CN104810436B - 一种发光二极管芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管芯片及其制备方法，属于发光二极管领域。所述方法包括：提供一衬底；在衬底上依次生长N型半导体层、有源层和P型半导体层；在N型半导体层、有源层和P型半导体层上形成台阶，台阶包括上水平端面、下水平端面及连接上水平端面和下水平端面的台阶面；在上水平端面上生长透明导电层，并在透明导电层中部形成蚀孔；在下水平端面上设置N电极，在蚀孔内设置P电极；在形成有N电极和P电极的发光二极管芯片上生长一层金属催化剂层，金属催化剂层覆盖在发光二极管芯片的表面除N电极和P电极的顶面的中心区域及台阶面之外的区域；在金属催化剂层上形成氟代石墨烯保护层。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管领域，特别涉及一种发光二极管芯片及其制备方法。
背景技术
发光二极管是一种绿色照明光源，具有节能环保、可靠性高、寿命长、响应速度快、耐振动、易维护等特点，已广泛用于平板显示、交通信号灯、照明及车灯等领域。发光二极管是可取代白炽灯、荧光灯的新一代照明光源。
现有技术中，应用最广泛的发光二极管芯片包括：衬底层、依次层叠在衬底上的N型半导体层、有源层和P型半导体层。在依次层叠的N型半导体层、有源层和P型半导体层上刻蚀有一个台阶，台阶的上水平端面上设有透明导电层和P电极，台阶的下水平端面上设有N电极，在台阶上覆盖有保护层。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
现有保护层主要由二氧化硅构成，造成保护层的防水和散热性能不理想。
发明内容
为了解决现有技术中保护层的防水和散热性能不理想的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管芯片及其制备方法。所述技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管芯片制备方法，所述发光二极管芯片制备方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次生长N型半导体层、有源层和P型半导体层；
在所述N型半导体层、有源层和P型半导体层上形成台阶，所述台阶包括上水平端面、下水平端面及连接所述上水平端面和所述下水平端面的台阶面；
在所述上水平端面上生长透明导电层，并在所述透明导电层中部形成蚀孔；
在所述下水平端面上设置N电极，在所述蚀孔内设置P电极；
在形成有所述N电极和所述P电极的所述发光二极管芯片上生长一层金属催化剂层，所述金属催化剂层覆盖在所述发光二极管芯片的表面除所述N电极和所述P电极的顶面的中心区域及所述台阶面之外的区域；
在所述金属催化剂层上形成氟代石墨烯保护层，所述氟代石墨烯保护层的厚度为1-10层单原子氟代石墨烯的厚度。
在本发明实施例的一种实现方式中，所述在形成有所述N电极和所述P电极的所述发光二极管芯片上生长一层金属催化剂层，包括：
在所述N电极和所述P电极的顶面的中心区域及所述台阶面上涂一层光刻胶；
采用磁控溅射法、热蒸发法、溶液法或电子束蒸发法在形成有所述N电极和所述P电极的所述发光二极管芯片的表面沉积一层金属；
利用负胶剥离法除去所述N电极和所述P电极的顶面的中心区域及所述台阶面上的金属，并除去光刻胶，形成所述金属催化剂层。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述金属催化剂层由Ni、In、Ti、Rh或Zn构成；或者，所述金属催化剂层由Ni、In、Ti、Rh和Zn中的至少两种构成的合金构成；或者，所述金属催化剂层由Mo源构成，所述Mo源含Ni、In、Ti、Rh或Zn。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述金属催化剂层的厚度为1-15nm。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述在所述金属催化剂层上形成氟代石墨烯保护层包括：
