CN116646440B - 一种led芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种LED芯片及其制备方法，该LED芯片包括依次叠置的衬底、外延层、电流阻挡层、导电层和电极，所述导电层包括第一子层、第二子层和夹层，所述第一子层位于所述电流阻挡层的一侧，所述夹层位于所述第一子层上，所述第二子层覆盖于所述第一子层和所述电流阻挡层上，且包裹所述夹层，所述夹层为氧化硅层，所述夹层用于调节所述导电层的电流密度。该LED芯片通过本申请，利用第一子层增大电流密度，然后通过夹层调整电流通道，使其由宽变窄，进一步增大电流密度，以增强产品的发光强度，保证其聚集性，实现缩小发光角度，还有利于增强光亮。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种LED芯片及其制备方法。
背景技术
LED发光角度指的是LED光源在水平面上向外发射出来的光斑形状，也就是指灯具中所使用的LED光源以一定角度向外发射出来的光线范围，一般表示为°。角度越小，意味着发射出来的光线范围越小，反之角度越大，发射出来的光线范围越大。在一些特定产品需要特定的发光角度，例如，在餐厅内，发光角度越大照射范围越大，便可满足宽大空间照明效果；而在实验室中，发光角度越小，可以将光发生更加精确，实现观察目的。
目前，调节LED的发光角度的手段有限，现有的调节LED发光角度的方式一般是在LED芯片边缘区域蒸镀DBR反射层缩小发光角，到达芯片边缘的光线将被重新反射回LED芯片内部，最终从LED芯片中心发出，此方式使得光子在LED芯片内部多次反射，过程中会发生衰减，最终影响芯片的整体亮度。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种LED芯片及其制备方法，以解决现有技术中的不足。
为实现上述目的，本发明提供了一种LED芯片，包括依次叠置的衬底、外延层、电流阻挡层、导电层和电极，所述导电层包括第一子层、第二子层和夹层，所述第一子层位于所述电流阻挡层的一侧，所述夹层位于所述第一子层上，所述第二子层覆盖于所述第一子层和所述电流阻挡层上，且包裹所述夹层，所述夹层为氧化硅层，所述夹层用于调节所述导电层的电流密度。
优选的，所述电流阻挡层和所述第二子层上分别开设有第一穿孔和第二穿孔，所述电极的一端依次穿过所述第二穿孔和所述第一穿孔后与所述外延层贴合接触，以使所述第二子层和所述电流阻挡层皆隔断形成两个独立结构。
优选的，所述衬底为蓝宝石衬底、SiO2蓝宝石复合衬底、硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、氧化锌衬底中的其中一种。
优选的，所述衬底、所述外延层、所述电流阻挡层、所述导电层和所述电极组合形成LED外部轮廓，所述LED外部轮廓上设有钝化层。
为实现上述目的，本发明还提供了一种用于制备上述中所述的LED芯片的制备方法，所述方法包括：
获取一衬底；
通过气相沉积法于所述衬底上生长外延层，所述外延层包括依次叠置的N型层、有源层和P型层；
通过ICP刻蚀技术将所述N型层的形貌裸露出，得到初始LED轮廓；
利用PECVD技术于所述初始LED轮廓的表面沉积第一厚度的氧化硅，依次对所述氧化硅进行黄光、匀胶、曝光及显影操作，以得到电流阻挡层；
利用磁控溅射的方式于所述电流阻挡层上制作导电层；
在所述导电层上制作电极。
优选的，所述利用磁控溅射的方式于所述电流阻挡层上制作导电层的步骤包括：
通过磁控溅射的方式于所述外延层上镀第二厚度的第一子层；
利用PECVD于所述第一子层的表面上沉积第三厚度的氧化硅，对所述第三厚度的氧化硅依次进行匀胶、曝光、显影和刻蚀操作，以保留部分氧化硅，该部分氧化硅为夹层；
利用磁控溅射的方式于所述第一子层上制作第二子层，并使所述第二子层包裹所述夹层。
优选的，所述第一子层的厚度为10nm-40nm。
优选的，所述夹层与所述电极之间的水平距离为10nm-40nm。
优选的，所述导电层的厚度为25nm-150nm。
优选的，所述N型层的厚度为1μm-3μm，所述P型层的厚度为200nm-300nm，所述有源层的In组分所占摩尔比例为10％-35％。
