CN117810334A - Led芯片及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种LED芯片及其制作方法，LED芯片包括层叠设置的金属导电支撑层、P型窗口层、P型限制层、有源层、N型限制层、N型粗化层，其中，N型粗化层朝向限制层面包括限制层接触区以及N电极接触区，以及设置在所述N型粗化层背离所述N型限制层面的透明导电膜层。本申请LED芯片结构，避免金属电极遮挡LED出光，同时N型粗化层设计进一步增加出光，提高光提取效率，进而提高发光效率。

Description

LED芯片及其制作方法

技术领域

本申请涉及半导体领域，特别涉及一种LED芯片及其制作方法。

背景技术

半导体发光元件是正向电压应用于发光元件时，P型层的空穴和N型层的电子结合，发出与带隙能量对应波长的光。

现有的LED外延结构通常包括依次设置的N电极、N型层、有源层和P型层、P电极。P型层用于提供进行复合发光的空穴，N型半导体层用于提供进行复合发光的电子，有源层用于进行电子和空穴的辐射复合发光，衬底用于为外延材料提供生长表面。

发光效率由内量子效率和光提取效率两方面决定，现有技术中，N电极和P电极分别设置在LED外延结构相对的两面，LED外延结构出光一侧的面上仍然存在电极金属，金属电极的遮光现象会造成出光量下降，限制了光提取效率，进而会降低发光效率。

因此，如何提高LED发光芯片的发光效率已经成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本申请的一个目的在于解决现有技术中提高LED发光芯片的发光效率的问题。

为解决上述问题，本申请提供了一种LED芯片，包括：层叠设置的金属导电支撑层、P型窗口层、P型限制层、有源层、N型限制层、N型粗化层；其中，N型粗化层朝向所述N型限制层的面包括限制层接触区以及N电极接触区；所述限制层接触区以及所述N电极接触区之间间隔开；所述N电极接触区上设置N电极；还包括透明导电膜层，设置在所述N型粗化层背离所述N型限制层面。

具体地，LED芯片，还包括：第一全反射镜结构层，设置于金属导电支撑层与P型窗口层之间；第二全反射镜结构层，设置在所述N电极与所述N型粗化层之间。

具体地，所述P型窗口层、所述N型粗化层为P型欧姆接触窗口层、N型欧姆接触粗化层。

具体地，所述第一全反射镜结构层全覆盖所述金属导电支撑层，且所述第一全反射镜结构层与所述金属导电支撑层面积相等。

具体地，所述P型窗口层的面积大于所述第一全反射镜结构层的面积，且所述P型窗口层和所述第一全反射镜结构层的面积差小于或等于20％。

具体地，所述N型粗化层背离所述有源层的面设有第一粗化图案，所述透明导电膜层接触所述N型粗化层的面设有与所述第一粗化图案形状相适配的第二粗化图案，所述透明导电膜层背离所述N型粗化层的面为平面。

具体地，所述N型粗化层朝向所述有源层的面设有凹陷区，在所述凹陷区作为所述N电极接触区。

具体地，所述金属导电支撑层厚度为20-120um。

具体地，所述第一全反射镜结构层和所述第二全反射镜结构层包括：金属反射层和介质膜层，所述介质膜层的材料为SiO2、Si3N4、MgF2中的至少一种，所述金属反射层的材料为Ag、Al、Au、AuZn合金、AuBe合金中的至少一种。

本申请还提供一种LED芯片制作方法，包括：

通过外延生长工艺制作外延叠层，包括依次生长缓冲层、阻挡层、N型粗化层、N型限制层、有源层、P型限制层和P型窗口层；

利用图案化刻蚀方式，沿着垂直于外延层的方向，从所述P型窗口层延伸入N型粗化层内进行刻蚀；使得N型粗化层朝向所述限制层的面包括限制层接触区以及N电极接触区；所述限制层接触区以及所述N电极接触区间隔开；

N电极接触区上设置N电极，在所述P型窗口层上设置金属导电支撑层；

去除所述临时基板、所述缓冲层和所述阻挡层；

对所述N型粗化层背离所述N型限制层的面进行粗化处理得到粗化面；

在所述粗化面上设置透明导电膜层。

具体地，在设置所述N电极和所述金属导电支撑层之前，方法还包括：将第一全反射镜结构层设置于所述P型窗口层上，将第二全反射镜结构层设置于所述N电极接触区。

具体地，所述粗化面设有第一粗化图案，所述在所述粗化面上设置透明导电膜层包括：

在所述粗化面填充透明导电膜层，以使所述透明导电膜层接触所述N型粗化层的面形成与所述第一粗化图案形状相适配的第二粗化图案，所述透明导电膜层背离所述N型粗化层的面为平面。

