CN216528937U - 一种发光二极管芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种发光二极管芯片，包括提供一芯片前端外延结构；利用刻蚀技术对芯片前端外延结构进行刻蚀，形成刻蚀结构单元；将刻蚀结构单元上表面粘附到临时转移衬底，并将其旋转至临时转移衬底为最低层；对刻蚀结构单元进行腐蚀，腐蚀掉牺牲层，暴露出高掺杂N型氮化物层表面；对高掺杂N型氮化物层进行刻蚀，形成凹凸结构的高掺杂N型氮化物层；在上形成反射层、最终转移衬底和N型电极，将其旋转至反射层、最终转移衬底和N型电极位于底层，去除临时转移衬底，在刻蚀结构单元结构上形成电流扩展层以及P型电极。本实用新型通过增大电极的接触面积，改善电流注入和扩展均匀性，避免了电流扩展引起的不良现象。

Description

一种发光二极管芯片

技术领域

本实用新型涉及半导体发光领域，特别是涉及一种发光二极管以及制备方法。

背景技术

目前传统正装LED外延层通常为异质外延，首先，衬底与外延层晶格失配大，外延晶体结构中存在高密度的线缺陷；其次，采用p、n电极同台面电极结构，需要刻蚀移除直到N型半导体层的部分外延层以制作n型电极，牺牲了有效发光面积，器件制备工艺复杂，影响器件的电流扩展及光输出等特性，使得其中横向电阻远大于纵向电阻，电流只能纵向流动而几乎不能横向流动，不可避免地存在电流横向扩展问题，进而导致电流聚集效应的产生，电流聚集效应导致LED，发光，发热不均匀，同时衬底导热性差，使得器件的散热问题突出，在大功率LED器件中尤其严重。因此，需要设计一种解决电流扩展问题的发光二极管芯片。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中发光二极管电流扩展问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种发光二极管芯片，包括电极衬底结构为底，呈现凹凸结构；

所述电极衬底结构从下到上依次为：N型电极、最终转移衬底和反射层；

高掺杂N型氮化物层位于所述电极衬底结构上；

所述高掺杂N型氮化物层上的结构依次为低掺杂N型氮化物层、发光层、低温氮化物层、电子阻挡层、P型氮化物层、电流扩展层和P型电极；

其中，所述电极衬底结构四周包裹所述高掺杂N型氮化物层的侧壁。

在本实用新型的一个实施例中，所述电极衬底结构上表面为凹凸结构的方柱、圆柱、三角柱或者其他任一形状的结构，所述电极衬底结构的下表面呈现凹凸结构或者平面结构。

在本实用新型的一个实施例中，所述高掺杂N型氮化物层下表面呈现凹凸结构的方柱、圆柱、三角柱或者其他任一形状的结构，与所述电极衬底结构上表面的凹凸结构相匹配；所述高掺杂N型氮化物层上边表面为平面结构。

在本实用新型的一个实施例中，所述最终转移衬底为导热导电性能优良的金属、半导体或者其他衬底。

在本实用新型的一个实施例中，所述反射层为金属反射层。

在本实用新型的一个实施例中，所述电流扩展层为透明导电材料。

在本实用新型的一个实施例中，所述高掺杂N型氮化物、所述低掺杂N型氮化物层、所述低温氮化物层和所述P型氮化物层的材料均为氮化镓。

在本实用新型的一个实施例中，所述发光层为多量子发光阱层。

在本实用新型的一个实施例中，所述P型电极为方柱、圆柱或者三角柱的形状结构。

在本实用新型的一个实施例中，一种发光二极管器件，所述发光二极管器件包括上述任一项所述的发光二极管芯片。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本实用新型所述的发光二极管芯片，首先利用刻蚀技术形成刻蚀单元结构，将刻蚀结构单元上表面粘附临时转移衬底，并将其旋转至所述临时转移衬底为底层，利用湿法腐蚀技术将牺牲腐蚀掉，利用刻蚀技术对高掺杂N型氮化物表面进行刻蚀，形成凹凸结构；最后在凹凸结构的高掺杂N型氮化物表面形成反射层、最终转移衬底和N型电极，并将其结构旋转，去除临时转移衬底，在P型氮化物层生长电流扩展层和P型电极。本实用新型通过湿法腐蚀技术结合刻蚀工艺形成凹凸结构的电极衬底结构，凹凸结构增加了电极与外延层的接触面积，改善了电流的注入和扩展性，增加反射层反射光，可以减少电极对光的吸收，提升出光率。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中：

