CN105609596A - 具有电流阻挡结构的led垂直芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有电流阻挡结构的LED垂直芯片及其制备方法，包括：提供生长衬底，在生长衬底上依次生长非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层及P型GaN层；在P型GaN层表面形成ITO透明导电层；在ITO透明导电层上蚀刻出第一开口及尺寸渐变的第二开口；在ITO透明导电层表面形成金属电极层；提供键合衬底，将键合衬底键合于金属电极层表面；依次去除生长衬底及非掺杂GaN层，并形成切割道；在N型GaN层表面形成N电极。本发明通过在ITO透明导电层上与N电极垂直投影位置蚀刻出第一开口，在第一开口外围蚀刻出自所述第一开口向外尺寸渐变的第二开口，形成良好的电流阻挡结构，缓解N电极下方电流的拥挤，提高电流的均匀分布，从而提高垂直结构LED的发光性能。
Description
技术领域
本发明属于LED芯片领域，特别是涉及一种具有电流阻挡结构的LED垂直芯片及其制备方法。
背景技术
自从1994年日本日亚公司在基于蓝宝石衬底的GaN基LED的研究上取得重大突破后，世界各大公司和研究机构都在投入巨资加入到高亮度GaN基LED的开发中，极大地推动了高亮度LED的产业化进程。最近，由于GaN基LED亮度的提高，使其在显示、交通信号灯、手机背光方面的应用前景更加广阔。
相比于传统的GaN基LED正装结构，垂直结构具有散热好，能够承载大电流，发光强度高，耗电量小、寿命长等优点，被广泛应用于通用照明、景观照明、特种照明、汽车照明等领域，成为一代大功率GaN基LED极具潜力的产品，正受到业界越来越多的关注和研究。垂直结构LED通过晶片键合或电镀法，结合激光剥离等工艺，将GaN基外延从蓝宝石衬底转移到导热导电性能良好的金属或半导体衬底材料上，形成上下分布的电极结构，使得电流垂直流过整个器件。如图1所示，显示为一般垂直结构的LED，自下而上依次包括键合衬底、P电极、P型GaN层层、多量子阱(MWQ)、N-GaN层及N电极。
然而，这种结构的LED芯片结构中，N电极下方是电流注入最集中的区域，这部分光会被电极遮挡或吸收最终成为无效发光，从而降低了LED器件的发光强度和效率。为解决这一问题，在垂直结构LED器件中比较常用的方案是引入一电流阻挡层以限制或者大幅减少N电极下方有源层的发光，在蓝光LED芯片中常用SiO2或Si3N4作为电流阻挡层材料，然而这种绝缘材料制备工艺复杂，成本高，更存在与GaN的粘附性不佳的问题，会影响晶片键合的牢固度，从而造成衬底剥离良率降低并影响可靠性。
因此，提供一种新的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片及其制备方法以解决上述问题实属必要。
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具有电流阻挡结构的LED垂直芯片及其制备方法，用于解决现有技术中电流阻挡层制备工艺复杂、与GaN的粘附性不佳，导致LED垂直芯片制备成本升高且可靠性降低的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：
提供生长衬底，在所述生长衬底上依次生长非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层及P型GaN层；
在所述P型GaN层表面形成ITO透明导电层；
在所述ITO透明导电层上蚀刻出第一开口及第二开口；所述第一开口与后续要形成的N电极在所述ITO透明导电层上的垂直投影位置相对应，所述第二开口位于所述第一开口外围自所述第一开口向外依次排布的不同分布区域内，且相同分布区域内的所述第二开口的尺寸相同，自所述第一开口向外不同分布区域内所述第二开口的尺寸渐变；所述第一开口及所述第二开口贯穿所述ITO透明导电层以暴露出所述P型GaN层；
在所述ITO透明导电层表面形成金属电极层，所述金属电极层填充进所述第一开口及所述第二开口，并与所述第一开口及所述第二开口暴露出的所述P型GaN层接触；所述ITO透明导电层及所述金属电极层共同构成P电极；
