一種led芯片結(jié)構(gòu)及制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電器件領(lǐng)域，尤其涉及一種LED芯片結(jié)構(gòu)及制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(英文為L(zhǎng)ight Emitting D1de，簡(jiǎn)稱(chēng)LED)是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，其利用半導(dǎo)體PN結(jié)作為發(fā)光材料，可以直接將電轉(zhuǎn)換為光。氮化鎵材料作為第三代半導(dǎo)體在綠色照明領(lǐng)域，包括背光、照明、景觀等有這越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。不過(guò)由于P型摻雜元素Mg在GaN中的激活能偏高及Η的鈍化效應(yīng)，導(dǎo)致空穴濃度水平較低;另一方面，由于空穴的有效質(zhì)量偏大，其迀移率很低，造成了空穴注入效率較低，特別是在大尺寸LED產(chǎn)品，ΙΤ0的電流擴(kuò)展瓶頸變得突出，空穴注入發(fā)生明顯的擁堵效應(yīng)，嚴(yán)重影響GaN基LED的發(fā)光效率。
[0003]為了改善LED芯片的空穴電流的注入均勻性提高發(fā)光效率，目前主要方法是通過(guò)加入芯片工藝改變單顆芯片范圍內(nèi)的空穴電流分布，例如增加金屬電極擴(kuò)展條數(shù)量、制作電流擴(kuò)展層(ΙΤ0孔洞)、增加電流阻擋層(Si02阻擋圖形)等，不過(guò)這些工藝或者在改善電流擴(kuò)展能力的同時(shí)降低了光出射效率，或者使得芯片的制程更加復(fù)雜，不僅會(huì)造成良率損失，同時(shí)也提高了 LED芯片制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于:提供一種LED芯片結(jié)構(gòu)及制作方法，通過(guò)在所述發(fā)光外延層內(nèi)部插入顆粒介質(zhì)層，作為掩膜層，用于在所述發(fā)光外延層中形成可控的非均勻分布的V型坑，進(jìn)而通過(guò)調(diào)控V型坑的分布，有效改善電流分布和注入均勻性，提高LED芯片的發(fā)光效率。
[0005]本發(fā)明的第一方面，提供一種LED芯片結(jié)構(gòu)，包括:襯底、位于襯底之上的第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層、發(fā)光層以及第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層組成的發(fā)光外延層、位于第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層上的第一電極以及位于第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層上的第二電極，其特征在于:在所述發(fā)光外延層中插入顆粒介質(zhì)層，用于在所述發(fā)光外延層中形成非均勻分布的V型坑，用于在所述發(fā)光外延層中形成非均勻分布的V型坑，以改善電流分布和注入均勻性，提高發(fā)光效率。
[0006]優(yōu)選地，所述V型坑密度在所述發(fā)光外延層內(nèi)部的水平分布是從所述第二電極下方的中心部分朝向邊緣部分的方向逐漸變大。
[0007]優(yōu)選地，所述V型坑尺寸在所述發(fā)光外延層內(nèi)部的水平分布是從所述第二電極下方的中心部分朝向邊緣部分的方向逐漸變大。
[0008]優(yōu)選地，所述顆粒介質(zhì)層對(duì)應(yīng)的掩膜面積與V型坑密度呈反向?qū)?yīng)關(guān)系。
[0009]優(yōu)選地，所述V型坑密度介于1 X 106cm—2至1 X 109cm—2。
[0010]優(yōu)選地，所述顆粒介質(zhì)層的尺寸為1?lOOOnm，所述V型坑的尺寸為1?lOOOnm。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層包括N-GaN層，或者包括U-GaN層及N-GaN層。
[0012]優(yōu)選地，所述第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層包括P-GaN層，或者包括電子阻擋層以及P-GaN層，或者包括電子阻擋層、P-GaN層以及接觸層。
[0013]優(yōu)選地，所述顆粒介質(zhì)層材質(zhì)為氮化鎂(MgxNy)或氮化娃(SixNy)或氧化娃(SixOy)或氧化鈦(TixOy)或氧化鋯(ZrxOy)或氧化鉿(HfxOy )或氧化鉭(TaxOy)或其組合。
[0014]本發(fā)明的第二方面，再提供一種LED芯片結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下工藝步驟:
(1)提供一襯底；
(2)在所述襯底上生長(zhǎng)第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層、發(fā)光層以及第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層組成的發(fā)光外延層；
(3)分別在所述第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層上與第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層上制作第一電極與第二電極；
其特征在于:在所述發(fā)光外延層的生長(zhǎng)過(guò)程中插入顆粒介質(zhì)層，用于在所述發(fā)光外延層中形成非均勻分布的V型坑，用于在所述發(fā)光外延層中形成非均勻分布的V型坑，以改善電流分布和注入均勻性，提高發(fā)光效率。
[0015]優(yōu)選地，所述V型坑密度在所述發(fā)光外延層內(nèi)部的水平分布是從所述第二電極下方的中心部分朝向邊緣部分的方向逐漸變大。
[0016]優(yōu)選地，所述V型坑尺寸在所述發(fā)光外延層內(nèi)部的水平分布是從所述第二電極下方的中心部分朝向邊緣部分的方向逐漸變大。
