CN103280501A - Led芯片及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种LED芯片及其制造方法，所述LED芯片至少包括基板，所述基板自下而上依次包括衬底、N型半导体层、发光层及P型半导体层；所述基板上形成有一底部到达所述N型半导体层中的凹陷区域；所述P型半导体层上形成有采用溅射法形成的第一ITO透明导电层，所述第一ITO透明导电层上形成有采用真空电子蒸镀法形成的第二ITO透明导电层；所述第二ITO透明导电层上形成有P电极；所述凹陷区域的N型半导体层上形成有N电极。本发明形成透明电极时采用溅射法与真空电子蒸镀法相结合的方式，其中第一ITO透明导电层可以提高LED芯片的亮度，而第二ITO透明导电层相对而言表面比较粗糙，与金属电极之间的粘附性很好，可以有效防止金属电极脱落的问题。

Description

LED芯片及其制造方法

技术领域

本发明属于半导体发光器件领域，涉及一种LED芯片及其制造方法。

背景技术

发光二极管（Light Emitting Diode，LED）具有体积小、效率高和寿命长等优点，在交通指示、户外全色显示等领域有着广泛的应用，尤其是LED以其优异的性能被业界普遍认为是第四代光源的理想选择，LED光源在发光效率、使用寿命、回应时间、环保等方面均优于白炽灯、荧光灯等传统光源。

ITO薄膜是一种高简并的n型半导体，自由载流子主要来源于Sn对In的替位式取代和氧空位，在晶格中，每一个Sn取代In的位置后会提供一个自由电子进入导带，同时氧空位也作为施主提供电子，因此，薄膜一般具有较高的载流子浓度和较低的电阻率，导电性能可以与金属导体相比。ITO薄膜的禁带宽度约为3．85 eV，在可见光波段透过率一般在85％以上，同时红外区(1.2 pm)的反射也可超过90％，对微波有明显的减弱作用。由于其良好的导电性和透光性，被广泛用于LED芯片透明电极薄膜上。

常用的制备ITO薄膜的技术有溅射法（sputter）和真空电子蒸镀法（E-gun）等，ITO薄膜的性能与制备方法及制备过程中的工艺参数密切相关，且能够通过后期处理改善其光电性能。

目前LED芯片制造中都是用真空电子蒸镀法制作ITO薄膜，简称E-gunITO。但为了进一步提高LED器件性能，进而研究用溅射法来制作ITO薄膜。由于溅射法制作出来的ITO薄膜结晶程度更完整，能够大大减少光在薄膜传播中由于晶界散射损失的光，从而提高了LED芯片的出光效率，但是这样制作出来的薄膜平整度相对蒸镀法提高很大，与金属电极的粘附性大大消弱，所以目前sputter ITO与金属电极之间存在脱落现象。

所以，如何在利用sputter ITO做透明电极提升芯片亮度的时候保证金属电极的不脱落是急需解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种LED芯片及其制造方法，用于解决现有技术中LED芯片亮度不高、金属电极容易脱落的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种LED芯片的制造方法，所述LED芯片的制造方法至少包括以下步骤：