提供键合衬底，将所述键合衬底键合于所述金属电极层表面；
依次去除所述生长衬底及所述非掺杂GaN层，并形成自上至下贯穿所述N型GaN层、多量子阱层及P型GaN层的切割道；
在所述N型GaN层表面形成N电极。
作为本发明的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的制备方法的一种优选方案，自所述第一开口向外不同分布区域内所述第二开口的尺寸逐渐变小。
作为本发明的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的制备方法的一种优选方案，所述第二开口在相同的分布区域内均匀分布。
作为本发明的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的制备方法的一种优选方案，在所述ITO透明导电层表面依次形成反射电极层及键合金属层，所述反射电极层及键合金属层共同作为所述金属电极层。
作为本发明的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的制备方法的一种优选方案，所述ITO透明导电层与所述P型GaN层及所述金属电极层之间均为欧姆接触；所述金属电极层与所述第一开口及所述第二开口暴露的所述P型GaN层之间为肖特基接触。
作为本发明的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的制备方法的一种优选方案，在所述N型GaN层表面形成所述N电极之前，还包括将所述N型GaN层表面进行粗化处理的步骤。
本发明还提供一种具有电流阻挡结构的LED垂直芯片，所述具有电流阻挡结构的LED垂直芯片包括：键合衬底及自下而上依次形成于所述键合衬底上的金属电极层、ITO透明导电层、P型GaN层、多量子阱层、N型GaN层及N电极，其特征在于：
所述ITO透明导电层中具有第一开口及第二开口，所述第一开口与所述N电极在所述ITO透明导电层上的垂直投影位置相对应，所述第二开口位于所述第一开口外围自所述第一开口向外依次排布的不同分布区域内，且相同分布区域内的所述第二开口的尺寸相同，自所述第一开口向外不同分布区域内所述第二开口的尺寸渐变；
所述第一开口及所述第二开口暴露出所述P型GaN层，所述金属电极层填充进所述第一开口及所第二开口，并与所述第一开口及所第二开口暴露的所述P型GaN层接触；所述金属电极层与所述第一开口及所第二开口暴露的P型GaN层的接触区域作为电流阻挡结构。
作为本发明的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的一种优选方案，自所述第一开口向外不同分布区域内所述第二开口的尺寸逐渐变小。
作为本发明的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的一种优选方案，所述第二开口在相同的分布区域内均匀分布。
作为本发明的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的一种优选方案，所述金属电极层包括反射电极层及键合金属层，其中，所述反射电极层与所述ITO透明导电层连接，所述键合金属层与所述键合衬底连接。
作为本发明的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的一种优选方案，所述ITO透明导电层与所述P型GaN层及所述金属电极层之间均为欧姆接触；所述金属电极层与所述第一开口及所述第二开口暴露的所述P型GaN层之间为肖特基接触。
作为本发明的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的一种优选方案，所述N型GaN层表面经过粗化处理。
