CN104218124A - Led芯片的制备方法和led芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种LED芯片的制备方法和LED芯片，能够有效提高芯片发光亮度。方案为：在衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、有源层、P型半导体层；在芯片发光区内部移除部分P型半导体层和有源层，使得部分N型半导体层裸露形成第一通孔；在P型半导体层上制作透明导电层，并移除透明导电层位于第一通孔内N型半导体层上覆盖的部分，移除部分透明导电层使得部分P型半导体层裸露形成第二通孔；在透明导电层上制作绝缘层，并移除位于第一通孔内N型半导体层上覆盖的部分；在第一通孔上形成第一反射电极，并在第二通孔上形成第二反射电极，第一反射电极与裸露的N型半导体层形成欧姆接触，第二反射电极与裸露的P型半导体层形成欧姆接触。
Description
技术领域
本发明涉及芯片技术，尤其涉及一种LED芯片的制备方法和LED芯片。
背景技术
基于蓝宝石衬底的正装LED芯片，由于结构简单，可靠性高，工艺成熟稳定，因而长期被业界普遍采用。正装LED芯片的金属焊线层(金属电极)分别位于P型半导体层和N型半导体层之上。为满足封装焊线的需要，金属电极往往被设计成特定的形状，以及能够提供焊线工艺需求的最小尺寸。P型半导体层之上的P型电极会对由有源层发射出来的光形成遮挡，尺寸过大不利于出光。而N型半导体层之上的N型电极由于需要与N型半导体层接触，需要移除掉一部分有源层和一部分P型半导体层，这对于芯片亮度来说是一种不可避免的损失。尤其对于小尺寸LED芯片来说，这部分移除掉的面积往往占芯片面积很大的比例。
鉴于这种结构上的限制，为了最大幅度的提升芯片的发光亮度，技术人员采用了很多改进方法，例如采用反射电极，以及增加电流阻挡层。反射电极是对传统金属电极结构的一种改进形式。一般自下而上由黏附层、金属反射层、过渡层、焊线层叠加构成。其中金属反射层具有较高的反射率，使得经由有源区发射出来的光在射向P型电极底部时，能有机会通过金属反射层的反射而被射出。事实证明，反射电极与普通电极相比，能提高3％左右的芯片亮度。电流阻挡层被设置在P型电极的底部，使得P型电极与P型半导体层相互隔离无电流通过，这样P型电极底部的有源层由于没有电流的注入而不发光，电流阻挡层的加入限制了电流扩展的路径，提高了芯片其他区域的电流密度，从而提高了芯片亮度。然而上述提高亮度的改进都是针对P型电极做出的，对于N型电极来说，现有技术尚没有有效的方法加以改进，进而提高芯片亮度。
发明内容
本发明实施例提供的LED芯片的制备方法和LED芯片，能够有效地提高芯片亮度。
第一方面，本发明实施例提供的LED芯片的制备方法，所述方法包括：在衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、有源层、P型半导体层；
在芯片发光区内部移除部分所述P型半导体层和所述有源层，使得部分所述N型半导体层裸露形成第一通孔；
在所述P型半导体层之上制作透明导电层，并移除所述透明导电层位于所述第一通孔内所述N型半导体层上覆盖的部分，移除部分所述透明导电层使得部分所述P型半导体层裸露形成第二通孔；
在所述透明导电层之上制作绝缘层，并移除所述绝缘层位于所述第一通孔内所述N型半导体层上覆盖的部分；
在所述第一通孔上形成第一反射电极，并在所述第二通孔上形成第二反射电极，所述第一反射电极与所述裸露的N型半导体层形成欧姆接触，所述第二反射电极与所述裸露的P型半导体层形成欧姆接触。
如上所述的方法，其中，所述在芯片发光区内部移除部分所述P型半导体层和所述有源层，使得部分所述N型半导体层裸露形成第一通孔包括：
在所述芯片发光区内部通过光刻和等离子刻蚀的方式移除部分所述P型半导体层和所述有源层，使得部分所述N型半导体层裸露形成第一通孔，所述第一通孔的尺寸小于所述第一反射电极的尺寸，所述第一通孔的刻蚀深度为10000-15000A。
