CN109728147A - Led芯片结构及其形成方法和led芯片 - Google Patents

Abstract

本发明提供LED芯片结构及其形成方法和LED芯片中，所述LED芯片结构包括mesa结构和接触电极，所述mesa结构具有N电极和P电极，所述mesa结构的表面具有外延层，对所述N电极上的所述外延层进行N掺杂，对所述P电极上的所述外延层进行了P掺杂，所述N电极和所述P电极上均设置有电流阻挡层，所述接触电极位于所述N电极以及所述P电极上，所述电极阻挡层位于所述接触电极和所述mesa结构之间，所述接触电极依次包括铝层、中间层和铜层。在本发明提供的LED芯片结构中，具有对应掺杂的外延层和电流阻挡层，通过采用接触电极依次包括铝层、中间层和铜层的结构，在欧姆接触的第一层使用材料铝，从而在光路折射中可以提升亮度，提高了LED芯片的性能。

Description

LED芯片结构及其形成方法和LED芯片

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种LED芯片结构及其形成方法和LED芯片。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)是一种半导体发光器件，由镓(Ga)与砷(As)、磷(P)、氮(N)、铟(In)的化合物组成，利用半导体P－N结电致发光原理制成，主要功能是可以直接将电能转化为光能，形成LED芯片的主要材料包括硅。LED芯片的半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一部分是N型半导体，在其中主要是电子。这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P－N结。当电流通过导线作用于这个结构的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。LED芯片以其亮度高、低功耗、寿命长、启动快，功率小、无频闪、不容易产生视视觉疲劳等优点，成为新一代光源首选。

发光二极管的亮度是作为一项重要指标，如何提高LED芯片的性能是本领域技术人员需要解决的一个技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LED芯片结构及其形成方法和LED芯片，以解决现有技术中LED芯片的性能有待提高的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种LED芯片结构，所述LED芯片结构包括mesa结构和接触电极，所述mesa结构具有N电极和P电极，所述mesa结构的表面具有外延层，对所述N电极上的所述外延层进行N掺杂，对所述P电极上的所述外延层进行了P掺杂，所述N电极和所述P电极上均设置有电流阻挡层，所述接触电极位于所述N电极以及所述P电极上，所述电极阻挡层位于所述接触电极和所述mesa结构之间，所述接触电极依次包括铝层、中间层和铜层。

可选的，在所述LED芯片结构中，所述铝层的厚度为

可选的，在所述LED芯片结构中，所述中间层包括多层相互交替的钛层和铂层。

可选的，在所述LED芯片结构中，还包括导电层，所述导电层位于所述P电极上，所述导电层连接所述接触电极，所述导电层的材料包括氧化铟锡。

可选的，在所述LED芯片结构中，还包括钝化层，所述钝化层覆盖所述mesa结构的表面并暴露出所述接触电极。

本发明还提供一种LED芯片，所述LED芯片包括上述LED芯片结构。

本发明还提供一种LED芯片结构的形成方法，所述LED芯片结构的形成方法包括：

提供一衬底，所述衬底上具有mesa结构，所述mesa结构具有N电极和P电极；

在所述mesa结构的表面形成外延层，对所述N电极上的所述外延层进行N掺杂，对所述P电极上的所述外延层进行P掺杂，分别在所述N电极和所述P电极上形成电流阻挡层；

分别在所述N电极和所述P电极上形成接触电极，所述电流阻挡层位于所述接触电极和所述mesa结构之间，所述接触电极依次包括铝层、中间层和铜层。

可选的，在所述LED芯片结构的形成方法中，所述中间层包括多层相互交替的钛层和铂层。

可选的，在所述LED芯片结构的形成方法中，还包括：形成导电层，所述导电层位于所述P电极上，所述导电层连接所述接触电极，所述导电层的材料包括氧化铟锡。

可选的，在所述LED芯片结构的形成方法中，还包括：形成钝化层，所述钝化层覆盖所述mesa结构的表面并暴露出所述接触电极。

综上所述，在本发明提供的LED芯片结构中，具有对应掺杂的外延层和电流阻挡层，通过采用接触电极依次包括铝层、中间层和铜层的结构，在欧姆接触的第一层使用材料铝，从而在光路折射中可以提升亮度，提高了LED芯片的性能。

附图说明

图1是本发明一实施例的LED芯片结构的剖示图；

图2是本发明一实施例的LED芯片结构的形成方法的流程图；

图3－4是本发明实施例的LED芯片结构在形成时对应步骤的剖示图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

如图1所示，本发明提供一种LED芯片结构，所述LED芯片结构包括mesa结构10和接触电极20，所述mesa结构10具有N电极和P电极，mesa结构即为形成台阶状的PN结掺杂结构，N电极和P电极分别通过N掺杂和P掺杂形成，N掺杂区可位于较低位置的台阶上，所述mesa结构的表面具有外延层11，对所述N电极上的所述外延层11进行N掺杂，对所述P电极上的所述外延层11进行了P掺杂，所述N电极和所述P电极上均设置有电流阻挡层12，所述接触电极20位于所述N电极以及所述P电极上，所述电流阻挡层12位于所述接触电极20和所述mesa结构10之间，所述接触电极20依次包括铝层、中间层和铜层，即N电极以及P电极上都分别设置有电流阻挡层和接触电极，电流阻挡层位于接触电极和N(或P)电极之间起阻挡电流的作用，可在同一工艺步骤中同时形成。

电流阻挡层一方面可以起到阻挡电流朝电极下方扩散，减小流向电极在有源区的电流密度，从而可减小由于电极的金属吸光、挡光而造成的光损失，另一方面通过电流阻挡层将电流引导至远离电极的区域，减小电极附近电流拥挤，可以提高出光功率，增加了电流阻挡层会使得在有源区中的电流密度增加。

可选的，所述铝层的厚度为采用铝层作为第一层形成欧姆接触的接触电极，在光路折射中通过铝层来提升亮度，由金属铝增强粘附力形成接触电极，通过上述厚度范围取得较佳的效果。

所述中间层包括多层相互交替的钛层(Ti)和铂层(Pt)，中间层也起电性连接的作用，也就是可以采用金属钛和金属铂的叠层结构，在该叠层结构中，可以交叠设置多层金属钛和金属铂，接触电极的各部分可采用蒸镀的方式形成。

继续参考图1所示，为了实现电性连接，所述LED芯片结构还包括导电层30，所述导电层30位于所述P电极上，所述导电层30连接所述接触电极20，所述导电层30的材料包括氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)，导电层可只连接P电极上的接触电极，ITO层可起到电性连接的作用，通过ITO层满足不同产品的发光二极管的电连接的需要，氧化铟锡具有较佳的导电性和透明性。

继续参考图1所示，所述LED芯片结构还包括钝化层40(Passivation)，所述钝化层40覆盖所述mesa结构10的表面并暴露出所述接触电极20，钝化层40的材料可包括二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或三氧化二铝中的一种或多种的组合，这些材料可具有较好的致密性和绝缘性能，钝化层可防护来自外界诸如空气、水分等的影响。在具体的实施方式中，钝化层可分为两次分别形成，可分别形成覆盖至LED侧边和表面，降低工艺要求并可方便LED的接触电极的处理，对于钝化层的厚度可分别按具体的产品设置，钝化层通过化学气相沉积方式(PECVD)或原子层沉积方式(ALD)形成，优选的可采用原子层沉积方式。发光二极管还可包括多量子阱层结构等，可通过多量子阱层结构形成约束载流子的电子或空穴的势阱，提高发光二极管的工作效率。

如图2所示，本发明还提供一种LED芯片结构的形成方法，所述LED芯片结构的形成方法包括：

步骤S10：提供一衬底，所述衬底上具有mesa结构，所述mesa结构具有N电极和P电极；

步骤S20：在所述mesa结构的表面形成外延层，对所述N电极上的所述外延层进行N掺杂，对所述P电极上的所述外延层进行P掺杂，分别在所述N电极和所述P电极上形成电流阻挡层；

步骤S30：分别在所述N电极和所述P电极上形成接触电极，所述电流阻挡层位于所述接触电极和所述mesa结构之间，所述接触电极依次包括铝层、中间层和铜层。

为使本发明的特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

如图3所示，首先，提供一衬底，所述衬底上具有mesa结构10，mesa结构即为形成台阶状的PN结掺杂结构，可以是在硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底或氮化铝衬底上的氮化镓进行掺杂形成PN结结构的N电极和P电极。

接着，继续参考图3所示，在所述mesa结构10的表面形成外延层11，对所述N电极上的所述外延层11进行N掺杂，对所述P电极上的所述外延层11进行P掺杂，分别在所述N电极和所述P电极上形成电流阻挡层12，可采用PECVD制备的SiO₂层作为电流阻挡层，可在N电极和P电极上可同时形成，可以在工艺中采用两次沉积，形成致密性良好的二氧化硅薄膜。

然后，继续参考图1所示，分别在所述N电极和所述P电极上形成接触电极20，接触电极20的各部分可采用蒸镀的方式形成，所述电流阻挡层12位于所述接触电极20和所述mesa结构10之间，电流阻挡层12可起到阻挡电流经由接触电极到P/N结的作用，所述接触电极20依次包括铝层、中间层和铜层，接触电极20为后续LED的电性连接提供连接点。可选的，所述中间层包括多层相互交替的钛层和铂层，中间层也起到电性连接的作用，也就是可以采用金属钛和金属铂的叠层结构。

继续参考图4所示，所述LED芯片结构的形成方法还包括：形成导电层30，所述导电层30位于所述P电极上，所述导电层30连接所述接触电极12，所述导电层30的材料包括氧化铟锡，可通过ITO层形成对应版图的电性连接关系，并可促进接触电极与P电极的连接。

在本实施例中，继续参考图1所示，所述LED芯片结构的形成方法还包括：形成钝化层40，所述钝化层40覆盖所述mesa结构10的表面并暴露出所述接触电极12，即可通过整面沉积钝化层并刻蚀出PN接触电极孔，在材料的选择上，钝化层40的材料选择可包括二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或三氧化二铝中的一种或多种的组合，这些材料可具有较好的致密性和绝缘性能，钝化层起到防护的作用，作为一个整体防护来自外界诸如空气、水分等的影响，钝化层的厚度可大于通过上述厚度达到较佳的防护作用，由于钝化层覆盖的区域并不规则，只需要满足下限的要求，对于上限并不作限定，钝化层可通过化学气相沉积方式(PECVD)或原子层沉积方式(ALD)形成，优选的可采用原子层沉积方式。

相应的，本发明还提供一种LED芯片，所述LED芯片包括上述LED芯片结构，可在上述LED结构上结合其它工艺形成各种不同的LED芯片产品。

综上所述，在本发明提供的LED芯片结构中，具有对应掺杂的外延层和电流阻挡层，通过采用接触电极依次包括铝层、中间层和铜层的结构，在欧姆接触的第一层使用材料铝，从而在光路折射中可以提升亮度，提高了LED芯片的性能。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种LED芯片结构，其特征在于，所述LED芯片结构包括：

mesa结构，所述mesa结构具有N电极和P电极，所述mesa结构的表面具有外延层，对所述N电极上的所述外延层进行N掺杂，对所述P电极上的所述外延层进行了P掺杂，所述N电极和所述P电极上均设置有电流阻挡层；

接触电极，所述接触电极位于所述N电极以及所述P电极上，所述电流阻挡层位于所述接触电极和所述mesa结构之间，所述接触电极依次包括铝层、中间层和铜层。

2.根据权利要求1所述的LED芯片结构，其特征在于，所述铝层的厚度为

3.根据权利要求1或2所述的LED芯片结构，其特征在于，所述中间层包括多层相互交替的钛层和铂层。

4.根据权利要求1或2所述的LED芯片结构，其特征在于，所述LED芯片结构还包括导电层，所述导电层位于所述P电极上，所述导电层连接所述接触电极，所述导电层的材料包括氧化铟锡。

5.根据权利要求1或2所述的LED芯片结构，其特征在于，所述LED芯片结构还包括钝化层，所述钝化层覆盖所述mesa结构的表面并暴露出所述接触电极。

6.一种LED芯片，其特征在于，所述LED芯片包括如权利要求1～5中任意一项所述的LED芯片结构。

7.一种LED芯片结构的形成方法，其特征在于，所述LED芯片结构的形成方法包括：

提供一衬底，所述衬底上具有mesa结构，所述mesa结构具有N电极和P电极；

在所述mesa结构的表面形成外延层，对所述N电极上的所述外延层进行N掺杂，对所述P电极上的所述外延层进行P掺杂，分别在所述N电极和所述P电极上形成电流阻挡层；

分别在所述N电极和所述P电极上形成接触电极，所述电流阻挡层位于所述接触电极和所述mesa结构之间，所述接触电极依次包括铝层、中间层和铜层。

8.根据权利要求7所述的LED芯片结构的形成方法，其特征在于，所述中间层包括多层相互交替的钛层和铂层。

9.根据权利要求7或8所述的LED芯片结构的形成方法，其特征在于，所述LED芯片结构的形成方法还包括：形成导电层，所述导电层位于所述P电极上，所述导电层连接所述接触电极，所述导电层的材料包括氧化铟锡。

10.根据权利要求7或8所述的LED芯片结构的形成方法，其特征在于，所述LED芯片结构的形成方法还包括：形成钝化层，所述钝化层覆盖所述mesa结构的表面并暴露出所述接触电极。