CN108321274B - Led芯片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种LED芯片及其制造方法，LED芯片包括衬底及位于衬底上的LED外延结构，LED芯片还包括位于外延结构上方的透明导电层及钝化层，透明导电层及钝化层的至少其中之一上具有若干开槽。本发明的透明导电层和/或钝化层具有开槽，开槽可以改变光的出射角度，提高光的漫反射几率，进而提升LED芯片的发光亮度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体发光器件技术领域，尤其涉及一种LED芯片及其制造方法。
背景技术
发光二极管(Light-EmittingDiode，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。而用途也由初时作为指示灯、显示板等；随着技术的不断进步，发光二极管已被广泛的应用于显示器、电视机采光装饰和照明。
目前，实现高亮度LED的关键包括IQE&EQE，GaN基体LED器件的内部量子效率，取决于外延层的晶体结构；外部量子效率取决于制程端的光提取效率。
由于GaN自身及外部界面造成的高折射率会引发光子重新吸收的反效应，LED器件的光提取效率一直不高。
现有技术中，ITO(铟锡金属氧化物)作为LED芯片常用的透明导电薄膜，具有很好的导电性和高透过率，但是ITO处于平面结构，光子在出光界面很容易产生全反射，一定程度上降低了光提取效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LED芯片及其制造方法。
为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种LED芯片，包括衬底及位于所述衬底上的LED外延结构，所述LED芯片还包括位于所述外延结构上方的透明导电层及钝化层，所述透明导电层及所述钝化层的至少其中之一上具有若干开槽。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述透明导电层上具有第一开槽，所述钝化层上具有第二开槽。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一开槽与所述第二开槽相互错开设置。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一开槽和/或所述第二开槽为周期性半球状开槽。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一开槽的深度小于所述透明导电层的厚度。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述LED芯片包括位于所述LED外延结构中P电极区域上方的P电极和N电极区域上方的N电极，所述透明导电层至少覆盖除所述P电极以外的所述P电极区域，所述钝化层覆盖除所述P电极、所述N电极以外的所述P电极区域、所述N电极区域。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述LED芯片还包括至少位于所述透明导电层及所述P电极区域之间的电流阻挡层。
为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种LED芯片的制造方法，包括步骤：
提供一衬底；
于所述衬底上形成LED外延结构；
于所述LED外延结构上依次生长透明导电层及钝化层，所述透明导电层及所述钝化层的至少其中之一上具有若干开槽。
作为本发明一实施方式的进一步改进，步骤“于所述LED外延结构上依次生长透明导电层及钝化层”具体包括：
于所述LED外延结构上生长透明导电层；
于所述透明导电层上形成第一开槽；
于所述透明导电层上形成钝化层；
于所述钝化层上形成第二开槽。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一开槽与所述第二开槽相互错开设置。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明一实施方式的透明导电层和/或钝化层具有开槽，开槽可以改变光的出射角度，提高光的漫反射几率，进而提升LED芯片的发光亮度。
附图说明
图1为本发明一实施方式的LED芯片的剖视图；
图2是本发明一实施方式的LED芯片的俯视剖视图；
