CN108110111A - 氮化镓基led芯片及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种氮化镓基LED芯片及制造方法，其特征在于，包括：衬底、在所述衬底上形成的氮化镓基N型半导体层、在所述氮化镓基N型半导体层上形成的活性层、在所述活性层上形成的氮化镓基P型半导体层、在裸露的氮化镓基N型半导体层上设置的第一电极、在所述氮化镓基P型半导体层上形成的具有多个通孔的透明导电层、以及在所述透明导电层上设置的第二电极。本发明解决了透明导电层光吸收问题。同时，通过多个通孔表面形成凹凸不平的表面，可以减少透明导电层与氮化镓基半导体层之间的折射率差引起的总反射；进一步地，透明导电层由均匀分布的通孔形成网状结构，电流可以在P型氮化镓半导体层的整个表面均匀扩散。
Description
技术领域
本发明属于LED芯片制造领域，尤其涉及一种氮化镓基LED芯片及制造方法。
背景技术
半导体发光元件（LED）的发光过程是正向电压应用于发光元件时，P型半导体层的空穴和N型半导体层的电子结合，发出与带隙能量对应波长的光。
在LED制造领域当中，氮化镓基半导体(AlxInyGa1-x-yN; 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)是通过改变铝、铟和镓的组成，释放出多种波长的光，所以作为发光元件的材料备受关注。
然而，为了在无缺陷的情况下生长出优质的氮化镓基半导体晶体，半导体层的厚度是有限的，同时由于P型氮化镓基半导体层空穴迁移率小，会使得电阻一下子变大。在电阻高的P型氮化镓基半导体上注入电流的话，导致电荷没办法向半导体层的前面扩散，而是集中在低电阻的路径上，使得只有一部分区域会发光。这种现象是导致元件亮度减少的最主要原因。
发明内容
针对现有技术存在的不足和空白，本发明采用以下技术方案：
一种氮化镓基LED芯片，其特征在于，包括：衬底、在所述衬底上形成的氮化镓基N型半导体层、在所述氮化镓基N型半导体层上形成的活性层、在所述活性层上形成的氮化镓基P型半导体层、在裸露的氮化镓基N型半导体层上设置的第一电极、在所述氮化镓基P型半导体层上形成的具有多个通孔的透明导电层、以及在所述透明导电层上设置的第二电极。
优选地，所述透明导电层上的多个通孔均匀分布。
优选地，所述第二电极包括用于焊线的盘电极和用于电流扩散的延展电极；所述透明导电层在所述盘电极的下方设置有穿透部分，所述盘电极通过穿透部分与氮化镓基P型半导体层构成电连接。
优选地，所述透明导电层的材料为铟的氧化物、锡的氧化物、锌的氧化物中的一种或多种。
以及，一种氮化镓基LED芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在衬底上形成的氮化镓基N型半导体层；
步骤二：在所述氮化镓基N型半导体层上形成活性层；
步骤三：在所述活性层上形成氮化镓基P型半导体层；
步骤四：在所述氮化镓基P型半导体层上形成具有多个通孔的透明导电层；
步骤五：通过刻蚀所述氮化镓基P型半导体层和活性层形成裸露的氮化镓基N型半导体层，并在裸露的氮化镓基N型半导体层上设置的第一电极；
步骤六：在所述透明导电层上设置第二电极。
优选地，步骤四中，在所述氮化镓基P型半导体层上形成具有多个通孔的透明导电层的具体步骤为：
步骤四A：形成透明导电薄膜；
步骤四B：在所述透明导电薄膜上表面形成掩膜；
步骤四C：通过刻蚀所述掩膜的裸露区域，在所述透明导电薄膜上形成多个通孔；
步骤四D：清除所述掩膜。
另一优选方案中，步骤四中，在所述氮化镓基P型半导体层上形成具有多个通孔的透明导电层的具体步骤为：
步骤四E：在所述氮化镓基P型半导体层上表面形成掩膜；
步骤四F：在所述氮化镓基P型半导体层上表面形成透明导电薄膜；
步骤四G：清除所述掩膜和在掩膜上形成的透明导电薄膜部分，从而得到具有多个通孔的透明导电薄膜。
