中，填充在所述第二通孔中的导电材料位于所述接触层上并作为所述欧姆接触结构的第一部分，填充在所述接触孔中的导电材料位于所述接触层中并作为所述欧姆接触结构的第二部分，
对于各所述欧姆接触结构，所述第一部分覆盖在所述第二部分与所述接触层的接触面上方。
17.根据权利要求16所述的制造方法，其中，所述第二通孔与所述第一通孔的孔径之差为2～3um。
18.根据权利要求16所述的制造方法，其中，在形成多个欧姆接触结构之后，所述制造方法还包括：对所述接触层与所述欧姆接触结构进行退火。
19.根据权利要求16所述的制造方法，其中，沿所述接触层的厚度方向，各所述欧姆接触结构的第二部分的截面形状呈上宽下窄的形状。
20.根据权利要求16所述的制造方法，其中，沿所述接触层的厚度方向，各所述欧姆接触结构的第二部分的截面形状呈上下同宽的形状。
21.根据权利要求16所述的制造方法，其中，所述欧姆接触结构的第二部分深度为2～3um。
22.根据权利要求12-21任一项所述的制造方法，其中，沿平行于所述接触层表面的方向，所述欧姆接触结构的截面形状呈圆形、椭圆形以及多边形中的至少一种。
23.根据权利要求12-21任一项所述的制造方法，其中，沿平行于所述接触层表面的方向，所述欧姆接触结构的截面形状呈正方形，该正方形的边长为4～5um。
24.根据权利要求16所述的制造方法，其中，沿平行于所述接触层表面的方向，所述欧姆接触结构的第一部分的截面面积占发光二极管的出光区面积的3％～9％。
25.根据权利要求12-21任一项所述的制造方法，其中，所述接触层的材料包括GaP、AlGaAs、AlGaInP中的至少一种，所述接触层的掺杂杂质为P型杂质。
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