一種GaN基發(fā)光二極管芯片及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種GaN基發(fā)光二極管芯片及其制備方法，屬于半導體技術(shù)領(lǐng)域。所述GaN基發(fā)光二極管芯片包括襯底、以及依次層疊在襯底上的N型GaN層、發(fā)光層、P型GaN層，P型GaN層上設(shè)有延伸到N型GaN層的臺階，P型GaN層上依次設(shè)有電流阻擋層、透明導電層、P型電極，N型GaN層上設(shè)有N型電極，P型GaN層和N型GaN層上設(shè)有延伸到襯底的凹槽，凹槽設(shè)置在芯片的邊緣，凹槽、N型GaN層、透明導電層、以及臺階的側(cè)壁上依次設(shè)有光學增透膜和鈍化層，GaN、光學增透膜、鈍化層、空氣的折射率大小依次變化。本發(fā)明可以有效緩沖GaN和鈍化層之間較大的折射率差距，提高LED芯片的發(fā)光效率。
【專利說明】
一種GaN基發(fā)光二極管芯片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種GaN基發(fā)光二極管芯片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(Light Emitting D1de，簡稱LED)具有節(jié)能、環(huán)保、可靠性高、壽命長等優(yōu)點，作為固態(tài)照明光源以其廣闊的應用前景成為目前研究的熱點。近年來，LED已在日常生活中得到廣泛應用，例如照明、信號顯示、背光源、車燈和大屏幕顯示等領(lǐng)域，同時這些應用也對LED芯片的亮度、發(fā)光效率提出了越來越高的要求。
[0003]LED芯片是LED的核心組件，GaN基LED芯片一般包括襯底、以及依次層疊在襯底上的N型GaN層、發(fā)光層、P型GaN層，P型GaN層上設(shè)有從P型GaN層延伸到N型GaN層的臺階，P型GaN層上依次設(shè)有電流阻擋層、透明導電層、P型電極，N型GaN層上設(shè)有N型電極。
[0004]在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題:
[0005]GaN的折射率和空氣的折射率相差很大，發(fā)光層發(fā)出的光只有一部分可以從芯片內(nèi)部發(fā)射出去，大部分都被限制在GaN內(nèi)，導致LED芯片的發(fā)光效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)LED芯片的發(fā)光效率較低的問題，本發(fā)明實施例提供了一種GaN基發(fā)光二極管芯片及其制備方法。所述技術(shù)方案如下:
[0007]—方面，本發(fā)明實施例提供了一種GaN基發(fā)光二極管芯片，所述GaN基發(fā)光二極管芯片包括襯底、以及依次層疊在所述襯底上的N型GaN層、發(fā)光層、？型6&~層，所述P型GaN層上設(shè)有從所述P型GaN層延伸到所述N型GaN層的臺階，所述P型GaN層上依次設(shè)有電流阻擋層、透明導電層、P型電極，所述N型GaN層上設(shè)有N型電極，所述P型GaN層和所述N型GaN層上設(shè)有延伸到所述襯底的凹槽，所述凹槽設(shè)置在所述芯片的邊緣，所述凹槽、所述N型GaN層、所述透明導電層、以及所述臺階的側(cè)壁上依次設(shè)有光學增透膜和鈍化層，所述鈍化層的折射率介于GaN的折射率和空氣的折射率之間，所述光學增透膜的折射率介于GaN的折射率和所述鈍化層的折射率之間。
[0008]可選地，所述凹槽的寬度為10?30μπι。
[0009]可選地，所述凹槽的深度為6?ΙΟμπι。
[0010]可選地，所述鈍化層的折射率為1.5?2.5。
[0011]優(yōu)選地，所述鈍化層的材料采用S iN、S i02、Si ON、Al 203中的一種。
[0012]可選地，所述光學增透膜的折射率為1.5?2.5。
[0013]優(yōu)選地，所述光學增透膜的材料采用SiN或S1N。
[0014]可選地，所述光學增透膜的厚度為所述發(fā)光層發(fā)出的光在所述光學增透膜中波長的四分之一的奇數(shù)倍。