图1是本实用新型所提供发光二极管芯片结构剖面示意图；

图2为本实用新型所提供发光二极管芯片结构正面俯视图；

图3为本实用新型所提供发光二极管芯片结构背面俯视图；

图4为本实用新型发光二极管芯片前端外延结构剖面示意图；

图5为本实用新型形成圆柱刻蚀结构单元剖面示意图；

图6为转移到临时衬底的结构剖面示意图；

图7为腐蚀掉外延衬底后的结构剖面示意图；

图8为形成凹凸电极、衬底和反射层的结构剖面示意图；

图9为去除光刻胶层和临时转移衬底之后的结构剖面示意图；

其中，20-外延衬底，21-低温氮化物层，22-高温非掺杂氮化物层，23-AlInN牺牲层，24-高掺杂氮化物层，25-低掺杂氮化物层，26-发光层，27-低温氮化物层，28-电子阻挡层，29-P型氮化物层，30-粘附胶，31-临时转移衬底，32-光刻胶，33-反射层，34-最终转移衬底，35-N型电极，36-电流扩展层，37-P型电极。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

参照图1所示，图2，图3，图1为本实用新型所提供发光二极管芯片结构结构剖面示意图，图2为本实用新型所提供发光二极管芯片结构正面俯视图，图3为本实用新型所提供发光二极管芯片结构背面俯视图；所述二极管芯片的结构为：

电极衬底结构为底，呈现凹凸结构；

所述电极衬底结构从上到下依次为：N型电极35，最终转移衬底34，反射层33；

高掺杂N型氮化物层24位于所述电极衬底结构上；

所述高掺杂N型氮化物层24上层依次为低掺杂N型氮化物层25、发光层26、低温氮化物层27、电子阻挡层28、P型氮化物层29、电流扩展层36和P型电极37；

其中，所述电极衬底结构四周包裹所述高掺杂N型氮化物层的侧壁。

低温氮化物缓冲层21为GaN，高温非掺杂氮化物层22为非掺杂GaN层，牺牲层23为AlInN牺牲层，AlInN牺牲层为单层，还可以设置不同组分AlInN多层结构或复合AlInN多层结构作为牺牲层，高掺杂N型高掺杂氮化物层24、低掺杂N型氮化物层25、低温氮化物层27和P型氮化物层29为GaN,其中其n型掺杂使用Si作为掺杂源，电子阻挡层28为P型AlGaN层，其p型掺杂使用Mg作为掺杂源，发光层26包括InGaN/GaN多量子阱发光层。

所述电极衬底结构上表面为凹凸结构的方柱、圆柱、三角柱或者其他任一形状的结构，所述电极衬底结构的下表面呈现凹凸结构或者平面结构。

所述高掺杂N型氮化物层下表面呈现凹凸结构的方柱、圆柱、三角柱或者其他任一形状的结构，与所述电极衬底结构上表面的凹凸结构相匹配；所述高掺杂N型氮化物层上边表面为平面结构。

通过设置高掺杂氮化物层和低掺杂氮化物层，进一步改善电流扩展、降低工作电压和提高发光均匀性。

最终转移衬底采用导热导电性能良好的金属、半导体或者其他衬底。反射层优选金属反射层。

高掺杂N型氮化物层、低掺杂N型氮化物层、低温氮化物层、P型氮化物层均为GaN原材料，区别在于在生成的条件不同；N型掺杂采用Si作为掺杂源，P型掺杂采用Mg作为掺杂源，电子阻挡层采用P型AlGaN层，发光层采用多发光量子阱层，电流扩展层采用透明材料。

制备上述发光二极管芯片的步骤，具体如下：

提供一芯片前端外延结构，所述芯片前端外延结构从下到上依次包括：衬底层、低温氮化物缓冲层、高温非掺杂氮化物层、牺牲层、高掺杂N型氮化物层、低掺杂N型氮化物层、发光层、低温氮化物层、电子阻挡层和P型氮化物层如图4所示。

