CN109326702A - 一种具有环形电极结构的led芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有环形电极结构的LED芯片及其制备方法，该芯片是在p型GaN层上设置有透明导电层，透明导电层上设置有钝化层，n型GaN层上设置有环形台面，透明导电层上设置有p电极，环形台面上设置有n电极，n电极呈环形；上述芯片的制备方法包括以下步骤：（1）得到GaN基外延片；（2）采用环形结构的掩膜版刻蚀出环形台面；（3）形成透明导电层；（4）制作钝化层；（5）腐蚀钝化层；（6）在p型GaN层表面的钝化层上制备P电极，在环形台面上制备n电极。本发明通过采用环形电极结构，解决了P、N电极的高度差问题而易于焊线，减少了有源层的刻蚀面积，通过金属电极的反射作用，可以将电极周围的光进行反射，提高了亮度。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED(发光二极管)芯片及其制备方法，尤其涉及LED芯片的电极结构，属于光电子技术领域。
背景技术
作为最受重视的光源技术之一，LED一方面具有体积小的特征；另一方面具备低电流、低电压驱动的省电特性；同时它还具有结构牢固、抗冲击和抗震能力强，超长寿命等众多优点。其中，作为光电子领域的主要应用之一，GaN基材料得到了越来越多人的关注，利用GaN基半导体材料可制作出超高亮度蓝、绿、白光发光二极管。如今，下游应用对LED芯片的亮度要求越来越高，因此各种为提高LED发光亮度的技术应运而生，例如图形化衬底技术、侧壁粗化技术、DBR技术、优化电极结构、在衬底或透明导电膜上制作二维光子晶体等技术。
对于目前的LED芯片结构而言，其N电极是通过采用ICP刻蚀技术蚀刻到n型GaN层来实现，结构如图1所示，包括由下而上设置的蓝宝石衬底1、n型GaN层2、量子阱层3、p型GaN层4、ITO透明导电膜层5和钝化层6，在ITO透明导膜电层5和n型GaN层2上分别设置有p电极7和n电极8。
中国专利文献105633242A公开了一种具有通孔电极的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氮化镓基、3个以上电极通孔、电流扩展层、绝缘层和电极结构，且所述电极通孔对应的N型电极在绝缘层表面具有导电性连接，将连续的finger线变成不连续的电极通孔，化线为点，大大减少有源层的刻蚀面积，从而提高发光效率。该方法虽然通过将finger线变成不连续的电极通孔来提高发光效率，但是对于亮度的提升有限，且仍然存在P电极和N电极的高低差问题。
发明内容
针对现有LED芯片存在的不足，本发明提供一种亮度更高且易于封装焊线的具有环形电极结构的LED芯片及其制备方法。
本发明的具有环形电极结构的LED芯片，采用以下技术方案：
该芯片，包括由下而上依次设置的衬底、n型GaN层、量子阱层和p型GaN层，p型GaN层上设置有透明导电层，透明导电层上设置有钝化层，n型GaN层上设置有环形台面，透明导电层上设置有p电极，环形台面上设置有n电极，n电极呈环形。
上述具有环形电极结构的LED芯片的制备方法，包括以下步骤：
(1)在衬底上依次生长GaN缓冲层、n型GaN层、量子阱层和p型GaN层，得到GaN基外延片；
(2)采用环形结构的掩膜版沿GaN基外延片的p型GaN层到n型GaN层刻蚀出环形台面；
(3)在p型GaN层的表面形成透明导电层；
(4)在整个外延片上表面制作钝化层；
(5)腐蚀掉环形台面上以及要制作p电极的所在区域的钝化层；
(6)在p型GaN层表面的钝化层上制备P电极，在环形台面上制备n电极；
(7)减薄及划裂后得到LED芯片。
所述步骤(1)中衬底为蓝宝石、SiC或硅。
所述步骤(3)中的透明导电层为ITO、ZnO或石墨烯。
所述步骤(4)中的钝化层为SiO2或SiN。
所述步骤(6)中电极由Cr、Ti、Pd、Pt、Al、Au中的至少两种金属膜系组成。
上述技术方案中未做详细说明和限定的，均参照发光二极管制作的现有技术。
本发明通过采用环形电极结构，一是解决了P、N电极的高度差问题而易于焊线，二是减少了有源层的刻蚀面积，三是通过金属电极的反射作用，可以将电极周围的光进行反射，提高了亮度。