如上所述的方法，其中，所述在所述P型半导体层之上制作透明导电层，并移除所述透明导电层位于所述第一通孔内所述N型半导体层上覆盖的部分，移除部分所述透明导电层使得部分所述P型半导体层裸露形成第二通孔包括：
通过电子束蒸发、溅镀形成所述透明导电层，再通过光刻、湿法蚀刻的方式移除所述透明导电层位于所述第一通孔内所述N型半导体层上覆盖的部分以及移除部分所述透明导电层使得部分所述P型半导体层裸露形成第二通孔；所述透明导电层的材料包括以下中的至少一种：ITO、ZnO、AZO、FTO、TCO，且所述透明导电层的厚度为30-500nm。
如上所述的方法，其中，所述在所述透明导电层之上制作绝缘层，并移除所述绝缘层位于所述第一通孔内所述N型半导体层上覆盖的部分包括：
通过电子束蒸发、溅射、气相沉积的方式在所述第一反射电极所在区域形成所述绝缘层，再通过光刻、湿法蚀刻的方式移除所述绝缘层位于所述第一通孔内所述N型半导体层上覆盖的部分；或者
通过电子束蒸发、溅射、气相沉积的方式在所述芯片的整个表面形成所述绝缘层，再通过光刻、湿法蚀刻的方式移除所述绝缘层位于所述第一通孔内所述N型半导体层上覆盖的部分以及移除所述绝缘层位于所述第二通孔内所述P型半导体层上覆盖的部分。
如上所述的方法，其中，所述绝缘层完全覆盖所述第一通孔内由所述P型半导体层、所述有源层、所述N型半导体层形成的侧壁。
如上所述的方法，其中，所述绝缘层至少覆盖所述第一通孔内裸露的N型半导体层与所述侧壁的交界处，并部分覆盖所述第一通孔内裸露的N型半导体层。
如上所述的方法，其中，所述绝缘层的材料包括以下中的至少一种：SiO2、Si3N4、Al2O3。
如上所述的方法，其中，所述在所述第一通孔上形成第一反射电极，并在所述第二通孔上形成第二反射电极包括：
通过电子束蒸发和剥离的方式在所述第一通孔上形成所述第一反射电极以及在所述第二通孔上形成所述第二反射电极，所述第一反射电极和所述第二反射电极的材料包括以下中的至少一种：Ti、Al、Cr、Pt、Au、Ni、Ag，所述第一反射电极和所述第二反射电极厚度为1-3um。
如上所述的方法，其中，在所述P型半导体层与所述第二反射电极之间设置有电流阻挡层用于提高发光亮度。
第二方面，本发明实施例还提供一种LED芯片，所述LED芯片采用本法实施例提供的LED芯片的制备方法制得。
本发明实施例提供的LED芯片的制备方法和LED芯片，在衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、有源层、P型半导体层；在芯片发光区内部移除部分所述P型半导体层和所述有源层，使得部分所述N型半导体层裸露形成第一通孔；在所述P型半导体层之上制作透明导电层，并移除所述透明导电层位于所述第一通孔内所述N型半导体层上覆盖的部分，移除部分所述透明导电层使得部分所述P型半导体层裸露形成第二通孔；在所述透明导电层之上制作绝缘层，并移除所述绝缘层位于所述第一通孔内所述N型半导体层上覆盖的部分；在所述第一通孔上形成第一反射电极，并在所述第二通孔上形成第二反射电极，所述第一反射电极与所述裸露的N型半导体层形成欧姆接触，所述第二反射电极与所述裸露的P型半导体层形成欧姆接触。减少了芯片中需要被移除的有源区面积从而增加了发光面积，N型第一反射电极不会遮挡芯片侧壁从而增加了出光量，有效地提高了芯片发光亮度。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a为现有的LED芯片的正面结构示意图；
图1b为现有的LED芯片的剖面结构示意图；
图2为本发明实施例提供的LED芯片的制备方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的LED芯片的制备方法的步骤S102的效果示意图；
图4a为本发明实施例提供的LED芯片的正面结构示意图；
图4b为本发明实施例提供的LED芯片的剖面结构示意图；
图5为本发明实施例提供的LED芯片的制备方法的步骤S103的效果示意图；
