基于红外及红色可见光应用的半导体发光结构及制作方法与流程

文档序号：19790293发布日期：2020-01-24 14:10阅读：221来源：国知局

本申请涉及半导体技术领域，更具体地说，涉及一种基于红外及红色可见光应用的半导体发光结构及制作方法。

背景技术：

随着技术的发展，半导体发光结构已经对信息，通信和能量转换应用作出了巨大贡献。生长衬底，作为半导体发光结构的重要组成部分；在生长衬底上形成半导体发光结构所必需的半导体外延结构，并且半导体外延结构也由生长衬底支撑。因此，重要的是选择合适的生长衬底来生长半导体发光结构的高质量半导体外延结构。

然而，适合于生长的衬底有时不适合于支撑。以发光二极管为例，在已知的红光元件工艺中，为了提升元件的成长品质，会选择晶格常数与半导体外延结构较为接近，但不透明的砷化镓(gaas)基板作为生长衬底。然而，对于以发光为操作目的的发光二极管元件而言，在操作过程中，不透明的生长衬底会造成元件的发光效率下降。

由于用于光结构的生长衬底和支撑衬底应满足不同的条件，因此开发了衬底转移技术。即半导体外延结构首先生长在生长衬底上，然后将半导体外延结构转移到支撑衬底上进行后续的制作工艺。将半导体外延结构从生长衬底转移到支撑衬底的步骤包括去除生长衬底和将半导体外延结构与支撑衬底接合，其中去除生长衬底是必要步骤，势必造成生长衬底无法再度利用，在强调环保及节能的现代，无疑是一种材料的浪费。因此，为了制造半导体发光结构，如果提高发光效率，并简化半导体外延结构的工艺是研究课题之一。

有鉴于此，本发明人专门设计了一种基于红外及红色可见光应用的半导体发光结构及制作方法，本案由此产生。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于红外及红色可见光应用的半导体发光结构及制作方法，为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于红外及红色可见光应用的半导体发光结构，包括：

衬底，所述衬底包括相对波段设置且能穿透所述波段的衬底材料，且所述衬底沿水平表面包括第一区域和第二区域；

位于所述衬底表面的外延结构，所述外延结构包括在所述衬底的第一区域表面依次堆叠的n型半导体层、mqw量子阱层、p型半导体层、p型dbr层和透明导电层；

绝缘层，所述绝缘层包围所述外延结构侧壁、所述外延结构背离所述衬底的一侧表面和所述衬底的部分第二区域表面；

在所述外延结构背离所述衬底的一侧表面的所述绝缘层上设有第一电极凹槽，且所述第一电极凹槽贯穿所述绝缘层；

在所述衬底的第二区域表面的所述绝缘层上设有第二电极凹槽，且所述第二电极凹槽贯穿所述绝缘层；

通过所述第一电极凹槽与所述透明导电层连接的第一电极；

第二电极，所述第二电极通过所述第二电极凹槽与所述衬底的第二区域表面进行欧姆接触，并延伸至设于所述外延结构表面的所述绝缘层的表面；所述第二电极与所述第一电极间隔设置。

优选地，所述半导体发光结构应用于红色可见光led芯片，且所述衬底包括gap衬底。

优选地，所述半导体发光结构应用于580nm～760nm波段的红色可见光led芯片。

优选地，所述半导体发光结构应用于红外光led芯片，且所述衬底包括gaas衬底。

优选地，所述半导体发光结构应用于800nm～1000nm波段的红外光led芯片。

优选地，所述绝缘层的材料包括algaas或gaas或gap或ingaas或algainp或alas或inas或inp。

优选地，所述p型dbr层包括algaas、gaas、gap、ingaas、algainp、alas、inas、inp的至少一种的叠层组合。

本发明还提供了一种基于红外及红色可见光应用的半导体发光结构的制作方法，所述制作方法包括：

步骤s1、提供一衬底，所述衬底包括相对波段设置且能穿透所述波段的衬底材料；

步骤s2、在所述衬底表面依次生长n型半导体层、mqw量子阱层、p型半导体层、p型dbr层和透明导电层；其中，所述n型半导体层、mqw量子阱层、p型半导体层、p型dbr层和透明导电层构成外延结构；

