CN106784173A - 具有电容结构的led芯片及其制备方法 - Google Patents

具有电容结构的led芯片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种具有电容结构的LED芯片及其制备方法，所述LED芯片包括：N型半导体层、多量子阱发光层、P型半导体层、以及N电极和P电极，所述N电极与N型半导体层电性连接，P电极与P型半导体层电性连接，所述LED芯片电性连接有电容结构，所述电容结构包括平行且间隔设置的第一导电层和第二导电层、以及位于第一导电层和第二导电层之间的介电材料层，所述第一导电层与P电极电性连接，所述第二导电层与N电极电性连接，电容结构中的第一导电层和第二导电层与LED芯片的P电极和N电极并联设置。本发明通过在LED芯片上增加电容结构，电容结构可以对LED芯片起到保护作用，能够滤除纹波，防止浪涌冲击，提高LED芯片的可靠性。

Description

具有电容结构的LED芯片及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体芯片领域，尤其涉及一种具有电容结构的LED芯片及其制备方法。
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。由于其具有节能、环保、安全、寿命长、低功耗、低热、高亮度、防水、微型、防震、易调光、光束集中、维护简便等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明等领域。
目前的LED芯片，主要针对发光部分做设计优化和考虑，主要工艺过程包括：
1．用ICP(感应等离子耦合刻蚀设备)对外延层进行刻蚀或者使用KOH溶液或用H2SO4:H3PO4=3:1的溶液对外延层进行腐蚀出MESA台阶，刻蚀深度超过MQWS，暴露出N-GaN层；
2．沉积(包括PECVD、LPCVD、LTO等)一定厚度的掩模层(如厚度为0.2-2微米的SiO2、Si3N、SiON等)，作为CBL电流阻挡层；
3．生长(工艺包括电子束蒸发、溅射、ALD等)透明导电薄膜(如ITO、ZnO、镍金或其他合金材料)，作为TCL电流传输层；
4．生长(工艺包括电子束蒸发、溅射、ALD等)导电金属薄膜(如Cr、Pt、Ti、Ni、Au、Ag、W、Al、V等金属中不同组合的合金)；
5．沉积(包括PECVD、LPCVD、LTO等)一定厚度的掩模层(如厚度为0.2-2微米的SiO2、Si3N、SiON等)，作为芯片表面钝化层。
通过以上工艺完成LED芯片的制作，然而传统结构的LED芯片，因结构中仅有发光结构设计，在实际应用中由开关电源进行加电管理，在不停的高频开关中会存在一定频率的频闪，使得芯片出光不恒定，无法保证光源的无频闪稳定出光，对人的视力等会有影响。
因此，针对上述问题，有必要提供一种具有电容结构的LED芯片及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有电容结构的LED芯片及其制备方法，其能够提高LED芯片的可靠性。
为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：
一种具有电容结构的LED芯片，所述LED芯片包括：N型半导体层、多量子阱发光层、P型半导体层、以及N电极和P电极，所述N电极与N型半导体层电性连接，P电极与P型半导体层电性连接，所述LED芯片电性连接有电容结构，所述电容结构包括平行且间隔设置的第一导电层和第二导电层、以及位于第一导电层和第二导电层之间的介电材料层，所述第一导电层与P电极电性连接，所述第二导电层与N电极电性连接，电容结构中的第一导电层和第二导电层与LED芯片的P电极和N电极并联设置。
作为本发明的进一步改进，所述电容结构集成于LED芯片上方，且电容结构位于LED芯片发光区的外圈。
作为本发明的进一步改进，所述N型半导体层上形成有绝缘介质层，所述第一导电层形成于绝缘介电层上，且第一导电层与N型半导体层绝缘设置。
