CN104465934A - Led芯片及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED芯片及其制作方法，所述LED芯片包括衬底、N型半导体层、多量子阱发光层、P型半导体层、以及位于N型半导体层上方的N电极和位于P型半导体层上方的P电极，所述衬底上方的N型半导体层、多量子阱发光层和P型半导体层全部或部分刻蚀形成奈米柱，所述奈米柱上方倾斜设有氧化物奈米柱，氧化物奈米柱上方设有二维透明导电层，二维透明导电层串接所有氧化物奈米柱，所述P电极位于二维透明导电层上方。本发明简化了电极制作流程，只采用一次斜向沉积得到倾斜的氧化物奈米柱，再加上二维透明导电层，既可达到串接氧化物奈米柱的效果，又有透明出光的效果，其芯片结构简单且出光效率高，制作方便且成本低。

Description

LED芯片及其制作方法
技术领域
本发明涉及半导体发光器件技术领域，特别是涉及一种LED芯片及其制作方法。
背景技术
发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)是一种能发光的半导体电子元件。这种电子元件早在1962年出现，早期只能发出低光度的红光，之后发展出其他单色光的版本，时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的光度。而用途也由初时作为指示灯、显示板等；随着技术的不断进步，发光二极管已被广泛的应用于显示器、电视机采光装饰和照明。
传统GaN蓝光LED成长于c轴的蓝宝石基板上，内部会受到内建电场的影响而产生QCSE(量子限制斯塔克效应)的现象，进而使得发光效率下降。
为了有效解决发光效率的问题，采用非极性或半极性基板可以去除因内建电场产生QCSE的现象，但是非极性或半极性基板非常昂贵，不适合大量生产。
另一方面，有研究指出奈米柱结构可以有效释放应力而减少内建电场所产生QCSE的现象，同时也可以增加光萃取效率，因此使用奈米柱的结构可以达到高功效的GaN LED，但是如何制作奈米柱LED的上电极，又不至于产生漏电便成为一大挑战，最简单的防止漏电的方法是使用介质层在奈米柱四周进行钝化，但是介质层本身也具有应力，而且折射率较大，会大幅衰减使用奈米柱的好处。
若使用ITO奈米柱的结构，以两次斜向沉积，并用一层厚而平整的ITO串联ITO奈米柱，可以达到良好的奈米柱LED的上电极，但是制作过程较为繁复，且厚度较厚会有光衰的可能。
因此，针对上述技术问题，本发明揭示了一种新的LED芯片及其制作方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种LED芯片及其制作方法，其结构简单，出光效率高，制作方便且成本低。
为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：
一种LED芯片，所述LED芯片包括衬底、N型半导体层、多量子阱发光层、P型半导体层、以及位于N型半导体层上方的N电极和位于P型半导体层上方的P电极，所述衬底上方的N型半导体层、多量子阱发光层和P型半导体层全部或部分刻蚀形成奈米柱，所述奈米柱上方倾斜设有氧化物奈米柱，氧化物奈米柱上方设有二维透明导电层，二维透明导电层串接所有氧化物奈米柱，所述P电极位于二维透明导电层上方。
作为本发明的进一步改进，所述奈米柱刻蚀至N型半导体层、多量子阱发光层、或P型半导体层。
作为本发明的进一步改进，所述奈米柱的高度为20nm～2000nm，横截面大小为10nm～5000nm。
作为本发明的进一步改进，所述奈米柱的排列为规则排列或不规则排列，奈米柱的横截面为圆形、三角形、六角形、多边形或不规则形。
作为本发明的进一步改进，所述二维透明导电层为石墨烯、MoS2、WSe2中的一种或多种的组合。
作为本发明的进一步改进，所述氧化物奈米柱为ITO、ZnO、AZO、GZO、IGZO、AGZO中的一种或多种的组合。
作为本发明的进一步改进，所述氧化物奈米柱的倾斜角度为10°～70°。
作为本发明的进一步改进，所述氧化物奈米柱的高度为100nm～5000nm，横截面大小为10nm～5000nm。
相应地，一种LED芯片的制作方法，所述方法包括：
S1、提供一衬底，在衬底上依次生长N型半导体层、多量子阱发光层、P型半导体层；
S2、刻蚀全部或部分N型半导体层、多量子阱发光层和P型半导体层形成奈米柱；
S3、使用斜向沉积的方式在奈米柱上沉积倾斜的氧化物奈米柱；
S4、在氧化物奈米柱上方形成串接所有氧化物奈米柱的二维透明导电层；
S5、在二维透明导电层上方形成P电极，在N型半导体层上形成N电极。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S3具体为：
在基板上采用CVD的方式形成二维透明导电层；
将二维透明导电层从基板上剥离；
将剥离后的二维透明导电层转印到奈米柱的表面。
本发明具有以下有益效果：
本发明简化了电极制作流程，只采用一次斜向沉积得到倾斜的氧化物奈米柱，再加上二维透明导电层，既可达到串接氧化物奈米柱的效果，又有透明出光的效果，其芯片结构简单且出光效率高，制作方便且成本低。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一具体实施方式中LED芯片的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
一种LED芯片，包括衬底、N型半导体层、多量子阱发光层、P型半导体层、以及位于N型半导体层上方的N电极和位于P型半导体层上方的P电极。
其中，衬底上方的N型半导体层、多量子阱发光层和P型半导体层全部或部分刻蚀形成奈米柱，奈米柱上方倾斜设有氧化物奈米柱，氧化物奈米柱上方设有二维透明导电层，二维透明导电层串接所有氧化物奈米柱，P电极位于二维透明导电层上方。
参图1所示，在本发明的一具体实施方式中的LED芯片包括：
衬底10，如蓝宝石衬底、Si衬底、SiC衬底等；