步骤s3、对所述外延结构的一侧区域进行刻蚀直至暴露出所述衬底，其中，所述衬底的暴露区域为所述衬底的第二区域，所述衬底的未暴露区域为所述衬底的第一区域；

步骤s4、生长一绝缘层，所述绝缘层包围所述外延结构的侧壁、所述外延结构背离所述衬底的一侧表面和所述衬底的第二区域表面；

步骤s5、在所述外延结构背离所述衬底的一侧表面的所述绝缘层上蚀刻形成第一电极凹槽，且所述第一电极凹槽贯穿所述绝缘层；

步骤s6、在所述衬底的第二区域表面的所述绝缘层上蚀刻形成第二电极凹槽，且所述第二电极凹槽贯穿所述绝缘层；

步骤s7、蒸镀形成第一电极，且所述第一电极通过所述第一电极凹槽与所述透明导电层连接；

步骤s8、蒸镀形成第二电极，且所述第二电极通过所述第二电极凹槽与所述衬底的第二区域表面进行欧姆接触，并延伸至设于所述外延结构表面的所述绝缘层的表面；所述第二电极与所述第一电极间隔设置。

经由上述的技术方案可知，本发明所提供的基于红外及红色可见光应用的半导体发光结构，通过所述p型dbr层配合能穿透不同波段的外延衬底的应用，同时，将所述p型dbr层设置于所述p型半导体层的水平表面，相比于传统的红光芯片将dbr层设置在衬底和n型半导体层之间，能增加半导体发光结构的反射面积，进而提高其发光亮度，且能同时适用于红色可见光和红外光的led芯片；其次，当将本发明所提供的半导体发光结构应用于红色可见光led芯片时，通过将其衬底设为gap衬底材料，在增加半导体发光结构的反射面积的同时，简化了产品的工艺，并降低产品成本，避免了在砷化镓材料衬底上设dbr层时，必须通过键合及衬底转移工艺才能解决的吸光问题。

本发明提供的基于红外及红色可见光应用的半导体发光结构的制作方法，通过在衬底表面依次生长n型半导体层、mqw量子阱层、p型半导体层、p型dbr层和透明导电层，该制作方法无需衬底转化工艺即可达到增加半导体发光结构的反射面积，进而提高其发光亮度的效果；简化了红外及红色可见光半导体产品的工艺，并降低产品成本，避免了在砷化镓材料衬底上设dbr层时，必须通过键合及衬底转移工艺才能解决的吸光问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请的实施例提供的基于红外及红色可见光应用的半导体发光结构的结构示意图；

图2.1至图2.6为制作图1所示的基于红外及红色可见光应用的半导体发光结构的方法所对应的结构示意图；

图中符号说明：1、衬底，2、n型半导体层，3、mqw量子阱层，4、p型半导体层，5、p型dbr层，6、透明导电层，7、绝缘层，8、第一电极凹槽，9、第二电极凹槽，10、第一电极，11、第二电极。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清晰，下面结合附图对本发明的内容作进一步说明。本发明不局限于该具体实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供了一种基于红外及红色可见光应用的半导体发光结构，如图1所示，包括：