优选地，所述透明导电层上的多个通孔均匀分布。
优选地，所述掩膜为均匀涂抹的纳米粒子或微米粒子。
优选地，所述第二电极包括用于焊线的盘电极和用于电流扩散的延展电极；所述透明导电层在所述盘电极的下方设置有穿透部分，所述盘电极通过穿透部分与氮化镓基P型半导体层构成电连接；
所述透明导电层的材料为铟的氧化物、锡的氧化物、锌的氧化物中的一种或多种。
为了解决由P型氮化镓基半导体层的高电阻引起的现有技术中存在的问题，本发明采用高导电性的透明材料在P型氮化镓半导体和P型电极之间形成了透明的导电层的解决方案，且该透明导电层包含带有多个通孔。多个通孔减小了透明导电层的面积，减少了透明导电层吸收的光量，解决了透明导电层光吸收问题。同时，通过多个通孔表面形成凹凸不平的表面，可以减少透明导电层与氮化镓基半导体层之间的折射率差引起的总反射；进一步地，透明导电层由均匀分布的通孔形成网状结构，电流可以在P型氮化镓半导体层的整个表面均匀扩散。
在本发明技术方案中，通过盘电极和为电流扩散的延展电极以及穿透部分的设计，可以让电极均匀且有效地传输到P型半导体层整个区域。
另外，纳米粒子或微米粒子作为形成多个通孔的掩膜使用，可以省略光刻法的多个步骤，从而简化制造过程，降低制造成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
图1为本发明实施例结构俯视示意图；
图2为本发明实施例结构剖视示意图；
图3为本发明制造方法实施例1流程截面结构示意图；
图4为本发明制造方法实施例2流程截面结构示意图；
图中：200-衬底；210-发光结构；211-氮化镓基N型半导体层；213-活性层；215-氮化镓基P型半导体层；220-透明导电层；220’-透明导电薄膜；221-通孔；231、233-欧姆接触层；241-第一电极；243-第二电极；243a-盘电极；243b-延展电极；250-掩膜；260-纳米粒子或微米粒子。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文对本发明结构特举1个实施例，对本发明制造方法特举2个实施例，作详细说明如下：
如图1、图2所示，在本发明结构的实施例中，包括：衬底200、在衬底200上形成的氮化镓基N型半导体层211、在氮化镓基N型半导体层211上的部分区域上形成的活性层213、在活性层213上形成的氮化镓基P型半导体层215、在裸露的氮化镓基N型半导体层211上设置的第一电极241、在氮化镓基P型半导体层215上形成的具有多个通孔221的透明导电层220、以及在透明导电层220上设置的第二电极243。
其中，衬底200为可在无限制条件下使用适用于氮化镓基LED衬底的物质。一般来说，可以使氮化镓基半导体生长的元素，包括但不限于SiC, Si, GaN, ZnO, GaAs, GaP,LiAl2O3, BN和AlN中的某一种。
其中，氮化镓基N型半导体层211、活性层213和氮化镓基P型半导体层215为氮化镓基半导体层(AlxInyGa1-x-yN; 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)；N型掺杂剂可包括硅(Si)，锗(Ge)，或锡(Sn)；P型掺杂剂可包括镁(Mg)，锌(锌)，或镉(Cd)。在活性层213中，可能有一个单量子阱结构或多量子阱结构，其中为多量子阱结构的活性层213为有一个带隙大的半导体层和带隙小的半导体层交叉重叠的结构。
在本实施例中，衬底200和氮化镓基N型半导体层211可设置有供氮化镓基半导体层高质量生长的种子层或缓冲层。
其中，透明导电层220上的多个通孔221均匀分布。通过多个通孔221，氮化镓基P型半导体层215的上表面被曝光，从活性层213发出的光可穿过通孔221，而从通孔221发出的光不会穿过透明导电层220，从而不会为透明导电层220的材料所吸收，进而提高LED的发光效率。此外，通孔221增加了透明导电层220和空气界面接触的粗糙度，以形成光的散射，从而也将提高LED的发光效率。