如上所述，本发明的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片及其制备方法，具有以下有益效果：本发明通过在ITO透明导电层上与N电极垂直投影位置蚀刻出第一开口，在第一开口外围蚀刻出自所述第一开口向外尺寸渐变的第二开口，利用P型GaN层与反射电极之间的渐变电阻形成渐变阻挡层，接触电阻由内向外渐变，形成良好的电流阻挡结构，将注入电流有效扩展开来，缓解N电极下方电流的拥挤，提高电流的均匀分布，从而提高垂直结构LED的发光性能。相比传统的电流阻挡工艺，该方法优势在于工艺简单，成本低，产能高，可调性强。
附图说明
图1显示为显示为现有技术中一般垂直结构的LED的示意图。
图2显示为本发明实施例一中提供的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的制备方法的工艺流程图。
图3显示为本发明实施例一中提供的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的制备方法中在衬底上依次生长非故意掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层及P型GaN层的示意图。
图4显示为本发明实施例一中提供的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的制备方法中在P型GaN层表面形成ITO透明导电层的示意图。
图5显示为本发明实施例一中提供的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的制备方法中在ITO透明导电层上蚀刻出第一开口及第二开口的示意图。
图6至图7显示为本发明实施例一中提供的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的制备方法中在ITO透明导电层上蚀刻出第一开口及第二开口的俯视示意图；其中，图6为第一开口位于ITO透明导电层中部的俯视示意图，图7为第一开口位于ITO透明导电层两侧或边角的俯视示意图。
图8显示为本发明实施例一中提供的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的制备方法中在ITO透明导电层表面形成金属电极层的示意图。
图9显示为本发明实施例一中提供的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的制备方法中提供键合衬底，将键合衬底键合于金属电极层表面的示意图。
图10至图11显示为本发明实施例一中提供的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的制备方法中依次去除生长衬底及非掺杂GaN层，并形成切割道的示意图；其中，图10为去除生长衬底的示意图，图11为去除非掺杂GaN层，并形成切割道的示意图。
图12显示为本发明实施例一中提供的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的制备方法中将N型GaN层表面粗化的示意图。
图13显示为本发明实施例一中提供的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的制备方法中在N型GaN层表面形成N电极的示意图。
图14显示为本发明实施例一中提供的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的制备方法制备的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的预期的电流阻挡及电流扩展效果示意图。
元件标号说明
S1～S7步骤
1生长衬底
2未掺杂GaN层
3N型GaN层
4多量子阱层
5P型GaN层
6ITO透明导电层
7第一开口
8第二开口
9金属电极层
10键合衬底
11切割道
12N电极
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2至图14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，虽图示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。
实施例一