图6为本发明实施例提供的LED芯片的制备方法的步骤S104的效果示意图一；
图7为本发明实施例提供的LED芯片的制备方法的步骤S104的效果示意图二；
图8为本发明实施例提供的LED芯片的制备方法的步骤S105的效果示意图；
图9为本发明实施例提供的LED芯片的另一剖面结构示意图。
附图标记说明：
000：衬底；
001：N型半导体层；
002：有源层；
003：P型半导体层；
004：由P型半导体层、有源层、N型半导体层形成的侧壁；
101：电流阻挡层；
102：透明导电层；
103：绝缘层；
104：第一反射电极；
105：第二反射电极；
201：表示在步骤S102中移除芯片发光区域内部分P型半导体层和有源层形成的第一通孔；
202：表示在步骤S103中移除部分透明导电层形成的第二通孔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
在介绍本发明实施例提供的技术方案前，先介绍下相关的现有技术，图1a和图1b分别为现有技术的LED芯片正面结构示意图及剖面结构示意图。其中104、105为金属反射电极。通常而言电极尺寸被设计为70-120um。由于N型的第一反射电极104需要与N型半导体层001形成欧姆接触，因此需要事先将第一反射电极104所在位置的P型半导体层003和有源层002移除而露出N型半导体层001，且移除的面积需略大于N型的第一反射电极104的面积(参见图1a)。对于较小尺寸芯片来说，被移除的这部分芯片的发光区域约占整个芯片面积的15％至20％；对于P型的第二反射电极105来说，其底部的有源层002发出的光线会被第二反射电极105底部反射从而有机会再次射出。同时，现有的芯片结构中N型的第一反射电极104紧邻在芯片的一侧，容易对其所在位置所对应的PN结侧壁004所发出的光线形成遮挡和吸收(参见图1b)，影响芯片的侧面出光量。
本发明实施例提供的LED芯片的制备方法，如图2所示，该方法包括：
S101、在衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、有源层、P型半导体层。
示例性的，在蓝宝石衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、有源层、P型半导体层形成LED芯片的外延层。
S102、在芯片发光区内部移除部分P型半导体层和有源层，使得部分N型半导体层裸露形成第一通孔。
具体的，如图3所示，在芯片发光区内部通过光刻和等离子刻蚀的方式移除部分P型半导体层和有源层，使得部分N型半导体层裸露形成第一通孔，第一通孔的尺寸小于第一反射电极的尺寸，第一通孔的刻蚀深度为10000-15000A。其中，第一通孔201位于芯片发光区内部，形状可以是方形、圆形、多边形或者及多种图形的组合，也可以与预设的第一反射电极104形状相同。
需要说明的是，本发明实施例提供的技术方案中，LED芯片中同样需要移除部分P型半导体层003和有源层002，但是与现有技术不同的是：移除的位置位于芯片发光区内部，并且移除的面积可以远小于第一反射电极104的面积，在透明导电层102的帮助下，将会有更多的、额外被保留的有源区面积用于发光。另外，图3中第一通孔的位置仅是示意性的，在实际中，本领域技术人员可以根据需要在芯片发光区域内除第二通孔外的任意区域刻蚀形成第一通孔，本发明实施例对此不做限制。
图4a和图4b分别为根据本发明实施例提供的LED芯片的制备方法制得的LED芯片的正面结构示意图及剖面结构示意图。从图4a可以看出该LED芯片具有相比图1a更长的侧壁004，更重要的是第一反射电极104不会对该侧壁004形成遮挡，值得一提的是，这些额外的被保留的有源区所发射出来的光，亦并非100％被射出。在垂直方向上，大部分光线会被第一反射电极104所遮挡，依靠第一反射电极104的多次反射，被遮挡的这部分光将再次获得射出的机会(参见图4b)，从而能最大幅度的提升芯片的发光亮度。
