專利名稱：一種改進(jìn)的具有電流阻擋層的led芯片及其制備方法
—種改進(jìn)的具有電流阻擋層的LED芯片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及LED芯片結(jié)構(gòu)及其制備方法，特指ー種改進(jìn)的具有電流阻擋層的LED芯片及其制備方法。
背景技木目前，發(fā)光二極管(LED)芯片結(jié)構(gòu)有正裝結(jié)構(gòu)，垂直結(jié)構(gòu)和倒裝焊結(jié)構(gòu)，其中正裝結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片如圖I所示，主要包括襯底I、形成在襯底上的緩沖層2 (bufferlayer)、形成在緩沖層上的N型半導(dǎo)體層3、形成在N型半導(dǎo)體層上的發(fā)光層4、形成在發(fā)光層上的P型半導(dǎo)體層5，形成P型半導(dǎo)體層5上的透明導(dǎo)電層6、以及P電極81和N電極82。由于LED芯片的電流積聚效應(yīng)特別明顯，即電流主要集中在電極正下方的發(fā)光層部分區(qū)域，橫向擴(kuò)展比較小，電流分布很不均勻，導(dǎo)致局部電流密度過大，熱量過高，大大降低了芯片的使用效率和壽命。同時(shí)，在此區(qū)域電流密度最大，自然發(fā)光強(qiáng)度也最大，但此區(qū)域出 射的光絕大部分會(huì)被正上方的不透明電極所遮擋，導(dǎo)致LED的出光效率降低。為了解決上述問題，行業(yè)內(nèi)的普遍方法是在P型半導(dǎo)體層和P型電極之間直接鍍上ー層絕緣介質(zhì)作電流阻擋層，請(qǐng)參見圖2，這樣雖然能夠減少電極下方的電流比例，在一定程度上増加電流的擴(kuò)散性，但增加的電流阻擋層勢(shì)必會(huì)吸收一部分的光線，降低發(fā)光二極管的出光效率。

發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中LED芯片熱量高、電流擴(kuò)散不均勻、出光效率低等問題，本發(fā)明的目的是提供ー種具有高的熱穩(wěn)定性能、電流擴(kuò)散性好、出光效率高并可以規(guī)模量產(chǎn)的LED芯片結(jié)構(gòu)及其制備方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是一種改進(jìn)的具有電流阻擋層的LED芯片包括N型半導(dǎo)體層、形成于N型半導(dǎo)體層上的發(fā)光層、形成于發(fā)光層上的P型半導(dǎo)體層、形成于P型半導(dǎo)體層上的透明導(dǎo)電層、形成于透明導(dǎo)電層上的P電極和形成于N型半導(dǎo)體層上的N電極，在P型半導(dǎo)體層上P型電極對(duì)應(yīng)的正下方形成有表面光滑的第一溝槽，所述第一溝槽上形成有電流阻擋層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為由于在本發(fā)明中P型半導(dǎo)體層上P電極對(duì)應(yīng)的正下方形成有表面光滑的第一溝槽，溝槽的表面上形成有電流阻擋層，采用這樣的結(jié)構(gòu)，不但電流阻擋層能夠起到阻擋電流的作用，通過一定エ藝形成的溝槽，由于破壞了 P電極下PN結(jié)的結(jié)構(gòu)，因此溝槽邊緣能夠防止P極金屬層跨越PN極形成漏電流，對(duì)電流起到一定的阻擋作用，降低電流向P電極積聚沉度，因此能夠起到雙層電流阻擋的作用，使P電極注入的電流橫向擴(kuò)展到電極下方以外的發(fā)光區(qū)，減少了電流積聚在P電極下方時(shí)產(chǎn)生的熱量，提高了 LED芯片的熱穩(wěn)定性能也延長了器件的使用壽命。同時(shí)，光滑的第一溝槽表面相對(duì)于較粗化的外延片表面，能夠增加出射到P電極下光的反射機(jī)率，減少光在P電極下的吸收量，能夠最大限度的提升芯片的外部光萃取效率。優(yōu)選的，在N型半導(dǎo)體層上N電極對(duì)應(yīng)的正下方形成有第二溝槽。采用這樣的結(jié)構(gòu)能夠使N電極下方的電流擴(kuò)散更均勻。優(yōu)選的，所述第一溝槽和第二溝槽的深度在IOOnm至IOOOnm之間。優(yōu)選的，所述第一溝槽和第二溝槽的深度為500nm。優(yōu)選的，所述電流阻擋層的厚度在500A至5000A之間，寬度大于所述P電極的寬度，兩者的差距在3um到IOum之間。優(yōu)選的，所述改進(jìn)的具有電流阻擋層的LED芯片還包括襯底和緩沖層，所述緩沖層形成在所述襯底上，所述N型半導(dǎo)體層形成在所述緩沖層上。