一種新型發(fā)光二極管芯片及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的第一目的在于提供一種新型發(fā)光二極管芯片，由下至上依次設(shè)置的N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層、透明導(dǎo)電層、P電極以及N電極，P型半導(dǎo)體層的上表面上設(shè)有凹槽，凹槽位于所述P電極的正下方。本發(fā)明技術(shù)方案通過溝槽的設(shè)計，破壞了P電極下的歐姆接觸，能夠起到電流阻擋的作用，同時使P電極注入的電流橫向擴展到電極下方以外的發(fā)光區(qū)，能夠使P電極下方的電流擴散更均勻，提高了LED芯片的熱穩(wěn)定性能的同時也能延長器件的使用壽命。本發(fā)明的第二目的在于提供一種新型發(fā)光二極管芯片的制作方法，包括刻蝕形成芯片體、鍍透明導(dǎo)電層、鍍P電極以及N電極、沉積保護層等過程，工藝步驟精簡，工藝參數(shù)易于控制，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】一種新型發(fā)光二極管芯片及其制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別地，涉及一種新型發(fā)光二極管芯片及其制作方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 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)，正裝結(jié)構(gòu) 由于LED芯片的電流積聚效應(yīng)，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 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，在此區(qū)域電流密度最大，自然發(fā)光強度也最大，但此區(qū)域出射的光絕大 部分會被正上方的不透明電極所遮擋吸收，導(dǎo)致LED的出光效率降低。
[0003] 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 上一層絕緣介質(zhì)作電流阻擋層。這樣雖然能夠減少電極下方的電流比例，在一定程度上增 加電流的擴散性，但增加的電流阻擋層也勢必會吸收一部分的光線，降低發(fā)光二極管的出 光效率。
[0004] 因此，設(shè)計一種具有高的熱穩(wěn)定性、電流擴散性好、出光效率高的發(fā)光二極管具有 重要的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的第一目的在于提供具有高的熱穩(wěn)定性、電流擴散性好、出光效率高的發(fā) 光二極管芯片，具體技術(shù)方案如下：
[0006] -種新型發(fā)光二極管芯片，包括N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層、透明導(dǎo)電 層、P電極以及N電極，所述N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層以及透明導(dǎo)電層沿軸線方 向由下至上依次設(shè)置；所述P電極設(shè)置在所述透明導(dǎo)電層上；所述N電極設(shè)置在所述N型半 導(dǎo)體層上；
[0007] 所述P型半導(dǎo)體層的上表面上設(shè)有凹槽，所述凹槽位于所述P電極的正下方；
[0008] 所述凹槽在垂直于所述軸線上的橫截面的面積為所述P電極在垂直于所述軸線 上的橫截面的面積的1. 0-5. 0倍，所述凹槽在軸線方向的深度為所述P型半導(dǎo)體層在軸線 方向的厚度的0. l-o. 8倍。
[0009] 以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述凹槽在垂直于所述軸線上的橫截面的面積為所述P 電極在垂直于所述軸線上的橫截面的面積的1. 0-2. 0倍，其表面粗糙度為0-100。
[0010] 以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述凹槽在軸線方向的深度為l〇〇nm。
[0011] 以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述P電極以及所述N電極的結(jié)構(gòu)均為反射電極結(jié)構(gòu)。
[0012] 以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述反射電極結(jié)構(gòu)為鎳/鋁或鎳/銀，其連接線為金屬 線，其焊線的材質(zhì)為金。
[0013] 以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述透明導(dǎo)電層為氧化銦錫薄膜。
