專利名稱：一種具有反射型電流阻擋層的led芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種具有反射型電流阻擋層的LED芯片
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種LED芯片，尤其是涉及一種具有反射型電流阻擋層的LED芯片。
背景技術(shù)：
目前，發(fā)光二極管(LED)芯片結(jié)構(gòu)有正裝結(jié)構(gòu)，垂直結(jié)構(gòu)和倒裝焊結(jié)構(gòu)，其中正裝結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片如

圖1所示，主要包括襯底1、形成在襯底上的緩沖層2 (buffer layer)、形成在緩沖層上的N型半導(dǎo)體層3、形成在N型半導(dǎo)體層上的發(fā)光層4、形成在發(fā)光層上的P型半導(dǎo)體層5，形成P型半導(dǎo)體層5上的透明導(dǎo)電層6、以及P電極81和N電極 82。由于LED芯片的電流積聚效應(yīng)特別明顯，即電流主要集中在電極正下方的發(fā)光層部分區(qū)域，橫向擴(kuò)展比較小，電流分布很不均勻，導(dǎo)致局部電流密度過大，熱量過高，大大降低了芯片的使用效率和壽命。同時(shí)，在此區(qū)域電流密度最大，自然發(fā)光強(qiáng)度也最大，但此區(qū)域出射的光絕大部分會(huì)被正上方的不透明電極所遮擋，導(dǎo)致LED的出光效率降低。為了解決上述問題，行業(yè)內(nèi)的普遍方法是在P型半導(dǎo)體層和P型電極之間直接鍍上一層絕緣介質(zhì)作電流阻擋層，請(qǐng)參見圖2，這樣雖然能夠減少電極下方的電流比例，在一定程度上增加電流的擴(kuò)散性，但增加的電流阻擋層勢必會(huì)吸收一部分的光線，降低發(fā)光二極管的出光效率。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種散熱效率高、電流擴(kuò)散均勻、出光效率高的具有反射型電流阻擋層的LED芯片。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種具有反射型電流阻擋層的LED芯片，包括N型半導(dǎo)體層、形成在N型半導(dǎo)體層上的發(fā)光層、形成在發(fā)光層上的 P型半導(dǎo)體層、形成在P型半導(dǎo)體層上的透明導(dǎo)電層、形成在透明導(dǎo)電層上的P電極和形成于N型半導(dǎo)體層上的N電極，其特征在于，在所述P型半導(dǎo)體層上P電極對(duì)應(yīng)的正下方形成有第一溝槽，所述第一溝槽上形成有電流阻擋層，所述電流阻擋層由多層二氧化硅層和二氧化鈦層交互層疊而成。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是由于在P型半導(dǎo)體層上P電極對(duì)應(yīng)的正下方形成有第一溝槽，在第一溝槽的表面形成有電流阻擋層，電流阻擋層能夠起到阻擋電流的作用，溝槽的形成破壞了 P電極下的PN結(jié)結(jié)構(gòu)，溝槽邊緣能夠防止P電極的金屬層跨越P、N電極形成的漏電流，對(duì)電流起到一定的阻擋作用，減少電流向P電極積聚，起到雙層電流阻擋的作用，使P電極注入的電流橫向擴(kuò)展到P電極下方以外的發(fā)光區(qū)，降低了電流積聚在P電極下方時(shí)產(chǎn)生的熱量，提高了 LED芯片熱穩(wěn)定性能的同時(shí)也延長了器件的使用壽命；由于電流阻擋層由多層二氧化硅層和二氧化鈦層交互層疊而成，這樣形成布拉格反射層，這樣可以增加P電極下光的反射效率，減少P電極下方對(duì)光線的吸收，最大限度的提升LED芯片的外部光萃取效率，本實(shí)用新型的電流阻擋層既起到阻擋電流的作用，使LED芯片的電流擴(kuò)散均勻以達(dá)到熱穩(wěn)定的性能，又起到光線反射的作用以提高LED芯片的出光效率，同時(shí)，本實(shí)用新型還具有結(jié)構(gòu)簡單、易于量產(chǎn)、良率高的優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)選的，在N型半導(dǎo)體層上N電極對(duì)應(yīng)的正下方形成有第二溝槽，采用這樣的結(jié)構(gòu)能夠使N電極下方的電流擴(kuò)散更均勻。優(yōu)選的，所述第一溝槽和第二溝槽的深度在IOOnm至IOOOnm之間，該溝槽的厚度范圍能有效阻擋電流，避免電流積聚在P電極下方，使電流擴(kuò)散均勻。優(yōu)選的，所述第一溝槽和第二溝槽的深度為500nm，該溝槽的厚度為優(yōu)選值，能有效阻擋電流，避免電流積聚在P電極下方，使電流擴(kuò)散均勻。