本發(fā)明還提供一種改進(jìn)的具有電流阻擋層的LED芯片的制備方法，包括如下步驟(I)在襯底的正面上依次生長緩沖層、N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層的疊層 結(jié)構(gòu)；(2)通過刻蝕形成用于制作N電極的臺(tái)面結(jié)構(gòu)；(3)分別在P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層上刻蝕形成第一溝槽和第二溝槽；(4)在P型半導(dǎo)體層的第一溝槽上沉積絕緣材料形成電流阻擋層；(5)在P型半導(dǎo)體層上形成透明導(dǎo)電層；(6)在透明導(dǎo)電層上對(duì)應(yīng)的電流阻擋層的正上方形成P電極，在N型導(dǎo)電層的第二溝槽正上方形成N電極。通過本發(fā)明中制備方法生產(chǎn)出來的LED芯片結(jié)構(gòu)，不但具有電流阻擋作用，且通過蝕刻エ藝形成的溝槽，表面光滑，能起到反光的目的，因此能夠提升LED芯片的出光效率并延長使用壽命。同時(shí)該制備方法在現(xiàn)有エ藝上做簡(jiǎn)單改進(jìn)即能實(shí)現(xiàn)，制作方便，完全能夠滿足大規(guī)模的量產(chǎn)要求。優(yōu)選的，所述第一溝槽和第二溝槽通過熱酸溶液腐蝕、光學(xué)刻蝕和電感耦合等離子體刻蝕形成。通過此種エ藝刻蝕形成的溝槽邊緣光滑,能夠增加出射到P電極下光的反射機(jī)率，減少光在P電極下的吸收量，能夠最大限度的提升芯片的外部光萃取效率。優(yōu)選的，所述熱酸溶液為硫酸和磷酸的混合液，同濃度下體積比在I : I至3 : I之間，溫度在150°C至320°C之間。優(yōu)選的，所述硫酸和磷酸在相同濃度下的體積比為2 1，溫度為250°C。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)的說明。圖I所示為現(xiàn)有技術(shù)中LED芯片結(jié)構(gòu)側(cè)面示意圖；圖2所示為現(xiàn)有技術(shù)中具有電流阻擋層的LED芯片結(jié)構(gòu)側(cè)面示意圖；圖3所示為本發(fā)明中改進(jìn)的具有電流阻擋層的LED芯片結(jié)構(gòu)側(cè)面示意圖；圖4所示為LED外延片結(jié)構(gòu)側(cè)面示意圖；圖5所示為LED外延片刻蝕后形成的N電極臺(tái)面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6所示為本發(fā)明中形成溝槽后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7所示為本發(fā)明中形成電流阻擋層后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8所示為形成透明導(dǎo)電層后的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式請(qǐng)參見圖3，一種改進(jìn)的具有電流阻擋層的發(fā)光二極管芯片包括N型半導(dǎo)體層3、形成于N型半導(dǎo)體層上的發(fā)光層4、形成于發(fā)光層上的P型半導(dǎo)體層5、形成于P型半導(dǎo)體層上的透明導(dǎo)電層6、形成于透明導(dǎo)電層上的P電極81和形成于N型半導(dǎo)體層上的N電極82，在P型半導(dǎo)體層上P型電極對(duì)應(yīng)的正下方形成有表面光滑的第一溝槽71a，所述第一溝槽71a上形成有電流阻擋層72。在實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)需要LED芯片還包括襯底I和形成于襯底上的緩沖層2，所述N型半導(dǎo)體層3、發(fā)光層4、P型半導(dǎo)體層5依次形成于所述緩沖層2上。増加緩沖層2，能夠避免襯底I和N型半導(dǎo)體層3因材料不同造成兩者間存在較大的晶格缺陷，使兩者間的晶格匹配度更高。省略襯底I結(jié)構(gòu)，能夠使LED芯片更薄，在倒裝結(jié)構(gòu)的芯片中，減少襯底的吸光，増加芯片出光效率，但在芯片切割中容易導(dǎo)致LED芯片碎裂。因此生長好的外延片ー般包括襯底I、緩沖層2、N型半導(dǎo)體層3、發(fā)光層4和P型半導(dǎo)體層5，在后續(xù)エ藝中，制作完 成的LED芯片需經(jīng)過研磨，將襯底打磨到一定的厚度，或者根據(jù)需要將整個(gè)襯底全部剝離。優(yōu)選的，在N型半導(dǎo)體層3上N電極82對(duì)應(yīng)的正下方還形成有第二溝槽71b，采用這樣的結(jié)構(gòu)能夠使N電極下方的電流擴(kuò)散更均勻。所述第一溝槽71a和第二溝槽71b的深度在IOOnm至IOOOnm之間，具體的溝槽71的深度為500nm。