请参阅图2，本发明提供一种具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1：提供生长衬底，在所述生长衬底上依次生长非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层及P型GaN层；
S2：在所述P型GaN层表面形成ITO透明导电层；
S3：在所述ITO透明导电层上蚀刻出第一开口及第二开口；所述第一开口与后续要形成的N电极在所述ITO透明导电层上的垂直投影位置相对应，所述第二开口位于所述第一开口外围自所述第一开口向外依次排布的不同分布区域内，且相同分布区域内的所述第二开口的尺寸相同，自所述第一开口向外不同分布区域内所述第二开口的尺寸渐变；所述第一开口及所述第二开口贯穿所述ITO透明导电层以暴露出所述P型GaN层；
S4：在所述ITO透明导电层表面形成金属电极层，所述金属电极层填充进所述第一开口及所述第二开口，并与所述第一开口及所述第二开口暴露出的所述P型GaN层接触；所述ITO透明导电层及所述金属电极层共同构成P电极；
S5：提供键合衬底，将所述键合衬底键合于所述金属电极层表面；
S6：依次去除所述生长衬底及所述非掺杂GaN层，并形成自上至下贯穿所述N型GaN层、多量子阱层及P型GaN层的切割道；
S7：在所述N型GaN层表面形成N电极。
在步骤S1中，请参阅图2中的S1步骤及图3，提供生长衬底1，在所述生长衬底上1依次生长非掺杂GaN层2、N型GaN层3、多量子阱层4及P型GaN层5。
作为示例，所述生长衬底1可采用蓝宝石、尖晶石(MgAl2O4)、SiC、ZnS、ZnO或GaAs等适用于LED芯片制造的衬底，优选地，本实施例中，所述生长衬底1采用蓝宝石衬底。
作为示例，采用外延方法形成所述非掺杂GaN层2、N型GaN层3、多量子阱层4及P型GaN层5。所述非掺杂GaN层(un-intentionallydopedGaN，UIDGaN)是指不包括任何掺杂剂，但是可以包括非故意结合到膜中的污染物或者杂质的氮化镓层，作为下一步外延的N型GaN层3的体层。所述多量子阱层(MWQ)作为LED芯片的发光层。
在步骤S2中，请参阅图2中的S2步骤及图4，在所述P型GaN层5表面形成ITO透明导电层6。
作为示例，采用蒸镀法形成所述ITO透明导电层6。所述ITO透明导电层6作为电流扩展层，起到扩散注入电流提高亮度的作用。
在步骤S3中，请参阅图2中的S3步骤及图5至图7，在所述ITO透明导电层6上蚀刻出第一开口7及第二开口8；所述第一开口7与后续要形成的N电极在所述ITO透明导电层6上的垂直投影位置相对应，所述第二开口8位于所述第一开口7外围的自所述第一开口7向外依次排布的不同分布区域内，且相同分布区域内的所述第二开口8的尺寸相同，自所述第一开口7向外不同分布区域内所述第二开口8的尺寸渐变；所述第一开口7及所述第二开口8贯穿所述ITO透明导电层6以暴露出所述P型GaN层5。
作为示例，采用光刻、显影、蚀刻等常规工艺形成所述第一开口7及所述第二开口8，其中，优选采用湿法工艺蚀刻得到所述第一开口7及所述第二开口8。需要说明的是，所述开口7的面积与所述N电极的面积可以不严格相等，除了所述第一开口7与所述N电极面积相等的情形以外，所述第一开口7的面积可以稍小于或稍大于所述N电极的面积(±20％以内)，此处不应过分限制本发明的保护范围。
作为示例，所述第一开口7的位置、形状及大小由所述N电极的位置、形状及大小所决定，所述第二开口8的形状可以根据实际情况设定，譬如，所述第二开口8的形状可以为圆形、正方形、三角形等等。
请参阅图6，图6为所述第一开口7位于所述ITO透明导电层6中部的俯视示意图。由图6可知，所述第一开口7的形状为圆形，所述第一开口7位于所述ITO透明导电层6的中心，所述第二开口8位于所述第一开口7外围圆环形的不同分布区域内(图6中虚线所围成的区域即为所述分布区域)，自所述第一开口7向外的不同分布区域内的所述第二开口8的尺寸逐渐变小；以图6中所示为例，所述第一开口7的外围共包括两个分布区域，假定靠近所述第一开口7的分布区域为第一分布区域，另一分布区域为第二分布区域，在第一分布区域内，所述第二开口8的尺寸相同，且自内至外均匀分布；同样，在所述第二分布区域内，所述第二开口8的尺寸相同，且自内至外均匀分布；所述第一分区区域内的所述第二开口8的尺寸大于所述第二分布区域内的所述第二开口8的尺寸。需要说明的是，图6仅为一个示例，本实施例中，所述第一开口7外围的所述分布区域的数量可以根据实际需要进行设定，此处不做限定；所述第二开口8在每个所述分布区域内，除了如图6所示自内至外均匀分布，还可以在整个所述分布区域内均匀分布。