1）提供一基板，所述基板自下而上依次包括衬底、N型半导体层、发光层及P型半导体层；

2）对所述基板进行部分刻蚀，在所述基板中形成一凹陷区域，所述凹陷区域底部到达所述N型半导体层中；

3）采用溅射法在所述P型半导体层上形成第一ITO透明导电层，再采用真空电子蒸镀法在所述第一ITO透明导电层上形成第二ITO透明导电层；

4）在所述第二ITO透明导电层上部分区域形成P电极，在所述凹陷区域的N型半导体层上部分区域形成N电极。

可选地，所述步骤3）中采用溅射法在所述P型半导体层上形成的第一ITO透明导电层的厚度范围是300~2500埃。

可选地，所述步骤3）中采用溅射法在所述P型半导体层上形成的第一ITO透明导电层在460nm波段的透光率大于或等于99.5%。

可选地，所述步骤3）中采用溅射法在所述P型半导体层上形成的第一ITO透明导电层的结晶结构为片状。

可选地，所述步骤3）中采用溅射法在所述P型半导体层上形成的第一ITO透明导电层的方块电阻范围是15~20Ω。

可选地，所述采用真空电子蒸镀法在所述第一ITO透明导电层上形成的第二ITO透明导电层的厚度范围是20~500埃。

可选地，所述P电极为Cr/Pt/Au三层结构。

可选地，所述P电极、N电极采用真空电子蒸渡法制备。

本发明还提供一种LED芯片，所述LED芯片至少包括基板，所述基板自下而上依次包括衬底、N型半导体层、发光层及P型半导体层；所述基板上形成有一底部到达所述N型半导体层中的凹陷区域；所述P型半导体层上形成有采用溅射法形成的第一ITO透明导电层，所述第一ITO透明导电层上形成有采用真空电子蒸镀法形成的第二ITO透明导电层；所述第二ITO透明导电层上形成有P电极；所述凹陷区域的N型半导体层上形成有N电极。

可选地，所述采用溅射法形成的第一ITO透明导电层的厚度范围是300~2500埃，所述采用真空电子蒸镀法形成的第二ITO透明导电层的厚度范围是20~500埃。

如上所述，本发明的LED芯片及其制造方法，具有以下有益效果：在LED芯片制作中，形成透明电极时采用溅射法与真空电子蒸镀法相结合的方式，即先采用溅射法形成第一ITO透明导电层、然后采用真空电子蒸镀法形成第二ITO透明导电层，其中第一ITO透明导电层可以提高LED芯片的亮度，而第二ITO透明导电层相对而言表面比较粗糙，与金属电极之间的粘附性很好，可以有效防止金属电极脱落的问题。

附图说明

图1显示为本发明的LED芯片的制作方法中基板的剖面示意图。

图2显示为本发明的LED芯片的制作方法中在基板中形成凹陷区域的示意图。

图3显示为本发明的LED芯片的制作方法中采用溅射法形成第一ITO透明导电层、采用真空电子蒸镀法形成第二ITO透明导电层的示意图。

图4显示为本发明的LED芯片的制作方法中采用溅射法形成的第一ITO透明导电层的表面形貌图。

图5显示为本发明的LED芯片的制作方法中采用真空电子蒸镀法形成的第二ITO透明导电层的表面形貌图。

图6显示为本发明的LED芯片的剖面示意图。

元件标号说明

1基板

11衬底

12N型半导体层

13发光层

14P型半导体层

15凹陷区域

2第一ITO透明导电层

3第二ITO透明导电层

4P电极

5N电极

41，51Cr金属层

42，52Pt金属层

43，53Au金属层

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明提供一种LED芯片的制造方法，所述LED芯片的制造方法至少包括以下步骤：

步骤1），请参阅图1，提供一基板1，所述基板自下而上依次包括衬底11、N型半导体层12、发光层13及P型半导体层14；

具体的，所述衬底11可以是蓝宝石衬底，也可以是其它半导体衬底，例如硅衬底或SOI。所述N型半导体层12为N-GaN层，所述发光层13为多重量子阱，其材料可为In掺杂的GaN，所述P型半导体层14为P-GaN层。

步骤2），请参阅图2，对所述基板1进行部分刻蚀，在所述基板1中形成一凹陷区域15，所述凹陷区域15底部到达所述N型半导体层12中；

具体的，采用常规的MESA（平台）刻蚀在所述基板1中形成所述凹陷区域15，所述N型半导体层12部分被刻蚀掉。

步骤3），请参阅图3，采用溅射法在所述P型半导体层14上形成第一ITO透明导电层2，再采用真空电子蒸镀法在所述第一ITO透明导电层2上形成第二ITO透明导电层3；