由上述技术方案可知，本申请至少具有如下优点和积极效果：

本申请中提出的一种LED芯片及其制作方法，LED芯片包括层叠设置的金属导电支撑层、P型窗口层、P型限制层、有源层、N型限制层、N型粗化层，其中，N型粗化层包括限制层接触区以及N电极接触区，本申请LED芯片结构，避免金属电极遮挡LED出光，同时N型粗化层设计进一步增加出光，提高光提取效率，进而提高发光效率。

附图说明

图1示意性示出了根据本申请的一个实施例的LED芯片结构示意图；

图2示意性示出了根据本申请的一个实施例的LED芯片结构示意图；

图3示意性示出了根据本申请的一个实施例的LED芯片结构示意图；

图4示意性示出了根据本申请的一个实施例的LED芯片结构示意图；

图5示意性示出了根据本申请的一个实施例的LED芯片结构示意图；

图6示意性示出了根据本申请的一个实施例的LED芯片结构示意图。

具体实施方式

体现本申请特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本申请能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本申请的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本申请。

在本申请的一个实施例中，如图1所示，提供了一种LED芯片，包括依次接触设置的金属导电支撑层109、P型窗口层107、P型限制层106、有源层105、N型限制层104以及N型粗化层103和透明导电膜层103b，其中，N型粗化层103朝向N型限制层104的面包括限制层接触区和N电极接触区，限制层接触区接触N型限制层104设置，N电极接触区未被N型限制层104覆盖，N电极接触区上设置N电极111。其中，P型窗口层107为P型欧姆接触窗口层，N型粗化层103为N型欧姆接触粗化层。有源层105为多量子阱有源层。

进一步地，LED芯片还包括第一全反射镜结构层108和第二全反射镜结构层109，第一全反射镜结构层108设置于金属导电支撑层109与P型窗口层107之间；第二全反射镜结构层110设置在所述N电极111与所述N型粗化层103之间。

在本实施例中，金属导电支撑层109通过导电的第一全反射镜结构层108电连接P型窗口层，以使金属导电支撑层109成为P电极，同时，金属导电支撑层109还能支撑LED芯片，并有助于芯片散热。透明导电膜层103b背离N型粗化层103的面作为出光面远离金属导电支撑层109，避免金属导电支撑层109对出光的吸收，提高发光效率。可根据芯片尺寸的大小调整金属导电支撑层109厚度，优选金属导电支撑层109厚度为20-120um。金属导电支撑层109可选择为铜、镍、铁、金、钼、钨、钴中的一种材料或几种材料间组合的合金，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。N电极111背离N型粗化层103的面与金属导电支撑层109背离P型窗口层107的面齐平。在本申请实施例的其他实施方式中，N电极111背离N型粗化层103的面低于或高于金属导电支撑层109背离P型窗口层107的面，或与金属导电支撑层背离粗化层103的面平齐均可，根据实际需求进行设置。

LED芯片可以是由AlGaInP四元系材料制备而成的红光LED芯片，也可以是以AlGaInP为基础的黄光LED、以氮化物半导体为基础的蓝光/绿光LED等。

第一全反射镜结构层(ODR)108，将来自P型窗口层107的光反射回去，以大幅的减少光损失。第一全反射镜结构层108由金属反射层和介质膜层构成，介质膜层与P型窗口层107接触设置，介质膜层的材料为SiO2、Si3N4、MgF2中的至少任意一种，金属反射层的材料为Ag、Al、Au、AuZn合金、AuBe合金中的至少任意一种，以将来自P型窗口层107的光反射回LED芯片的出光面，增加LED芯片的出光效率。第二反射镜结构层(ODR)110的结构参照第一全反射镜结构层(ODR)108设置。

透明导电薄膜层103b材料包括ITO(In2O3：SnO2)、IZO(ZnO：In)、ATO(SnO2：Sb)、AZO(ZnO：Al)、GZO(ZnO：Ga)或FTO(SnO2：F)中的一种或几种。

具体地，N型粗化层103朝向N型限制层104的面设有凹陷区，凹陷区作为N电极接触区凸设N电极111，也即N型粗化层103设有从P型窗口层107延伸入N型粗化层103内的槽，使N型粗化层103露出，N电极111设置在N型粗化层103内的槽，以使N电极111稳定设置在N型粗化层103上。在本申请实施例的其他实施方式中，限制层接触区和N电极接触区齐平设置。在本申请实施例的其他实施方式中，限制层接触区低于N电极接触区。

