CN106653986A - 一种具有反射电流阻挡层的led芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有反射电流阻挡层的LED芯片及其制作方法，在P型氮化镓层的上方，绝缘的电流阻挡层的下方，采用电子束蒸发或者磁控溅射工艺形成一层具有反射作用的金属反射层，同时金属反射层在绝缘的电流阻挡层的覆盖下具有较高的稳定性。当P、N电极通电后，从有源层发出的光大部分从芯片的正上方出光，而位于P型电极下方的这部分光会通过位于电流阻挡层下方的金属反射层反射回来，再与位于芯片下方的布拉格反射镜的共同作用，从P型电极的周边发出，而不会受到金属电极吸光的影响，从而提高芯片的出光效率，提高芯片的亮度。
Description
技术领域
本发明属于发光二极管技术领域，具有涉及一种具有反射电流阻挡层的LED芯片及其制作方法。
技术背景
LED作为新一代固体冷光源，具有低能耗、寿命长、易控制、安全环保等特点，是理想的节能环保产品，适用各种照明场所。
正装结构LED芯片，当电流从电极注入到芯片，会优先以垂直于电极的方向传播，这样会导致电流注入较集中，影响电流的扩散，从而影响芯片的发光亮度和发光光型。现有技术采用在P型电极下方增加一层绝缘层作为电流阻挡层（一般为致密的SiO2、SiNx、SiNOx等），这样电流注入后遇到绝缘层，以平行于电极的方向进行扩展，从而提高芯片的电流分布均匀性，提高芯片亮度。但是，由量子阱发出的光会通过绝缘层（电流阻挡层）被P型电极吸收，降低发光效率。因为LED芯片的电极一般为Cr/Ti/Al、Cr/Pt/Au等金属结构，Cr作为第一种金属起到两个重要作用，一是起到连接作用，将大部分金属结构与GaN连接起来，结合力好；另一个是与GaN间形成欧姆接触，当注入同等电流的情况下有利于降低芯片的电压。然而Cr金属对光的反射作用差，会吸收由量子阱发出的光。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种具有反射电流阻挡层的LED芯片及其制作方法。
一种具有反射电流阻挡层的LED芯片的制作方法，包括：
提供一衬底，在所述衬底上依次形成发光结构，其中，所述发光结构包括依次形成的N型氮化镓层、有源层、P型氮化镓层；
对所述发光结构进行刻蚀，形成贯穿所述P型氮化镓层和有源层并延伸至所述N型氮化镓层的第一通孔；
在所述P型氮化镓层表面依次形成金属反射层和电流阻挡层；
对所述金属反射层和电流阻挡层进行刻蚀，形成贯穿所述金属反射层和电流阻挡层并延伸至所述P型氮化镓层中的第二通孔；
在所述电流阻挡层表面及第二通孔形成透明导电层，在所述透明导电层表面及第一通孔侧壁形成钝化层；
对所述钝化层和透明导电层进行刻蚀，形成在金属反射层垂直方向上贯穿所述钝化层和透明导电层的第三通孔，并在所述第一通孔填充金属形成N型电极，在所述第三通孔填充金属形成P型电极；
在所述第一衬底背离有源层一侧形成布拉格反射层。
优选的，在形成所述金属反射层后，且形成所述电流阻挡层前，所述制作方法还包括：
将所述衬底放置在氮气环境中进行高温退火，形成良好的欧姆接触。
优选的，在形成所述透明导电层后，且形成所述钝化层前，所述制作方法还包括：
将所述衬底放置在氮气环境中进行高温退火，形成高致密性、膜层均匀的透明导电层和良好的欧姆接触。
优选的，所述P型电极的面积小于等于所述电流阻挡层的面积。
优选的，在形成所述电极后，且形成所布拉格反射层前，所述制作方法还包括：
对所述衬底背离所述有源层一侧进行研磨、抛光减薄。
优选的，采用电子束蒸发或磁控溅射的工艺在所述衬底背离有源层一侧形成所述布拉格反射层。
优选的，所述布拉格反射层具有高钝化性能和高反射性能。
相应的，本发明还提供了一种具有反射电流阻挡层的LED芯片，所述LED芯片采用上述制作方法制作而成。
相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：
本发明提供的一种具有反射电流阻挡层的LED芯片及其制作方法，在P型氮化镓层的上方，绝缘的电流阻挡层的下方，采用电子束蒸发或者磁控溅射工艺形成一层具有反射作用的金属反射层，同时金属反射层在绝缘的电流阻挡层的覆盖下具有较高的稳定性。当P、N电极通电后，从有源层发出的光大部分从芯片的正上方出光，而位于P型电极下方的这部分光会通过位于电流阻挡层下方的金属反射层反射回来，再与位于芯片下方的布拉格反射镜的共同作用，从P型电极的周边发出，而不会受到金属电极吸光的影响，从而提高芯片的出光效率，提高芯片的亮度。