優(yōu)選的，所述電流阻擋層的厚度在2000nm至eOOOnm之間，電流阻擋層的寬度大于所述P電極的寬度，兩者的寬度差距在3um到IOum之間，該結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的數(shù)值范圍能有效阻擋電流，避免電流積聚在P電極下方，使電流擴(kuò)散均勻。優(yōu)選的，所述電流阻擋層的厚度為4000nm，電流阻擋層的寬度大于所述P電極的寬度，兩者的差距為6um，該結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的數(shù)值范圍能有效阻擋電流，避免電流積聚在P電極下方，使電流擴(kuò)散均勻。優(yōu)選的，所述電流阻擋層沿第一溝槽表面延伸至溝槽兩側(cè)，該結(jié)構(gòu)能有效阻擋電流，避免電流積聚在P電極下方，使電流擴(kuò)散均勻。優(yōu)選的，所述P電極與透明導(dǎo)電層之間還形成有歐姆接觸層，該結(jié)構(gòu)可以使P電極與透明導(dǎo)電層之間結(jié)構(gòu)良好。優(yōu)選的，還包括襯底和形成于襯底上的緩沖層，所述N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層依次形成于所述緩沖層上，增加緩沖層能夠避免襯底和N型半導(dǎo)體層因材料不同造成兩者間存在較大的晶格缺陷，使兩者間的晶格匹配度更高。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖1為現(xiàn)有技術(shù)LED芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為現(xiàn)有技術(shù)帶電流阻擋層的LED芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型具有反射型電流阻擋層的LED芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實(shí)用新型電流阻擋層的放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為LED外延片結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為圖5的基礎(chǔ)上通過刻蝕形成N電極臺(tái)面的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為圖6的基礎(chǔ)上形成溝槽后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為圖7的基礎(chǔ)上形成電流阻擋層后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為圖8的基礎(chǔ)上形成透明導(dǎo)電層后的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式請(qǐng)參見圖3，本實(shí)用新型包括N型半導(dǎo)體層3、形成于N型半導(dǎo)體層3上的發(fā)光層 4、形成于發(fā)光層上的P型半導(dǎo)體層5、形成于P型半導(dǎo)體層上的透明導(dǎo)電層6、形成于透明導(dǎo)電層上的P電極81和形成于N型半導(dǎo)體層上的N電極82，在P型半導(dǎo)體層5上P型電極81對(duì)應(yīng)的正下方形成有第一溝槽73，所述第一溝槽73上形成有電流阻擋層70，所述電流阻擋層70由多層二氧化硅層71和二氧化鈦層72交互層疊而成。在實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)需要LED芯片還包括襯底1和形成于襯底上的緩沖層2，所述N型半導(dǎo)體層3、發(fā)光層4、P型半導(dǎo)體層5依次形成于所述緩沖層2上。增加緩沖層2，能夠避免襯底1和N型半導(dǎo)體層3 因材料不同造成兩者間存在較大的晶格缺陷，使兩者間的晶格匹配度更高。省略襯底1結(jié)構(gòu)，能夠使LED芯片更薄，在倒裝結(jié)構(gòu)的芯片中，減少襯底的吸光，增加芯片出光效率，但在芯片切割中容易導(dǎo)致LED芯片碎裂。因此生長好的外延片一般包括襯底1、緩沖層2、N型半導(dǎo)體層3、發(fā)光層4和P型半導(dǎo)體層5，在后續(xù)工藝中，制作完成的LED芯片需經(jīng)過研磨，將襯底打磨到一定的厚度，或者根據(jù)需要將整個(gè)襯底全部剝離。在N型半導(dǎo)體層3上N電極 82對(duì)應(yīng)的正下方還形成有第二溝槽74，采用這樣的結(jié)構(gòu)能夠使N電極下方的電流擴(kuò)散更均勻。