專利名稱：一種n型透明電極結(jié)構(gòu)的功率型led芯片的制作方法
—種N型透明電極結(jié)構(gòu)的功率型LED芯片技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電子器件制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種N型透明電極結(jié)構(gòu)的功率型LED芯片。
背景技術(shù)：
LED是一種將電能轉(zhuǎn)化成光能的光電子器件。它具有體積小、壽命長(zhǎng)、無(wú)污染、耐振動(dòng)、光電轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)。目前，它已經(jīng)在全彩顯示、景觀照明、交通信號(hào)燈、背光源等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
對(duì)于現(xiàn)在的功率型LED芯片來(lái)說(shuō)，一般是以藍(lán)寶石為襯底。由于藍(lán)寶石是絕緣體，在制作電極的時(shí)候，P和N電極應(yīng)位于外延層的同側(cè)，因此對(duì)于藍(lán)寶石襯底的功率型LED芯片，電極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，關(guān)系到電流能否均勻地?cái)U(kuò)散。一般來(lái)說(shuō)，在優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)時(shí)需要注意3個(gè)方面:1)使用N電極環(huán)繞P電極的方法，這樣能夠讓電流在盡可能大的面積上由P電極進(jìn)入N電極，增加有效發(fā)光長(zhǎng)度；2) N與P電極之間的距離應(yīng)相等，使電流盡可能均勻的分布；3)N電極分布在外側(cè)，這與I)的理由相同。對(duì)氮化鎵基LED來(lái)說(shuō)，由于氮化鎵材料的折射率為2.4，對(duì)應(yīng)于全反射角為24.62°，因此只有位于該光錐內(nèi)的光線才能從芯片的表面出射。理想的情況下，根據(jù)計(jì)算，對(duì)于發(fā)光層內(nèi)的發(fā)光點(diǎn)有上下左右前后六個(gè)出射光錐，所以氮化鎵基LED的總的光提取效n.=6^n1-cos24.62) = 27.3%。如果在理想的情況下只考慮四個(gè)側(cè)面的出光，則其光提取效率可以達(dá)到18.2%，在理想的情況下從側(cè)面出射的光是很可觀的。然而在實(shí)際的功率型LED芯片中，由于電極結(jié)構(gòu)復(fù)雜，N型電極環(huán)繞在芯片外圍，即使從側(cè)面的光能很好地導(dǎo)出，這些出射的光線也被環(huán)顧在芯片外圍的N型電極阻擋，而現(xiàn)如今大多說(shuō)N電極都是利用吸收系數(shù)很高的金屬材料制成的，因此導(dǎo)致芯片側(cè)面出射的光線被不透明的N電極吸收，對(duì)于功率型LED芯片來(lái)說(shuō)，大大降低了芯片的發(fā)光亮度。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有的功率型LED芯片中的N型電極采用吸收系數(shù)很高的不透明電極制作而成，導(dǎo)致從側(cè)面出射的光線被阻擋和吸收，本發(fā)明的目的是提出一種N型透明電極的結(jié)構(gòu)以改變傳統(tǒng)N型電極對(duì)光線的吸收和阻擋，從而提高芯片的發(fā)光亮度。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:
一種N型透明電極 結(jié)構(gòu)的功率型LED芯片，其從下至上依次包括襯底、緩沖層、本征層、N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層和P型半導(dǎo)體層，P型半導(dǎo)體層上端還設(shè)有透明導(dǎo)電層和電流阻擋層，透明導(dǎo)電層和電流阻擋層均與P型半導(dǎo)體層接觸，且電流阻擋層除上下端面外的側(cè)面均被透明導(dǎo)電層包圍，電流阻擋層的上端面部分被透明導(dǎo)電層覆蓋，電流阻擋層未被透明導(dǎo)電層覆蓋的上端面部分與P電極連接；所述N型半導(dǎo)體層為凸臺(tái)狀，凸臺(tái)凸出的部分側(cè)面周圍設(shè)有N型透明電極，凸臺(tái)突出的部分中間開槽，該槽被N型透明電極覆蓋，并且該槽的上方的發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層和電流阻擋層層均開有相應(yīng)的槽，N型透明電極的周圍與凸臺(tái)中間開槽的交叉處設(shè)有N型焊點(diǎn)處電極。
進(jìn)一步的，N型透明電極分布在芯片的外圍和凸臺(tái)部分中間的開槽處，該槽位于N型半導(dǎo)體層上面，且N型電極焊點(diǎn)處電極IOb的下端面與N型半導(dǎo)體層接觸，如圖lb，正下方無(wú)透明電極，只是N型電極焊點(diǎn)處電極IOb的邊緣接觸到透明電極，N電極焊點(diǎn)處沉積金屬電極合金，N型電極焊點(diǎn)處既和正下方的N型半導(dǎo)體層形成很好的歐姆接觸，又和邊緣處的透明電極形成良好的接觸。
進(jìn)一步的，所述的N型透明電極的寬度為5unT20um。
進(jìn)一步的，所述的N型透明電極IOa的寬度為12um。
進(jìn)一步的，所述的N型透明電極的邊緣離P型半導(dǎo)體層邊緣的水平距離為2um 10umo
進(jìn)一步的，所述的N型透明電極的邊緣離P型半導(dǎo)體層邊緣的水平距離為5um.