S103、在P型半导体层之上制作透明导电层，并移除透明导电层位于第一通孔内N型半导体层上覆盖的部分，移除部分透明导电层使得部分P型半导体层裸露形成第二通孔。
具体的，如图5所示，通过电子束蒸发、溅镀形成透明导电层，再通过光刻、湿法蚀刻的方式移除透明导电层位于第一通孔内N型半导体层上覆盖的部分以及移除部分透明导电层使得部分P型半导体层裸露形成第二通孔；透明导电层的材料包括以下中的至少一种：ITO、ZnO、AZO、FTO、TCO，且透明导电层的厚度为30-500nm。
S104、在透明导电层之上制作绝缘层，并移除绝缘层位于第一通孔内N型半导体层上覆盖的部分。
具体的，如图6所示的绝缘层形状为本发明实施例中较为精简的实施方案，绝缘层仅位于第一反射电极104所处位置，保护层完全覆盖住第一电极下方的透明导电层、PN结，而仅使得第一通孔201内部分N型半导体层裸露。这样位于部分N型半导体层上方的第一反射电极104仅能与该部分N型半导体层形成欧姆接触，而与透明导电层以及通孔内部的PN结均保持隔离。
如图7所示的绝缘层形状为本发明实施例中较为全面的实施方案，绝缘层整面覆盖在芯片表面，而仅使得第一通孔内部分N型半导体层和第二通孔内部分P型半导体层露出。同样的，第一反射电极104所在位置同样具有图6所示的结构特征。
另外，绝缘层完全覆盖第一通孔内由P型半导体层、有源层、N型半导体层形成的侧壁，绝缘层至少覆盖第一通孔内裸露的N型半导体层与侧壁的交界处，并部分覆盖第一通孔内裸露的N型半导体层。其目的在于保护因部分移除P型半导体层、有源层而形成的通孔内部的PN结。举例说明，假定第一反射电极104预设的尺寸为90um，则绝缘层部分覆盖第一通孔内裸露的N型半导体层时需保证该裸露的N型半导体层内与第一反射电极104的形状尺寸向外扩5-10um的区域不被绝缘层覆盖即可。上述绝缘层的材料包括以下中的至少一种：SiO2、Si3N4、Al2O3。
S105、在第一通孔上形成第一反射电极，并在第二通孔上形成第二反射电极，第一反射电极与裸露的N型半导体层形成欧姆接触，第二反射电极与裸露的P型半导体层形成欧姆接触。
具体的，如图8所示，通过电子束蒸发和剥离的方式在第一通孔上形成第一反射电极以及在第二通孔上形成第二反射电极，第一反射电极和第二反射电极的材料包括以下中的至少一种：Ti、Al、Cr、Pt、Au、Ni、Ag，第一反射电极和第二反射电极厚度为1-3um。
最后，根据上述实施例提供的方法制得的LED芯片的剖面示意图如图9所示。如图9所示，可以在P型的第二反射电极105下方设置有电流阻挡层101使得P型的第二反射电极105与P型半导体层003相互隔离无电流通过。这样第二反射电极105底部的有源层002由于没有电流的注入而不发光，提高了芯片其他区域的电流密度，从而可以提高芯片发光亮度。
另外，通过图9所示的LED芯片的剖面示意图可以看出，相比现有的LED芯片具有以下优点：
1、LED芯片中需要被移除的面积大幅度减小，增加了电流扩展区域和发光面积；
2、在芯片的上方自上而下观察，第一反射电极被设置于芯片发光区域内部的N型半导体层及绝缘层之上，增加了芯片外侧壁的边长，并且对芯片外侧壁出光没有形成遮挡，增加了芯片外侧壁的出光量。
3、第一反射电极104下方被保留的部分有源区可以发光，发出的光线可经第一反射电极104金属反射层的反射使得有机会从底部或者侧壁或者其他方向射出。
4、由于有源区面积增大也即电流扩展区域增大，同样驱动电流下有源区的电流密度降低，从而芯片的正向电压也会明显降低。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种LED芯片的制备方法，其特征在于，包括：
在衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、有源层、P型半导体层；
在芯片发光区内部移除部分所述P型半导体层和所述有源层，使得部分所述N型半导体层裸露形成第一通孔；