第二电极243包括用于焊线的盘电极243a和用于电流扩散的延展电极243b；透明导电层220在盘电极243a的下方设置有穿透部分，其中穿透部分的直径小于盘电极243a，为盘电极243a所完全覆盖，盘电极243a通过穿透部分与氮化镓基P型半导体层215构成电连接。其中延展电极243b可设置为有利于电流扩散的任意形状。
本实施例中第一电极241和第二电极243的设置方式还可提高具有欧姆接触层231、233或反射层的LED的发光效率。
透明导电层220的材料为铟的氧化物、锡的氧化物、锌的氧化物中的一种或多种。
如图3、图4所示，在本发明制造方法的两个实施例中，均包括以下步骤：
步骤一：在衬底200上形成的氮化镓基N型半导体层211；
步骤二：在氮化镓基N型半导体层211上形成活性层213；
步骤三：在活性层213上形成氮化镓基P型半导体层215；
步骤四：在氮化镓基P型半导体层215上形成具有多个通孔221的透明导电层220；
步骤五：通过刻蚀氮化镓基P型半导体层215和活性层213形成裸露的氮化镓基N型半导体层211，并在裸露的氮化镓基N型半导体层211上设置的第一电极241；
步骤六：在透明导电层220上设置第二电极243。
其中，LED的发光结构210包括：氮化镓基N型半导体层211、活性层213和氮化镓基P型半导体层215，可以利用常规氮化镓半导体的生长方式形成。
如图3所示，在本发明制造方法的第1个实施例中，步骤四包括：
步骤四A：在氮化镓基P型半导体层215上形成透明导电薄膜220’，该透明导电薄膜220’可通过使用溅射(sputtering)、化学汽相沉积(Chemical vapor deposition)、热蒸镀(Thermal evaporation)、E -光束蒸发(E-beam evaporation)、原子层沉积(Atomic layerdeposition)、化学溶液沉积等多种方法的其中之一形成；
步骤四B：在透明导电薄膜220’的上表面形成掩膜250（Mask）；掩膜250可以是金属掩膜、通过光刻工艺制作的无机掩膜或有机掩膜，掩膜250上带有形成通孔221所必须的形状或图案。
步骤四C：通过刻蚀掩膜250的裸露区域，在透明导电薄膜220’上形成多个通孔221；
步骤四D：清除掩膜250。
在本实施例中，欧姆接触层231、233或反射层可在第一电极241和第二电极243的下部形成。
如图4所示，在本发明制造方法的第2个实施例中，步骤四包括：
步骤四E：在氮化镓基P型半导体层215上表面形成由纳米粒子或微米粒子260均匀涂抹形成的掩膜；纳米粒子或微米粒子260为纳米大小或微米大小的球形颗粒，可以是高聚物，如二氧化硅、金属氧化物或聚苯乙烯；为了均匀地涂抹纳米粒子或微米粒子260，可采用自旋涂、滚涂涂层、浸涂、涂膜、涂膜等方法；
步骤四F：在氮化镓基P型半导体层215上表面形成透明导电薄膜220’；该透明导电薄膜220’可通过使用溅射(sputtering)、化学汽相沉积(Chemical vapor deposition)、热蒸镀(Thermal evaporation)、E -光束蒸发(E-beam evaporation)、原子层沉积(Atomic layerdeposition)、化学溶液沉积等多种方法的其中之一形成；