作为本发明的进一步改进，所述P型半导体层上设有电流阻挡层及透明导电层，所述电流阻挡层位于透明导电层下方，所述P电极位于透明导电层上且通过透明导电层与P型半导体层电性连接，所述第一导电层通过透明导电层与P电极电性连接。
作为本发明的进一步改进，所述LED芯片还包括位于透明导电层上方且未覆盖P电极的钝化层。
作为本发明的进一步改进，所述LED芯片的N型半导体层上刻蚀形成有N台阶，所述N电极和/或所述电容结构形成于所述N台阶上。
本发明另一实施例提供的技术方案如下：
一种具有电容结构的LED芯片的制备方法，所述制备方法包括：
提供一衬底，并在衬底上外延生长N型半导体层、多量子阱发光层、P型半导体层；
刻蚀部分外延层至N型半导体层形成N台阶；
在N台阶沉积绝缘介电层，以及在P型半导体层上沉积电流阻挡层；
在绝缘介电层上生长第一导电层，以及在P型半导体层及电流阻挡层上生长透明导电层；
在第一导电层上沉积介电材料层，以及在透明导电层上方及两侧生长钝化层；
在介电材料层上生长第二导电层；
在透明导电层上未被钝化层覆盖处生长P电极，以及在N台阶上生长N电极。
作为本发明的进一步改进，所述绝缘介电层与电流阻挡层的材料相同，绝缘介电层与电流阻挡层采用一步工艺沉积形成。
作为本发明的进一步改进，所述第一导电层与透明导电层的材料相同，第一导电层与透明导电层采用一步工艺生长形成。
作为本发明的进一步改进，所述介电材料层与钝化层的材料相同，介电材料层与钝化层采用一步工艺沉积形成。
本发明的有益效果是：
本发明通过在LED芯片上增加电容结构，电容结构可以对LED芯片起到保护作用，能够滤除纹波，防止浪涌冲击，提高LED芯片的可靠性；
具有电容结构的LED芯片的制备方法简单，无需增加工艺步骤，能够有效控制生成成本。
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芯片的剖视结构示意图；
图2为本发明一具体实施方式中LED芯片的俯视结构示意图；
图3为本发明一具体实施方式中LED芯片与电容结构并联设置的电路示意图；
图4a~4h为本发明一具体实施方式中LED芯片的制备方法工艺步骤图。
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。
本发明公开了一种具有电容结构的LED芯片，该LED芯片包括：N型半导体层、多量子阱发光层、P型半导体层、以及N电极和P电极，N电极与N型半导体层电性连接，P电极与P型半导体层电性连接。另外，本发明中的LED芯片电性连接有电容结构，电容结构包括平行且间隔设置的第一导电层和第二导电层、以及位于第一导电层和第二导电层之间的介电材料层，第一导电层与P电极电性连接，第二导电层与N电极电性连接，电容结构中的第一导电层和第二导电层与LED芯片的P电极和N电极并联设置。
参图1并结合图2所示，本实施方式中的LED芯片100依次包括：
衬底10，如蓝宝石衬底、Si衬底、SiC衬底等；
N型半导体层20，N型半导体层可以是N型GaN等，N型半导体层上形成有N台阶21；
多量子阱发光层30，发光层可以是GaN、InGaN等；
P型半导体层40，P型半导体层可以是P型GaN等；
位于N台阶21上且与N型半导体层20电性连接的N电极51、以及位于P型半导体层40上且与P型半导体层40电性连接的P电极52。
本发明中的LED芯片上集成有电容结构，参图1所示，本实施方式中的电容结构设置于N台阶21上，其从下向上依次包括：
绝缘介质层61，如厚度为0.2~2微米的SiO2、Si3N、SiON等，其形成于N台阶21上；
第一导电层62，如ITO、ZnO、镍金或其他合金材料，其形成于绝缘介质层61上，且第一导电层62与P电极52电性连接；
介电材料层63，如厚度为0.2~2微米的SiO2、Si3N、SiON等，其形成于第一导电层62；
第二导电层64，如Cr、Pt、Ti、Ni、Au、Ag、W、Al、V等金属中的一种或多种组成的合金，其形成于介电材料层63上，且第二导电层64与N电极51电性连接。
优选地，本实施方式中的N电极51和P电极52的材料与第二导电层64材料相同，可以为Cr、Pt、Ti、Ni、Au、Ag、W、Al、V等金属中的一种或多种组成的合金。