進(jìn)一步的，所述的N型透明電極的厚度為1500埃 5000埃。
進(jìn)一步的，所述的N型透明電極的厚度為3100埃。
進(jìn)一步的，N型透明電極采用與透明導(dǎo)電層相同的材料，在制作透明導(dǎo)電層的過程中即可制作出N型透明電極，不會(huì)增加工藝制程。
優(yōu)選的，N電極焊點(diǎn)處的正下方無(wú)透明電極，只有邊緣接觸到N型透明電極，增加了 N電極焊點(diǎn)處與N型半導(dǎo)體層的歐姆接觸。
優(yōu)選的，N型透明電極結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng)的金屬電極，降低了生產(chǎn)的成本。
本發(fā)明的N型透明電極和透明導(dǎo)電層使用相同的材料，在蒸鍍透明導(dǎo)電層的同時(shí)即可制作N型透明電極，不會(huì)增加額外的工藝流程。N型透明電極取代價(jià)格昂貴的金屬電極，降低了生產(chǎn)的成本。該N型透明電極結(jié)構(gòu)能夠避免傳統(tǒng)的N型金屬電極對(duì)光線的阻擋和吸收，從而提聞了芯片的發(fā)光売度。
優(yōu)選的，N電極焊點(diǎn)處的正下方無(wú)透明電極，只有邊緣接觸到N型透明電極，增加了 N電極焊點(diǎn)處與N型半導(dǎo)體層的歐姆接觸。N型透明電極取代傳統(tǒng)的金屬電極，降低了生產(chǎn)的成本。
與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的有益效果是:該N型透明電極不會(huì)阻擋和吸收從側(cè)面導(dǎo)出的光，從而有效地 提高了芯片的發(fā)光亮度，并且該N型透明電極結(jié)構(gòu)采用與透明導(dǎo)電層相同的材料，不會(huì)增加工藝制程。N電極焊點(diǎn)處正下方處無(wú)透明電極結(jié)構(gòu)，只有邊緣處接觸到N型透明電極，增加了 N電極焊點(diǎn)處與N型半導(dǎo)體層和邊緣透明電極的接觸特性，同時(shí)用N型透明電極取代價(jià)格昂貴的金屬電極，降低了生產(chǎn)的成本。


圖1a是本發(fā)明的一種N型透明電極結(jié)構(gòu)的功率型LED芯片的俯視圖。
圖1b是圖1中包含N型焊點(diǎn)處電極IOb的局部放大圖(A-A剖視圖)。
圖2是一種N型透明電極結(jié)構(gòu)的功率型LED芯片左視圖的剖面圖(B_B剖視圖)。
圖3是LED外延片結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖4是在圖3的基礎(chǔ)上通過刻蝕形成的N型臺(tái)面結(jié)構(gòu)后的剖面圖。
圖5是在圖4的基礎(chǔ)上形成電流阻擋層結(jié)構(gòu)后的剖面圖。
圖6是在圖5的基礎(chǔ)上形成透明導(dǎo)電層和N型透明電極結(jié)構(gòu)后的剖面圖。
圖7是具有N型透明電極結(jié)構(gòu)的功率型LED芯片的剖面圖。
圖中:1-襯底，2-緩沖層，3-本征層，4-N型半導(dǎo)體層，5-發(fā)光層，6-P型半導(dǎo)體層，7-電流阻擋層,8-透明導(dǎo)電層，9-P電極，IOa-N型透明電極，IOb-N型焊點(diǎn)處電極。 具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施和保護(hù)不限于此。
如圖la、圖2，一種N型透明電極結(jié)構(gòu)的功率型LED芯片從下至上依次包括襯底1、緩沖層2、本征層3、N型半導(dǎo)體層4、發(fā)光層5和P型半導(dǎo)體層6，P型半導(dǎo)體層6上端還設(shè)有透明導(dǎo)電層8和電流阻擋層7，透明導(dǎo)電層8和電流阻擋層7均與P型半導(dǎo)體層6接觸，且電流阻擋層7除上下端面外的側(cè)面均被透明導(dǎo)電層8包圍，電流阻擋層7的上端面部分被透明導(dǎo)電層8覆蓋，電流阻擋層7未被透明導(dǎo)電層8覆蓋的上端面部分與P電極連接；所述N型半導(dǎo)體層4為凸臺(tái)狀，凸臺(tái)凸出的部分側(cè)面周圍設(shè)有N型透明電極10a，凸臺(tái)突出的部分中間開槽，該槽被N型透明電極IOa覆蓋，并且該槽的上方的發(fā)光層5、P型半導(dǎo)體層6和電流阻擋層7層均開有相應(yīng)的槽，N型透明電極IOa的周圍與凸臺(tái)中間開槽的交叉處設(shè)有N型焊點(diǎn)處電極10b。