[0015]可選地，所述鈍化層的厚度為所述發(fā)光層發(fā)出的光在所述鈍化層中波長的四分之一的奇數(shù)倍。
[0016]另一方面，本發(fā)明實施例提供了一種GaN基發(fā)光二極管芯片的制備方法，所述制備方法包括:
[00?7]在襯底上依次生長N型GaN層、發(fā)光層、P型GaN層，形成外延層；
[0018]在所述P型GaN層上設(shè)置從所述P型GaN層延伸到所述N型GaN層的臺階；
[0019]在所述P型GaN層和所述N型GaN層上設(shè)置延伸到所述襯底的凹槽，所述凹槽設(shè)置在所述外延層的邊緣；
[0020]在所述P型GaN層上形成電流阻擋層和透明導電層；
[0021 ] 在所述透明導電層上設(shè)置P型電極，在所述N型GaN層上設(shè)置N型電極；
[0022]在所述凹槽、所述N型GaN層、所述透明導電層、以及所述臺階的側(cè)壁上形成光學增透膜和鈍化層，所述鈍化層的折射率介于GaN的折射率和空氣的折射率之間，所述光學增透膜的折射率介于GaN的折射率和所述鈍化層的折射率之間。
[0023]本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是:
[0024]通過在凹槽、N型GaN層、透明導電層、以及臺階的側(cè)壁上依次設(shè)有光學增透膜和鈍化層，鈍化層的折射率介于GaN的折射率和空氣的折射率之間，光學增透膜的折射率介于GaN的折射率和鈍化層的折射率之間，可以有效緩沖GaN和空氣之間較大的折射率差距，減少發(fā)光層產(chǎn)生的光在不同折射率材料界面全反射，提高LED芯片的發(fā)光效率。
【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1是本發(fā)明實施例一提供的一種GaN基發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明實施例二提供的一種GaN基發(fā)光二極管芯片的制備方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0028]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。
[0029]實施例一
[0030]本發(fā)明實施例提供了一種GaN基發(fā)光二極管芯片，參見圖1，該GaN基發(fā)光二極管芯片包括襯底1、依次層疊在襯底I上的N型GaN層2、發(fā)光層3、層4，層4上設(shè)有從P型GaN層4延伸到N型GaN層2的臺階100，P型GaN層4和N型GaN層2上設(shè)有延伸到襯底I的凹槽200，P型GaN層4上依次設(shè)有電流阻擋層5、透明導電層6、P型電極7，N型GaN層2上設(shè)有N型電極8，凹槽200、N型GaN層2、透明導電層6、以及臺階100的側(cè)壁上依次設(shè)有光學增透膜9和鈍化層10。
[0031]在本實施例中，鈍化層10的折射率介于GaN的折射率和空氣的折射率之間，光學增透膜9的折射率介于GaN的折射率和鈍化層1的折射率之間。
[0032]具體地，襯底I為藍寶石襯底，發(fā)光層3為交替層疊的InGaN層和GaN層，電流阻擋層5為S12層，透明導電層6為氧化銦錫(Indium Tin Oxide，簡稱ITO)，P型電極7和N型電極8為金屬層。
[0033]可選地，凹槽200的寬度可以為10?30μπι，以有效緩沖GaN和空氣之間較大的折射率差距。
[0034]可選地，凹槽200的深度可以為6?ΙΟμπι，以使凹槽延伸到襯底。
[0035]可選地，鈍化層10的折射率可以為1.5?2.5。由于GaN的折射率為2.5，空氣的折射率為I，選用折射率為1.5?2.5的鈍化層，可以滿足鈍化層的折射率介于GaN的折射率和空氣的折射率之間。
[0036]優(yōu)選地，鈍化層10的材料可以采用SiN、Si02、Si0N、Al203中的一種。SiN的折射率為1.8?2.2，S12的折射率為1.5?1.6，S1N的折射率為1.5?1.9 ,Al2O3的折射率為1.6?1.7，均可以實現(xiàn)折射率為1.5?2.5的鈍化層。