步骤四G：清除纳米粒子或微米粒子260和在纳米粒子或微米粒子260上形成的透明导电薄膜220’部分，从而得到具有多个通孔221的透明导电薄膜220’；其中，清除纳米粒子或微米粒子260和在纳米粒子或微米粒子260上形成的透明导电薄膜220’部分可通过物理或化学方法；而其中多个通孔221是在纳米粒子或微米粒子260被移除的区域形成的，透明导电层220的表面粗糙度可由纳米粒子或微米粒子260的大小或间隙调整。在本实施例中，欧姆接触层231、233或反射层可在第一电极241和第二电极243的下部形成。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的氮化镓基LED芯片及制造方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种氮化镓基LED芯片，其特征在于，包括：衬底、在所述衬底上形成的氮化镓基N型半导体层、在所述氮化镓基N型半导体层上形成的活性层、在所述活性层上形成的氮化镓基P型半导体层、在裸露的氮化镓基N型半导体层上设置的第一电极、在所述氮化镓基P型半导体层上形成的具有多个通孔的透明导电层、以及在所述透明导电层上设置的第二电极。
2.根据权利要求1所述的氮化镓基LED芯片，其特征在于：所述透明导电层上的多个通孔均匀分布。
3.根据权利要求1所述的氮化镓基LED芯片，其特征在于：所述第二电极包括用于焊线的盘电极和用于电流扩散的延展电极；所述透明导电层在所述盘电极的下方设置有穿透部分，所述盘电极通过穿透部分与氮化镓基P型半导体层构成电连接。
4.根据权利要求1所述的氮化镓基LED芯片，其特征在于：所述透明导电层的材料为铟的氧化物、锡的氧化物、锌的氧化物中的一种或多种。
5.一种氮化镓基LED芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在衬底上形成的氮化镓基N型半导体层；
步骤二：在所述氮化镓基N型半导体层上形成活性层；
步骤三：在所述活性层上形成氮化镓基P型半导体层；
步骤四：在所述氮化镓基P型半导体层上形成具有多个通孔的透明导电层；
步骤五：通过刻蚀所述氮化镓基P型半导体层和活性层形成裸露的氮化镓基N型半导体层，并在裸露的氮化镓基N型半导体层上设置的第一电极；
步骤六：在所述透明导电层上设置第二电极。
6.根据权利要求5所述的氮化镓基LED芯片的制作方法，其特征在于：步骤四中，在所述氮化镓基P型半导体层上形成具有多个通孔的透明导电层的具体步骤为：
步骤四A：形成透明导电薄膜；
步骤四B：在所述透明导电薄膜上表面形成掩膜；
步骤四C：通过刻蚀所述掩膜的裸露区域，在所述透明导电薄膜上形成多个通孔；
步骤四D：清除所述掩膜。
7.根据权利要求5所述的氮化镓基LED芯片的制作方法，其特征在于：步骤四中，在所述氮化镓基P型半导体层上形成具有多个通孔的透明导电层的具体步骤为：
步骤四E：在所述氮化镓基P型半导体层上表面形成掩膜；
步骤四F：在所述氮化镓基P型半导体层上表面形成透明导电薄膜；
步骤四G：清除所述掩膜和在掩膜上形成的透明导电薄膜部分，从而得到具有多个通孔的透明导电薄膜。
8.根据权利要求5-7其中任一所述的氮化镓基LED芯片的制作方法，其特征在于：所述透明导电层上的多个通孔均匀分布。
9.根据权利要求7所述的氮化镓基LED芯片的制作方法，其特征在于：所述掩膜为均匀涂抹的纳米粒子或微米粒子。
10.根据权利要求5所述的氮化镓基LED芯片的制作方法，其特征在于：所述第二电极包括用于焊线的盘电极和用于电流扩散的延展电极；所述透明导电层在所述盘电极的下方设置有穿透部分，所述盘电极通过穿透部分与氮化镓基P型半导体层构成电连接；
所述透明导电层的材料为铟的氧化物、锡的氧化物、锌的氧化物中的一种或多种。
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| CN113363364A (zh) * | 2021-04-29 | 2021-09-07 | 厦门三安光电有限公司 | 一种发光二极管、光电模块及显示装置 |
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