N型透明電極分布在芯片的外圍和凸臺(tái)部分中間的開槽處，該槽位于N型半導(dǎo)體層上面，且N型電極焊點(diǎn)處IOb的下端面與N型半導(dǎo)體層接觸，如圖lb，正下方無(wú)透明電極，只是N型電極焊點(diǎn)處IOb的邊緣接觸到透明電極，N電極焊點(diǎn)處沉積金屬電極合金，N型電極焊點(diǎn)處既和正下方的N型半導(dǎo)體層形成很好的歐姆接觸，又和邊緣處的透明電極形成良好的接觸
在實(shí)際的生產(chǎn)過程當(dāng)中，根據(jù)生產(chǎn)的需要，還包括形成于襯底I下的DBR (分布布拉格反射)層以及芯片表面的鈍化層。襯底I采用化學(xué)或機(jī)械拋光的方法減薄至所需厚度后，在襯底I下面背鍍DBR反射層，對(duì)于正裝結(jié)構(gòu)的功率型LED芯片來(lái)說(shuō)，可以將射向襯底I的光線反射回去，從而提高了芯片的出光效率。而對(duì)于芯片表面的鈍化層，一方面可以避免LED在工作過程中發(fā)生短路，對(duì)芯片起到保護(hù)作用；另一方面通過控制鈍化層的折射率，可以降低臨界角的損失。本發(fā)明中，N型透明電極能夠?qū)⑸湎騻?cè)面的光更好地被利用，從而提高了芯片的發(fā)光亮度。參見圖1，所述的N型透明電極結(jié)構(gòu)的寬度IOa為5um至20um之間，優(yōu)選的寬度為12um ;所述的N型透明電極結(jié)構(gòu)離P型半導(dǎo)體層邊緣的距離為2um至lOum。優(yōu)選的距離為5um。參見圖2，所述的N型透明電極結(jié)構(gòu)的厚度為1500埃至5000埃，優(yōu)選的厚度為3100埃。
本發(fā)明公開上述結(jié)構(gòu)的制作工藝。第一步，將藍(lán)寶石襯底I放入MOCVD (金屬有機(jī)化合物氣相外延)中，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，高溫下通過熱解反應(yīng)，生成II1- V族化合物。通過沉積在襯底I的上面依次生長(zhǎng)緩沖層2、本征層3、N型半導(dǎo)體層4、發(fā)光層5、P型半導(dǎo)體層6，生長(zhǎng)出LED外延片結(jié)構(gòu)，參見圖3所示。第二步，通過刻蝕形成制作N型透明電極IOa的臺(tái)面結(jié)構(gòu)，通過圖形曝光半導(dǎo)體平面工藝技術(shù)，采用ICP (電感耦合等離子體)刻蝕技術(shù)，刻蝕出N型臺(tái)面，刻蝕出的邊緣部分的厚度小于未被刻蝕的中心部分的厚度，然后采用化學(xué)腐蝕的方法腐蝕掉掩膜層，得出N型臺(tái)面結(jié)構(gòu)(N型半導(dǎo)體層為凸臺(tái)狀)，參見圖4所示。第三步，在P型層的上面形成電流阻擋層結(jié)構(gòu)，用作該電流阻擋層的材料可以是Si02、SiON, SixNy等，清洗吹干后，該電流阻擋層可以通過PECVD (等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)，然后通過光刻制程，再通過化學(xué)腐蝕將不做電流阻擋層的部分腐蝕掉，然后去除掩膜層，清洗甩干后，得到電流阻擋層結(jié)構(gòu)，參見圖5所示。第四步，利用蒸發(fā)臺(tái)或者濺射鍍膜法在P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層的臺(tái)面上蒸鍍ITO (氧化銦錫)薄膜，然后通過光刻、腐蝕、清洗、合金制程，得到透明導(dǎo)電層結(jié)構(gòu)8和N型透明電極結(jié)構(gòu)10a，參見圖6所示。第五步，通過蒸發(fā)、黃光、剝離、清洗等工藝，在透明導(dǎo)電層8上和對(duì)應(yīng)的電流阻擋層7的正上方形成金屬電極結(jié)構(gòu)的P電極9，在N型半導(dǎo)體層和N型透明電極的邊緣處形成N型焊點(diǎn)處電極10b，用作該電極的材料可以是Cr/Pt/Au合金、Ni/Au合金、Ti/Al/Ti/Au合金或前述的任意組合，這樣就制作出了具有N型透明電極結(jié)構(gòu)的功率型LED芯片，參見圖7所示。
