CN104319333A - 一种具有高反射电极的led芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有高反射电极的LED芯片，包括生长在衬底上的n型半导体层、多量子阱有源区和p型半导体层，n型半导体层制作有n型电极，p型半导体层上制作p型电极，其特征在于：所述的p型电极包括依次制作在p型半导体层上的透明导电层、粘附性电流阻挡层、金属反光层、金属粘附层、金属接触层和绝缘保护层，同时介绍了该LED芯片的制作方法。本发明利用高反射率金属反光层减少金属电极对光的吸收，又把大量的光反射到其他发光表面，提高光的萃取效率，同时利用粘附性电流阻挡层解决电流拥堵问题，提高电流注入的均匀性，避免局部过热，而粘附性电流阻挡层能提高与反射金属的粘附性，最终综合提高了LED的发光效率和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及LED芯片技术领域，特别是一种具有高反射电极的LED芯片及其制备方法。
背景技术
LED是将具有直接带隙的半导体材料制成的pn二极管，在热平衡下，大量的电子能量不足以从价带跃迁到导带。若施加一个顺向偏压，则电子会从价带跃迁到导带上，并同时在价带上形成相应的空位。在适当的条件下，电子和空穴在pn结区域结合，电子的能量以光的形式发出，电源的注入使电子和空穴不断补充到n型半导体和p型半导体，使发光过程持续进行。一颗传统的蓝绿光LED芯片结构如图1所示，其可分为n型氮化镓11、多量子阱发光区12、p型氮化镓13、粘附性电流阻挡层14、透明导电层15、p型电极16、绝缘保护层17，电极结构是在p型氮化镓和n型氮化镓上镀上Au或Cr、Au。该台面结构就不可避免地使电流横向扩展，由于p型氮化镓导电性较差，采用这种电极结构会使电流集中在电极下方区域，产生电流拥堵效应，导致局部温度过高以及发光区域集中在电极下方区域，由于金属透光性差吸收光，大量的光被遮挡无法萃取而转化为热，最终结果就是降低了LED的发光效率和使用寿命。
为了解决电流拥堵效应，现有技术广泛使用粘附性差的SiO2作为电流阻挡层，利用电流阻挡层绝缘特性，促使电流向透明导电层扩散，经过透明导电层后，电流均匀注入到p型半导体层中。但是电流阻挡层并不能解决金属电极遮光吸光问题，而且金属电极与SiO2粘附性较差，容易出现电极掉落情况，因此该技术仍需改进。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种具有高反射电极的LED芯片及其制备方法。
本发明的技术方案为：一种具有高反射电极的LED芯片，包括生长在衬底上的n型半导体层、多量子阱有源区和p型半导体层，n型半导体层制作有n型电极，p型半导体层上制作p型电极，其特征在于：所述的p型电极包括依次制作在p型半导体层上的透明导电层、粘附性电流阻挡层、金属反光层、金属粘附层、金属接触层和绝缘保护层。
所述的绝缘保护层包覆在透明导电层、粘附性电流阻挡层、金属反光层、金属粘附层、金属接触层外侧，且绝缘保护层经蚀刻暴露出部分金属接触层。
所述透明导电层是ITO或ZnO制成的透明导电层；所述粘附性电流阻挡层是Al2O3制成的粘附性电流阻挡层；所述金属反光层为Al或Ag制成的金属反光层；所述金属粘附层为Ti、Cr、Pt、Ni中的一种材料制成的金属粘附层；所述金属接触层为Au制成的金属接触层；所述绝缘保护层为SiO2、Al2O3、SiON中的一种材料制成的绝缘保护层。
一种具有高反射电极的LED芯片的制备方法，包括：（1）在衬底上依次生长n型半导体层、多量子阱有源区和p型半导体层；（2）在所述p型半导体层部分区域进行蚀刻，蚀刻p型半导体层和多量子阱有源区，暴露n型半导体层；（3）在暴露的n型半导体层上制作n型电极，在未蚀刻的p型半导体层上制作p型电极，其特征在于：所述步骤（3）中，p型电极的制作方法包含如下步骤：
S1 在所述的p型半导体层上制作透明导电层；
S2在所述的透明导电层上镀上粘附性电流阻挡层；
S3在所述的电流阻挡层上镀上金属反光层；
S4对所述的金属反光层上镀上金属粘附层；
S5在所述的金属粘附层上镀上金属接触层；
S6在所述的芯片表面蒸镀绝缘保护层；
S7对所述的绝缘保护层蚀刻，把金属接触层裸露出来。