将形成有所述金属催化剂层的所述发光二极管芯片放置于表面波等离子体化学气相沉积腔体中；
将所述表面波等离子体化学气相沉积腔体内的压强控制在1000Pa以下，温度控制在500-750℃，通入H2、CH4和F2并开启微波源5-20min，在所述发光二极管芯片表面生成所述氟代石墨烯保护层。
第二方面，本发明实施例还提供了一种发光二极管芯片，所述发光二极管芯片包括：衬底、依次层叠在所述衬底上的N型半导体层、有源层和P型半导体层，依次层叠的所述N型半导体层、所述有源层、所述P型半导体层共同刻蚀有一台阶，所述台阶包括上水平端面、下水平端面及连接所述上水平端面和所述下水平端面的台阶面，所述下水平端面设有N电极，所述上水平端面上覆盖有一层透明导电层，所述透明导电层中部设有蚀孔，所述蚀孔内设有P电极，
所述发光二极管芯片还包括金属催化剂层和氟代石墨烯保护层，所述金属催化剂层覆盖在所述发光二极管芯片的表面除所述N电极和所述P电极的顶面的中心区域及所述台阶面之外的区域，所述氟代石墨烯保护层覆盖在所述金属催化剂层上，所述氟代石墨烯保护层的厚度为1-10层单原子氟代石墨烯的厚度。
在本发明实施例的一种实现方式中，所述金属催化剂层由Ni、In、Ti、Rh或Zn构成；或者，所述金属催化剂层由Ni、In、Ti、Rh和Zn中的至少两种构成的合金构成；或者，所述金属催化剂层由Mo源构成，所述Mo源含Ni、In、Ti、Rh或Zn。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述金属催化剂层的厚度为1-15nm。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在形成有N电极和P电极的发光二极管芯片上生长一层金属催化剂层和一层氟代石墨烯保护层，在本发明中金属催化剂层和氟代石墨烯保护层构成整个芯片的保护层；本发明中的保护层覆盖发光二极管芯片的表面除N电极和P电极的顶面的中心区域及台阶面之外的区域，即仅露出N电极和P电极的顶面的中心区域和台阶面，使得保护层对整个芯片进行保护面积足够大；氟代石墨烯不透水，因此该保护层的防水效果好；金属和氟代石墨烯的导热系数高，导热性能好，可以很好的帮助芯片在工作时进行散热。故上述采用金属催化剂层和氟代石墨烯保护层作为保护层的芯片具有良好的防水和散热性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本发明实施例提供的一种发光二极管芯片制备方法流程图；
图2是本发明实施例提供的一种发光二极管芯片的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种发光二极管芯片的俯视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1提供了一种发光二极管芯片制备方法流程图，参见图1，该发光二极管芯片制备方法包括：
步骤101：提供一衬底。
在本实施例中，该衬底包括但不限于蓝宝石衬底或者硅衬底。
步骤102：在衬底上依次生长N型半导体层、有源层和P型半导体层。
在本实施例中，可以采用MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)法在衬底上依次生长N型半导体层、有源层和P型半导体层。
进一步地，在步骤102之前，还可以现在衬底上生长至少一层缓冲层，以更好的生长后续结构。
步骤103：在N型半导体层、有源层和P型半导体层上形成台阶，台阶包括上水平端面、下水平端面及连接上水平端面和下水平端面的台阶面。
在本实施例中，可以采用ICP(Inductively Coupled Plasma，感应耦合等离子体)刻蚀工艺在N型半导体层、有源层和P型半导体层上形成台阶。具体地，在依次层叠的N型半导体层、有源层和P型半导体层上，用ICP刻蚀法去掉部分的N型半导体层、有源层和P型半导体层，形成台阶。该台阶的高度大于P型半导体层和有源层两者的厚度之和，且小于N型半导体层、有源层和P型半导体层三者的厚度之和。也就是说，刻蚀台阶时，先将P型半导体层刻蚀完全，再将有源层刻蚀完全，最后刻蚀部分的N型半导体层。
