CN105720143B - 一种发光二极管芯片的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管芯片的制作方法，属于半导体技术领域。所述制作方法包括：在衬底的第一表面上依次生长N型层、发光层、P型层，形成外延层；在P型层上形成从P型层上延伸到N型层的凹槽；在P型层上形成电流阻挡层；在电流阻挡层和P型层上形成透明导电薄膜；在透明导电薄膜上电流阻挡层对应的区域边缘形成绝缘层，绝缘层包括多个间隔排列的绝缘单元；在绝缘层的遮挡下对透明导电薄膜进行高温退火；在透明导电薄膜上电流阻挡层对应的区域形成P型电极，在N型层上形成N型电极；对衬底进行减薄；在衬底的第二表面形成分布式布拉格反射镜DBR；对DBR、衬底、以及外延层进行切割和分裂。本发明可以提高发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管芯片的制作方法。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)是一种半导体发光器件，被广泛用于指示灯、显示屏等。
现有的LED芯片包括衬底、以及依次层叠在衬底上的N型层、发光层、P型层，P型层上开设有从P型层延伸到N型层的凹槽，电流阻挡层、电流扩展层、P型电极依次设置在P型层上，N型电极设置在N型层上。
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：
形成电流扩展层后会在O2的参与下对电流扩展层进行退火，如果O2含量太多会降低电流扩展层的导电性能，如果O2含量太少会降低光线的出射率和LED芯片的发光亮度、以及电流扩展层与P型层之间的欧姆接触，即使是在最佳的O2含量的基础上，由于电流是由P型电极和N型电极注入LED，必定导致电流聚集在P型电极和N型电极附近，边缘部分没有得到充分利用，LED芯片的发光效率较低。
发明内容
为了解决现有技术边缘部分没有得到充分利用、LED芯片的发光效率较低的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管芯片的制作方法。所述技术方案如下：
本发明实施例提供了一种发光二极管芯片的制作方法，所述制作方法包括：
在衬底的第一表面上依次生长N型层、发光层、P型层，形成外延层；
在所述P型层上形成从所述P型层上延伸到所述N型层的凹槽；
在所述P型层上形成电流阻挡层；
在所述电流阻挡层和所述P型层上形成透明导电薄膜；
在所述透明导电薄膜上所述电流阻挡层对应的区域边缘形成绝缘层，所述绝缘层包括多个间隔排列的绝缘单元，所述绝缘单元的面积沿从中心向四周的方向逐渐减小；
在所述绝缘层的遮挡下对所述透明导电薄膜进行高温退火；
在所述透明导电薄膜上所述电流阻挡层对应的区域形成P型电极，在所述N型层上形成N型电极；
对所述衬底进行减薄；
在所述衬底的第二表面形成分布式布拉格反射镜DBR，所述第二表面为与所述第一表面相反的表面；
对所述DBR、所述衬底、以及所述外延层进行切割和分裂，得到相互独立的发光二极管芯片。
可选地，所述绝缘单元的横截面为圆形或环形。
可选地，所述绝缘层的厚度为5纳米～5微米。
可选地，所述绝缘层为SiO2层或SiN层。
可选地，所述制作方法还包括：
在所述透明导电薄膜上所述电流阻挡层对应的区域形成所述绝缘层。
可选地，在所述在所述绝缘层的遮挡下对所述透明导电薄膜进行高温退火之后，所述制作方法还包括：
去除所述绝缘层。
可选地，所述在所述绝缘层的遮挡下对所述透明导电薄膜进行高温退火，包括：
采用快速热退火RTA技术对所述透明导电薄膜进行高温退火。
可选地，所述高温退火的温度为400～700℃。
可选地，所述透明导电薄膜为氧化铟锡ITO、铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃AZO、镓掺杂的氧化锌透明导电玻璃GZO、铟镓锌氧化物IGZO、NiAu、石墨烯中的一种。
可选地，所述P型电极采用Cr、Pt、Au、Ti、Ni、Al、Mo、Pd中的一种或多种材料形成，所述N型电极采用Cr、Pt、Au、Ti、Ni、Al、Mo、Pd中的一种或多种材料形成。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过先在透明导电薄膜上电流阻挡层对应的区域边缘形成绝缘层，再在绝缘层的遮挡下对透明导电薄膜进行高温退火，在绝缘层的遮挡作用下，电流阻挡层对应的区域的透明导电薄膜在高温退火的过程中吸收的O2含量较少，导电性能较好，并且与P型层之间的欧姆接触较差，利于从P型电极注入的电流向LED芯片边缘扩展，避免电流聚集在P型电极和N型电极附近，提高LED芯片边缘部分的利用率，提高发光效率。
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发光二极管芯片的制作方法的流程图；