具体的，采用溅射法在所述P型半导体层上形成的第一ITO透明导电层2的厚度范围是300~2500埃，其在460nm波段的透光率大于或等于99.5%，所述第一ITO透明导电层2的结晶结构为片状，方块电阻范围是15~20Ω。请参阅图4，显示为本发明的LED芯片的制作方法中采用溅射法形成的第一ITO透明导电层2的表面形貌图，可看出所述第一ITO透明导电层2的结晶结构为片状，表面比较平整。

本步骤中采用溅射法形成所述第一ITO透明导电层2，通过该方法形成的第一ITO透明导电层2的结晶程度更完整，能够大大减少光在ITO透明导电层传播中由于晶界散射损失的光，从而可以提高制作出的发光二极管芯片的出光效率。

具体的，采用真空电子蒸镀法在所述第一ITO透明导电层2上形成的第二ITO透明导电层3的厚度范围是20~500埃。请参阅图5，显示为本发明的LED芯片的制作方法中采用真空电子蒸镀法形成的第二ITO透明导电层3的表面形貌图，可看出所述第二ITO透明导电层3表面比较粗糙。

本发明中，所述第一ITO透明导电层2及所述第二ITO透明导电层3共同作为透明电极，在沉积所述第二ITO透明导电层3之后通常还包括常规的透明电极刻蚀，此为本领域的公知常识，此处不再赘述。

步骤4），请参阅图6，在所述第二ITO透明导电层3上部分区域形成P电极4，在所述凹陷区域15的N型半导体层12上部分区域形成N电极5。

具体的，先进行N/P光罩，然后进行金属蒸镀、金属剥离形成所述P电极4及所述N电极5，此为本领域的常用技术手段，此处不再赘述。

具体的，所述P电极4为Cr/Pt/Au三层结构。所述N电极5也为金属电极。本实施例中，所述P电极4自下而上依次包括Cr金属层41、Pt金属层42及Au金属层43，所述N电极5优选为自下而上依次包括Cr金属层51、Pt金属层52及Au金属层53。所述P电极4、N电极5采用真空电子蒸渡法制备而成。

由于上一步中采用真空电子蒸镀法形成的第二ITO透明导电层3表面比较粗糙，与P电极4底层的之间的Cr金属层41粘附性比较好，所述第二ITO透明导电层3与P电极4可形成嵌入式接触，机械力较大，有效防止电极的脱落。

最后，可以在所述步骤5)形成的结构上沉积钝化层如二氧化硅层等，开双孔光罩后对所述钝化层进行刻蚀，最终形成发光二极管芯片，此为本领域的常用手段，此处不再赘述。

表1

本实施例中，所述第一ITO透明导电层2的厚度范围优选为1020~1280埃，所述第二ITO透明导电层3的厚度范围优选为20~80埃。请参阅表1，显示为常规采用真空电子蒸镀法形成透明电极的LED芯片与本发明的采用溅射法与真空电子蒸镀法相结合形成透明电极的LED芯片的性能对比数据。可以看出，本发明的采用溅射法与真空电子蒸镀法相结合形成透明电极的LED芯片相对于常规采用真空电子蒸镀法形成透明电极的LED芯片，出光效率提高了4.95%。

本发明的LED芯片的制造方法中，形成透明电极时采用溅射法与真空电子蒸镀法相结合的方式，即先采用溅射法形成第一ITO透明导电层、然后采用真空电子蒸镀法形成第二ITO透明导电层，其中第一ITO透明导电层可以提高LED芯片的亮度，而第二ITO透明导电层相对而言表面比较粗糙，与金属电极之间的粘附性很好，可以有效防止金属电极脱落的问题。

本发明还提供一种LED芯片，请参阅图6，所述LED芯片至少包括基板1，所述基板1自下而上依次包括衬底11、N型半导体层12、发光层13及P型半导体层14；所述基板1上形成有一底部到达所述N型半导体层12中的凹陷区域；所述P型半导体层14上形成有采用溅射法形成的第一ITO透明导电层2，所述第一ITO透明导电层2上形成有采用真空电子蒸镀法形成的第二ITO透明导电层3；所述第二ITO透明导电层3上形成有P电极4；所述凹陷区域的N型半导体层12上形成有N电极5。