所述步骤S2中，粘附性电流阻挡层是通过MOCVD制备而成，包括如下制作步骤：
S01将芯片加工品放入LP-MOCVD设备的反应室中，此时腔体压力为10-25torr，石墨盘转速在500-1000 r/min之间，在N2气氛下加热到400-700℃， 处理5-15分钟；
S02将Al源、氧源以1:（1-10）的摩尔比送入反应室中，同时改变腔体压力为15-45torr，开始生长Al2O3薄膜，生长速率为0.5nm/min—10nm/min，生长时间为10-100min；
S03生长过程结束后，将腔体压力提高到50-100torr，增加通入反应腔的N2流量并进行吹扫，等待温度降低至常温后取出芯片加工品。
所述透明导电层的材料是ITO或ZnO；所述粘附性电流阻挡层的材料是Al2O3；所述金属反光层的材料为Al、Ag的单一金属或合金；所述金属粘附层的材料为Ti、Cr、Pt和Ni中的单一金属或合金；所述金属接触层的材料为Au或Au合金，如Au/Ti合金、Au/Ag合金；所述绝缘保护层材料为SiO2、Al2O3和SiON的单一或复合材料。
本发明的有益效果为：利用高反射率金属反光层减少金属电极对光的吸收，又把大量的光反射到其他发光表面，提高光的萃取效率，同时利用粘附性电流阻挡层解决电流拥堵问题，提高电流注入的均匀性，避免局部过热，而MOCVD制作的粘附性电流阻挡层的表面很粗糙，表面积大，具有很高的吸附能力，提高与反射金属的粘附性，减少反射金属与电流阻挡层之间吸光金属的使用，最终综合提高LED的发光效率和使用寿命。
附图说明
图1为传统蓝绿光LED芯片结构示意图；
图2是本发明所述的具有高反射率电极的LED芯片结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施案例对本发明作进一步详细的说明：
实施例1：如图2所示，本发明的制备方法包括（1）在衬底上依次生长最底层Si掺杂的n型半导体层1、InGaN/GaN多量子阱有源区2和最上层的Mg掺杂的p型半导体层3；（2）对部分p型半导体层3和多量子阱有源区2进行ICP蚀刻，暴露n型半导体层1；（3）在暴露的n型半导体层1上制作n型电极，在未蚀刻的p型半导体层3上制作p型电极，其中，p型电极的制作方法包含如下步骤：
步骤1：在所述p型半导体层3上镀上透明导电层4，所选材料是ITO。
步骤2：在所述透明导电层4上镀上粘附性电流阻挡层5，所选材料是MOCVD制作的Al2O3，具体步骤如下：（1）将芯片放入LP-MOCVD设备的反应室中，此时腔体压力为10-25torr，石墨盘转速设置为500转/分钟，在N2气氛下加热到400℃， 处理5分钟；（2）将Al源、氧源以1:1的摩尔比通入反应室中，其中Al源为液态并用气体把Al原料吹出来，同时改变腔体压力为15-45torr，开始生长Al2O3薄膜，生长速率为0.5nm/min；（3）生长过程结束后，将腔体压力提高到50torr，增加通入反应腔的N2流量通过吹扫降低温度，当温度降低至常温（25—50 °）后取出LED芯片。
步骤3：在所述的粘附性电流阻挡层5上镀上金属反光层6，所选材料是Al。
步骤4：在所述的金属反光层6上镀上金属粘附层7，所选材料是Ti。
步骤5：在所述的金属粘附层7上镀上金属接触层8，所选材料是Au。
步骤6：在整个LED芯片表面镀上绝缘保护层9，所选材料是SiO2。
步骤7：对所述的绝缘保护层9进行蚀刻，把金属接触层8裸露出来。
实施例2：如图2所示，本发明的制备方法包括（1）在衬底上依次生长最底层Si掺杂的n型半导体层1、InGaN/GaN多量子阱有源区2和最上层的Mg掺杂的p型半导体层3；（2）对部分p型半导体层3和多量子阱有源区2进行ICP蚀刻，暴露n型半导体层1；（3）在暴露的n型半导体层1上制作n型电极，在未蚀刻的p型半导体层3上制作p型电极，其中，p型电极的制作方法包含如下步骤：
步骤1：在所述p型半导体层3上镀上透明导电层4，所选材料是ZnO。