图2a-图2h是本发明实施例提供的发光二极管芯片制作过程中的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的绝缘层的结构示意图。
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。
实施例
本发明实施例提供了一种发光二极管芯片的制作方法，参见图1，方法流程包括：
步骤101：在衬底的第一表面上依次生长N型层、发光层、P型层，形成外延层。
图2a为执行步骤101后的发光二极管芯片的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为发光层，4为P型层。
在本实施例中，N型层可以为N型GaN层，发光层可以为交替层叠的InGaN层和GaN层，P型层可以为P型GaN层。
可选地，衬底可以为表面平整的蓝宝石衬底、图形化蓝宝石衬底(PatternedSapphire Substrate，简称PSS)、Si衬底、GaN衬底、SiN衬底、SiC衬底、玻璃衬底中的一种，适用面广。
步骤102：在P型层上形成从P型层上延伸到N型层的凹槽。
图2b为执行步骤102后的发光二极管芯片的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为发光层，4为P型层，100为凹槽。
具体地，该步骤102可以包括：
采用干法刻蚀技术在P型层上形成从P型层上延伸到N型层的凹槽。
可选地，凹槽的深度可以为0.5～5微米，使凹槽延伸到N型层。
步骤103：在P型层上形成电流阻挡层。
图2c为执行步骤103后的发光二极管芯片的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为发光层，4为P型层，5为电流阻挡层，100为凹槽。
步骤104：在电流阻挡层和P型层上形成透明导电薄膜(TCO)。
图2d为执行步骤104后的发光二极管芯片的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为发光层，4为P型层，5为电流阻挡层，6为透明导电薄膜，100为凹槽。
可选地，透明导电薄膜可以为氧化铟锡(Indium Tin Oxides，简称ITO)、铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃(AZO)、镓掺杂的氧化锌透明导电玻璃(GZO)、铟镓锌氧化物(IndiumGallium Zinc Oxide，简称IGZO)、NiAu、石墨烯中的一种，适用面广。
步骤105：在透明导电薄膜上电流阻挡层对应的区域边缘形成绝缘层。
图2e为执行步骤105后的发光二极管芯片的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为发光层，4为P型层，5为电流阻挡层，6为透明导电薄膜，7为绝缘层，100为凹槽。
具体地，该步骤105可以包括：
在透明导电薄膜上沉积绝缘层；
通过光刻技术，只留下在透明导电薄膜上电流阻挡层对应的区域边缘的绝缘层。
在本实施例中，参见图3，绝缘层包括多个间隔排列的绝缘单元。一方面使得相应区域透明导电薄膜与P型层之间存在一定的欧姆接触，另一方面也使得相应区域透明导电薄膜与P型层之间的欧姆接触较差，电流扩展性好，使得电流强行向边缘扩展，降低了电流聚集区域的非有效复合，提高边缘区域的复合效率。
可选地，绝缘单元的横截面可以为圆形或环形。
可选地，绝缘单元的面积可以沿从中心向四周的方向逐渐减小，可以使得透明导电薄膜在高温退火之后，沿从中心向四周的方向导电性能逐渐降低，与P型层之间的欧姆接触逐渐变好，利于电流向LED芯片边缘扩展。
可选地，绝缘层的厚度可以为5纳米～5微米。当绝缘层的厚度小于5纳米时，无法有效减少下方透明导电薄膜吸收的O2含量；当绝缘层的厚度大于5微米时，浪费材料，增加实现成本。
可选地，绝缘层可以为SiO2层或SiN层。采用通用材料，实现成本低。
可选地，该制作方法还可以包括：
在透明导电薄膜上电流阻挡层对应的区域形成绝缘层。
可以理解地，当只在透明导电薄膜上电流阻挡层对应的区域边缘形成绝缘层时，绝缘层为空心结构；当同时在透明导电薄膜上电流阻挡层对应的区域及其边缘形成绝缘层时，绝缘层为实心结构。
可选地，在步骤105之后，该制作方法还可以包括：
去除绝缘层。
步骤106：在绝缘层的遮挡下对透明导电薄膜进行高温退火。
在实际应用中，高温退火可以使得透明导电薄膜和P型层之间进行欧姆接触，在此过程中，O2含量越多，透明导电薄膜和P型层之间的欧姆接触越好，但导电性能越差；O2含量越少，导电性能越好，但透明导电薄膜和P型层之间的欧姆接触越差。
可选地，该步骤106可以包括：
采用快速热退火(Rapid Thermal Annealing，简称RTA)技术对透明导电薄膜进行高温退火。
可选地，高温退火的温度可以为400～700℃。
步骤107：在透明导电薄膜上电流阻挡层对应的区域形成P型电极，在N型层上形成N型电极。