所述第一溝槽73和第二溝槽74的深度在IOOnm至IOOOnm之間，優(yōu)選第一溝槽73和第二溝槽74的深度為500nm。所述電流阻擋層70的材料可以是Ti02、Al203、Si02、Si3N4中的兩種組合，電流阻擋層70的厚度在2000nm至6000nm之間，電流阻擋層70的寬度大于P 電極81的寬度，兩者間的差距在3um到IOum之間，優(yōu)選為所述電流阻擋層70沿著第一溝槽73表面沉積并左右延伸出P電極81的兩側(cè)，電流阻擋層70的厚度為4000nm，電流阻擋層70的寬度大于P電極81的寬度，兩者間的差距為6um，即延伸出P電極81兩側(cè)的電流阻擋層70分別為3um。上述電流阻擋層70是通過光學(xué)鍍膜機(jī)蒸鍍工藝設(shè)置在所述第一溝槽 73表面的。所述P電極81與透明導(dǎo)電層6之間還形成有歐姆接觸層9。在本實(shí)用新型中，不但增加的電流阻擋層72能夠起到阻擋電流的作用，同時(shí)第一溝槽73也能夠防止P電極81金屬層跨越P電極81、N電極82形成漏電流對(duì)電流起到一定的阻擋作用，具有雙重的電流阻擋結(jié)構(gòu)，使P電極81注入的電流能夠均勻的擴(kuò)散到P電極 81下方的發(fā)光區(qū)，減少了電流積聚在P電極81下方時(shí)產(chǎn)生的熱量，提高了 LED芯片的熱穩(wěn)定性能也延長了器件的使用壽命。同時(shí)表面光滑的第一溝槽73相對(duì)于較粗化的外延片表面，能夠增加出射到P電極81下光的反射機(jī)率，減少光在P電極81下的吸收量，能夠最大限度的提升芯片的外部光萃取效率。本實(shí)用新型公開上述結(jié)構(gòu)的制作工藝，第一步，將襯底1放入有機(jī)化學(xué)氣相沉積爐(MOCVD)，通入III族金屬元素的烷基化合物蒸汽與非金屬的氫化物氣體，在高溫下通過熱解反應(yīng)，生成III-V族化合物，通過沉積依次在襯底1的正面上生長緩沖層2、N型半導(dǎo)體層3、發(fā)光層4、P型半導(dǎo)體層5的疊層結(jié)構(gòu)，襯底1的材料選自硅、藍(lán)寶石、S iC、ZnO, GaN 等，參見圖5所示；第二步，通過刻蝕形成用于制作N電極82的臺(tái)面結(jié)構(gòu)，通過圖形曝光半導(dǎo)體平面工藝技術(shù)，使用ICP刻蝕，移除上述疊層結(jié)構(gòu)的邊緣部分，直至N型半導(dǎo)體層3的邊緣部分被暴露，當(dāng)然N型半導(dǎo)體層3也可以進(jìn)一步蝕刻使得N型半導(dǎo)體層3的邊緣部分厚度小于中心部分的厚度，形成臺(tái)階狀的臺(tái)面結(jié)構(gòu)，參見圖6所示；第三步，在P型半導(dǎo)體層5和N型半導(dǎo)體層3上刻蝕形成第一溝槽73和第二溝槽74，首先將第二步驟后形成的具有臺(tái)面的疊層結(jié)構(gòu)清洗后，在其表面沉積厚度為3000 20000埃的二氧化硅做掩膜，然后經(jīng)過勻膠、曝光、顯影、堅(jiān)膜后采用熱酸溶液腐蝕法在P型半導(dǎo)體層5和N型半導(dǎo)體層3上對(duì)應(yīng)刻蝕深度在IOOnm至IOOOnm之間的第一溝槽73、第一溝槽74，最后采用BOE (Buffere oxide etch)腐蝕液去除氧化硅掩膜。所述熱酸溶液為硫酸和磷酸的混合液，在相同濃度下的體積比在1 1至3 1之間，溫度在150°C至320°C之間，具體的，所述第一溝槽73和第二溝槽74的深度為500nm，參見圖7所示，選用的硫酸和磷酸的在相同濃度下的體積比為2 1，溫度為250°C。除熱酸溶液腐蝕法外，所述第一溝槽73、第一溝槽74還可以通過光學(xué)刻蝕或者電感耦合等離子體(ICP)刻蝕方法形成；第四步，在P型半導(dǎo)體層5的第一溝槽73通過光學(xué)鍍膜機(jī)蒸鍍工藝設(shè)置電流阻擋層70，所述電流阻擋層70由多層二氧化硅層 71和二氧化鈦層72交互層疊而成，參見圖4和圖8所示，該電流阻擋層70的材料也可以是 TiO2, A1203、SiO2, Si3N4中兩種組合，其厚度在2000nm至6000nm之間，電流阻擋層70的寬度大于P電極81的寬度，兩者間的差距在3um到IOum之間，具體的，所述電流阻擋層70沿著第一溝槽73表面沉積并左右延伸出P電極81的兩側(cè)，其厚度為4000nm，電流阻擋層70 的寬度大于P電極81的寬度，兩者間的差距為6um，即延伸出P電極81兩側(cè)的電流阻擋層 70分別為3um ；第五步，利用蒸發(fā)臺(tái)或者濺射鍍膜法在P型半導(dǎo)體層5上鍍氧化銦錫(ITO) 薄膜以形成透明導(dǎo)電層6，參見圖9所示；第六步，通過刻蝕、蒸發(fā)、剝離等工藝，在透明導(dǎo)電層6上對(duì)應(yīng)的電流阻擋層70的正上方形成P電極81，在N型導(dǎo)電層3的第二溝槽74正上方形成N電極82，這樣就完成了具有電流阻擋層的發(fā)光二極管芯片制作，其結(jié)構(gòu)請(qǐng)參見圖3 所。 