本发明的有益效果是：通过将第一子层设于电流阻挡层的侧部，然后在第一子层上设置夹层，再利用第二子层覆盖第一子层和电流阻挡层上，利用第一子层增大电流密度，然后通过夹层调整电流通道，使其由宽变窄，进一步增大电流密度，以增强产品的发光强度，保证其聚集性，实现缩小发光角度，还有利于增强光亮。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的LED芯片的结构示意图；
图2为本发明第二实施例提供的LED芯片的制备方法的流程图。
主要元件符号说明：
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，为本发明第一实施例中的LED芯片，包括依次叠置的衬底10、外延层、电流阻挡层50、导电层和电极60。
其中：所述衬底10通过缓冲层20与外延层连接，所述导电层包括第一子层41、第二子层43和夹层42，所述第一子层41和所述电流阻挡层50皆位于所述外延层上，且所述第一子层41位于所述电流阻挡层50的所述侧部，所述夹层42位于所述第一子层41上，所述第二子层43覆盖于所述第一子层41和所述电流阻挡层50上，且包裹所述夹层42，可以理解的，所述夹层42为氧化硅层，该夹层42用于调节所述导电层的电流密度，相当于该导电层内嵌入有所述夹层42，以实现局部电流密度的改变，以及局部发光强度的改变，最终改变整个LED芯片的发光角度，具体为，通过所述夹层42以将所述第一子层41和所述第二子层43之间的电流通道由宽变窄，从而增强光线聚集性，以增强发光强度，可以理解的，发光强度与可视角度成反比，在同样的光通量下，发光角度越大，发光强度越低，可以理解为，改变发光强度就是改变光线的聚集性，发光强度越大，光线聚集性越好，也就越不容易发散，该发光角度就越小。
需要说明的是，该夹层的位置根据需要调节的角度而定，当所述夹层42越靠近所述电极时，所述LED芯片的发光角度越小，也就是说，所述夹层42越靠近所述电极，相应的电流通道会越小。可以理解的，所述夹层42与所述电极60之间的水平距离为10nm-40nm。
需要说明的是，所述夹层42嵌设于所述第二子层43内，具体为，所述第二子层43上设有嵌入槽，所述夹层42位于所述嵌入槽内，所述第二子层43通过磁控溅射与所述第一子层41连接。
在其中一些实施例中，所述电流阻挡层50和所述第二子层43上分别开设有第一穿孔和第二穿孔，所述电极60的一端进行延伸以形成延伸部，所述延伸部依次穿过所述第二穿孔和所述第一穿孔后与所述外延层贴合接触，以使所述第二子层43和所述电流阻挡层50皆隔断形成两个独立结构。可以理解的，所述电极60与所述延伸部一体成型，且所述电极60和所述延伸部组合形成T形结构。
在其中一些实施例中，所述第一子层41的厚度为10nm-40nm，若所述第一子层41的厚度小于10nm，所述第一子层41的电流密度不够，导致通过所述夹层42缩小电流通道后可调节光强很小，对调节发光角度的影响很小，难以实现调小发光角度；若所述第一子层41的厚度大于40nm，所述第一子层41的电流密度过大，导致所需的电压过大，影响光效。需要说明的是，所述第一子层41的厚度越大，其电流密度越大，更有利于增强发光强度，以使光线聚集性越好，也就越不容易发散，该发光角度就越小。
在其中一些实施例中，所述导电层的厚度为25nm-150nm，也就是说，所述第一子层41、所述夹层42与所述第二子层43组成整体的总厚度为25nm-150nm，此范围内电流扩展均匀性和对电压的影响较佳，具体为，若所述导电层的厚度小于25nm时，所述导电层的电流扩展性不好，不利于发光，若所述导电层的厚度大于150nm，则所需要的电压值过大，影响光效。需要说明的是，通过调节所述夹层42与所述电极60之间的水平距离，也能够调节所述LED芯片的发光角度，所述夹层42与所述电极60之间的水平距离越小，所述LED芯片的发光角度随之越小。
在其中一些实施例中，所述外延层包括叠置的N型层31、有源层32和P型层33，所述N型层31的厚度为1μm-3μm，所述P型层33的厚度为200nm-300nm，所述有源层32的In组分所占摩尔比例为10％-35％。