所述電流阻擋層72的材料可以是Ti02、A1203、SiO2, Si3N4中的ー種或其組合，其厚度在500A至5000A之間，寬度大于P電極81的寬度，兩者間的差距在3um到IOum之間，具體的，所述電流阻擋層72沿著第一溝槽71a表面沉積并左右延伸出P電極的兩側(cè)，其厚度為3000A，寬度大于P電極6um，左右兩側(cè)距離P電極各為3um。在本發(fā)明中，不但增加的電流阻擋層72能夠起到阻擋電流的作用，同時(shí)第一溝槽71a也能夠防止P極金屬層跨越PN極形成漏電流對(duì)電流起到一定的阻擋作用。雙重的電流阻擋結(jié)構(gòu)，使P電極注入的電流能夠均勻的擴(kuò)散到P電極下方的發(fā)光區(qū)，減少了電流積聚在P電極下方時(shí)產(chǎn)生的熱量，提高了 LED芯片的熱穩(wěn)定性能也延長了器件的使用壽命。同時(shí)表面光滑的第一溝槽相對(duì)于較粗化的外延片表面，能夠增加出射到P電極下光的反射機(jī)率，減少光在P電極下的吸收量，能夠最大限度的提升芯片的外部光萃取效率。本發(fā)明還提供一種改進(jìn)的具有電流阻擋層的LED芯片的制備方法，包括如下步驟(I)請(qǐng)參見圖4，將襯底I放入有機(jī)化學(xué)氣相沉積爐(MOCVD)，通入III族金屬元素的烷基化合物蒸汽與非金屬的氫化物氣體，在高溫下通過熱解反應(yīng)，生成III-V族化合物，通過沉積依次在襯底I的正面上生長緩沖層2、N型半導(dǎo)體層3、發(fā)光層4、P型半導(dǎo)體層5的疊層結(jié)構(gòu)。所述襯底I的材料選自硅、藍(lán)寶石、SiC、ZnO、GaN等。(2)通過刻蝕形成用于制作N電極的臺(tái)面結(jié)構(gòu)通過圖形曝光半導(dǎo)體平面エ藝技術(shù)，使用ICP刻蝕，移除上述疊層結(jié)構(gòu)的邊緣部分，直至N型半導(dǎo)體層3的邊緣部分被暴露，當(dāng)然N型半導(dǎo)體層3也可以進(jìn)ー步蝕刻使得N型半導(dǎo)體層3的邊緣部分厚度小于中心部分的厚度，形成臺(tái)階狀的臺(tái)面結(jié)構(gòu)，請(qǐng)參見圖5。(3)分別在P型半導(dǎo)體層5和N型半導(dǎo)體層3上刻蝕形成第一溝槽71a和第二溝槽71b，請(qǐng)參見圖6。首先將(2)步驟后形成的具有臺(tái)面的疊層結(jié)構(gòu)清洗后，在其表面沉積3000 20000A的ニ氧化硅做掩膜，然后經(jīng)過勻膠、曝光、顯影、堅(jiān)膜后采用熱酸溶液腐蝕法在P型半導(dǎo)體層5和N型半導(dǎo)體層3上刻蝕深度在IOOnm至IOOOnm之間的溝槽71，最后采用BOE(Buffere oxide etch)腐蝕液去除氧化娃掩膜。所述熱酸溶液為硫酸和磷酸的混合液，在相同濃度下的體積比在I : I至3 : I之間，溫度在150°C至320°C之間，具體的，所述第一溝槽71a和第二溝槽72b的深度為500nm，選用的硫酸和磷酸的在相同濃度下的體積比為2 1，溫度為250°C。除熱酸溶液腐蝕法外，所述溝槽71還可以通過光學(xué)刻蝕或者電感耦合等離子體(ICP)刻蝕方法形成。(4)在P型半導(dǎo)體層的第一溝槽71a上沉積絕緣材料形成電流阻擋層72，請(qǐng)參見圖7，該電流阻擋層72的材料可以是Ti02、A1203、SiO2, Si3N4中的ー種或其組合，其厚度在500A至5000A之間，寬度大于P電極81的寬度，兩者間的差距在3um到IOum之間，具體的，所述電流阻擋層72沿著第一溝槽71a表面沉積并左右延伸出P電極81的兩側(cè)，其厚度為3000A,寬度大于P電極6um，左右兩側(cè)距離P電極81各為3um。
(5)利用蒸發(fā)臺(tái)或者濺射鍍膜法在P型半導(dǎo)體層5上鍍氧化銦錫(ITO)薄膜以形成透明導(dǎo)電層6，請(qǐng)參見圖8。(6)通過刻蝕、蒸發(fā)、剝離等エ藝，在透明導(dǎo)電層6上對(duì)應(yīng)的電流阻擋層72的正上方形成P電極81，在N型導(dǎo)電層3的第二溝槽71b正上方形成N電極82，這樣就完成了具有電流阻擋層的發(fā)光二極管芯片制作，其完整結(jié)構(gòu)請(qǐng)參見圖3。按照本發(fā)明中制備方法生產(chǎn)出來的LED芯片結(jié)構(gòu)，不但具有電流阻擋作用，而且第一溝槽表面光滑，能起到反光的目的，因此能夠提升LED芯片的出光效率并延長使用壽命，同時(shí)該制備方法只需在現(xiàn)有エ藝上做簡(jiǎn)單改進(jìn)即能實(shí)現(xiàn)，制作方便，完全能夠滿足大規(guī)模的量產(chǎn)要求。