N型粗化层103背离有源层105为织构化的粗化表面层，可以为无规则形状的纹理，无规则形状的纹理构成第一粗化图案，作为光散射结构，减少光透过N型粗化层103时的镜面反射，改变其光行走路径而增加光逃出的机率，进一步提高LED芯片出光效率。透明导电膜层103b接触N型粗化层103的面设有与第一粗化图案形状相适配的第二粗化图案，透明导电膜层103b背离N型粗化层103的面为平面，使得LED芯片的出光面为平面，增加LED的强度，有利于后续对LED进行加工，同时，透明导电膜层103b还可以起到扩展电流的作用，与N型粗化层103形成良好的，提高电流的注入效率，使电流在N型粗化层103的第一粗化图案之间充分扩展，进一步提高LED的发光效率。

第一全反射镜结构层108全覆盖金属导电支撑层109，且第一全反射镜结构层108与金属导电支撑层109面积相等。进一步地，P型窗口层107全覆盖第一全反射镜结构层108设置，P型窗口层107的面积大于第一全反射镜结构层108的面积，且P型窗口层107的面积和第一全反射镜结构层108的面积差小于等于P型窗口层107的面积或第一全反射镜结构层108的面积的20％，在增加LED结构稳定性的同时，使得P型窗口层107扩展电流时，即使电流集中从电极接触的区域正下方区域流过，也可以使电流向横向扩展，从而避免电流拥堵造成的电压升高现象，避免LED芯片温度升高，提高内量子效率，进而提高LED芯片发光效率。

在本申请的一个实施例中，提供了一种LED芯片制作方法，用于制作如上所述的LED芯片，可以由LED芯片制作设备执行，具体包括：

步骤S1：提供临时基板100；

步骤S2：在临时基板100上通过外延生长工艺制作外延叠层，包括依次生长缓冲层101、阻挡层102、N型粗化层103、N型限制层104、有源层105、P型限制层106和P型窗口层107；

步骤S3：利用图案化刻蚀方式，沿着垂直外延层的方向，从P型窗口层107延伸入N型粗化层103内进行刻蚀；使得N型粗化层103朝向N型限制层104的面包括限制层接触区以及N电极接触区；限制层接触区以及N电极接触区间隔开；

步骤S4：在N电极接触区上设置N电极111，在P型窗口层107上设置金属导电支撑层109；

步骤S5：去除临时基板100、缓冲层101和阻挡层102；

步骤S6：对N型粗化层103背离N型限制层104的面进行粗化处理得到粗化面103a；

步骤S7：在粗化面103a上设置透明导电膜层103b。

具体地，在设置N电极111和金属导电支撑层109前，还包括：将第一全反射镜结构层108设置于P型窗口层107上，将第二全反射镜结构层110设置于N电极接触区。

具体地，使用体积比为NH4OH：H2O2：H2O＝1:5:5的溶液和盐酸去除临时基板100、缓冲层101和阻挡层102。采用蚀刻的方法对N型粗化层103背离N型限制层104的面进行粗化处理。金属支撑层109以及N电极111均采用电镀方式形成。

在本申请的实施例的一个实施方式中，N型粗化层103背离有源层105的面设有第一粗化图案，在粗化面103a上设置透明导电膜层103b包括：在粗化面103a填充透明导电膜层103b，以使透明导电膜层103b接触N型粗化层103的面形成与第一粗化图案形状相适配的第二粗化图案，透明导电膜层103b背离N型粗化层103的面为平面。