[0014] 以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，還包括襯底、緩沖層以及保護層，所述緩沖層設(shè)置在所述 N型半導(dǎo)體層的下方；所述襯底設(shè)置在所述緩沖層的下方；所述保護層設(shè)置在所述透明導(dǎo) 電層的上方，所述P電極貫穿所述保護層設(shè)置。
[0015] 以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述保護層為二氧化硅保護層。
[0016] 使用本發(fā)明的新型發(fā)光二極管芯片具有以下技術(shù)效果：
[0017] (1)在P型半導(dǎo)體層的上表面上設(shè)有凹槽，凹槽位于P電極的正下方，通過溝槽的 設(shè)計，破壞了 P電極下的歐姆接觸，溝槽邊緣能夠?qū)﹄娏髌鸬阶钃踝饔?，降低電流向P電極 積聚程度，能夠起到電流阻擋的作用，同時使P電極注入的電流橫向擴展到電極下方以外 的發(fā)光區(qū)，減少了電流積聚在P電極下方時產(chǎn)生的熱量，能夠使P電極下方的電流擴散更均 勻，提高了 LED芯片的熱穩(wěn)定性能的同時也能延長器件的使用壽命。
[0018] (2)本發(fā)明中凹槽的橫截面的尺寸與P電極的橫截面的尺寸之間以及凹槽的深度 與P型半導(dǎo)體層的厚度均存在一定的倍數(shù)關(guān)系，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，使得電流擴散均勻，整體熱 穩(wěn)定性好。
[0019] (3)本發(fā)明中P電極以及N電極的結(jié)構(gòu)均采用反射電極結(jié)構(gòu)，最好是鎳/鋁或鎳/ 銀結(jié)構(gòu)，由金屬線連接，其焊線的材質(zhì)為金，與現(xiàn)有的Cr/Pt/Au電極相比較，發(fā)光層發(fā)出的 光發(fā)射到電極下面不會被下面的Cr吸收掉，因此，不會產(chǎn)生光損失，使用本發(fā)明的反射電 極光會被反射回去，經(jīng)過背面的DBR層或支架的反射效果，再反射出去，增加了出光效率。
[0020] (4)本發(fā)明中透明導(dǎo)電層采用氧化銦錫薄膜，提高導(dǎo)電性能。
[0021] (5)本發(fā)明中襯底、緩沖層以及保護層，整體結(jié)構(gòu)完整；保護層的設(shè)計延長其使用 壽命。
[0022] 本發(fā)明的第二目的在于提供一種上述新型發(fā)光二極管芯片的制作方法，具體包括 以下步驟：
[0023] 步驟一：沿軸線方向，將所述緩沖層設(shè)置在所述襯底上，將所述N型半導(dǎo)體層設(shè)置 在所述緩沖層上；將所述發(fā)光層設(shè)置在所述N型半導(dǎo)體層上，將所述P型半導(dǎo)體層設(shè)置在所 述發(fā)光層上；
[0024] 步驟二：采用電感耦合等離子體將芯片進行刻蝕形成芯片體，所述刻蝕過程的工 藝參數(shù)為：ICP功率為500W，RF功率為80W，腔體壓力為量為1〇8〇〇11，(：1 2流 量為50sccm，刻蝕時間為1. 5-2. 5min ;
[0025] 步驟三：將所述透明導(dǎo)電層通過蒸發(fā)臺或者濺射鍍膜法鍍在所述P型半導(dǎo)體層上 后，依次經(jīng)過勻膠、軟烤、曝光、顯影以及堅膜過程；用ΙΤ0蝕刻液腐蝕出現(xiàn)圖形后放入去膠 液中浸泡15min，將芯片表面的光刻膠洗凈，沖水甩干，得到第一芯片體；
[0026] 步驟四：將所述P電極以及所述N電極分別通過蒸發(fā)臺或者濺射鍍膜法分別設(shè)置 在所述透明導(dǎo)電層以及所述N型半導(dǎo)體層上，得到第二芯片體；
[0027] 步驟五：將所述第二芯片體的上部通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積法沉積出保護 層。
[0028] 以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述透明導(dǎo)電層是通過蒸發(fā)臺或者濺射鍍膜法鍍在所述 P型半導(dǎo)體層上。
[0029] 本發(fā)明方法工藝步驟精簡，工藝參數(shù)易于控制，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
[0030] 除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點。 下面將參照圖，對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實 施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0032] 圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例1的新型發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 1-N型半導(dǎo)體層，2-發(fā)光層，3-P型半導(dǎo)體層，31-凹槽，4-透明導(dǎo)電層，5-P電極， 6-N電極，7-襯底，8-緩沖層，9-保護層。