请参阅图7，图7为所述第一开口7位于所述ITO透明导电层6两侧或边角的俯视示意图。由图7可知，所述第一开口位于所述ITO透明导电层6的边角，且形状为正方形，此时，所述第二开口8位于所述第一开口7外围扇形的不同分布区域内(图7中虚线所围成的区域即为所述分布区域)，且自所述第一开口7向外的不同分布区域内的所述第二开口8的尺寸逐渐变小。
需要说明的是，所述分布区域的宽度可以根据实际需要进行设定，各不同的所述分布区域的宽度可以相等也可以不等。当所述分布区域的宽度较大时，每个所述分布区域内由内至外包括多个所述第二开口8，所述第二开口8在所述第一开口7外围的区域内整体呈现为分区减薄的状态；当所述分布区域的宽度较小时，每个所述分布区域的宽度等于或稍大于位于其内的所述第二开口8的尺寸时，每个所述分布区域内只包括一个所述第二开口8，所述第二开口8在所述第一开口7外围的区域内整体呈现为由内至外依次渐变的状态。
本发明通过在ITO透明导电层上与N电极垂直投影位置蚀刻出第一开口，在第一开口外围蚀刻出自所述第一开口向外尺寸渐变的第二开口，利用P型GaN层与反射电极之间的渐变电阻形成渐变阻挡层，接触电阻由内向外渐变，形成良好的电流阻挡结构，将注入电流有效扩展开来，使注入电流不会拥挤在N电极的下方及周围，缓解N电极下方电流的拥挤，提高电流的均匀分布，从而提高垂直结构LED的发光性能。相比传统的电流阻挡工艺，该方法优势在于工艺简单，成本低，产能高，可调性强。
在步骤S4中，请参阅图2中的S4步骤及图8，在所述ITO透明导电层6表面形成金属电极层9，所述金属电极层9填充进所述第一开口7及所述第二开口8，并与所述第一开口7及所述第二开口8暴露出的所述P型GaN层5接触；所述ITO透明导电层6及所述金属电极层9共同构成P电极。
作为示例，在所述ITO透明导电层6表面依次形成反射电极层及键合金属层，所述反射电极层及键合金属层共同作为所述金属电极层9。所述反射电极层可以为单层或多层结构，包括Ag、Au、Al、Ti、Ni、Pt等材料中一种或多种，本实施例中，所述反射电极层优选采用Ag。所述键合金属层也可以为单层或多层结构，包括Au、Sn、Ag、Al、Ti、Ni、Pt等材料中一种或多种，本实施例中，所述键合金属层优选采用Au/Sn复合层。
作为示例，所述ITO透明导电层6与所述P型GaN层5及所述金属电极层9之间均为欧姆接触；所述金属电极层9与所述第一开口7及所述第二开口8暴露的所述P型GaN层5之间为肖特基接触，这个高接触电阻区域即可起到电流阻挡的作用，将电流有效扩展开来，使电流不会拥挤在N电极下方，从而提高LED垂直芯片的发光效率。
在步骤S5中，请参阅图2中的S5步骤及图9，提供键合衬底10，将所述键合衬底10键合于所述金属电极9层表面。
作为示例，所述键合衬底10可以为Si衬底或高导电导热率的金属衬底，如W/Cu衬底或Mo/Cu衬底等。需要指出的是，对于W/Cu衬底，是指键合衬底由W层及Cu层至少叠加一次而成；同理，对于Mo/Cu衬底也是相同规律。
在步骤S6中，请参阅图2中的S6步骤及图10至图11，依次去除所述生长衬底1及所述非掺杂GaN层2，并形成自上至下贯穿所述N型GaN层3、多量子阱层4及P型GaN层5的切割道11。
作为示例，如图10所示，先采用激光剥离技术去除所述生长衬底1；如图11所示，再沉积适当厚度(譬如600nm～1000nm)的SiO2做掩膜，采用ICP一步法去除所述非故意掺杂GaN层2，并形成自上而下贯穿所述N型GaN层3、多量子阱层4及P型GaN层5的切割道10，得到MESA台面。
ICP(电感耦合等离子系统)是为高级亚微米制程设计的。ICP工艺可以达到工业上无电荷破坏、最小限度污染、残渣去除能力、高灰化率的标准。