在所述P型半导体层之上制作透明导电层，并移除所述透明导电层位于所述第一通孔内所述N型半导体层上覆盖的部分，移除部分所述透明导电层使得部分所述P型半导体层裸露形成第二通孔；
在所述透明导电层之上制作绝缘层，并移除所述绝缘层位于所述第一通孔内所述N型半导体层上覆盖的部分；
在所述第一通孔上形成第一反射电极，并在所述第二通孔上形成第二反射电极，所述第一反射电极与所述裸露的N型半导体层形成欧姆接触，所述第二反射电极与所述裸露的P型半导体层形成欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在芯片发光区内部移除部分所述P型半导体层和所述有源层，使得部分所述N型半导体层裸露形成第一通孔包括：
在所述芯片发光区内部通过光刻和等离子刻蚀的方式移除部分所述P型半导体层和所述有源层，使得部分所述N型半导体层裸露形成第一通孔，所述第一通孔的尺寸小于所述第一反射电极的尺寸，所述第一通孔的刻蚀深度为10000-15000A。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述P型半导体层之上制作透明导电层，并移除所述透明导电层位于所述第一通孔内所述N型半导体层上覆盖的部分，移除部分所述透明导电层使得部分所述P型半导体层裸露形成第二通孔包括：
通过电子束蒸发、溅镀形成所述透明导电层，再通过光刻、湿法蚀刻的方式移除所述透明导电层位于所述第一通孔内所述N型半导体层上覆盖的部分以及移除部分所述透明导电层使得部分所述P型半导体层裸露形成第二通孔；所述透明导电层的材料包括以下中的至少一种：ITO、ZnO、AZO、FTO、TCO，且所述透明导电层的厚度为30-500nm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述透明导电层之上制作绝缘层，并移除所述绝缘层位于所述第一通孔内所述N型半导体层上覆盖的部分包括：
通过电子束蒸发、溅射、气相沉积的方式在所述第一反射电极所在区域形成所述绝缘层，再通过光刻、湿法蚀刻的方式移除所述绝缘层位于所述第一通孔内所述N型半导体层上覆盖的部分；或者
通过电子束蒸发、溅射、气相沉积的方式在所述芯片的整个表面形成所述绝缘层，再通过光刻、湿法蚀刻的方式移除所述绝缘层位于所述第一通孔内所述N型半导体层上覆盖的部分以及移除所述绝缘层位于所述第二通孔内所述P型半导体层上覆盖的部分。
5.根据权利要求1至4任一所述的方法，其特征在于，所述绝缘层完全覆盖所述第一通孔内由所述P型半导体层、所述有源层、所述N型半导体层形成的侧壁。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述绝缘层至少覆盖所述第一通孔内裸露的N型半导体层与所述侧壁的交界处，并部分覆盖所述第一通孔内裸露的N型半导体层。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绝缘层的材料包括以下中的至少一种：SiO2、Si3N4、Al2O3。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述第一通孔上形成第一反射电极，并在所述第二通孔上形成第二反射电极包括：
通过电子束蒸发和剥离的方式在所述第一通孔上形成所述第一反射电极以及在所述第二通孔上形成所述第二反射电极，所述第一反射电极和所述第二反射电极的材料包括以下中的至少一种：Ti、Al、Cr、Pt、Au、Ni、Ag，所述第一反射电极和所述第二反射电极厚度为1-3um。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述P型半导体层与所述第二反射电极之间设置有电流阻挡层用于提高发光亮度。
10.一种LED芯片，其特征在于，所述LED芯片采用如权利要求1至9任一所述的方法制得。
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