具体为，所述N型层31为n-GaN层，所述P型层33为P-GaN层，所述有源层32为多量子阱有源层，所述N型层31的最适厚度为2μm，其Si的掺杂浓度为5×1018cm-3-1×1019cm-3；所述P型层33的最适厚度为250nm，其Mg的掺杂浓度为5×1017cm-3-1×1020cm-3；所述有源层32的In组分所占摩尔比例的最适值为25％。
在其中一些实施例中，所述衬底10为蓝宝石衬底、SiO2蓝宝石复合衬底、硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、氧化锌衬底中的其中一种。具体为，所述衬底10选用蓝宝石衬底，蓝宝石是目前最常用的GaN基LED衬底材料，市场上大部分GaN基LED都是使用蓝宝石作为衬底材料。蓝宝石衬底的最大优点是技术成熟，稳定性好，生产成本低。
在其中一些实施例中，所述衬底10、所述外延层、所述电流阻挡层50、所述导电层和所述电极60组合形成LED外部轮廓，所述LED外部轮廓上设有钝化层70。需要说明的是，所述钝化层70用于保护LED芯片，且所述钝化层70的厚度为80nm。
在具体实施时，通过将所述第一子层41设于所述电流阻挡层50的侧部，然后在所述第一子层41上设置所述夹层42，再利用所述第二子层43覆盖所述第一子层41和所述电流阻挡层50上，利用所述第一子层41增大电流密度，然后通过所述夹层42调整电流通道，使其由宽变窄，进一步增大电流密度，以增强产品的发光强度，保证其聚集性，实现缩小发光角度，还有利于增强光亮。
需要说明的是，上述的实施过程只是为了说明本申请的可实施性，但这并不代表本申请的LED芯片只有上述唯一一种实施流程，相反的，只要能够将本申请的LED芯片实施起来，都可以被纳入本申请的可行实施方案。
请参阅2，为本发明第二实施例中的LED芯片的制备方法，用于制备上述中的LED芯片，所述方法包括以下步骤：
步骤S101，获取一衬底10；
其中，所述衬底10为蓝宝石衬底、SiO2蓝宝石复合衬底、硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、氧化锌衬底中的其中一种。
具体为，所述衬底10选用蓝宝石衬底，蓝宝石是目前最常用的GaN基LED衬底材料，市场上大部分GaN基LED都是使用蓝宝石作为衬底材料。蓝宝石衬底的最大优点是技术成熟，稳定性好，生产成本低。
步骤S102，通过气相沉积法于所述衬底上生长外延层，所述外延层包括依次叠置的N型层31、有源层32和P型层33；
其中，所述外延层的生长条件为，采用高纯氢气作为载气，采用高纯氨气作为氮源、三甲基镓和三乙基镓作为镓源、三甲基铟作为铟源、硅烷作为N型掺杂剂、三甲基铝作为铝源以及二茂镁作为P型掺杂剂。
需要说明的是，所述N型层31为n-GaN层，所述P型层33为P-GaN层，所述有源层32为多量子阱有源层，且所述N型层31的厚度为1μm -3μm，其Si的掺杂浓度为5×1018cm-3-1×1019cm-3；所述P型层33的厚度为200 nm -300nm，其Mg的掺杂浓度为5×1017cm-3-1×1020cm-3；所述有源层32中In组分所占摩尔比例为10％-35％。
具体为，所述N型层31的最适厚度为2μm，所述P型层33的最适厚度为250 nm，所述有源层32中In组分所占摩尔比例为25％。
步骤S103，通过ICP刻蚀技术将所述N型层的形貌裸露出，得到初始LED轮廓；
步骤S104，利用PECVD技术于所述初始LED轮廓的表面沉积第一厚度的氧化硅，依次对所述氧化硅进行黄光、匀胶、曝光及显影操作，以得到电流阻挡层；
其中，所述第一厚度为250nm-350nm，若所述第一厚度小于250nm，则容易刻蚀过度，损坏芯片，若所述第一厚度大于350nm，则需要重新调节各个参数，影响生产效率，需要说明的是，所述第一厚度的最适值为300nm，可以理解的，所述电流阻挡层的作用为，保证电流不会直接从电极下方导通至芯片中，从而使得电流扩展得更远。
步骤S105，利用磁控溅射的方式于所述电流阻挡层上制作导电层；
其中，所述利用磁控溅射的方式于所述电流阻挡层上制作导电层的步骤包括：
通过磁控溅射的方式于所述外延层上镀第二厚度的第一子层41；
利用PECVD于所述第一子层的表面上沉积第三厚度的氧化硅，对所述第三厚度的氧化硅依次进行匀胶、曝光、显影和刻蚀操作，以保留部分氧化硅，该部分氧化硅为夹层42；