所述切割道11用于分隔多个MESA台面。为了图示的方便，图11中仅示出了一个MESA台面，然而须知，在实际工艺中，根据衬底面积及设计的单个LED芯片单元面积，可通过所述切割道11划分出若干LED芯片单元。
在步骤S7中，请参阅图2中的S7步骤及图12至图13，在所述N型GaN层3表面形成N电极12。
作为示例，形成所述N电极12之前，还需先将所述N型GaN层3表面进行粗化处理。具体的，可以采用湿法刻蚀工艺对所述N型GaN层3进行粗化处理，湿法刻蚀工艺中所使用的溶液可以为KOH或H2SO4。通过对所述N型GaN层3表面进行粗化处理，形成不规则凹凸(如图12所示)，从而减少或者破坏所述N型GaN层3的材料与空气界面处的全反射，可以提高LED的光提取效率。
作为示例，可通过蒸镀方法形成所述N电极12，所述N电极12可采用Ni/Au、Al/Ti/Pt/Au、Cr/Pt/Au等复合结构。
至此，完成了LED垂直芯片的制作，其中，所述金属电极层9与所述第一开口1及所述第二开口8底部暴露的所述P型GaN层5之间为肖特基接触，这个高接触电阻区域作为电流阻挡层。
请参阅图14，显示为预期的电流阻挡及电流扩展效果示意图，可见，所述金属电极层9与所述第一开口7及所述第二开口8底部暴露的P型GaN层5的接触区域可以起到明显的电流阻挡的作用，将电流有效扩展开来，使电流不会拥挤在所述N电极12下方，从而提高LED垂直芯片的发光效率。
本发明通过在ITO透明导电层上与N电极垂直投影位置蚀刻出第一开口，在第一开口外围蚀刻出自所述第一开口向外尺寸渐变的第二开口，利用P型GaN层与反射电极之间的渐变电阻形成渐变阻挡层，接触电阻由内向外渐变，形成良好的电流阻挡结构，将注入电流有效扩展开来，使注入电流不会拥挤在N电极的下方及周围，缓解N电极下方电流的拥挤，提高电流的均匀分布，从而提高垂直结构LED的发光性能。相比传统的电流阻挡工艺，该方法优势在于工艺简单，成本低，产能高，可调性强。
实施例二
本发明还提供一种具有电流阻挡结构的LED垂直芯片，请参阅图6、图7及图13，所述LED垂直芯片包括：键合衬底10及自下而上依次形成于所述键合衬底10上的金属电极层9、ITO透明导电层6、P型GaN层5、多量子阱层4、N型GaN层3及N电极12，所述ITO透明导电层6中具有第一开口7及第二开口8，所述第一开口7与所述N电极12在所述ITO透明导电层6上的垂直投影位置相对应，所述第二开口7位于所述第一开口6外围自所述第一开口6向外依次排布的不同分布区域内，且相同分布区域内的所述第二开口7的尺寸相同，自所述第一开口6向外不同分布区域内所述第二开口7的尺寸渐变；所述第一开口6及所述第二开口7暴露出所述P型GaN层5，所述金属电极层9填充进所述第一开口6及所第二开口7，并与所述第一开口6及所第二开口7暴露的所述P型GaN层5接触；所述金属电极层9与所述第一开口6及所第二开口7暴露的P型GaN层5的接触区域作为电流阻挡结构。
作为示例，所述第一开口7的位置、形状及大小由所述N电极的位置、形状及大小所决定，所述第二开口8的形状可以根据实际情况设定，譬如，所述第二开口8的形状可以为圆形、正方形、三角形等等。
请参阅图6，图6为所述第一开口7位于所述ITO透明导电层6中部的俯视示意图。由图6可知，所述第一开口7的形状为圆形，所述第一开口7位于所述ITO透明导电层6的中心，所述第二开口8位于所述第一开口7外围圆环形的不同分布区域内(图6中虚线所围成的区域即为所述分布区域)，自所述第一开口7向外的不同分布区域内的所述第二开口8的尺寸逐渐变小；以图6中所示为例，所述第一开口7的外围共包括两个分布区域，假定靠近所述第一开口7的分布区域为第一分布区域，另一分布区域为第二分布区域，在第一分布区域内，所述第二开口8的尺寸相同，且自内至外均匀分布；同样，在所述第二分布区域内，所述第二开口8的尺寸相同，且自内至外均匀分布；所述第一分区区域内的所述第二开口8的尺寸大于所述第二分布区域内的所述第二开口8的尺寸。需要说明的是，图6仅为一个示例，本实施例中，所述第一开口7外围的所述分布区域的数量可以根据实际需要进行设定，此处不做限定；所述第二开口8在每个所述分布区域内，除了如图6所示自内至外均匀分布，还可以在整个所述分布区域内均匀分布。