[0037]可選地，光學增透膜9的折射率可以為1.5?2.5，以滿足光學增透膜的折射率介于GaN的折射率和鈍化層1的折射率之間。
[0038]優(yōu)選地，光學增透膜9的材料可以采用SiN或S1N13SiN的折射率為1.8?2.2，Si0N的折射率為1.5?1.9，均可以實現(xiàn)折射率為1.5?2.5的光學增透膜。
[0039]可選地，光學增透膜9的厚度可以為發(fā)光層3發(fā)出的光在光學增透膜9中波長的四分之一的奇數(shù)倍。實驗證明，當光學增透膜9的厚度為發(fā)光層3發(fā)出的光在光學增透膜中波長的四分之一的奇數(shù)倍時，發(fā)射光相干相消，折射光最強，因此將光學增透膜的厚度設(shè)計為發(fā)光層發(fā)出的光在光學增透膜中波長的四分之一的奇數(shù)倍，可以使發(fā)光層發(fā)出的光最大程度地從增透膜透射出去，將LED芯片的發(fā)光效率提升到最高。
[0040]可選地，鈍化層10的厚度可以為發(fā)光層3發(fā)出的光在鈍化層10中波長的四分之一的奇數(shù)倍，以使發(fā)光層發(fā)出的光最大程度地從增透膜透射出去，將LED芯片的發(fā)光效率提升到最尚。
[0041]在實際應用中，電流阻擋層5設(shè)置在P型電極的下方，電流阻擋層5可以改變電流流向，避免電流集中在P型電極7的下方。
[0042]本發(fā)明實施例通過在凹槽、N型GaN層、透明導電層、以及臺階的側(cè)壁上依次設(shè)有光學增透膜和鈍化層，鈍化層的折射率介于GaN的折射率和空氣的折射率之間，光學增透膜的折射率介于GaN的折射率和鈍化層的折射率之間，可以有效緩沖GaN和空氣之間較大的折射率差距，減少發(fā)光層產(chǎn)生的光在不同折射率材料界面全反射，提高LED芯片的發(fā)光效率。
[0043]實施例二
[0044]本發(fā)明實施例提供了一種GaN基發(fā)光二極管芯片的制備方法，適用于制備實施例一提供的GaN基發(fā)光二極管芯片，參見圖2，該制備方法包括:
[0045]步驟201:在襯底上依次生長N型GaN層、發(fā)光層、P型GaN層，形成外延層。
[0046]具體地，該步驟201可以包括:
[0047]利用金屬有機化合物化學氣相沉淀(Metal-organic Chemical VaporD印osit1n，簡稱M0CVD)設(shè)備在襯底上依次生長N型GaN層、發(fā)光層、P型GaN層。
[0048]可選地，在該步驟201之后，該制備方法還可以包括:
[0049]用王水和511溶液將N型GaN層、發(fā)光層、P型GaN層形成的外延片表面清洗干凈。
[0050]其中，511溶液為容量比為5:1:1的H2S04、H202、H20的混合液。
[0051 ] 步驟202:在P型GaN層上設(shè)置從P型GaN層延伸到N型GaN層的臺階。
[0052]具體地，該步驟202可以包括:
[0053]在P型GaN層上涂覆光刻膠；
[0054]對光刻膠進行曝光和顯影，形成設(shè)定圖形的光刻膠；
[°°55]在光刻膠的保護下，采用感應親合等離子體刻蝕(Inductive Coupled Plasma，簡稱ICP)技術(shù)刻蝕P型GaN層、發(fā)光層、N型GaN層，形成從P型GaN層延伸到N型GaN層的臺階；
[0056]去除光刻膠。
[0057]步驟203:在P型GaN層和N型GaN層上設(shè)置延伸到襯底的凹槽。
[0058]在本實施例中，凹槽設(shè)置在外延層的邊緣。
[0059]具體地，該步驟203可以包括:
[0060]在P型GaN層和N型GaN層上涂覆光刻膠；
[0061]對光刻膠進行曝光和顯影，形成設(shè)定圖形的光刻膠；
[0062]在光刻膠的保護下，采用ICP技術(shù)刻蝕P型GaN層和N型GaN層，形成延伸到襯底的凹槽；
[0063]去除光刻膠。
[0064]步驟204:在P型GaN層上形成電流阻擋層和透明導電層。
[0065]具體地，在P型GaN層上形成電流阻擋層，可以包括:
[0066]米用等離子體增強化學氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposi t 1n，簡稱PECVD)技術(shù)在P型GaN層、N型GaN層、以及臺階的側(cè)壁上沉積電流阻擋層；
[0067]在電流阻擋層上涂覆光刻膠；
[0068]對光刻膠進行曝光和顯影，形成設(shè)定圖形的光刻膠；
[0069]在光刻膠的保護下，刻蝕電流阻擋層，形成設(shè)定圖形的電流阻擋層；
[0070]去除光刻膠。
[0071]可選地，在P型GaN層上形成透明導電層，可以包括:
[0072]采用電子束蒸鍍或磁控濺射技術(shù)在電流阻擋層、P型GaN層、N型GaN層、以及臺階的側(cè)壁上沉積透明導電層；
[0073]在透明導電層上涂覆光刻膠；
[0074]對光刻膠進行曝光和顯影，形成設(shè)定圖形的光刻膠；
[0075]在光刻膠的保護下，刻蝕透明導電層，形成設(shè)定圖形的透明導電層；
[0076]去除光刻膠。
[0077 ]步驟205:在透明導電層上設(shè)置P型電極，在N型GaN層上設(shè)置N型電極。
[0078]具體地，該步驟205可以包括:
[0079]采用電子束蒸鍍或磁控濺射技術(shù)在透明導電層和N型GaN層上形成金屬層；
[0080]采用剝離技術(shù)形成P型電極和N型電極。
[0081]步驟206:在凹槽、N型GaN層、透明導電層、以及臺階的側(cè)壁上形成光學增透膜和鈍化層。
[0082]在本實施例中，鈍化層的折射率介于GaN的折射率和空氣的折射率之間，光學增透膜的折射率介于GaN的折射率和鈍化層的折射率之間。
[0083]具體地，該步驟206可以包括:
[0084]米用PECVD、常壓化學氣相淀積(AtmosphericPressure Chemical VaporDeposit1n，簡稱APCVD)、或者原子層沉積(Atomic Layer Depos it 1n，簡稱ALD)技術(shù)在凹槽、N型GaN層、透明導電層、以及臺階的側(cè)壁上沉積光學增透膜和鈍化層；
[0085]在鈍化層上涂覆光刻膠；
[0086]對光刻膠進行曝光和顯影，形成設(shè)定圖形的光刻膠；
[0087]在光刻膠的保護下，刻蝕鈍化層和光學增透膜，形成設(shè)定圖形的光學增透膜和鈍化層；
[0088]去除光刻膠。
[0089]具體地，襯底為藍寶石襯底，發(fā)光層為交替層疊的InGaN層和GaN層，電流阻擋層為S12層，透明導電層為ΙΤ0，Ρ型電極和N型電極為金屬層。
[0090]可選地，凹槽的寬度可以為10?30μπι。
[0091]可選地，凹槽的深度可以為6?ΙΟμπι。
[0092]可選地，鈍化層的折射率可以為1.5?2.5。
[0093]優(yōu)選地，鈍化層的材料可以采用S i N、S i O2、S i ON、Al 203中的一種。
[0094]可選地，光學增透膜的折射率可以為1.5?2.5。
[0095]優(yōu)選地，光學增透膜的材料可以采用SiN或S1N。
[0096]可選地，光學增透膜的厚度可以為發(fā)光層發(fā)出的光在光學增透膜中波長的四分之一的奇數(shù)倍。
[0097]可選地，鈍化層的厚度可以為發(fā)光層發(fā)出的光在鈍化層中波長的四分之一的奇數(shù)倍。
[0098]本發(fā)明實施例通過在凹槽、N型GaN層、透明導電層、以及臺階的側(cè)壁上依次設(shè)有光學增透膜和鈍化層，鈍化層的折射率介于GaN的折射率和空氣的折射率之間，光學增透膜的折射率介于GaN的折射率和鈍化層的折射率之間，可以有效緩沖GaN和空氣之間較大的折射率差距，減少發(fā)光層產(chǎn)生的光在不同折射率材料界面全反射，提高LED芯片的發(fā)光效率。