其中，上水平端面即为未被刻蚀的P型半导体层的表面，下水平端面即为刻蚀形成的N型半导体层的表面，而台阶面则是依次经过N型半导体层、有源层和P型半导体的一个断面。
步骤104：在上水平端面上生长透明导电层，并在透明导电层中部形成蚀孔。
在本实施例中，透明导电层可以为ITO(Indium Tin Oxide，氧化铟锡)薄膜。该透明导电层可以通过电子束蒸发法或者磁控溅射法制备。例如，在台阶的上水平端面上利用电子束蒸发法蒸镀一层透明导电层。
步骤105：在下水平端面上设置N电极，在蚀孔内设置P电极。
在本实施例中，N电极和P电极可以采用热蒸发法制备。
其中，P电极设置在P型半导体层上。
步骤106：在形成有N电极和P电极的发光二极管芯片上生长一层金属催化剂层，金属催化剂层覆盖在发光二极管芯片的表面除N电极和P电极的顶面的中心区域及台阶面之外的区域。
具体地，步骤106可以采用下述方式实现：
在N电极和P电极的顶面的中心区域及台阶面上涂一层光刻胶；
采用磁控溅射法、热蒸发法、溶液法或电子束蒸发法在形成有N电极和P电极的发光二极管芯片的表面沉积一层金属；
利用负胶剥离法除去N电极和P电极的顶面的金属的中心区域及台阶面上的金属，并除去光刻胶，形成金属催化剂层。具体地，可以采用蓝膜剥离N电极和P电极顶面的中心区域的光刻胶上的金属。
其中，涂抹光刻胶的方式可以是旋涂，通过旋涂涂抹光刻胶可以使得光刻胶涂抹比较均匀，通过控制旋涂转速的快慢还能够比较容易的控制光刻胶的厚度。当然本发明实施例并不对此进行限制。
在本发明实施例中，金属催化剂层由Ni、In、Ti、Rh或Zn构成；或者，金属催化剂层由Ni、In、Ti、Rh和Zn中的至少两种构成的合金构成；或者，金属催化剂层由Mo源构成，Mo源含Ni、In、Ti、Rh或Zn，如三甲基铟。上述金属催化剂层的材料仅为举例，本发明实施例中的金属材料还可以由其他金属材料构成，本发明对此不做限制。
优选地，金属催化剂层的厚度可以为1-15nm。金属催化剂层的厚度不能太厚，也不能太薄。金属催化剂层太厚则会吸收光的能力强；金属催化剂层太薄则会使得催化效果不理想，无法保证后续氟代石墨烯保护层的正常生长。因此，选用上述厚度的金属催化剂层，使得金属催化剂厚度小，透光性好，而氟代石墨烯在可见光波段具有极高的透过率，因此使得芯片整体的的透光性好；另外，选用上述厚度的金属催化剂层，又可以保证金属催化剂层的催化效果。
步骤107：在金属催化剂层表面形成氟代石墨烯保护层。
具体地，步骤107可以采用下述方式实现：
将形成有金属催化剂层的发光二极管芯片放置于表面波等离子体化学气相沉积腔体中；将腔体内的压强控制在1000Pa以下，温度控制在500-750℃，通入H2、CH4和F2并开启微波源5-20min，使芯片表面产生氟代石墨烯保护层。其中，腔体内的压强优选为300-600Pa。其中，H2、CH4和F2按2：4：1通入，上述气体比例只是作为优选值，而并不能对本发明实施例进行限制。
由于金属催化剂层的作用是使氟代石墨烯在低温下生长，故在上述生长环境下，只会在金属催化剂层的表面才会生长氟代石墨烯保护层。
在本发明实施例中，氟代石墨烯保护层的厚度可以为1-10层单原子氟代石墨烯的厚度。氟代石墨烯保护层的厚度不能太厚，也不能太薄。氟代石墨烯保护层太厚，透光性就会差，影响芯片的正常出光；氟代石墨烯保护层太薄，则防水性能不佳。因此，选用上述厚度的氟代石墨烯保护层既可以避免影响芯片的正常出光，又可以保证氟代石墨烯保护层有良好的防水性能。
优选地，氟代石墨烯保护层的厚度为5层单原子氟代石墨烯的厚度。