举例来讲，如图2所示，提供一GaAs临时基板100，使用MOCVD技术，在临时基板上依次生长缓冲层101、GaInP腐蚀截止层102/牺牲层AlAs、AlGaAs或者AlInP、外延层。外延层包括N型砷化镓欧姆接触粗化层103、N型AlInP限制层104、AlGaInP多量子阱有源层105、P型AlInP限制层106和P型GaP欧姆接触窗口层107。如图3所示，利用图案化刻蚀方式，开设有P型欧姆接触窗口层107延伸入N型砷化镓欧姆接触粗化层103内的凹槽。在该步骤中，还刻蚀去除相邻LED芯片之间的P型GaP欧姆接触窗口层107、P型AlInP限制层106、AlGaInP多量子阱有源层105和N型AlInP限制层104。如图4所示，在P型欧姆接触窗口层107表面制作第一全反射镜结构层108，在N型欧姆接触粗化层103的表面制作第一全反射镜结构层108，第一全反射镜结构层108与P型GaP欧姆接触窗口层107形成欧姆接触，第二全反射镜结构层110与N型欧姆接触粗化层103形成欧姆接触、其中，第一全反射镜结构层108和第二全反射镜结构层110由金属反射层和介质膜层构成，介质膜层由PECVD获得，金属反射层由蒸镀形成。如图5所示，在P型欧姆接触窗口层107上的第二全反射镜结构层110上制备永久的金属导电支撑层109以及在N型欧姆接触粗化层103上的第二全反射镜结构层110上制备N电极111。如图6所示，移除临时性衬底、缓冲层、阻挡层，使用NH4OH：H2O2：H2O＝1:5:5(体积比)溶液进行GaAs衬底去除，反应直到GaInP腐蚀截止层截止，其中截止层去除使用盐酸漂洗，截止层去除后，露出N型砷化镓欧姆接触粗化层103。采用刻蚀的方式制作表面织构化的N型砷化镓欧姆接触粗化层103，具体以干法刻蚀、湿法刻蚀的方式实现N型砷化镓欧姆接触粗化层103表面粗化。在N型砷化镓欧姆接触粗化层103被粗化的表面设置透明导电膜层103b，得到如图1所示的LED芯片。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本申请，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本申请能够以多种形式具体实施而不脱离申请的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种LED芯片，其特征在于，包括层叠设置的金属导电支撑层、P型窗口层、P型限制层、有源层、N型限制层、N型粗化层；

其中，N型粗化层朝向所述N型限制层的面包括限制层接触区以及N电极接触区；所述限制层接触区以及所述N电极接触区间隔开；所述N电极接触区上设置N电极；

还包括透明导电膜层，设置在所述N型粗化层背离所述N型限制层面。

2.根据权利要求1所述的LED芯片，还包括：

第一全反射镜结构层，设置于金属导电支撑层与P型窗口层之间；

第二全反射镜结构层，设置在所述N电极与所述N型粗化层之间。

3.根据权利要求1所述的LED芯片，所述P型窗口层为P型欧姆接触窗口层，所述N型粗化层为N型欧姆接触粗化层。

4.根据权利要求2所述的LED芯片，其特征在于，所述第一全反射镜结构层全覆盖所述金属导电支撑层，且所述第一全反射镜结构层与所述金属导电支撑层面积相等。

5.根据权利要求4所述的LED芯片，其特征在于，所述P型窗口层的面积大于所述第一全反射镜结构层的面积，且所述P型窗口层和所述第一全反射镜结构层的面积差小于或等于20％。

6.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述N型粗化层背离所述有源层的面设有第一粗化图案，所述透明导电膜层接触所述N型粗化层的面设有与所述第一粗化图案形状相适配的第二粗化图案，所述透明导电膜层背离所述N型粗化层的面为平面。

7.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述N型粗化层朝向所述有源层的面设有凹陷区，在所述凹陷区作为所述N电极接触区。

8.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述金属导电支撑层厚度为20-120um。

9.根据权利要求2所述的LED芯片，其特征在于，所述第一全反射镜结构层和所述第二全反射镜结构层包括：金属反射层和介质膜层，所述介质膜层的材料为SiO2、Si3N4、MgF2中的至少一种，金属反射层的材料为Ag、Al、Au、AuZn合金、AuBe合金中的至少一种。

10.一种LED芯片制作方法，其特征在于，包括：

通过外延生长工艺制作外延叠层，包括依次生长缓冲层、阻挡层、N型粗化层、N型限制层、有源层、P型限制层和P型窗口层；

利用图案化刻蚀方式，沿着垂直外延层方向，从所述P型窗口层延伸入N型粗化层内进行刻蚀；使得N型粗化层朝向所述限制层的面包括限制层接触区以及N电极接触区；所述限制层接触区以及所述N电极接触区间隔开；

N电极接触区上设置N电极，在所述P型窗口层上设置金属导电支撑层；

去除所述缓冲层和所述阻挡层；

对所述N型粗化层背离所述N型限制层的面进行粗化处理得到粗化面；

在所述粗化面上设置透明导电膜层。

11.根据权利要求10所述的LED芯片制作方法，在设置所述N电极和所述金属导电支撑层之前，还包括：将第一全反射镜结构层设置于所述P型窗口层上，将第二全反射镜结构层设置于所述N电极接触区。

12.根据权利要求10所述的LED芯片制作方法，其特征在于，所述粗化面设有第一粗化图案，所述在所述粗化面上设置透明导电膜层包括：

在所述粗化面填充透明导电膜层，以使所述透明导电膜层接触所述N型粗化层的面形成与所述第一粗化图案形状相适配的第二粗化图案，所述透明导电膜层背离所述N型粗化层的面为平面。