利用磁控溅射的方式于所述第一子层41上制作第二子层43，并使所述第二子层43包裹所述夹层42。
其中，所述第二厚度为10nm-40nm，所述第三厚度为30nm-80nm，所述第一子层41、所述夹层42和所述第二子层43组合形成的整体结构的厚度为25nm-150nm。需要说明的是，若所述第一子层41的厚度小于10nm，所述第一子层41的电流密度不够，导致通过所述夹层42缩小电流通道后可调节光强很小，对调节发光角度的影响很小，难以实现调小发光角度；若所述第一子层41的厚度大于40nm，所述第一子层41的电流密度过大，导致所需的电压过大，影响光效。需要说明的是，所述第一子层41的厚度越大，其电流密度越大，更有利于增强发光强度，以使光线聚集性越好，也就越不容易发散，该发光角度就越小。
具体为，所述第一子层41和所述第二子层43为ITO透明导电膜，利用磁控溅射的方式制作导电层，分两步镀膜，第一步先镀厚度为25nm的ITO膜层，即第一子层41，再利用PECVD在表面沉积50nm厚的 SiO2，匀胶、曝光显影、刻蚀后，保留一定区域的氧化硅在ITO膜层的上方，保留一定区域的氧化硅为夹层42，其中，厚度H因所需电流密度而定；第二步再次利用磁控溅射的方式制作剩余ITO导电膜，即第二子层43，可以理解的，在生成所述第一子层41、所述夹层42和所述第二子层43的过程中，皆需保证各部分厚度均匀。
步骤S106，在所述导电层上制作电极60。
其中，将完成上述步骤的晶圆放置在电子束蒸镀机的载片盘上，电子束蒸镀机的蒸镀源发射器位于载片盘的下方，然后在所述导电层依次蒸镀Cr、Al、Ti、Ni、Pt、Ni、Pt、Au，从而形成电极60。需要说明的是，该电极60为P型电极。
通过上述步骤，将所述第一子层41设于所述电流阻挡层50的侧部，然后在所述第一子层41上设置所述夹层42，再利用所述第二子层43覆盖所述第一子层41和所述电流阻挡层50上，利用所述第一子层41增大电流密度，然后通过所述夹层42调整电流通道，使其由宽变窄，进一步增大电流密度，以增强产品的发光强度，保证其聚集性，实现缩小发光角度，还有利于增强光亮。
在其中一些实施例中，所述在所述导电层上制作电极60的步骤之后，所述方法还包括：
利用PECVD在芯片表面上制作厚度为80nm的钝化层70。
其中，所述钝化层70为氧化硅层，所述钝化层70用于保护芯片。
可以理解的，所述衬底10、所述外延层、所述电流阻挡层50、所述导电层和所述电极60组合形成LED外部轮廓，在本实施例中，所述LED外部轮廓为所述芯片的表面，即在所述LED外部轮廓上制作厚度为80nm的钝化层70。
本发明第三实施例中的LED，包括上述中的LED芯片。所述LED的发光角度小，且相应的电学性能良好。
下面以具体实施例进一步说明本发明：
实施例1
本实施例提供一种LED芯片，包括衬底10及依次层叠于所述衬底10上的外延层、电流阻挡层50、导电层和电极60；
所述导电层包括第一子层41、夹层42和第二子层43，其中，所述第一子层41的厚度为10nm，所述夹层42与所述电极60之间的水平距离为30nm，所述导电层的厚度为85nm。
实施例2
本实施例提供一种LED芯片，与实施例1中的LED芯片不同之处在于：所述第一子层41的厚度为20nm。其余与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种LED芯片，与实施例1中的LED芯片不同之处在于：所述第一子层41的厚度为25nm。其余与实施例1相同。
实施例4
本实施例提供一种LED芯片，与实施例1中的LED芯片不同之处在于：所述第一子层41的厚度为40nm。其余与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供一种LED芯片，与实施例1中的LED芯片不同之处在于：所述第一子层41的厚度为40nm，所述夹层42与所述电极60之间的水平距离为30nm。其余与实施例1相同。
实施例6
本实施例提供一种LED芯片，与实施例1中的LED芯片不同之处在于：所述第一子层41的厚度为40nm，所述夹层42与所述电极60之间的水平距离为20nm。其余与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供一种LED芯片，与实施例1中的LED芯片不同之处在于：所述导电层为传统结构，即该导电层内没有嵌入所述夹层42。其余与实施例1相同。