本发明实施例通过在形成有N电极和P电极的发光二极管芯片上生长一层金属催化剂层和一层氟代石墨烯保护层，在本发明中金属催化剂层和氟代石墨烯保护层构成整个芯片的保护层；本发明中的保护层覆盖发光二极管芯片的表面除N电极和P电极的顶面的中心区域及台阶面之外的区域，即仅露出N电极和P电极的顶面的中心区域和台阶面，使得保护层对整个芯片进行保护面积足够大；氟代石墨烯不透水，因此该保护层的防水效果好；金属和氟代石墨烯的导热系数高，导热性能好，可以很好的帮助芯片在工作时进行散热。故上述采用金属催化剂层和氟代石墨烯保护层作为保护层的芯片具有良好的防水和散热性能。
图2提供了一种发光二极管芯片的结构示意图，可以采用图1提供的发光二极管芯片制备方法制成，参见图2，该发光二极管芯片包括：衬底201、依次层叠在衬底201上的N型半导体层202、有源层203和P型半导体层204，依次层叠的N型半导体层202、有源层203、P型半导体层204共同刻蚀有一台阶200，台阶200包括上水平端面、下水平端面及连接上水平端面和下水平端面的台阶面，台阶200的下水平端面设有N电极206，台阶200的上水平端面上覆盖有一层透明导电层205，透明导电层205的中部设有蚀孔，透明导电层205的蚀孔内设有P电极207。
该发光二极管芯片还包括金属催化剂层208和氟代石墨烯保护层209，金属催化剂层208覆盖在发光二极管芯片的表面除N电极206和P电极207的顶面的中心区域及台阶面之外的区域，N电极206和P电极207的顶面的中心区域裸露，氟代石墨烯保护层209覆盖在金属催化剂层208上。
图3提供了一种发光二极管芯片的俯视图，其中，氟代石墨烯保护层209覆盖了除N电极206、P电极207中心区域外的整个芯片的表面。
在本发明实施例中，金属催化剂层由Ni、In、Ti、Rh或Zn构成；或者，金属催化剂层由Ni、In、Ti、Rh和Zn中的至少两种构成的合金构成；或者，金属催化剂层由Mo源构成，Mo源含Ni、In、Ti、Rh或Zn，如三甲基铟。上述金属催化剂层的材料仅为举例，本发明实施例中的金属材料还可以由其他金属材料构成，本发明对此不做限制。
在本发明实施例中，金属催化剂层的厚度为1-15nm。金属催化剂层的厚度不能太厚，也不能太薄。金属催化剂层太厚则会吸收光的能力强；金属催化剂层太薄则会使得催化效果不理想，无法保证后续氟代石墨烯保护层的正常生长。因此，选用上述厚度的金属催化剂层，使得金属催化剂厚度小，透光性好，而氟代石墨烯在可见光波段具有极高的透过率，因此使得芯片整体的的透光性好；另外，选用上述厚度的金属催化剂层，又可以保证金属催化剂层的催化效果。
在本发明实施例中，氟代石墨烯保护层的厚度可以为1-10层单原子氟代石墨烯的厚度。氟代石墨烯保护层的厚度不能太厚，也不能太薄。氟代石墨烯保护层太厚，透光性就会差，影响芯片的正常出光；氟代石墨烯保护层太薄，则防水性能不佳。因此，选用上述厚度的氟代石墨烯保护层既可以避免影响芯片的正常出光，又可以保证氟代石墨烯保护层有良好的防水性能。
优选地，氟代石墨烯保护层的厚度为5层单原子氟代石墨烯的厚度。
其中，衬底201包括但不限于蓝宝石衬底或者硅衬底。
图2提供的发光二极管芯片的结构示意图，只是本发明实施例对于发光二极管芯片的举例，发光二极管芯片中的膜层顺序可以有很多种变化，发光二极管芯片也可以包括更多或者更少的膜层(如在衬底和N型半导体层之间设置缓冲层)，只要制作出发光二极管芯片必要的元素，确保发光二极管芯片可以正常工作即可。
本发明实施例通过在形成有N电极和P电极的发光二极管芯片上生长一层金属催化剂层和一层氟代石墨烯保护层，在本发明中金属催化剂层和氟代石墨烯保护层构成整个芯片的保护层；本发明中的保护层覆盖发光二极管芯片的表面除N电极和P电极的顶面的中心区域及台阶面之外的区域，即仅露出N电极和P电极的顶面的中心区域和台阶面，使得保护层对整个芯片进行保护面积足够大；氟代石墨烯不透水，因此该保护层的防水效果好；金属和氟代石墨烯的导热系数高，导热性能好，可以很好的帮助芯片在工作时进行散热。故该采用上述金属催化剂层和氟代石墨烯保护层作为保护层的芯片具有良好的防水和散热性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种发光二极管芯片制备方法，其特征在于，所述发光二极管芯片制备方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次生长N型半导体层、有源层和P型半导体层；