N型半导体层20，如N型掺杂GaN、GaAs、InP、InGaAsP等；
多量子阱发光层30，如GaN、InGaN、GaAs、InGaAs、InGaAsP等；
P型半导体层40，如P型掺杂GaN、GaAs、InP、InGaAsP等；
氧化物奈米柱50，如ITO、ZnO、AZO、GZO、IGZO、AGZO等；
二维透明导电层60，如石墨烯(grapheme)、MoS2、WSe2等；
P电极70和N电极80，P电极70位于二维透明导电层60上，N电极80位于N型半导体层20上。
优选地，本实施方式中N型半导体层20、多量子阱发光层30、和P型半导体层40的材料均选用GaN。
本实施方式中GaN奈米柱刻蚀穿透多量子阱发光层和P型半导体层，停止于N型半导体层之间，部分N型半导体层20、全部多量子阱发光层30、和全部P型半导体层40形成GaN奈米柱。
优选地，GaN奈米柱奈米柱的高度为20nm～2000nm，横截面大小为10nm～5000nm；GaN奈米柱的横截面为圆形、三角形、六角形、多边形或不规则形等；GaN奈米柱的排列为规则排列或不规则排列。
进一步地，本实施方式中氧化物奈米柱为ITO、ZnO、AZO、GZO、IGZO、AGZO中的一种或多种的组合，倾斜角度为10°～70°，氧化物奈米柱的高度为100nm～5000nm，横截面大小为10nm～5000nm。倾斜的氧化物奈米柱虽然在一定程度上增加了制作成本，但氧化物奈米柱可以使P型半导体层与P电极之间更容易形成欧姆电极，使电流更容易扩散。
本发明中的二维透明导电层可以为单原子层结构或多原子层结构。
相应地，本实施方式中LED芯片的制作方法包括以下步骤：
S1、提供一衬底，在衬底上依次生长N型半导体层、多量子阱发光层、P型半导体层；
S2、刻蚀全部或部分N型半导体层、多量子阱发光层和P型半导体层形成奈米柱；
S3、使用斜向沉积的方式在奈米柱上沉积倾斜的氧化物奈米柱；
S4、在氧化物奈米柱上方形成串接所有氧化物奈米柱的二维透明导电层；
S5、在二维透明导电层上方形成P电极，在N型半导体层上形成N电极。
其中，步骤S3具体为：
在基板上采用CVD(Chemical Vapor Deposition,化学气相沉积)的方式形成二维透明导电层；
将二维透明导电层从基板上剥离；
将剥离后的二维透明导电层转印到氧化物奈米柱的表面。
上述实施方式中奈米柱刻蚀至N型半导体层之间，在其他实施方式中，奈米柱也可以刻蚀至多量子阱发光层或P型半导体层上，然后在奈米柱的上方形成二维透明导电层，同样可以实现上述实施方式中的效果。
由以上技术方案可以看出，与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
本发明简化了电极制作流程，只采用一次斜向沉积得到倾斜的氧化物奈米柱，再加上二维透明导电层，既可达到串接氧化物奈米柱的效果，又有透明出光的效果，其芯片结构简单且出光效率高，制作方便且成本低。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种LED芯片，所述LED芯片包括衬底、N型半导体层、多量子阱发光层、P型半导体层、以及位于N型半导体层上方的N电极和位于P型半导体层上方的P电极，其特征在于，所述衬底上方的N型半导体层、多量子阱发光层和P型半导体层全部或部分刻蚀形成奈米柱，所述奈米柱上方倾斜设有氧化物奈米柱，氧化物奈米柱上方设有二维透明导电层，二维透明导电层串接所有氧化物奈米柱，所述P电极位于二维透明导电层上方。
2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述奈米柱刻蚀至N型半导体层、多量子阱发光层、或P型半导体层。
3.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述奈米柱的高度为20nm～2000nm，横截面大小为10nm～5000nm。
4.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述奈米柱的排列为规则排列或不规则排列，奈米柱的横截面为圆形、三角形、六角形、多边形或不规则形。
5.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述二维透明导电层为石墨烯、MoS2、WSe2中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述氧化物奈米柱为ITO、ZnO、AZO、GZO、IGZO、AGZO中的一种或多种的组合。
7.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述氧化物奈米柱的倾斜角度为10°～70°。
8.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述氧化物奈米柱的高度为100nm～5000nm，横截面大小为10nm～5000nm。
9.一种如权利要求1中LED芯片的制作方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、提供一衬底，在衬底上依次生长N型半导体层、多量子阱发光层、P型半导体层；
S2、刻蚀全部或部分N型半导体层、多量子阱发光层和P型半导体层形成奈米柱；
S3、使用斜向沉积的方式在奈米柱上沉积倾斜的氧化物奈米柱；
S4、在氧化物奈米柱上方形成串接所有氧化物奈米柱的二维透明导电层；
S5、在二维透明导电层上方形成P电极，在N型半导体层上形成N电极。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：
在基板上采用CVD的方式形成二维透明导电层；
将二维透明导电层从基板上剥离；
将剥离后的二维透明导电层转印到奈米柱的表面。
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