以上所述僅以方便說(shuō)明本發(fā)明專利，在不脫離本發(fā)明專利的精神范疇內(nèi)，熟悉此技術(shù)的本領(lǐng)域的技術(shù)人員所作的簡(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N型透明電極結(jié)構(gòu)的功率型LED芯片，其特征在于從下至上依次包括襯底、緩沖層、本征層、N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層和P型半導(dǎo)體層，P型半導(dǎo)體層上端還設(shè)有透明導(dǎo)電層和電流阻擋層，透明導(dǎo)電層和電流阻擋層均與P型半導(dǎo)體層接觸，且電流阻擋層除上下端面外的側(cè)面均被透明導(dǎo)電層包圍，電流阻擋層的上端面部分被透明導(dǎo)電層覆蓋，電流阻擋層未被透明導(dǎo)電層覆蓋的上端面部分與P電極連接；所述N型半導(dǎo)體層為凸臺(tái)狀，凸臺(tái)凸出的部分側(cè)面周圍設(shè)有N型透明電極，凸臺(tái)突出的部分中間開槽，該槽被N型透明電極覆蓋，并且該槽的上方的發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層和電流阻擋層層均開有相應(yīng)的槽，N型透明電極的周圍與凸臺(tái)中間開槽的交叉處設(shè)有N型焊點(diǎn)處電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種N型透明電極結(jié)構(gòu)的功率型LED芯片，其特征在于:N型透明電極分布在芯片的外圍和凸臺(tái)部分中間的開槽處，該槽位于N型半導(dǎo)體層上面；N型電極焊點(diǎn)處電極的下端面與N型半導(dǎo)體層接觸，正下方無(wú)透明電極，只是N型電極焊點(diǎn)處電極的邊緣接觸到透明電極，N電極焊點(diǎn)處沉積金屬電極合金，N型電極焊點(diǎn)處既和正下方的N型半導(dǎo)體層形成很好的歐姆接觸，又和邊緣處的透明電極形成良好的接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種N型透明電極結(jié)構(gòu)的功率型LED芯片，其特征在于:所述的N型透明電極的寬度為5unT20um。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種N型透明電極結(jié)構(gòu)的功率型LED芯片，其特征在于:所述的N型透明電極的邊緣離P型半導(dǎo)體層邊緣的水平距離為2unTlOUm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種N型透明電極結(jié)構(gòu)的功率型LED芯片，其特征在于:所述的N型透明電極的厚度為1500埃 5000埃。
全文摘要
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電子器件制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種N型透明電極結(jié)構(gòu)的功率型LED芯片，其具體結(jié)構(gòu)包括襯底、緩沖層、緩沖層上的本征層、本征層上的N型層、N型層上的發(fā)光層、發(fā)光層上的P型層、P型層上的電流阻擋層、P型層和電流阻擋層上的透明導(dǎo)電層、P電極和形成于N型臺(tái)面上的N型透明電極以及N型焊點(diǎn)處電極。本發(fā)明制作的N型透明電極能夠有效地改善傳統(tǒng)功率型芯片中大面積N電極金屬對(duì)光的阻擋和吸收，提高了芯片的發(fā)光亮度。同時(shí)該發(fā)明還具有工藝制作簡(jiǎn)單，用透明電極取代價(jià)格昂貴的金屬電極，極大地降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)H01L33/38GK103199171SQ20121054452
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者王洪, 吳躍鋒, 黃華茂, 黃曉升 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)