通过上述结构的设置，第一导电层62、第二导电层64及之间的介电材料层63构成了一个平板电容，并通过绝缘介质层61与LED芯片绝缘设置，该平板电容的两侧分别与P电极52和N电极51，如此，即可将电容结构与LED芯片并联集成，如图3所示为本实施方式中LED芯片与电容结构C1并联设置的电路示意图。
优选地，参图2所示，本实施方式中的电容结构俯视结构呈框型，位于LED芯片发光区的外圈，电容结构不会减小发光区的面积，在其他实施方式中电容结构也可以呈其他形状，其也不限于位于发光区的外圈，此处不再一一举例进行说明。
应当理解的是，本发明中的LED芯片不限于上述实施方式中的LED芯片，在其他实施方式中LED芯片也可以包括电流阻挡层、透明导电层等，以下进行详细说明。
P型半导体层40上设有电流阻挡层71及透明导电层72，电流阻挡层71位于透明导电层72下方，P电极52位于透明导电层72上且通过透明导电层72与P型半导体层40电性连接，第一导电层62通过透明导电层72与P电极52电性连接。
优选地，本实施方式中的电流阻挡层71与绝缘介质层61材料相同，可以为SiO2、Si3N、SiON等；透明导电层72与第一导电层62材料相同，可以为ITO、ZnO、镍金或其他合金材料。
另外，本实施方式中在位于透明导电层72上方形成有钝化层73，钝化层73覆盖部分透明导电层72以及N台阶21的侧壁和部分N台阶21，其未覆盖P电极52下方区域。
优选地，本实施方式中的钝化层73与介电材料层63材料相同，可以为SiO2、Si3N、SiON等。
本发明另一实施方式中公开了一种具有电容结构的LED芯片的制备方法，该制备方法包括：
提供一衬底，并在衬底上外延生长N型半导体层、多量子阱发光层、P型半导体层；
刻蚀部分外延层至N型半导体层形成N台阶；
在N台阶沉积绝缘介电层，以及在P型半导体层上沉积电流阻挡层；
在绝缘介电层上生长第一导电层，以及在P型半导体层及电流阻挡层上生长透明导电层；
在第一导电层上沉积介电材料层，以及在透明导电层上方及两侧生长钝化层；
在介电材料层上生长第二导电层；
在透明导电层上未被钝化层覆盖处生长P电极，以及在N台阶上生长N电极。
优选地，绝缘介电层与电流阻挡层的材料相同，绝缘介电层与电流阻挡层采用一步工艺沉积形成。
优选地，第一导电层与透明导电层的材料相同，第一导电层与透明导电层采用一步工艺生长形成。
优选地，介电材料层与钝化层的材料相同，介电材料层与钝化层采用一步工艺沉积形成。
以下结合图4a~4h所示对本发明一优选实施方式中具有电容结构的LED芯片的制备方法进行详细说明。
参图4a所示，提供一衬底10，并在衬底10上外延生长N型半导体层20、多量子阱发光层30、P型半导体层40。
参图4b所示，进行MESA刻蚀，采用ICP或湿法腐蚀，刻蚀部分外延层至N型半导体层20形成N台阶21。
参图4c所示，通过PECVD、LPCVD、LTO等沉积工艺及光刻工艺，在N台阶21沉积绝缘介电层61，同时在P型半导体层40上沉积电流阻挡层71。
本实施方式中绝缘介电层61和电流阻挡层采用一步工艺沉积形成，其均为厚度为0.2~2微米的SiO2、Si3N、SiON等。
参图4d、4e所示，通过电子束蒸发、溅射、ALD等生长工艺及光刻工艺，在绝缘介电层61上生长第一导电层62，在P型半导体层40及电流阻挡层71上生长透明导电层72。
本实施方式中第一导电层62与透明导电层72采用一步工艺生长形成，其均为ITO、ZnO、镍金或其他合金材料，第一导电层62作为电容结构中的P电极材料层，其形成于发光区外圈，且与透明导电层72在P电极PAD处电性连接。
参图4f所示，通过PECVD、LPCVD、LTO等沉积工艺及光刻工艺，在第一导电层62上沉积介电材料层63，在透明导电层72上方及两侧生长钝化层73。
本实施方式中介电材料层63与钝化层73采用一步工艺生长形成，其均为厚度为0.2~2微米的SiO2、Si3N、SiON等。
参图4g、4h所示，通过电子束蒸发、溅射、ALD等生长工艺及光刻工艺，在介电材料层63上生长第二导电层64，在透明导电层72上未被钝化层73覆盖处生长P电极52，在N台阶21上生长N电极51。