【具體實施方式】
[0034] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明可以根據(jù)權(quán)利要求限 定和覆蓋的多種不同方式實施。
[0035] 實施例1 :
[0036] -種新型發(fā)光二極管芯片，詳見圖1，包括襯底7、緩沖層8、N型半導(dǎo)體層1、發(fā)光 層2、P型半導(dǎo)體層3、透明導(dǎo)電層4、P電極5、N電極6以及保護層9。
[0037] 所述襯底7、緩沖層8、N型半導(dǎo)體層1、發(fā)光層2、P型半導(dǎo)體層3、透明導(dǎo)電層4以 及保護層9沿軸線L方向由下至上依次設(shè)置。
[0038] 所述P電極5設(shè)置在所述透明導(dǎo)電層4上，且貫穿所述保護層9設(shè)置；所述N電極 6設(shè)置在所述N型半導(dǎo)體層1上，所述P電極5以及所述N電極6的結(jié)構(gòu)均為反射電極結(jié) 構(gòu)，最好是鎳/鋁或鎳/銀結(jié)構(gòu)，由金屬線連接，其焊線的材質(zhì)為金。
[0039] 所述P型半導(dǎo)體層3的上表面上設(shè)有凹槽31，所述凹槽31位于所述P電極5的正 下方，所述凹槽31在垂直于所述軸線L上的橫截面的面積為所述P電極5在垂直于所述軸 線L上的橫截面的面積的1. 0-5. 0倍，最好是1. 0-2. 0倍；所述凹槽31在軸線L方向的深 度h為所述P型半導(dǎo)體層3在軸線L方向的厚度Η的0. 1-0. 8倍，最好是100nm ;所述凹槽 31的表面粗糙度為0-100。
[0040] 所述透明導(dǎo)電層4為氧化銦錫薄膜，提高導(dǎo)電性能。
[0041] 所述保護層9為二氧化硅保護層，保護效果好，延長其使用壽命。
[0042] 上述新型發(fā)光二極管芯片的制作方法，包括以下步驟：
[0043] 第一步：沿軸線L方向，將所述緩沖層8設(shè)置在所述襯底7上，將所述N型半導(dǎo)體 層1設(shè)置在所述緩沖層8上；將所述發(fā)光層2設(shè)置在所述N型半導(dǎo)體層1上，將所述P型半 導(dǎo)體層3設(shè)置在所述發(fā)光層2上；
[0044] 第二步：將芯片清洗后，依次經(jīng)過勻膠、軟烤、曝光、顯影、堅膜后采用電感耦合等 離子體刻蝕形成芯片體，所述刻蝕過程的工藝參數(shù)為：ICP功率為500W，RF功率為80W，腔體 壓力為5mtorr，BC1 3流量為lOsccm，Cl2流量為50sccm，刻蝕時間為1. 5-2. 5min ;然后取出 放入去膠液中浸泡15min，將芯片表面的光刻膠洗凈，沖水甩干；
[0045] 第三步：將所述透明導(dǎo)電層4通過蒸發(fā)臺或者濺射鍍膜法鍍在所述P型半導(dǎo)體層 3上，然后經(jīng)過勻膠、軟烤、曝光、顯影以及堅膜后，用IT0蝕刻液腐蝕出現(xiàn)圖形，然后放入去 膠液中浸泡15min，將芯片表面的光刻膠洗凈，沖水甩干得到第一芯片體；
[0046] 第四步：然后第一芯片體經(jīng)過勻膠、軟烤、曝光、硬烤以及顯影制作出圖形，將所述 P電極5以及所述N電極6分別通過蒸發(fā)臺或者濺射鍍膜法分別設(shè)置在所述透明導(dǎo)電層4 以及所述N型半導(dǎo)體層1上，然后通過金屬剝離的方法去除不需要金屬的部分的金屬，然后 放入去膠液中浸泡15min，將芯片表面的光刻膠洗凈，沖水甩干，得到第二芯片體；
[0047] 第五步：將所述第二芯片體的上部通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積法沉積出保護 層9,最后通過勻膠、軟烤、曝光、顯影以及堅膜后用Β0Ε腐蝕出圖形，然后放入去膠液中浸 泡15min，將第二芯片體的表面上的光刻膠洗凈，沖水甩干，得到芯片產(chǎn)品；
[0048] 以上方法中使用的溶液或儀器均為業(yè)內(nèi)常規(guī)技術(shù)。
[0049] 通過上述方法，得到具有電流阻擋層的八個產(chǎn)品，分別標(biāo)號為Dl、D2、D3、D4、D5、 D6、D7以及D8,此八個產(chǎn)品的不同點僅在于凹槽31的深度h的不同，詳見表1。
[0050] 采用現(xiàn)有技術(shù)，得到四個產(chǎn)品，分別標(biāo)號為HI、H2、H3以及H4,此四個產(chǎn)品均無電 流阻擋層，詳見表1。
[0051] 表皿-D8與H1-H4的發(fā)光二極管芯片的亮度比較表
[0052]

【權(quán)利要求】