请参阅图7，图7为所述第一开口7位于所述ITO透明导电层6两侧或边角的俯视示意图。由图7可知，所述第一开口位于所述ITO透明导电层6的边角，且形状为正方形，此时，所述第二开口8位于所述第一开口7外围扇形的不同分布区域内(图7中虚线所围成的区域即为所述分布区域)，且自所述第一开口7向外的不同分布区域内的所述第二开口8的尺寸逐渐变小。
需要说明的是，所述分布区域的宽度可以根据实际需要进行设定，各不同的所述分布区域的宽度可以相等也可以不等。当所述分布区域的宽度较大时，每个所述分布区域内由内至外包括多个所述第二开口8，所述第二开口8在所述第一开口7外围的区域内整体呈现为分区减薄的状态；当所述分布区域的宽度较小时，每个所述分布区域的宽度等于或稍大于位于其内的所述第二开口8的尺寸时，每个所述分布区域内只包括一个所述第二开口8，所述第二开口8在所述第一开口7外围的区域内整体呈现为由内至外依次渐变的状态。
需要说明的是，所述开口7的面积与所述N电极的面积可以不严格相等，除了所述第一开口7与所述N电极面积相等的情形以外，所述第一开口7的面积可以稍小于或稍大于所述N电极的面积(±20％以内)，此处不应过分限制本发明的保护范围。
作为示例，所述键合衬底10可以为Si衬底或高导电导热率的金属衬底，如W/Cu衬底或Mo/Cu衬底等。需要指出的是，对于W/Cu衬底，是指键合衬底由W层及Cu层至少叠加一次而成；同理，对于Mo/Cu衬底也是相同规律。
作为示例，所述金属电极层9包括反射电极层及键合金属层，其中，所述反射电极层与所述ITO透明导电层6连接，所述键合金属层与所述键合衬底10连接。所述反射电极层可以为单层或多层结构，包括Ag、Au、Al、Ti、Ni、Pt等材料中一种或多种，本实施例中，所述反射电极层优选采用Ag。所述键合金属层也可以为单层或多层结构，包括Au、Sn、Ag、Al、Ti、Ni、Pt等材料中一种或多种，本实施例中，所述键合金属层优选采用Au/Sn复合层。
作为示例，所述ITO透明导电层6与所述P型GaN层5及所述金属电极层9之间均为欧姆接触；所述金属电极层9与所述第一开口7及所述第二开口8暴露的所述P型GaN层5之间为肖特基接触，这个高接触电阻区域即可起到电流阻挡的作用，将电流有效扩展开来，使电流不会拥挤在N电极下方，从而提高LED垂直芯片的发光效率。
作为示例，所述N型GaN层3表面可经过粗化处理，形成不规则凹凸，从而减少或者破坏GaN材料与空气界面处的全反射，可以提高LED的光提取效率。
综上所述，本发明提供一种具有电流阻挡结构的LED垂直芯片及其制备方法，本发明通过在ITO透明导电层上与N电极垂直投影位置蚀刻出第一开口，在第一开口外围蚀刻出自所述第一开口向外尺寸渐变的第二开口，利用P型GaN层与反射电极之间的渐变电阻形成渐变阻挡层，接触电阻由内向外渐变，形成良好的电流阻挡结构，将注入电流有效扩展开来，缓解N电极下方电流的拥挤，提高电流的均匀分布，从而提高垂直结构LED的发光性能。相比传统的电流阻挡工艺，该方法优势在于工艺简单，成本低，产能高，可调性强。
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 (12)
1.一种具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供生长衬底，在所述生长衬底上依次生长非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层及P型GaN层；
在所述P型GaN层表面形成ITO透明导电层；
在所述ITO透明导电层上蚀刻出第一开口及第二开口；所述第一开口与后续要形成的N电极在所述ITO透明导电层上的垂直投影位置相对应，所述第二开口位于所述第一开口外围自所述第一开口向外依次排布的不同分布区域内，且相同分布区域内的所述第二开口的尺寸相同，自所述第一开口向外不同分布区域内所述第二开口的尺寸渐变；所述第一开口及所述第二开口贯穿所述ITO透明导电层以暴露出所述P型GaN层；
在所述ITO透明导电层表面形成金属电极层，所述金属电极层填充进所述第一开口及所述第二开口，并与所述第一开口及所述第二开口暴露出的所述P型GaN层接触；所述ITO透明导电层及所述金属电极层共同构成P电极；