衬底1，衬底1包括相对波段设置且能穿透所述波段的衬底材料，且衬底1沿水平表面包括第一区域和第二区域；

位于衬底1表面的外延结构，外延结构包括在衬底1的第一区域表面依次堆叠的n型半导体层2、mqw量子阱层3、p型半导体层4、p型dbr层5和透明导电层6；

绝缘层7，绝缘层7包围外延结构侧壁、外延结构背离衬底1的一侧表面和衬底1的部分第二区域表面；

在外延结构背离衬底1的一侧表面的绝缘层7上设有第一电极凹槽8，且第一电极凹槽8贯穿绝缘层7；

在衬底1的第二区域表面的绝缘层7上设有第二电极凹槽9，且第二电极凹槽9贯穿绝缘层7；

通过第一电极凹槽8与透明导电层6连接的第一电极10；

第二电极11，第二电极11通过第二电极凹槽9与衬底1的第二区域表面进行欧姆接触，并延伸至设于外延结构表面的绝缘层7的表面；第二电极11与第一电极10间隔设置。

半导体发光结构应用于红色可见光led芯片，且衬底1包括gap衬底。

半导体发光结构应用于580nm～760nm波段的红色可见光led芯片。

绝缘层7的材料包括algaas或gaas或gap或ingaas或algainp或alas或inas或inp。

p型dbr层5包括algaas、gaas、gap、ingaas、algainp、alas、inas、inp的至少一种的叠层组合。

本发明还提供了一种基于红外及红色可见光应用的半导体发光结构的制作方法，如图2.1至图2.6所示，制作方法包括：

步骤s1、提供一衬底1，衬底1包括相对波段设置且能穿透所述波段的衬底材料；

步骤s2、在衬底1表面依次生长n型半导体层2、mqw量子阱层3、p型半导体层4、p型dbr层5和透明导电层6；其中，n型半导体层2、mqw量子阱层3、p型半导体层4、p型dbr层5和透明导电层6构成外延结构；

步骤s3、对外延结构的一侧区域进行刻蚀直至暴露出衬底1，其中，衬底1的暴露区域为衬底1的第二区域，衬底1的未暴露区域为衬底1的第一区域；

步骤s4、生长一绝缘层7，绝缘层7包围外延结构的侧壁、外延结构背离衬底1的一侧表面和衬底1的第二区域表面；

步骤s5、在外延结构背离衬底1的一侧表面的绝缘层7上蚀刻形成第一电极凹槽8，且第一电极凹槽8贯穿绝缘层7；

步骤s6、在衬底1的第二区域表面的绝缘层7上蚀刻形成第二电极凹槽9，且第二电极凹槽9贯穿绝缘层7；

步骤s7、蒸镀形成第一电极10，且第一电极10通过第一电极凹槽8与透明导电层6连接；

步骤s8、蒸镀形成第二电极11，且第二电极11通过第二电极凹槽9与衬底1的第二区域表面进行欧姆接触，并延伸至设于外延结构表面的绝缘层7的表面；第二电极11与第一电极10间隔设置。

衬底1包括相对波段设置且能穿透波段的透明衬底。

经由上述的技术方案可知，本发明所提供的基于红外及红色可见光应用的半导体发光结构，通过所述p型dbr层配合能穿透不同波段的外延衬底的应用，同时，将所述p型dbr层设置于所述p型半导体层的水平表面，相比于传统的红光芯片将dbr层设置在衬底和n型半导体层之间，能增加半导体发光结构的反射面积，进而提高其发光亮度；其次，当将本发明所提供的半导体发光结构应用于红色可见光led芯片时，通过将其衬底设为gap衬底材料，在增加半导体发光结构的反射面积的同时，简化了产品的工艺，并降低产品成本，避免了在砷化镓材料衬底上设dbr层时，必须通过键合及衬底转移工艺才能解决的吸光问题。

本发明提供的基于红外及红色可见光应用的半导体发光结构的制作方法，通过在衬底表面依次生长n型半导体层、mqw量子阱层、p型半导体层、p型dbr层和透明导电层，该制作方法无需衬底转化工艺即可达到增加半导体发光结构的反射面积，进而提高其发光亮度的效果；简化了红色可见光半导体产品的工艺，并降低产品成本，避免了在砷化镓材料衬底上设dbr层时，必须通过键合及衬底转移工艺才能解决的吸光问题。

实施例2