图3是本发明一实施方式的第一开槽、第二开槽的放大示意图；
图4是本发明一实施方式的LED芯片制造方法的步骤图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
参图1所示，本发明的一实施方式公开了一种LED芯片，该LED芯片从下向上依次包括衬底10、LED外延结构20、电流阻挡层(未标示)、透明导电层30、钝化层40、P电极50及N电极60，以下对LED芯片的各层作具体说明。
衬底10，可以是蓝宝石、Si、SiC、GaN、ZnO等，该衬底10可以为平片衬底，也可以为图案化衬底，优选地，本实施方式中的衬底10选用蓝宝石图案化衬底。
LED外延结构20，位于衬底10上，LED外延结构20从衬底10向上至少包括N型GaN外延层21、多量子阱发光层22、以及P型GaN外延层23等。其中，LED外延结构20通过MESA工艺刻蚀形成有N电极区域S2，在LED外延结构20的上方还定义有P电极区域S1。
电流阻挡层，至少位于透明导电层30及P电极区域S2之间，电流阻挡层为绝缘层，用于隔绝下方P型GaN外延层23与上方透明导电层30之间的电流扩散，提高LED芯片的发光效率，从而提高亮度，电流阻挡层的材料可以选用SiO2、TiO2、Al2O3、Si3N4中的一种或多种的组合，优选地，本实施方式中的电流阻挡层为二氧化硅层。
透明导电层30，该透明导电层30至少位于电流阻挡层及P电极50之间，透明导电层30至少覆盖除P电极50以外的P电极区域S1，可以增强电流扩展的能力，解决P型GaN外延层23处电流横向扩展能力弱的问题。优选地，本实施方式中的透明导电层30为ITO透明导电层，在其他实施方式中也可以为ZITO、ZIO、GIO、ZTO、FTO、AZO、GZO、In4Sn3O12、NiAu等透明导电层。
钝化层40，位于透明导电层30上方，钝化层40覆盖除P电极50、N电极60以外的P电极区域S1、N电极区域S2，也就是说，钝化层40覆盖外延结构20的所有区域，且钝化层40暴露出P电极50及N电极60。
P电极50及N电极60，P电极50设于P电极区域S1上方，P电极50通过透明导电层30间接与LED外延结构20中的P型GaN外延层23电性连接。
N电极60在N电极区域S2直接与LED外延结构20中的N型GaN外延层21电性连接。
在本实施方式中，结合图2及图3，透明导电层30及钝化层40的至少其中之一上具有若干开槽。
这里，开槽可以改变光的出射角度，提高光的漫反射几率，进而提升LED芯片的发光亮度。
在本实施方式中，以透明导电层30上具有第一开槽31，钝化层40上具有第二开槽41为例，且第一开槽31和/或第二开槽41为周期性半球状开槽。
本实施方式以第一开槽31、第二开槽41的横截面为圆形为例，但不以此为限。
这里，第一开槽31及第二开槽41的设置具有如下优势：
(1)第一开槽31及第二开槽41覆盖发光区，第一开槽31及第二开槽41会改变光的出射角度，提高光的漫反射几率，进而提升LED芯片的发光亮度；
(2)第一开槽31及第二开槽41的设计可以确保透明导电层30的电流均匀性，进而确保LED芯片的电流注入效率，最终确保LED芯片的转换效率得到有效提高；
(3)对于蓝宝石衬底10上的GaN基LED芯片，由于蓝宝石不能导电，欧姆接触的两个电极(P电极50及N电极60)只能在外延结构20的同一侧，不可避免地存在电流的横向扩展，由于N型GaN外延层21的横向电阻远比P型GaN外延层23的电阻大，所以电流通过两条不同路径的阻力不同，PN结电流不均匀，使得靠近N电极60的台面边缘的电流密度大于靠近P型电极50的区域，产生电流拥挤效应，而第一开槽31及第二开槽41的设置，一方面，此时载流子除受一般离子散射外还受异质外延所特有的散射而使其迁移率下降，但是ICP蚀刻的曲面比较平滑，透明导电层30结构比较完整，缺陷很小，对载流子的散射和陷获作用大大降低，另一方面，形成的有序组装周期性的透明导电层30具有栅格结构，减少了不同因素造成的不平衡感，涉及多电流路径，从而可以提高激发产生电载流子的效率，基于这两方面的因素可以有效提高载流子浓度和电子迁移率，电流拥挤现象也会有所改善，抗漏电效果会有所上升，有效提高LED芯片的可靠性，且有效提高电流均匀性和光强均匀性。
在本实施方式中，第一开槽31的深度小于透明导电层30的厚度，也就是说，第一开槽31未完全贯穿透明导电层30。