[0017]優(yōu)選地，所述顆粒介質(zhì)層對(duì)應(yīng)掩膜面積與V型坑密度呈反向?qū)?yīng)關(guān)系。
[0018]優(yōu)選地，所述V型坑密度介于1 X 106cm—2至1 X 109cnf2。
[0019]優(yōu)選地，所述顆粒介質(zhì)層的尺寸為1?lOOOnm，所述V型坑的尺寸為1?lOOOnm。
[0020]優(yōu)選地，所述第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層包括N-GaN層，或者包括U-GaN層及N-GaN層。
[0021]優(yōu)選地，所述第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層包括P-GaN層，或者包括電子阻擋層以及P-GaN層，或者包括電子阻擋層、P-GaN層以及接觸層。
[0022]優(yōu)選地，所述顆粒介質(zhì)層材質(zhì)為氮化鎂(MgxNy)或氮化娃(SixNy)或氧化娃(SixOy)或氧化鈦(Tix0y)或氧化鋯(Zrx0y)或氧化鉿(Hfx0y)或氧化鉭(TaxOy)或其組合。
[0023]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，至少包括以下技術(shù)效果:本發(fā)明通過(guò)在發(fā)光外延層生長(zhǎng)過(guò)程中引入并控制顆粒介質(zhì)層的分布(掩膜面積、密度、寬度、深度等)，以控制單顆芯片區(qū)域內(nèi)穿透位錯(cuò)均勻性，從而控制V型坑的分布均勻性，以有效改善電流分布和注入均勻性，提高LED芯片的發(fā)光效率。
【附圖說(shuō)明】
[0024]附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與本發(fā)明實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。
[0025]圖中標(biāo)示:11:襯底;21:第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層;22:發(fā)光層;23:第二導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層；31:第一電極；32:第二電極;41A、41B、41C、41D、41E、41F:顆粒介質(zhì)層；51A、51B、51C、51D、51E、51F:V 型坑。
[0026]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制作的LED芯片結(jié)構(gòu)的剖視示意圖。
[0027]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制作的LED芯片結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。
[0028]圖3為圖1中的V型坑放大不意圖。
[0029]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2制作的LED芯片結(jié)構(gòu)的剖視示意圖。
[0030]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2制作的LED芯片結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。
[0031]圖6為圖4中的V型坑放大示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合示意圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述，在進(jìn)一步介紹本發(fā)明之前，應(yīng)當(dāng)理解，由于可以對(duì)特定的實(shí)施例進(jìn)行改造，因此，本發(fā)明并不限于下述的特定實(shí)施例。還應(yīng)當(dāng)理解，由于本發(fā)明的范圍只由所附權(quán)利要求限定，因此所采用的實(shí)施例只是介紹性的，而不是限制性的。除非另有說(shuō)明，否則這里所用的所有技術(shù)和科學(xué)用語(yǔ)與本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所普遍理解的意義相同。
[0033]實(shí)施例1
請(qǐng)參照?qǐng)D1?圖3，本實(shí)施例提供一種LED芯片結(jié)構(gòu)制作方法，包括以下工藝步驟:
(1)提供一襯底11，可以選用藍(lán)寶石(厶1203)、51(:、63厶8、6312110、31、63?、11^以及66中的至少一種，本實(shí)施例優(yōu)選藍(lán)寶石襯底。
[0034](2)在襯底11上外延生長(zhǎng)緩沖層(圖中未示出)，優(yōu)選InAlGaN半導(dǎo)體材料，外延生長(zhǎng)方法可以選用M0CVD(金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)方法、CVD(化學(xué)氣相沉積)方法、PECVD(等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)方法、MBE(分子束外延)方法、HVPE(氫化物氣相外延)方法，優(yōu)選M0CVD，但實(shí)施例不限于此，緩沖層用以減少由于襯底1和第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層之間的晶格常數(shù)差而導(dǎo)致的晶格錯(cuò)配，改善外延生長(zhǎng)質(zhì)量。
[0035](3)在緩沖層上依次外延生長(zhǎng)U-GaN層和N-GaN層，構(gòu)成第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層21，U-GaN層能夠減少由于襯底和N-GaN層之間的晶格常數(shù)差導(dǎo)致的晶格錯(cuò)配。而且，U_GaN層能夠增強(qiáng)形成在該層上的半導(dǎo)體層結(jié)晶性能，其中在U-GaN層的生長(zhǎng)過(guò)程中插入顆粒介質(zhì)層(41A、41B、41C)