步骤2：在所述透明导电层4上镀上粘附性电流阻挡层5，所选材料是MOCVD制作的Al2O3，具体步骤如下：（1）将芯片放入LP-MOCVD设备的反应室中，此时腔体压力为10-25torr，石墨盘转速设置为1000转/分钟，在N2气氛下加热到700℃， 处理15分钟；（2）将Al源、氧源以1:10的摩尔比通入反应室中，其中Al源为液态并用气体把Al原料吹出来，同时改变腔体压力为15-45torr，开始生长Al2O3薄膜，生长速率为10nm/min；（3）生长过程结束后，将腔体压力提高到100torr，增加通入反应腔的N2流量通过吹扫降低温度，当温度降低至常温（25—50 °）后取出LED芯片。
步骤3：在所述的粘附性电流阻挡层5上镀上金属反光层6，所选材料是Ag。
步骤4：在所述的金属反光层6上镀上金属粘附层7，所选材料是Ni。
步骤5：在所述的金属粘附层7上镀上金属接触层8，所选材料是Au。
步骤6：在整个LED芯片表面镀上绝缘保护层9，所选材料是SiON。
步骤7：对所述的绝缘保护层9进行蚀刻，把金属接触层8裸露出来。
上述实例仅例示性说明本发明的原理及功效，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)
1.一种具有高反射电极的LED芯片，包括生长在衬底上的n型半导体层、多量子阱有源区和p型半导体层，n型半导体层制作有n型电极，p型半导体层上制作p型电极，其特征在于：所述的p型电极包括依次制作在p型半导体层上的透明导电层、粘附性电流阻挡层、金属反光层、金属粘附层、金属接触层和绝缘保护层。
2.根据权利要求1所述的具有高反射电极的LED芯片，其特征在于：所述的绝缘保护层包覆在透明导电层、粘附性电流阻挡层、金属反光层、金属粘附层、金属接触层外侧，且绝缘保护层经蚀刻暴露出金属接触层。
3. 根据权利要求1或2所述的具有高反射电极的LED芯片，其特征在于：所述透明导电层的材料是ITO或ZnO。
4. 根据权利要求1或2所述的具有高反射电极的LED芯片，其特征在于：所述粘附性电流阻挡层的材料是Al2O3。
5.根据权利要求1或2所述的具有高反射电极的LED芯片，其特征在于：所述金属反光层的材料为Al、Ag的单一金属或合金。
6. 根据权利要求1或2所述的具有高反射电极的LED芯片，其特征在于：所述金属粘附层的材料为Ti、Cr、Pt和Ni中的单一金属或合金。
7.根据权利要求1或2所述的具有高反射电极的LED芯片，其特征在于：所述金属接触层的材料为Au或Au/Ti合金、Au/Ag合金。
8.根据权利要求1或2所述的具有高反射电极的LED芯片，其特征在于：所述绝缘保护层材料为SiO2、Al2O3和SiON的单一或复合材料。
9. 一种具有高反射电极的LED芯片的制备方法，包括：（1）在衬底上依次生长n型半导体层、多量子阱有源区和p型半导体层；（2）在所述p型半导体层部分区域进行蚀刻，蚀刻p型半导体层和多量子阱有源区，暴露n型半导体层；（3）在暴露的n型半导体层上制作n型电极，在未蚀刻的p型半导体层上制作p型电极，其特征在于：所述步骤（3）中，p型电极的制作方法包含如下步骤：
S1 在所述的p型半导体层上制作透明导电层；
S2在所述的透明导电层上镀上粘附性电流阻挡层；
S3在所述的电流阻挡层上镀上金属反光层；
S4对所述的金属反光层上镀上金属粘附层；
S5在所述的金属粘附层上镀上金属接触层；
S6在所述的芯片表面蒸镀绝缘保护层；
S7对所述的绝缘保护层蚀刻，把金属接触层裸露出来。
10.根据权利要求9所述的具有高反射电极的LED芯片的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，粘附性电流阻挡层是通过MOCVD制备而成，包括如下制作步骤：
S01将芯片加工品放入LP-MOCVD设备的反应室中，此时腔体压力为10-25torr，石墨盘转速在500-1000 r/min之间，在N2气氛下加热到400-700℃， 处理5-15分钟；
S02将Al源、氧源以1:（1-10）的摩尔比送入反应室中，同时改变腔体压力为15-45torr，开始生长Al2O3薄膜，生长速率为0.5nm/min—10nm/min，生长时间为10-100min；
S03生长过程结束后，将腔体压力提高到50-100torr，增加通入反应腔的N2流量并进行吹扫，等待温度降低至常温后取出芯片加工品。
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