本实施方式中第二导电层64、P电极52及N电极51采用一步工艺生长形成，其均为Cr、Pt、Ti、Ni、Au、Ag、W、Al、V等金属中的一种或多种组成的合金。第二导电层64作为电容结构中的N电极材料层，其形成于发光区外圈，且与N电极在N电极PAD处电性连接。
应当理解的是，本发明上述实施方式中以传统的LED芯片为例进行说明，在其上集成设置电容结构，当然本发明也适用于其他结构的LED芯片，如倒装LED芯片、垂直LED芯片、高压LED芯片等，凡是在LED芯片上增加电容结构的技术方案均属于本发明所保护的范围。
由以上技术方案可以看出，本发明的有益效果是：
本发明通过在LED芯片上增加电容结构，电容结构可以对LED芯片起到保护作用，能够滤除纹波，防止浪涌冲击，提高LED芯片的可靠性；
具有电容结构的LED芯片的制备方法简单，无需增加工艺步骤，能够有效控制生成成本。
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)

1.一种具有电容结构的LED芯片，所述LED芯片包括：N型半导体层、多量子阱发光层、P型半导体层、以及N电极和P电极，所述N电极与N型半导体层电性连接，P电极与P型半导体层电性连接，其特征在于，所述LED芯片电性连接有电容结构，所述电容结构包括平行且间隔设置的第一导电层和第二导电层、以及位于第一导电层和第二导电层之间的介电材料层，所述第一导电层与P电极电性连接，所述第二导电层与N电极电性连接，电容结构中的第一导电层和第二导电层与LED芯片的P电极和N电极并联设置。
2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述电容结构集成于LED芯片上方，且电容结构位于LED芯片发光区的外圈。
3.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述N型半导体层上形成有绝缘介质层，所述第一导电层形成于绝缘介电层上，且第一导电层与N型半导体层绝缘设置。
4.根据权利要求3所述的LED芯片，其特征在于，所述P型半导体层上设有电流阻挡层及透明导电层，所述电流阻挡层位于透明导电层下方，所述P电极位于透明导电层上且通过透明导电层与P型半导体层电性连接，所述第一导电层通过透明导电层与P电极电性连接。
5.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片还包括位于透明导电层上方且未覆盖P电极的钝化层。
6.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片的N型半导体层上刻蚀形成有N台阶，所述N电极和/或所述电容结构形成于所述N台阶上。
7.一种具有电容结构的LED芯片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供一衬底，并在衬底上外延生长N型半导体层、多量子阱发光层、P型半导体层；
刻蚀部分外延层至N型半导体层形成N台阶；
在N台阶沉积绝缘介电层，以及在P型半导体层上沉积电流阻挡层；
在绝缘介电层上生长第一导电层，以及在P型半导体层及电流阻挡层上生长透明导电层；
在第一导电层上沉积介电材料层，以及在透明导电层上方及两侧生长钝化层；
在介电材料层上生长第二导电层；
在透明导电层上未被钝化层覆盖处生长P电极，以及在N台阶上生长N电极。
8.根据权利要求7所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，所述绝缘介电层与电流阻挡层的材料相同，绝缘介电层与电流阻挡层采用一步工艺沉积形成。
9.根据权利要求7所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，所述第一导电层与透明导电层的材料相同，第一导电层与透明导电层采用一步工艺生长形成。
10.根据权利要求7所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，所述介电材料层与钝化层的材料相同，介电材料层与钝化层采用一步工艺沉积形成。
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