以透明导电层30的沉积厚度为1100A(埃米)为例，在沉积完透明导电层30之后增加一道光刻+蚀刻工序，即在开完图形之后的透明导电层30表面直接进行光刻工艺处理，得到周期性的第一开槽31，而后以多个开孔图形的光阻膜作为掩膜，利用感应耦合等离子技术对透明导电层30表面进行干法刻蚀，目的是吃掉600A厚度的透明导电层30，而透明导电层30依旧全覆盖于发光区，形成半球形周期性全覆盖的透明导电层30。
这里，一方面，控制蚀刻ICP过程中Cl2&BCl3的制程时间，达到发光区始终覆盖有透明导电层30，起到引导电流扩展的路径作用，仅靠部分区域的透明导电层30进行区域性处理，改善LED芯片的电流扩展均匀性，在提高发光效率同时，避免LED芯片电压过高的情况发生；另一方面，透明导电层30位于P电极50下方，透明导电层30上的第一开槽31会增加P电极50与透明导电层30的接触面积，从而将电流更好扩展开，提升了LED芯片的品质。
在本实施方式中，第一开槽31与第二开槽41相互错开设置。
这里，由于第一开槽31与第二开槽41采用全接触模式设置，两者的开槽导致两者之间存在较深的间隙，第一开槽31与第二开槽41相互错开设置可以有效减少药液残留的可能性，保证LED芯片长期使用中的可靠性，保证照明质量和效果。
结合图4，上述实施方式中LED芯片的制造方法具体包括：
提供一衬底10；
于衬底10上形成LED外延结构20；
于LED外延结构20上依次生长透明导电层30及钝化层40，透明导电层30及钝化层40的至少其中之一上具有若干开槽。
这里，开槽可以改变光的出射角度，提高光的漫反射几率，进而提升LED芯片的发光亮度。
其中，步骤“于LED外延结构20上依次生长透明导电层30及钝化层40”具体包括：
于LED外延结构20上生长透明导电层30；
于透明导电层30上形成第一开槽31；
于透明导电层30上形成钝化层40；
于钝化层40上形成第二开槽41。
第一开槽31和/或第二开槽41为周期性半球状开槽，且第一开槽31与第二开槽41相互错开设置。
本发明一实施方式的LED芯片的制造方法的其他说明可以参考上述LED芯片的说明，在此不再赘述。
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，各实施方式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。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种LED芯片，包括衬底及位于所述衬底上的LED外延结构，所述外延结构从所述衬底向上至少包括N型层、发光层和P型层，所述P型层上表面部分区域设置暴露出所述N型层的凹槽，其特征在于，所述LED芯片还包括位于所述外延结构上方的透明导电层及钝化层，所述透明导电层上具有第一开槽，所述钝化层上具有第二开槽，所述第一开槽和所述第二开槽为周期性半球状开槽，且所述第一开槽与所述第二开槽相互错开设置；其中，所述第一开槽的深度小于所述透明导电层的厚度；
还包括设置于所述P型层上表面且与所述P型层电性连接的P电极和设置于所述凹槽内且与所述N型层电性连接的N电极，所述透明导电层位于所述P电极下方，且所述透明导电层至少覆盖除所述P电极以外的所述P型层上表面。
2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述钝化层设置于所述透明导电层上表面以及所述凹槽内的N型层上表面，并暴露出所述P电极和所述N电极。
3.根据权利要求2所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片还包括至少位于所述透明导电层及所述P电极区域之间的电流阻挡层。
4.一种应用于如权利要求1-3任意一项所述的LED芯片的制造方法，其特征在于，包括步骤：
提供一衬底；
于所述衬底上形成LED外延结构，所述LED外延结构包括P电极和N电极；
于所述LED外延结构上依次生长透明导电层及钝化层，具体包括：
于所述LED外延结构上生长透明导电层，并使得所述透明导电层位于所述P电极下方，且所述透明导电层至少覆盖除所述P电极以外的所述P型层上表面；
于所述透明导电层上形成第一开槽，并使得所述第一开槽的厚度小于所述透明导电层；
于所述透明导电层上形成钝化层；
于所述钝化层上形成第二开槽；
其中，所述第一开槽和所述第二开槽为周期性半球状开槽，且所述第一开槽与所述第二开槽相互错开设置。
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