图2f为执行步骤107后的发光二极管芯片的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为发光层，4为P型层，5为电流阻挡层，6为透明导电薄膜，7为绝缘层，8为P型电极，9为N型电极，100为凹槽。
可选地，P型电极可以采用Cr、Pt、Au、Ti、Ni、Al、Mo、Pd中的一种或多种材料形成。采用通用材料，降低实现成本。
可选地，N型电极可以采用Cr、Pt、Au、Ti、Ni、Al、Mo、Pd中的一种或多种材料形成。采用通用材料，降低实现成本。
步骤108：对衬底进行减薄。
步骤109：在衬底的第二表面形成分布式布拉格反射镜(Distributed BraggReflection，简称DBR)。
在本实施例中，第二表面为与第一表面相反的表面。
图2g为执行步骤109后的发光二极管芯片的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为发光层，4为P型层，5为电流阻挡层，6为透明导电薄膜，7为绝缘层，8为P型电极，9为N型电极，10为DBR，100为凹槽。
步骤110：对DBR、衬底、以及外延层进行切割和分裂，得到相互独立的发光二极管芯片。
图2h为执行步骤110后的发光二极管芯片的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为发光层，4为P型层，5为电流阻挡层，6为透明导电薄膜，7为绝缘层，8为P型电极，9为N型电极，10为DBR，100为凹槽。
本发明实施例通过先在透明导电薄膜上电流阻挡层对应的区域边缘形成绝缘层，再在绝缘层的遮挡下对透明导电薄膜进行高温退火，在绝缘层的遮挡作用下，电流阻挡层对应的区域的透明导电薄膜在高温退火的过程中吸收的O2含量较少，导电性能较好，并且与P型层之间的欧姆接触较差，利于从P型电极注入的电流向LED芯片边缘扩展，避免电流聚集在P型电极和N型电极附近，提高LED芯片边缘部分的利用率，提高发光效率。
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 (9)
1.一种发光二极管芯片的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
在衬底的第一表面上依次生长N型层、发光层、P型层，形成外延层；
在所述P型层上形成从所述P型层上延伸到所述N型层的凹槽；
在所述P型层上形成电流阻挡层；
在所述电流阻挡层和所述P型层上形成透明导电薄膜；
在所述透明导电薄膜上所述电流阻挡层对应的区域边缘形成绝缘层，所述绝缘层包括多个间隔排列的绝缘单元，所述绝缘单元的面积沿从中心向四周的方向逐渐减小；
在所述绝缘层的遮挡下对所述透明导电薄膜进行高温退火；
在所述透明导电薄膜上所述电流阻挡层对应的区域形成P型电极，在所述N型层上形成N型电极；
对所述衬底进行减薄；
在所述衬底的第二表面形成分布式布拉格反射镜DBR，所述第二表面为与所述第一表面相反的表面；
对所述DBR、所述衬底、以及所述外延层进行切割和分裂，得到相互独立的发光二极管芯片。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述绝缘单元的横截面为圆形或环形。
3.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述绝缘层的厚度为5纳米～5微米。
4.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述绝缘层为SiO2层或SiN层。
5.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括：
在所述透明导电薄膜上所述电流阻挡层对应的区域形成所述绝缘层。
6.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，在所述在所述绝缘层的遮挡下对所述透明导电薄膜进行高温退火之后，所述制作方法还包括：
去除所述绝缘层。
7.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述在所述绝缘层的遮挡下对所述透明导电薄膜进行高温退火，包括：
采用快速热退火RTA技术对所述透明导电薄膜进行高温退火。
8.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述高温退火的温度为400～700℃。
9.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述透明导电薄膜为氧化铟锡ITO、铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃AZO、镓掺杂的氧化锌透明导电玻璃GZO、铟镓锌氧化物IGZO、NiAu、石墨烯中的一种。
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