提供键合衬底，将所述键合衬底键合于所述金属电极层表面；
依次去除所述生长衬底及所述非掺杂GaN层，并形成自上至下贯穿所述N型GaN层、多量子阱层及P型GaN层的切割道；
在所述N型GaN层表面形成N电极。
2.根据权利要求1所述的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的制备方法，其特征在于：自所述第一开口向外不同分布区域内所述第二开口的尺寸逐渐变小。
3.根据权利要求1所述的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的制备方法，其特征在于：所述第二开口在相同的分布区域内均匀分布。
4.根据权利要求1所述的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的制备方法，其特征在于：在所述ITO透明导电层表面依次形成反射电极层及键合金属层，所述反射电极层及键合金属层共同作为所述金属电极层。
5.根据权利要求1所述的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的制备方法，其特征在于：所述ITO透明导电层与所述P型GaN层及所述金属电极层之间均为欧姆接触；所述金属电极层与所述第一开口及所述第二开口暴露的所述P型GaN层之间为肖特基接触。
6.根据权利要求1所述的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片的制备方法，其特征在于：在所述N型GaN层表面形成所述N电极之前，还包括将所述N型GaN层表面进行粗化处理的步骤。
7.一种具有电流阻挡结构的LED垂直芯片，所述具有电流阻挡结构的LED垂直芯片包括：键合衬底及自下而上依次形成于所述键合衬底上的金属电极层、ITO透明导电层、P型GaN层、多量子阱层、N型GaN层及N电极，其特征在于：
所述ITO透明导电层中具有第一开口及第二开口，所述第一开口与所述N电极在所述ITO透明导电层上的垂直投影位置相对应，所述第二开口位于所述第一开口外围自所述第一开口向外依次排布的不同分布区域内，且相同分布区域内的所述第二开口的尺寸相同，自所述第一开口向外不同分布区域内所述第二开口的尺寸渐变；
所述第一开口及所述第二开口暴露出所述P型GaN层，所述金属电极层填充进所述第一开口及所第二开口，并与所述第一开口及所第二开口暴露的所述P型GaN层接触；所述金属电极层与所述第一开口及所第二开口暴露的P型GaN层的接触区域作为电流阻挡结构。
8.根据权利要求7所述的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片，其特征在于：自所述第一开口向外不同分布区域内所述第二开口的尺寸逐渐变小。
9.根据权利要求7所述的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片，其特征在于：所述第二开口在相同的分布区域内均匀分布。
10.根据权利要求7所述的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片，其特征在于：所述金属电极层包括反射电极层及键合金属层，其中，所述反射电极层与所述ITO透明导电层连接，所述键合金属层与所述键合衬底连接。
11.根据权利要求7所述的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片，其特征在于：所述ITO透明导电层与所述P型GaN层及所述金属电极层之间均为欧姆接触；所述金属电极层与所述第一开口及所述第二开口暴露的所述P型GaN层之间为肖特基接触。
12.根据权利要求7所述的具有电流阻挡结构的LED垂直芯片，其特征在于：所述N型GaN层表面经过粗化处理。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160525 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |