CN110504341A - 一种具有高稳定性电流阻挡层的led芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有高稳定性电流阻挡层的LED芯片，包括DBR反射层、N型半导体层、发光层、P型半导体层、电流阻挡层和P型电极，所述P型半导体层设置在发光层上方，且所述P型半导体层设置有第一环形凹槽。本发明的有益效果是：本发明是在生长二氧化硅之前，对P型半导体层进行表面结构设计，在P型半导体层上，且在P型电极的正下方，刻蚀出第一环形凹槽，再生长二氧化硅，形成的电流阻挡层与P型半导体层之间紧密结合，结构稳定，电流阻挡层不易从P型半导体层上脱落。P型半导体层上的第一环形凹槽深度为500A，不会破坏P型半导体的结构性能，N型半导体层上的第二环形凹槽深度500A，不会破坏N型半导体层的结构性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED芯片，具体为一种具有高稳定性电流阻挡层的LED芯片，属于LED芯片应用技术领域。
背景技术
LED芯片(即发光二极管)，主要有衬底层，外延层和芯片层三个部分组成。其中衬底层是蓝宝石Al2O3，厚度大约为400um；外延层(即发光层，厚度约6um)，包括缓冲层，N型半导体层，发光层和P型半导体层；芯片层包括电流阻挡层、透明导电层、钝化保护层和P、N型电极层，还有衬底底下的DBR反射层。
电流阻挡层，是一层二氧化硅薄膜，是通过等离子增强气相沉积(PECVD)的方法生长在P型半导体层上，且生长在P型电极的正下方，形状与P型电极相同，比P型电极略宽。电流阻挡层的作用是增加电流流通的均匀性，从而提升LED的发光效率。因为P型电极不透光，所以此区域发出的光为无效光。为提升发光效率，在P型电极正下方的无效区生长电流阻挡层来阻隔电流，迫使原本流经无效区的电流可以流向其他有效区。
现有的LED芯片中的电流阻挡层是直接生长在P型半导体层上，电流阻挡层与P型半导体层的粘附性较差，粘结不良，易出现电流阻挡层脱落的现象，从而导致芯片掉电极的问题。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决现有的LED芯片中的电流阻挡层是直接生长在P型半导体层上，电流阻挡层与P型半导体层的粘附性较差，粘结不良，易出现电流阻挡层脱落的现象，从而导致芯片掉电极的问题，而提出一种具有高稳定性电流阻挡层的LED芯片。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种具有高稳定性电流阻挡层的LED芯片，包括DBR反射层、N型半导体层、发光层、P型半导体层、电流阻挡层和P型电极，所述P型半导体层设置在发光层上方，且所述P型半导体层设置有第一环形凹槽，在P型半导体层上，且在P型电极的正下方，刻蚀出第一环形凹槽，再生长二氧化硅，二氧化硅薄膜生长在第一环形凹槽的表面，形成的电流阻挡层与P型半导体层之间紧密结合，结构稳定，电流阻挡层不易从P型半导体层上脱落，所述第一环形凹槽上方设置有电流阻挡层，且所述P型半导体层上方设置有钝化保护层，所述钝化保护层一端设置有电流阻挡层；
其中，所述P型电极设置在第一环形凹槽正上方，且所述第一环形凹槽的直径小于P形电极的直径，所述第一环形凹槽的深度为500A；
所述N型半导体层一端上方设置有第二环形凹槽，且所述第二环形凹槽上方设置有N型电极；
其中，所述第二环形凹槽的直径小于N型电极，且所述第二环形凹槽的深度为500A，，P型半导体层上的第一环形凹槽深度为500A，不会破坏P型半导体的结构性能，N型半导体层上的第二环形凹槽深度500A，不会破坏N型半导体层的结构性能，所述电流阻挡层的厚度为1600-2000A；
该LED芯片的制备工艺具体包括以下步骤：
步骤一：使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备，在直径为4英吋的蓝宝石衬底上，用外延生长的方法，依次生长缓冲层、N型半导体层、发光层和P型半导体层，得到外延片；
将外延片进行光刻图形制备，采用正性光刻胶作为掩膜，再使用感应耦合等离子体设备，对光刻后的外延片的进行刻蚀，去除掉一侧的P型半导体层、发光层以及深度为4000A的N型半导体层，露出N型半导体台面，从而得到P型半导体层和N型半导体层；
步骤二：将步骤一得到的制品进行光刻图形制备，采用正性光刻胶作为掩膜，再使用感应耦合等离子体设备，刻蚀掉P型半导体层上的深度为500A的P型半导体和N型半导体层上的深度为500A的N型半导体，从而得到P型半导体层和N型半导体层上的第一环形凹槽和第二环形凹槽；
步骤三：使用等离子增强化学气相沉积(PECVD)设备，在得到的P型半导体层上的第一环形凹槽上生长二氧化硅，得到电流阻挡层；
采用等离子增强化学气相沉积生长二氧化硅的方法，是将SiH4气体与N2O气体进行化学反应，生成产物SiO2沉积在制品上，化学反应式为：SiH4+2N2O→SiO2+2H2+2N2。
步骤四：溅射透明导电层；
使用磁控溅射设备，将ITO薄膜溅射沉积到步骤三所得的制品上，得到透明导电层，ITO薄膜的材质是分子比为Sn2O3:In2O3＝1:9的铟锡氧化物，氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜是一种n型半导体材料，具有体心立方铁锰矿结构，在In2O3中掺入Sn后，Sn元素替代在In2O3晶格中的In元素并以SnO2的形式存在；
步骤五：使用电子束蒸镀设备，在步骤四所得的制品表面上蒸镀金属薄膜，蒸镀的金属薄膜依次为Cr、Al、Cr、Pt、Au，再将P型电极和N型电极位置以外区域的金属薄膜去除掉，得到P型电极和N型电极；
步骤六：再使用等离子增强化学气相沉积(PECVD)设备，生长二氧化硅作为钝化保护层，再将P型电极和N型电极上方的二氧化硅去除掉，便完成该LED芯片的制备；钝化保护层的生长方法与电流阻挡层的生长方法相同，都是生长二氧化硅。二氧化硅既可以作为LED芯片的电流阻挡层，也可以作为LED芯片的钝化层，保护芯片不被外界环境中水气的侵蚀。
所述第一环形凹槽和第二环形凹槽的制备工艺具体包括以下步骤：
S1：匀胶，使用匀胶机，在上述步骤一所得的制品上均匀的旋涂一层正性光刻胶；
S2：光刻掩膜，使用光刻机，将S1所得制品放在刻有环形图形的光刻版下面，并进行位置对准，再进行曝光处理，被图形遮住的那部分光刻胶没有被曝光，未被图形遮住的那部分光刻胶被曝光；
S3：显影，使用显影机，将S2所得制品放进显影液中，被曝光部分的光刻胶与显影液发生反应，被溶解掉，未曝光部分的光刻胶没有被溶解，从而得到的制品上面，所需要刻蚀图形的部分没有光刻胶遮挡，不需要刻蚀的部分有光刻胶遮挡；
S4：等离子刻蚀，使用感应耦合等离子刻蚀(ICP)设备，对显影后的制品进行刻蚀，没有被光刻胶遮挡的部分被刻蚀掉，被光刻胶遮挡的部分不会被刻蚀；
S5：去胶清洗，将刻蚀后的制品，放到去胶液中进行清洗，去胶液将光刻胶全部溶解掉；
S6：去胶清洗后，再用烘干机烘干，所得制品便得到第一环形凹槽和第二环形凹槽。
本发明的进一步技术改进在于：所述DBR反射层上方设置有蓝宝石衬底层，
且所述蓝宝石衬底层上方设置有缓冲层。
本发明的进一步技术改进在于：所述P型半导体层与钝化保护层之间设置有透明导电层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明一种具有高稳定性电流阻挡层的LED芯片，是在生长二氧化硅之前，对P型半导体层进行表面结构设计，在P型半导体层上，且在P型电极的正下方，刻蚀出第一环形凹槽，再生长二氧化硅，二氧化硅薄膜生长在第一环形凹槽的表面，形成的电流阻挡层与P型半导体层之间紧密结合，结构稳定，电流阻挡层不易从P型半导体层上脱落。
2、本发明一种具有高稳定性电流阻挡层的LED芯片，在生长N型电极之前，对N型半导体层进行表面结构设计，在N型半导体上，且在N型电极的正下方，刻蚀出第二环形凹槽，再生长N型电极，N型电极生长在第二环形凹槽的表面，形成的N型电极与N型半导体层之间紧密结合，结构稳定，不会出现N型电极掉电极的现象。
3、P型半导体层上的第一环形凹槽深度为500A，不会破坏P型半导体的结构性能，N型半导体层上的第二环形凹槽深度500A，不会破坏N型半导体层的结构性能。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明已有LED芯片结构示意图。
图中：1、DBR反射层；2、蓝宝石衬底层；3、缓冲层；4、N型半导体层；5、发光层；6、P型半导体层；7、电流阻挡层；8、透明导电层；9、钝化保护层；10、P型电极；11、N型电极；12、第一环形凹槽；13、第二环形凹槽。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2所示，一种具有高稳定性电流阻挡层的LED芯片，包括DBR反射层1、N型半导体层4、发光层5、P型半导体层6、电流阻挡层7和P型电极10，P型半导体层6设置在发光层5上方，且P型半导体层6设置有第一环形凹槽12，在P型半导体层6上，且在P型电极10的正下方，刻蚀出第一环形凹槽12，再生长二氧化硅，二氧化硅薄膜生长在第一环形凹槽13的表面，形成的电流阻挡层7与P型半导体层6之间紧密结合，结构稳定，电流阻挡层6不易从P型半导体层6上脱落，第一环形凹槽12上方设置有电流阻挡层7，且P型半导体层6上方设置有钝化保护层9，钝化保护层9一端设置有电流阻挡层7；
其中，P型电极10设置在第一环形凹槽12正上方，且第一环形凹槽12的直径小于P形电极10的直径，第一环形凹槽12的深度为500A；
N型半导体层4一端上方设置有第二环形凹槽13，且第二环形凹槽13上方设置有N型电极11；
其中，第二环形凹槽13的直径小于N型电极11，且第二环形凹槽13的深度为500A，，P型半导体层6上的第一环形凹槽12深度为500A，不会破坏P型半导体6的结构性能，N型半导体层4上的第二环形凹槽13深度500A，不会破坏N型半导体层4的结构性能，电流阻挡层7的厚度为1600-2000A；
该LED芯片的制备工艺具体包括以下步骤：
步骤一：使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备，在直径为4英吋的蓝宝石衬底上，用外延生长的方法，依次生长缓冲层3、N型半导体层4、发光层5和P型半导体层6，得到外延片；
将外延片进行光刻图形制备，采用正性光刻胶作为掩膜，再使用感应耦合等离子体设备，对光刻后的外延片的进行刻蚀，去除掉一侧的P型半导体层(6)、发光层5以及深度为4000A左右的N型半导体层4，露出N型半导体台面，从而得到P型半导体层6和N型半导体层4；
步骤二：将步骤一得到的制品进行光刻图形制备，采用正性光刻胶作为掩膜，再使用感应耦合等离子体设备，刻蚀掉P型半导体层6上的深度为500A的P型半导体和N型半导体层4上的深度为500A的N型半导体，从而得到P型半导体层6和N型半导体层4上的第一环形凹槽12和第二环形凹槽13；
步骤三：使用等离子增强化学气相沉积(PECVD)设备，在得到的P型半导体层6上的第一环形凹槽12上生长二氧化硅，得到电流阻挡层；
采用等离子增强化学气相沉积生长二氧化硅的方法，是将SiH4气体与N2O气体进行化学反应，生成产物SiO2沉积在制品上，化学反应式为：SiH4+2N2O→SiO2+2H2+2N2。
步骤四：溅射透明导电层8；
使用磁控溅射设备，将ITO薄膜溅射沉积到步骤三所得的制品上，得到透明导电层8，ITO薄膜的材质是分子比为Sn2O3:In2O3＝1:9的铟锡氧化物，氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜是一种n型半导体材料，具有体心立方铁锰矿结构，在In2O3中掺入Sn后，Sn元素替代在In2O3晶格中的In元素并以SnO2的形式存在；
步骤五：使用电子束蒸镀设备，在步骤四所得的制品表面上蒸镀金属薄膜，蒸镀的金属薄膜依次为Cr、Al、Cr、Pt、Au，再将P型电极10和N型电极11位置以外区域的金属薄膜去除掉，得到P型电极10和N型电极11；
步骤六：再使用等离子增强化学气相沉积(PECVD)设备，生长二氧化硅作为钝化保护层9，再将P型电极10和N型电极11上方的二氧化硅去除掉，便完成该LED芯片的制备；钝化保护层的生长方法与电流阻挡层的生长方法相同，都是生长二氧化硅。二氧化硅既可以作为LED芯片的电流阻挡层，也可以作为LED芯片的钝化层，保护芯片不被外界环境中水气的侵蚀。
所述第一环形凹槽12和第二环形凹槽13的制备工艺具体包括以下步骤：
S1：匀胶，使用匀胶机，在上述步骤一所得的制品上均匀的旋涂一层正性光刻胶；
S2：光刻掩膜，使用光刻机，将S1所得制品放在刻有环形图形的光刻版下面，并进行位置对准，再进行曝光处理，被图形遮住的那部分光刻胶没有被曝光，未被图形遮住的那部分光刻胶被曝光；
S3：显影，使用显影机，将S2所得制品放进显影液中，被曝光部分的光刻胶与显影液发生反应，被溶解掉，未曝光部分的光刻胶没有被溶解，从而得到的制品上面，所需要刻蚀图形的部分没有光刻胶遮挡，不需要刻蚀的部分有光刻胶遮挡；
S4：等离子刻蚀，使用感应耦合等离子刻蚀(ICP)设备，对显影后的制品进行刻蚀，没有被光刻胶遮挡的部分被刻蚀掉，被光刻胶遮挡的部分不会被刻蚀；
S5：去胶清洗，将刻蚀后的制品，放到去胶液中进行清洗，去胶液将光刻胶全部溶解掉；
S6：去胶清洗后，再用烘干机烘干，所得制品便得到第一环形凹槽12和第二环形凹槽13。
本发明的进一步技术改进在于：DBR反射层1上方设置有蓝宝石衬底层2，
且蓝宝石衬底层2上方设置有缓冲层3。
本发明的进一步技术改进在于：P型半导体层6与钝化保护层9之间设置有透明导电层8。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明一种具有高稳定性电流阻挡层的LED芯片，是在生长二氧化硅之前，对P型半导体层6进行表面结构设计，在P型半导体层6上，且在P型电极10的正下方，刻蚀出第一环形凹槽12，再生长二氧化硅，二氧化硅薄膜生长在第一环形凹槽13的表面，形成的电流阻挡层7与P型半导体层6之间紧密结合，结构稳定，电流阻挡层6不易从P型半导体层6上脱落。
2、本发明一种具有高稳定性电流阻挡层的LED芯片，在生长N型电极11之前，对N型半导体层4进行表面结构设计，在N型半导体4上，且在N型电极11的正下方，刻蚀出第二环形凹槽13，再生长N型电极11，N型电极11生长在第二环形凹槽13的表面，形成的N型电极11与N型半导体层4之间紧密结合，结构稳定，不会出现N型电极11掉电极的现象。
3、P型半导体层6上的第一环形凹槽12深度为500A，不会破坏P型半导体6的结构性能，N型半导体层4上的第二环形凹槽13深度500A，不会破坏N型半导体层4的结构性能。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (3)
1.一种具有高稳定性电流阻挡层的LED芯片，其特征在于：包括DBR反射层(1)、N型半导体层(4)、发光层(5)、P型半导体层(6)、电流阻挡层(7)和P型电极(10)，所述P型半导体层(6)设置在发光层(5)上方，且所述P型半导体层(6)设置有第一环形凹槽(12)，所述第一环形凹槽(12)上方设置有电流阻挡层(7)，且所述P型半导体层(6)上方设置有钝化保护层(9)，所述钝化保护层(9)一端设置有电流阻挡层(7)；
其中，所述P型电极(10)设置在第一环形凹槽(12)正上方，且所述第一环形凹槽(12)的直径小于P形电极(10)的直径，所述第一环形凹槽(12)的深度为500A；
所述N型半导体层(4)一端上方设置有第二环形凹槽(13)，且所述第二环形凹槽(13)上方设置有N型电极(11)；
其中，所述第二环形凹槽(13)的直径小于N型电极(11)，且所述第二环形凹槽(13)的深度为500A，所述电流阻挡层(7)的厚度为1600-2000A；
该LED芯片的制备工艺具体包括以下步骤：
步骤一：使用金属有机化学气相沉积设备，在直径为4英吋的蓝宝石衬底上，依次生长缓冲层(3)、N型半导体层(4)、发光层(5)和P型半导体层(6)，得到外延片；
将外延片进行光刻图形制备，采用正性光刻胶作为掩膜，再使用感应耦合等离子体设备，对光刻后的外延片的进行刻蚀，去除掉一侧的P型半导体层(6)、发光层(5)以及深度为4000A的N型半导体层(4)，露出N型半导体台面，从而得到P型半导体层(6)和N型半导体层(4)；
步骤二：将步骤一得到的制品进行光刻图形制备，采用正性光刻胶作为掩膜，再使用感应耦合等离子体设备，刻蚀掉P型半导体层(6)上的深度为500A的P型半导体和N型半导体层(4)上的深度为500A的N型半导体，从而得到P型半导体层(6)和N型半导体层(4)上的第一环形凹槽(12)和第二环形凹槽(13)；
步骤三：使用等离子增强化学气相沉积设备，在得到的P型半导体层(6)上的第一环形凹槽(12)上生长二氧化硅，得到电流阻挡层；
步骤四：溅射透明导电层(8)；
使用磁控溅射设备，将ITO薄膜溅射沉积到步骤三所得的制品上，得到透明导电层(8)，ITO薄膜的材质是铟锡氧化物；
步骤五：使用电子束蒸镀设备，在步骤四所得的制品表面上蒸镀金属薄膜，蒸镀的金属薄膜依次为Cr、Al、Cr、Pt、Au，再将P型电极(10)和N型电极(11)位置以外区域的金属薄膜去除掉，得到P型电极(10)和N型电极(11)；
步骤六：再使用等离子增强化学气相沉积设备，生长二氧化硅作为钝化保护层(9)，再将P型电极(10)和N型电极(11)上方的二氧化硅去除掉，便完成该LED芯片的制备；
所述第一环形凹槽(12)和第二环形凹槽(13)的制备工艺具体包括以下步骤：
S1：匀胶，使用匀胶机，在上述步骤一所得的制品上均匀的旋涂一层正性光刻胶；
S2：光刻掩膜，使用光刻机，将S1所得制品放在刻有环形图形的光刻版下面，并进行位置对准，再进行曝光处理，被图形遮住的那部分光刻胶没有被曝光，未被图形遮住的那部分光刻胶被曝光；
S3：显影，使用显影机，将S2所得制品放进显影液中，被曝光部分的光刻胶与显影液发生反应，被溶解掉，未曝光部分的光刻胶没有被溶解，从而得到的制品上面，所需要刻蚀图形的部分没有光刻胶遮挡，不需要刻蚀的部分有光刻胶遮挡；
S4：等离子刻蚀，使用感应耦合等离子刻蚀设备，对显影后的制品进行刻蚀，没有被光刻胶遮挡的部分被刻蚀掉，被光刻胶遮挡的部分不会被刻蚀；
S5：去胶清洗，将刻蚀后的制品，放到去胶液中进行清洗，去胶液将光刻胶全部溶解掉；
S6：去胶清洗后，再用烘干机烘干，所得制品便得到第一环形凹槽(12)和第二环形凹槽(13)。
2.根据权利要求1所述的一种具有高稳定性电流阻挡层的LED芯片，其特征在于，所述DBR反射层(1)上方设置有蓝宝石衬底层(2)，且所述蓝宝石衬底层(2)上方设置有缓冲层(3)。
3.根据权利要求1所述的一种具有高稳定性电流阻挡层的LED芯片，其特征在于，所述P型半导体层(6)与钝化保护层(9)之间设置有透明导电层(8)。
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