以实施例1-实施例6制得LED芯片使用相同芯片工艺条件制备成10*24mil的芯片，分别抽取300颗LED芯片，测试芯片的发光角度，计算实施例1-实施例6相对于对比例1的发光角度缩小率，具体测试结果如下表所示：
由上述结果可知，所述第一子层41的厚度为10nm-40nm时，所述第一子层41的厚度越大，其电流密度越大，更有利于增强发光强度，以使光线聚集性越好，也就越不容易发散，该发光角度就越小，除此之外，调整所述夹层42与所述电极60之间的水平距离，也会对LED芯片的发光角度有影响，具体为，所述夹层42与所述电极60之间的水平距离越小，所述LED芯片的发光角度随之越小。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种LED芯片的制备方法，用于制备LED芯片，所述LED芯片包括依次叠置的衬底、外延层、电流阻挡层、导电层和电极，其特征在于，所述导电层包括第一子层、第二子层和夹层，所述第一子层位于所述电流阻挡层的一侧，所述夹层位于所述第一子层上，所述第二子层覆盖于所述第一子层和所述电流阻挡层上，且包裹所述夹层，所述夹层为氧化硅层，所述夹层用于调节所述导电层的电流密度，所述第一子层的厚度为10nm-40nm；
所述LED芯片的制备方法包括：
获取一衬底；
通过气相沉积法于所述衬底上生长外延层，所述外延层包括依次叠置的N型层、有源层和P型层；
通过ICP刻蚀技术将所述N型层的形貌裸露出，得到初始LED轮廓；
利用PECVD技术于所述初始LED轮廓的表面沉积第一厚度的氧化硅，依次对所述氧化硅进行黄光、匀胶、曝光及显影操作，以得到电流阻挡层；
利用磁控溅射的方式于所述电流阻挡层上制作导电层；
在所述导电层上制作电极；
其中，所述利用磁控溅射的方式于所述电流阻挡层上制作导电层的步骤包括：
通过磁控溅射的方式于所述外延层上镀第二厚度的第一子层；
利用PECVD于所述第一子层的表面上沉积第三厚度的氧化硅，对所述第三厚度的氧化硅依次进行匀胶、曝光、显影和刻蚀操作，以保留部分氧化硅，该部分氧化硅为夹层；
利用磁控溅射的方式于所述第一子层上制作第二子层，并使所述第二子层包裹所述夹层。
2.根据权利要求1所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，所述电流阻挡层和所述第二子层上分别开设有第一穿孔和第二穿孔，所述电极的一端进行延伸以形成延伸部，所述延伸部依次穿过所述第二穿孔和所述第一穿孔后与所述外延层贴合接触，所述电极和所述延伸部组合形成T形结构。
3.根据权利要求1所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底、SiO2蓝宝石复合衬底、硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、氧化锌衬底中的其中一种。
4.根据权利要求1所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，所述衬底、所述外延层、所述电流阻挡层、所述导电层和所述电极组合形成LED外部轮廓，所述LED外部轮廓上设有钝化层。
5.根据权利要求1所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，所述夹层与所述电极之间的水平距离为10nm-40nm。
6.根据权利要求1所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，所述导电层的厚度为25nm-150nm。
7.根据权利要求1所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，所述N型层的厚度为1μm-3μm，所述P型层的厚度为200nm-300nm，所述有源层的In组分所占摩尔比例为10％-35％。
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