以上所述均以方便說明本發(fā)明，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)作的精神范疇內(nèi)，熟悉此技術(shù)的本領(lǐng)域的技術(shù)人員所做的各種簡(jiǎn)單的變相與修飾仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)的具有電流阻擋層的LED芯片，包括N型半導(dǎo)體層、形成在N型半導(dǎo)體層上的發(fā)光層、形成在發(fā)光層上的P型半導(dǎo)體層、形成在P型半導(dǎo)體層上的透明導(dǎo)電層、形成在透明導(dǎo)電層上的P電極和形成于N型半導(dǎo)體層上的N電極，其特征在于在P型半導(dǎo)體層上P電極對(duì)應(yīng)的正下方形成有表面光滑的第一溝槽，所述第一溝槽上形成有電流阻擋層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改進(jìn)的具有電流阻擋層的LED芯片，其特征在于在N型半導(dǎo)體層上N電極對(duì)應(yīng)的正下方形成有第二溝槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的改進(jìn)的具有電流阻擋層的LED芯片，其特征在于所述第一溝槽和第二溝槽的深度在IOOnm至IOOOnm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改進(jìn)的具有電流阻擋層的LED芯片，其特征在于所述第一溝槽和第二溝槽的深度為500nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改進(jìn)的具有電流阻擋層的LED芯片，其特征在于所述電流阻擋層的厚度在500A至5000A之間，寬度大于所述P電極的寬度，兩者的差距在3um到IOum之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改進(jìn)的具有電流阻擋層的LED芯片，其特征在于，還包括襯底和緩沖層，所述緩沖層形成在所述襯底上，所述N型半導(dǎo)體層形成在所述緩沖層上。
7.一種改進(jìn)的具有電流阻擋層的LED芯片的制備方法，其特征在于包括如下步驟 (1)在襯底的正面上依次生長緩沖層、N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層的疊層結(jié)構(gòu)； (2)通過刻蝕形成用于制作N電極的臺(tái)面結(jié)構(gòu)； (3)分別在P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層上刻蝕形成第一溝槽和第二溝槽； (4)在P型半導(dǎo)體層的第一溝槽上沉積絕緣材料形成電流阻擋層； (5)在P型半導(dǎo)體層上形成透明導(dǎo)電層； (6)在透明導(dǎo)電層上對(duì)應(yīng)的電流阻擋層的正上方形成P電極，在N型導(dǎo)電層的第二溝槽正上方形成N電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的改進(jìn)的具有電流阻擋層的LED芯片的制備方法，其特征在于所述溝槽通過熱酸溶液腐蝕、光學(xué)刻蝕和電感耦合等離子體刻蝕形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的改進(jìn)的具有電流阻擋層的LED芯片的制備方法，其特征在于所述熱酸溶液為硫酸和磷酸的混合液，同濃度下體積比在I : I至3 I之間，溫度在150°C至320°C之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的改進(jìn)的具有電流阻擋層的LED芯片的制備方法，其特征在干所述硫酸和磷酸在相同濃度下的體積比為2 1，溫度為250°C。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的具有電流阻擋層的LED芯片及其制備方法，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。該LED芯片包括N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層和P型半導(dǎo)體層的層疊結(jié)構(gòu)以及透明導(dǎo)電層、形成于透明導(dǎo)電層上的P電極和形成于N型半導(dǎo)體層上的N電極，在P型半導(dǎo)體層上P型電極對(duì)應(yīng)的正下方形成有表面光滑的第一溝槽，所述溝槽上形成有電流阻擋層。本發(fā)明所提供的LED芯片，不但能夠提升芯片的出光效率并延長使用壽命，而且制備方法簡(jiǎn)單方便，完全能夠滿足大規(guī)模的量產(chǎn)要求。
文檔編號(hào)H01L33/14GK102694095SQ20111007117
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者葉國光, 曹東興, 楊小東, 梁伏波, 樊邦揚(yáng) 申請(qǐng)人:廣東銀雨芯片半導(dǎo)體有限公司