附图说明
图1是常规LED芯片的结构示意图。
图2是本发明具有环形电极结构的LED芯片的结构示意图。
图3是具有环形结构的掩膜版示意图。
图中:1.衬底，2.n型GaN层，3.量子阱层，4.p型GaN层，5.透明导电膜层，6.钝化层，7.p电极，8.n电极。
具体实施方式
区别于图1所示的常规LED芯片，本发明的具有环形电极结构的LED芯片，如图2所示，包括由下而上依次设置的衬底1、n型GaN层2、量子阱层3和p型GaN层4。n型GaN层2上设置有环形台面，p型GaN层4上设置有透明导电层5，透明导电层5上设置有钝化层6。透明导电层5上设置有p电极7，环形台面上设置有n电极8，n电极8呈环形。
衬底1可以是蓝宝石衬底、SiC衬底或硅衬底。透明导电层5为ITO(氧化铟锡)、ZnO或石墨烯。钝化层6为SiO2或SiN。p电极7和n电极8由Cr、Ti、Pd、Pt、Al、Au的两种或多种金属膜系组成。
上述LED芯片的制备方法，包括以下步骤：
(1)在金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备的反应腔中，在衬底1上依次生长n型GaN层2、量子阱层3和p型GaN层4，得到GaN基外延片。
(2)采用如图3所示的具有环形结构的研磨版，利用现有的ICP干法刻蚀方法，沿GaN基外延片的p型GaN层4到n型GaN层2刻蚀出环形台面(实际为环形槽，但一般称为台面)，完成刻蚀后，对GaN基外延片进行去胶清洗。
(3)在步骤(2)所得晶圆的表面(整个上表面，包括未刻蚀的p型GaN层4部分和刻蚀出的环形台面)沉积一层ITO、ZnO或石墨烯，形成透明导电层5，然后在透明导电层5上进行光刻，只保留p型GaN层4上对应的透明导电层5。
(4)在所述步骤(3)完成的芯片表面使用PECVD(等离子体增强化学气相沉积法)的方法沉积SiO2或SiN薄膜，形成钝化层6。钝化层6也可以用电子束蒸镀等方法制备。
(5)利用现有常规光刻和腐蚀工艺，腐蚀掉步骤(4)所得晶圆的环形台面以及要制作p电极7的区域上的钝化层。
(6)在透明导电层5上制备p电极7，在n型GaN层2的环形台面上制备n电极8。p电极7和n电极8由金属Cr、Ti、Pd、Pt、Al和Au中两种或多种组成。
(7)将上述晶减薄及划裂后得到高压LED芯片。
Claims (6)
1.一种具有环形电极结构的LED芯片，包括由下而上依次设置的衬底、n型GaN层、量子阱层和p型GaN层，其特征是：p型GaN层上设置有透明导电层，透明导电层上设置有钝化层，n型GaN层上设置有环形台面，透明导电层上设置有p电极，环形台面上设置有n电极，n电极呈环形。
2.一种权利要求1所述的具有环形电极结构的LED芯片的制备方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)在衬底上依次生长GaN缓冲层、n型GaN层、量子阱层和p型GaN层，得到GaN基外延片；
(2)采用环形结构的掩膜版沿GaN基外延片的p型GaN层到n型GaN层刻蚀出环形台面；
(3)在p型GaN层的表面形成透明导电层；
(4)在整个外延片上表面制作钝化层；
(5)腐蚀掉环形台面上以及要制作p电极的所在区域的钝化层。
(6)在p型GaN层表面的钝化层上制备P电极，在环形台面上制备n电极；
(7)减薄及划裂后得到LED芯片。
3.根据权利要求2所述的具有环形电极结构的LED芯片的制备方法，其特征是：所述步骤(1)中衬底为蓝宝石、SiC或硅。
4.根据权利要求2所述的具有环形电极结构的LED芯片的制备方法，其特征是：所述步骤(3)中的透明导电层为ITO、ZnO或石墨烯。
5.根据权利要求2所述的具有环形电极结构的LED芯片的制备方法，其特征是：所述步骤(4)中的钝化层为SiO2或SiN。
6.根据权利要求2所述的具有环形电极结构的LED芯片的制备方法，其特征是：所述步骤(6)中电极由Cr、Ti、Pd、Pt、Al和Au中的至少两种金属膜系组成。
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