具体的，所述采用溅射法形成的第一ITO透明导电层的厚度范围是300~2500埃，所述采用真空电子蒸镀法形成的第二ITO透明导电层的厚度范围是20~500埃。

本发明的LED芯片中的透明电极中包括溅射法形成的ITO与真空电子蒸镀法形成的ITO透明导电层，其中溅射法形成的ITO透明导电层结晶程度更完整，能够大大减少光在ITO透明导电层传播中由于晶界散射损失的光，从而可以提高制作出的发光二极管芯片的出光效率，而真空电子蒸镀法形成的ITO透明导电层表面较粗糙，可以与金属电极之间形成嵌入式接触，机械力较大，有效防止金属电极的脱落。

综上所述，本发明的LED芯片及其制造方法在LED芯片制作中，形成透明电极时采用溅射法与真空电子蒸镀法相结合的方式，即先采用溅射法形成第一ITO透明导电层、然后采用真空电子蒸镀法形成第二ITO透明导电层，其中第一ITO透明导电层可以提高LED芯片的亮度，而第二ITO透明导电层相对而言表面比较粗糙，与金属电极之间的粘附性很好，可以有效防止金属电极脱落的问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种LED芯片的制造方法，其特征在于，所述LED芯片的制造方法至少包括以下步骤：

1）提供一基板，所述基板自下而上依次包括衬底、N型半导体层、发光层及P型半导体层；

2）对所述基板进行部分刻蚀，在所述基板中形成一凹陷区域，所述凹陷区域底部到达所述N型半导体层中；

3）采用溅射法在所述P型半导体层上形成第一ITO透明导电层，再采用真空电子蒸镀法在所述第一ITO透明导电层上形成第二ITO透明导电层；

4）在所述第二ITO透明导电层上部分区域形成P电极，在所述凹陷区域的N型半导体层上部分区域形成N电极。

2.根据权利要求1所述的LED芯片的制造方法，其特征在于：所述步骤3）中采用溅射法在所述P型半导体层上形成的第一ITO透明导电层的厚度范围是300~2500埃。

3.根据权利要求1所述的LED芯片的制造方法，其特征在于：所述步骤3）中采用溅射法在所述P型半导体层上形成的第一ITO透明导电层在460nm波段的透光率大于或等于99.5%。

4.根据权利要求1所述的LED芯片的制造方法，其特征在于：所述步骤3）中采用溅射法在所述P型半导体层上形成的第一ITO透明导电层的结晶结构为片状。

5.根据权利要求1所述的LED芯片的制造方法，其特征在于：所述步骤3）中采用溅射法在所述P型半导体层上形成的第一ITO透明导电层的方块电阻范围是15~20Ω。

6.根据权利要求1所述的LED芯片的制造方法，其特征在于：所述采用真空电子蒸镀法在所述第一ITO透明导电层上形成的第二ITO透明导电层的厚度范围是20~500埃。

7.根据权利要求1所述的LED芯片的制造方法，其特征在于：所述P电极为Cr/Pt/Au三层结构。

8.根据权利要求1所述的LED芯片的制造方法，其特征在于：所述P电极、N电极采用真空电子蒸渡法制备。

9.一种LED芯片，其特征在于：所述LED芯片至少包括基板，所述基板自下而上依次包括衬底、N型半导体层、发光层及P型半导体层；所述基板上形成有一底部到达所述N型半导体层中的凹陷区域；所述P型半导体层上形成有采用溅射法形成的第一ITO透明导电层，所述第一ITO透明导电层上形成有采用真空电子蒸镀法形成的第二ITO透明导电层；所述第二ITO透明导电层上形成有P电极；所述凹陷区域的N型半导体层上形成有N电极。

10.根据权利要求9所述的LED芯片，其特征在于：所述采用溅射法形成的第一ITO透明导电层的厚度范围是300~2500埃，所述采用真空电子蒸镀法形成的第二ITO透明导电层的厚度范围是20~500埃。

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