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1-7为本发明实施例提供的具有反射电流阻挡层的LED芯片的制作工艺流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施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和功效。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修饰或改变。
请参阅附图。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，遂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形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
一种具有反射电流阻挡层的LED芯片的制作方法，包括：
S1：提供一衬底，在所述衬底上依次形成发光结构，其中，所述发光结构包括依次形成的N型氮化镓层、有源层、P型氮化镓层；
S2：对所述发光结构进行刻蚀，形成贯穿所述P型氮化镓层和有源层并延伸至所述N型氮化镓层的第一通孔；
S3：在所述P型氮化镓层表面依次形成金属反射层和电流阻挡层；
S4：对所述金属反射层和电流阻挡层进行刻蚀，形成贯穿所述金属反射层和电流阻挡层并延伸至所述P型氮化镓层中的第二通孔；
S5：在所述电流阻挡层表面及第二通孔形成透明导电层，在所述透明导电层表面及第一通孔侧壁形成钝化层；
S6：对所述钝化层和透明导电层进行刻蚀，形成在金属反射层垂直方向上贯穿所述钝化层和透明导电层的第三通孔，并在所述第一通孔填充金属形成N型电极，在所述第三通孔填充金属形成P型电极；
S7：在所述第一衬底背离有源层一侧形成布拉格反射层。
具体地，如图1所示，衬底10的材料可以为蓝宝石、碳化硅或硅，也可以为其他半导体材料，本实施例中优选衬底为蓝宝石衬底，在衬底10上形成发光结构20，即在衬底10上依次生长N型氮化镓层201、有源层202和P型氮化镓层203。
采用电感耦合等离子刻蚀工艺，对所述发光结构20进行刻蚀，形成贯穿所述P型氮化镓层203和有源层202，并延伸至N型氮化镓层201的第一通孔，如图2所示。其中，刻蚀深度为110nm~130nm。
形成第一通孔后，如图3所示，采用电子束蒸发或者磁控溅射工艺，在P型氮化镓层203上蒸镀金属反射层30，所述金属反射层30由Ag、Ni/Ag、Ni/Ag/Ni、Pt、Au或其合金构成，其厚度的范围约为100nm~500nm，然后将衬底放置在氮气或真空的环境中高温退火5min~60min，以使形成的金属反射层更加致密均匀，欧姆接触性能更加良好。然后，采用等离子体增强化学气相沉积工艺在金属反射层30表面形成电流阻挡层40，所述电流阻挡层40由SiO2、SiNx、SiNOx或者其他具有高绝缘性透明无机氧化膜构成，以防止金属反射层中的金属离子扩散而形成漏电流，影响LED芯片的性能。
采用电感耦合等离子刻蚀工艺或者金属蚀刻液对所述金属反射层30进行刻蚀，另使用电感耦合等离子刻蚀工艺或BOE蚀刻液对电流阻挡层40进行刻蚀，形成贯穿所述金属反射层30和电流阻挡层40，并延伸至P型氮化镓层203中的第二通孔，如图4所示。
具体地，如图5所示，采用电子束蒸发或者磁控溅射工艺，在所述电流阻挡层40表面及第二通孔内形成透明导电层50，透明导电层50具有电流扩展的作用。然后采用等离子体增强化学气相沉积工艺，在所述透明导电层50表面及第一通孔侧壁沉积钝化层60，所述钝化层60可以由氮化硅、氧化硅、氮氧化硅中的一种或几种形成的一层或多层介质膜构成，保护芯片的结构，提高芯片可靠性。
具体的，在形成透明导电层之后，形成钝化层之前，还包括：将衬底放置在氮气的环境中高温退火10min~60min，以使其形成高致密性、膜层均匀的透明导电层，使其欧姆接触性能也更加良好。