1. 一種新型發(fā)光二極管芯片，其特征在于：包括N型半導(dǎo)體層（1)、發(fā)光層（2)、P型半 導(dǎo)體層（3)、透明導(dǎo)電層（4)、P電極（5)以及N電極（6)，所述N型半導(dǎo)體層（1)、發(fā)光層 (2)、P型半導(dǎo)體層（3)以及透明導(dǎo)電層（4)沿軸線（L)方向由下至上依次設(shè)置；所述P電 極（5)設(shè)置在所述透明導(dǎo)電層（4)上；所述N電極（6)設(shè)置在所述N型半導(dǎo)體層（1)上； 所述P型半導(dǎo)體層（3)的上表面上設(shè)有凹槽（31)，所述凹槽（31)位于所述P電極（5) 的正下方； 所述凹槽（31)在垂直于所述軸線（L)上的橫截面的面積為所述P電極（5)在垂直于 所述軸線（L)上的橫截面的面積的1.0-5. 0倍，所述凹槽（31)在軸線（L)方向的深度（h) 為所述P型半導(dǎo)體層（3)在軸線（L)方向的厚度（Η)的0. 1-0. 8倍。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型發(fā)光二極管芯片，其特征在于：所述凹槽（31)在垂直于 所述軸線（L)上的橫截面的面積為所述Ρ電極（5)在垂直于所述軸線（L)上的橫截面的面 積的1. 0-2. 0倍，其表面粗糙度為0-100。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型發(fā)光二極管芯片，其特征在于：所述凹槽（31)在軸線 (L)方向的深度為l〇〇nm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型發(fā)光二極管芯片，其特征在于：所述P電極（5)以及所 述N電極（6)的結(jié)構(gòu)均為反射電極結(jié)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型發(fā)光二極管芯片，其特征在于：所述反射電極結(jié)構(gòu)為鎳/ 鋁或鎳/銀，其連接線為金屬線，其焊線的材質(zhì)為金。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型發(fā)光二極管芯片，其特征在于：所述透明導(dǎo)電層（4)為 氧化銦錫薄膜。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項所述的新型發(fā)光二極管芯片，其特征在于：還包括襯底 (7)、緩沖層（8)以及保護層（9)，所述緩沖層（8)設(shè)置在所述N型半導(dǎo)體層（1)的下方；所 述襯底（7)設(shè)置在所述緩沖層（8)的下方；所述保護層（9)設(shè)置在所述透明導(dǎo)電層（4)的 上方，所述P電極（5)貫穿所述保護層（9)設(shè)置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的新型發(fā)光二極管芯片，其特征在于：所述保護層（9)為二氧 化硅保護層。
9. 一種如權(quán)利要求7所述的新型發(fā)光二極管芯片的制作方法，其特征在于：包括以下 步驟： 步驟一：沿軸線（L)方向，將所述緩沖層（8)設(shè)置在所述襯底（7)上，將所述N型半導(dǎo) 體層（1)設(shè)置在所述緩沖層（8)上；將所述發(fā)光層（2)設(shè)置在所述N型半導(dǎo)體層（1)上，將 所述P型半導(dǎo)體層（3)設(shè)置在所述發(fā)光層（2)上； 步驟二：采用電感耦合等離子體將芯片進行刻蝕形成芯片體，所述刻蝕過程的工藝參 數(shù)為：ICP功率為500W，RF功率為80W，腔體壓力為量為1〇8〇〇11，(：12流量為 50sccm，刻蝕時間為 1. 5-2. 5min ; 步驟三：將所述透明導(dǎo)電層（4)通過蒸發(fā)臺或者濺射鍍膜法鍍在所述P型半導(dǎo)體層 ⑶上后，依次經(jīng)過勻膠、軟烤、曝光、顯影以及堅膜過程；用IT0蝕刻液腐蝕出現(xiàn)圖形后放 入去膠液中浸泡15min，將芯片表面的光刻膠洗凈，沖水甩干，得到第一芯片體； 步驟四：將所述P電極（5)以及所述N電極（6)分別通過蒸發(fā)臺或者濺射鍍膜法分別 設(shè)置在所述透明導(dǎo)電層（4)以及所述N型半導(dǎo)體層（1)上，得到第二芯片體； 步驟五：將所述第二芯片體的上部通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積法沉積出保護層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的新型發(fā)光二極管芯片的制作方法，其特征在于：所述采用電 感耦合等離子體刻蝕形成芯片體過程之前先將芯片依次進行清洗、勻膠、曝光、顯影以及堅 膜過程。
【文檔編號】H01L33/12GK104064647SQ201410327536
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】何鵬 申請人:湘能華磊光電股份有限公司