[0099]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種GaN基發(fā)光二極管芯片，所述GaN基發(fā)光二極管芯片包括襯底、以及依次層疊在所述襯底上的N型GaN層、發(fā)光層、P型GaN層，所述P型GaN層上設(shè)有從所述P型GaN層延伸到所述N型GaN層的臺階，所述P型GaN層上依次設(shè)有電流阻擋層、透明導電層、P型電極，所述N型GaN層上設(shè)有N型電極，其特征在于，所述P型GaN層和所述N型GaN層上設(shè)有延伸到所述襯底的凹槽，所述凹槽設(shè)置在所述芯片的邊緣，所述凹槽、所述N型GaN層、所述透明導電層、以及所述臺階的側(cè)壁上依次設(shè)有光學增透膜和鈍化層，所述鈍化層的折射率介于GaN的折射率和空氣的折射率之間，所述光學增透膜的折射率介于GaN的折射率和所述鈍化層的折射率之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述凹槽的寬度為10?3 Oum ο3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的GaN基發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述凹槽的深度為6?1um04.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的GaN基發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述鈍化層的折射率為1.5?2.5。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的GaN基發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述鈍化層的材料采用SiN、Si02、Si0N、Al203 中的一種。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的GaN基發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述光學增透膜的折射率為1.5?2.5。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的GaN基發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述光學增透膜的材料采用SiN或S1N。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的GaN基發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述光學增透膜的厚度為所述發(fā)光層發(fā)出的光在所述光學增透膜中波長的四分之一的奇數(shù)倍。9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的GaN基發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述鈍化層的厚度為所述發(fā)光層發(fā)出的光在所述鈍化層中波長的四分之一的奇數(shù)倍。10.—種GaN基發(fā)光二極管芯片的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括: 在襯底上依次生長N型GaN層、發(fā)光層、P型GaN層，形成外延層； 在所述P型GaN層上設(shè)置從所述P型GaN層延伸到所述N型GaN層的臺階； 在所述P型GaN層和所述N型GaN層上設(shè)置延伸到所述襯底的凹槽，所述凹槽設(shè)置在所述外延層的邊緣； 在所述P型GaN層上形成電流阻擋層和透明導電層； 在所述透明導電層上設(shè)置P型電極，在所述N型GaN層上設(shè)置N型電極； 在所述凹槽、所述N型GaN層、所述透明導電層、以及所述臺階的側(cè)壁上形成光學增透膜和鈍化層，所述鈍化層的折射率介于GaN的折射率和空氣的折射率之間，所述光學增透膜的折射率介于GaN的折射率和所述鈍化層的折射率之間。
【文檔編號】H01L33/60GK105938862SQ201610349392
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】衛(wèi)婷, 齊勝利, 沈燕, 王江波
【申請人】華燦光電(蘇州）有限公司