如图6所示，采用电感耦合等离子刻蚀工艺或BOE湿法刻蚀工艺，对所述钝化层60，另使用蚀刻溶液或电感耦合等离子体工艺对透明导电层50进行刻蚀，形成在金属反射层30垂直方向上贯穿所述钝化层60和透明导电层50的第三通孔。然后采用电子束蒸镀、磁控溅射、电镀或化学镀工艺中的一种或几种，在所述第三通孔中沉积薄膜形成填充金属层，形成与P型氮化镓层电连接的P型电极1,在所述第一通孔中沉积薄膜形成填充金属层，继而形成与N型氮化镓层电连接的N型电极2。
具体的，如图7所示，对所述衬底10背离所述有源层202一侧进行研磨、抛光减薄，然后采用电子束蒸发工艺或磁控溅射的工艺，在所述衬底10抛光表面蒸镀形成布拉格反射层70，其厚度为1um~4um。所述布拉格反射层为硅氧化物与钛氧化物交替堆积形成，具有高钝化性能和高反射性能。
最后采用正切或背切的方法对芯片进行切割，将切割好的芯粒进行光电参数的测试和分选。
相应的，本申请实施例还提供了一种具有反射电流阻挡层的LED芯片，具有反射电流阻挡层的LED芯片采用上述实施例提供的制作方法制作而成。
本实施例提供的一种具有反射电流阻挡层的LED芯片及其制作方法，在P型氮化镓层的上方，绝缘的电流阻挡层的下方，采用电子束蒸发或者磁控溅射工艺形成一层具有反射作用的金属反射层，同时金属反射层在绝缘的电流阻挡层的覆盖下具有较高的稳定性。如图7所述，当P、N电极通电后，从有源层发出的光大部分从芯片的正上方出光，而位于P型电极下方的这部分光会通过位于电流阻挡层下方的金属反射层反射回来，再与位于芯片下方的布拉格反射镜的共同作用，从P型电极的周边发出，而不会受到金属电极吸光的影响，从而提高芯片的出光效率，提高芯片的亮度。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种具有反射电流阻挡层的LED芯片的制作方法，其特征在于，包括：
提供一衬底，在所述衬底上依次形成发光结构，其中，所述发光结构包括依次形成的N型氮化镓层、有源层、P型氮化镓层；
对所述发光结构进行刻蚀，形成贯穿所述P型氮化镓层和有源层并延伸至所述N型氮化镓层的第一通孔；
在所述P型氮化镓层表面依次形成金属反射层和电流阻挡层；
对所述金属反射层和电流阻挡层进行刻蚀，形成贯穿所述金属反射层和电流阻挡层并延伸至所述P型氮化镓层中的第二通孔；
在所述电流阻挡层表面及第二通孔形成透明导电层，在所述透明导电层表面及第一通孔侧壁形成钝化层；
对所述钝化层和透明导电层进行刻蚀，形成在金属反射层垂直方向上贯穿所述钝化层和透明导电层的第三通孔，并在所述第一通孔填充金属形成N型电极，在所述第三通孔填充金属形成P型电极；
在所述第一衬底背离有源层一侧形成布拉格反射层。
2.根据权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，在形成所述金属反射层后，且形成所述电流阻挡层前，所述制作方法还包括：
将所述衬底放置在氮气环境中进行高温退火，形成良好的欧姆接触。
3.根据权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，在形成所述透明导电层后，且形成所述钝化层前，所述制作方法还包括：
将所述衬底放置在氮气环境中进行高温退火，形成高致密性、膜层均匀的透明导电层和良好的欧姆接触。
4.根据权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述P型电极的面积小于等于所述电流阻挡层的面积。
5.根据权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，在形成所述电极后，且形成所布拉格反射层前，所述制作方法还包括：
对所述衬底背离所述有源层一侧进行研磨、抛光减薄。
6.根据权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，采用电子束蒸发或磁控溅射的工艺在所述衬底背离有源层一侧形成所述布拉格反射层。
7.根据权利要求6所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述布拉格反射层具有高钝化性能和高反射性能。
8.一种具有反射电流阻挡层的LED芯片，其特征在于，所述具有反射电流阻挡层的LED芯片采用权利要求1~7中任意一项所述的制作方法制作而成。
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