以上所述僅以方便說明本實(shí)用新型，在不脫離本實(shí)用新型創(chuàng)作的精神范疇內(nèi)，熟悉此技術(shù)的本領(lǐng)域的技術(shù)人員所做的各種簡單的變相與修飾仍屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種具有反射型電流阻擋層的LED芯片，包括N型半導(dǎo)體層、形成在N型半導(dǎo)體層上的發(fā)光層、形成在發(fā)光層上的P型半導(dǎo)體層、形成在P型半導(dǎo)體層上的透明導(dǎo)電層、形成在透明導(dǎo)電層上的P電極和形成于N型半導(dǎo)體層上的N電極，其特征在于在所述P型半導(dǎo)體層上P電極對(duì)應(yīng)的正下方形成有第一溝槽，所述第一溝槽上形成有電流阻擋層，所述電流阻擋層由多層二氧化硅層和二氧化鈦層交互層疊而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有反射型電流阻擋層的LED芯片，其特征在于在N型半導(dǎo)體層上N電極對(duì)應(yīng)的正下方形成有第二溝槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有反射型電流阻擋層的LED芯片，其特征在于所述第一溝槽和第二溝槽的深度在IOOnm至IOOOnm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有反射型電流阻擋層的LED芯片，其特征在于所述第一溝槽和第二溝槽的深度為500nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有反射型電流阻擋層的LED芯片，其特征在于所述電流阻擋層的厚度在2000nm至eOOOnm之間，電流阻擋層的寬度大于所述P電極的寬度，兩者的寬度差距在3um到IOum之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有反射型電流阻擋層的LED芯片，其特征在于所述電流阻擋層的厚度為4000nm，電流阻擋層的寬度大于所述P電極的寬度，兩者的寬度差距為 6um。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有反射型電流阻擋層的LED芯片，其特征在于所述電流阻擋層沿第一溝槽表面延伸至溝槽兩側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有反射型電流阻擋層的LED芯片，其特征在于，所述P電極與透明導(dǎo)電層之間還形成有歐姆接觸層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有反射型電流阻擋層的LED芯片，其特征在于，還包括襯底和形成于襯底上的緩沖層，所述N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層依次形成于所述緩沖層上。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種具有反射型電流阻擋層的LED芯片，包括N型半導(dǎo)體層、形成在N型半導(dǎo)體層上的發(fā)光層、形成在發(fā)光層上的P型半導(dǎo)體層、形成在P型半導(dǎo)體層上的透明導(dǎo)電層、形成在透明導(dǎo)電層上的P電極和形成于N型半導(dǎo)體層上的N電極，在P型半導(dǎo)體層上P電極對(duì)應(yīng)的正下方形成有第一溝槽，第一溝槽上形成有電流阻擋層，電流阻擋層由多層二氧化硅層和二氧化鈦層交互層疊而成。本實(shí)用新型具有散熱效率高、電流擴(kuò)散均勻、出光效率高等優(yōu)點(diǎn)。電流阻擋層既起到阻擋電流的作用，使LED芯片的電流擴(kuò)散均勻以達(dá)到熱穩(wěn)定的性能，又起到光線反射的作用以提高LED芯片的出光效率，同時(shí)，本實(shí)用新型還具有結(jié)構(gòu)簡單、易于量產(chǎn)、良率高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L33/10GK202094166SQ201120189190
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月3日
發(fā)明者葉國光, 曹東興, 楊小東, 梁伏波, 樊邦揚(yáng) 申請(qǐng)人:廣東銀雨芯片半導(dǎo)體有限公司