在所述N型半导体层、有源层和P型半导体层上形成台阶，所述台阶包括上水平端面、下水平端面及连接所述上水平端面和所述下水平端面的台阶面；
在所述上水平端面上生长透明导电层，并在所述透明导电层中部形成蚀孔；
在所述下水平端面上设置N电极，在所述蚀孔内设置P电极；
在形成有所述N电极和所述P电极的所述发光二极管芯片上生长一层金属催化剂层，所述金属催化剂层覆盖在所述发光二极管芯片的表面除所述N电极和所述P电极的顶面的中心区域及所述台阶面之外的区域；
在所述金属催化剂层上形成氟代石墨烯保护层，所述氟代石墨烯保护层的厚度为1-10层单原子氟代石墨烯的厚度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在形成有所述N电极和所述P电极的所述发光二极管芯片上生长一层金属催化剂层，包括：
在所述N电极和所述P电极的顶面的中心区域及所述台阶面上涂一层光刻胶；
采用磁控溅射法、热蒸发法、溶液法或电子束蒸发法在形成有所述N电极和所述P电极的所述发光二极管芯片的表面沉积一层金属；
利用负胶剥离法除去所述N电极和所述P电极的顶面的中心区域及所述台阶面上的金属，并除去光刻胶，形成所述金属催化剂层。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述金属催化剂层由Ni、In、Ti、Rh或Zn构成；或者，所述金属催化剂层由Ni、In、Ti、Rh和Zn中的至少两种构成的合金构成；或者，所述金属催化剂层由Mo源构成，所述Mo源含Ni、In、Ti、Rh或Zn。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述金属催化剂层的厚度为1-15nm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述金属催化剂层上形成氟代石墨烯保护层包括：
将形成有所述金属催化剂层的所述发光二极管芯片放置于表面波等离子体化学气相沉积腔体中；
将所述表面波等离子体化学气相沉积腔体内的压强控制在1000Pa以下，温度控制在500-750℃，通入H2、CH4和F2并开启微波源5-20min，在所述发光二极管芯片表面生成所述氟代石墨烯保护层。
6.一种发光二极管芯片，所述发光二极管芯片包括：衬底、依次层叠在所述衬底上的N型半导体层、有源层和P型半导体层，依次层叠的所述N型半导体层、所述有源层、所述P型半导体层共同刻蚀有一台阶，所述台阶包括上水平端面、下水平端面及连接所述上水平端面和所述下水平端面的台阶面，所述下水平端面设有N电极，所述上水平端面上覆盖有一层透明导电层，所述透明导电层中部设有蚀孔，所述蚀孔内设有P电极，其特征在于，
所述发光二极管芯片还包括金属催化剂层和氟代石墨烯保护层，所述金属催化剂层覆盖在所述发光二极管芯片的表面除所述N电极和所述P电极的顶面的中心区域及所述台阶面之外的区域，所述氟代石墨烯保护层覆盖在所述金属催化剂层上，所述氟代石墨烯保护层的厚度为1-10层单原子氟代石墨烯的厚度。
7.根据权利要求6所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述金属催化剂层由Ni、In、Ti、Rh或Zn构成；或者，所述金属催化剂层由Ni、In、Ti、Rh和Zn中的至少两种构成的合金构成；或者，所述金属催化剂层由Mo源构成，所述Mo源含Ni、In、Ti、Rh或Zn。
8.根据权利要求6或7所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述金属催化剂层的厚度为1-15nm。
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