利用刻蚀技术对所述芯片前端外延结构中所述P型氮化物层上表面与部分所述高温非掺杂氮化物层之间的外延层进行刻蚀，形成刻蚀结构单元如图5所示。

利用光刻和ICP刻蚀技术工艺对前端外延结构进行刻蚀，刻蚀掉所述P型氮化物层29上表面与部分高温非掺杂氮化物层间的外延层22。

将所述刻蚀结构单元上表面粘附到临时转移衬底，并将其旋转至所述临时衬底位于底层，如图6所示。

然后利用环氧树脂胶30将外延结构粘附到临时转移玻璃衬底31。

对所述刻蚀结构单元进行腐蚀，腐蚀掉所述牺牲层，暴露出高掺杂N型氮化物层表面，如图7所示。

采用氨型蛰合剂二氨基乙烷(DAE)溶液对上述台柱结构进行腐蚀，通过湿法腐蚀，腐蚀掉AlInN牺牲层23，暴露出高掺杂N型氮化物层。

对所述高掺杂N型氮化物层进行刻蚀，形成凹凸结构的高掺杂N型氮化物层。

用光刻、ICP刻蚀在高掺杂氮化物层24上形成周期交替的凹凸结构，凹凸结构为方柱、圆柱、三角柱或者其他任意形状的结构。

在所述凹凸结构的高掺杂N型氮化物层上以及侧壁形成反射层、最终转移衬底和N型电极，将其旋转至所述反射层、所述最终转移衬底和所述N型电极位于底层，如图8所示。

然后利用电子束蒸发在具有凹凸结构的高掺杂氮化物层24表面和侧壁上形成金属反射层33；结合电镀工艺形成最终转移衬底34，此处为Cu衬底；在最终转移衬底34上形成N型电极35；最后反射层33、最终转移衬底34和N型电极35形成于具有凹凸结构的高掺杂N型氮化物层24表面和侧壁。

去除所述临时转移衬底，在所述刻蚀结构单元结构上形成电流扩展层以及P型电极，如图1所示。

本实施例中，形成一凹凸结构的电极衬底结构，电极衬底结构上表面的凹凸结构与高掺杂N型氮化物层下表面的凹凸结构相匹配，增加了电极衬底结构与上面外延层的接触面积，避免了电流横向扩展的问题，增大了电流的注入，改善了发光的均匀性，增加高掺杂氮化物层和低掺杂氮化物层进一步改善电流扩展，降低工作电压，同时采用导电导热的衬底，增加了散热和电流的传输，延长发光二极管芯片的寿命，并在采用金属反射层，降低了工作电压，还可以将发光层射向衬底的光线反射回去，提升出光效率。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种发光二极管芯片，其特征在于，包括：

电极衬底结构为底，呈现凹凸结构；

所述电极衬底结构从下到上依次为：N型电极、最终转移衬底和反射层；

高掺杂N型氮化物层位于所述电极衬底结构上；

所述高掺杂N型氮化物层上的结构依次为低掺杂N型氮化物层、发光层、低温氮化物层、电子阻挡层、P型氮化物层、电流扩展层和P型电极；

其中，所述电极衬底结构四周包裹所述高掺杂N型氮化物层的侧壁。

2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述电极衬底结构上表面为凹凸结构的方柱、圆柱、三角柱或者其他任一形状的结构，所述电极衬底结构的下表面呈现凹凸结构或者平面结构。

3.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述高掺杂N型氮化物层下表面呈现凹凸结构的方柱、圆柱、三角柱或者其他任一形状的结构，与所述电极衬底结构上表面的凹凸结构相匹配；所述高掺杂N型氮化物层上边表面为平面结构。

4.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述最终转移衬底为导热导电性能优良的金属、半导体或者其他衬底。

5.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述反射层为金属反射层。

6.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于：所述电流扩展层为透明导电材料。

7.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述高掺杂N型氮化物、所述低掺杂N型氮化物层、所述低温氮化物层和所述P型氮化物层的材料均为氮化镓。

8.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述发光层为多量子发光阱层。

9.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述P型电极为方柱、圆柱或者三角柱的形状结构。

10.一种发光二极管器件，其特征在于，所述发光二极管器件包括权利要求1～9任一项所述的发光二极管芯片。

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