一種具有高反射電極的led芯片及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有高反射電極的LED芯片，包括生長(zhǎng)在襯底上的n型半導(dǎo)體層、多量子阱有源區(qū)和p型半導(dǎo)體層，n型半導(dǎo)體層制作有n型電極，p型半導(dǎo)體層上制作p型電極，其特征在于：所述的p型電極包括依次制作在p型半導(dǎo)體層上的透明導(dǎo)電層、粘附性電流阻擋層、金屬反光層、金屬粘附層、金屬接觸層和絕緣保護(hù)層，同時(shí)介紹了該LED芯片的制作方法。本發(fā)明利用高反射率金屬反光層減少金屬電極對(duì)光的吸收，又把大量的光反射到其他發(fā)光表面，提高光的萃取效率，同時(shí)利用粘附性電流阻擋層解決電流擁堵問題，提高電流注入的均勻性，避免局部過熱，而粘附性電流阻擋層能提高與反射金屬的粘附性，最終綜合提高了LED的發(fā)光效率和使用壽命。
【專利說明】一種具有高反射電極的LED芯片及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及LED芯片【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種具有高反射電極的LED芯片及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]LED是將具有直接帶隙的半導(dǎo)體材料制成的pn 二極管，在熱平衡下，大量的電子能量不足以從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶。若施加一個(gè)順向偏壓，則電子會(huì)從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶上，并同時(shí)在價(jià)帶上形成相應(yīng)的空位。在適當(dāng)?shù)臈l件下，電子和空穴在pn結(jié)區(qū)域結(jié)合，電子的能量以光的形式發(fā)出，電源的注入使電子和空穴不斷補(bǔ)充到η型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體，使發(fā)光過程持續(xù)進(jìn)行。一顆傳統(tǒng)的藍(lán)綠光LED芯片結(jié)構(gòu)如圖1所示，其可分為η型氮化鎵11、多量子阱發(fā)光區(qū)12、P型氮化鎵13、粘附性電流阻擋層14、透明導(dǎo)電層15、P型電極16、絕緣保護(hù)層17,電極結(jié)構(gòu)是在P型氮化鎵和η型氮化鎵上鍍上Au或Cr、Au。該臺(tái)面結(jié)構(gòu)就不可避免地使電流橫向擴(kuò)展，由于P型氮化鎵導(dǎo)電性較差，采用這種電極結(jié)構(gòu)會(huì)使電流集中在電極下方區(qū)域，產(chǎn)生電流擁堵效應(yīng)，導(dǎo)致局部溫度過高以及發(fā)光區(qū)域集中在電極下方區(qū)域，由于金屬透光性差吸收光，大量的光被遮擋無法萃取而轉(zhuǎn)化為熱，最終結(jié)果就是降低了 LED的發(fā)光效率和使用壽命。
[0003]為了解決電流擁堵效應(yīng)，現(xiàn)有技術(shù)廣泛使用粘附性差的S12作為電流阻擋層，利用電流阻擋層絕緣特性，促使電流向透明導(dǎo)電層擴(kuò)散，經(jīng)過透明導(dǎo)電層后，電流均勻注入到P型半導(dǎo)體層中。但是電流阻擋層并不能解決金屬電極遮光吸光問題，而且金屬電極與S12粘附性較差，容易出現(xiàn)電極掉落情況，因此該技術(shù)仍需改進(jìn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種具有高反射電極的LED芯片及其制備方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種具有高反射電極的LED芯片，包括生長(zhǎng)在襯底上的η型半導(dǎo)體層、多量子阱有源區(qū)和P型半導(dǎo)體層，η型半導(dǎo)體層制作有η型電極，P型半導(dǎo)體層上制作P型電極，其特征在于:所述的P型電極包括依次制作在P型半導(dǎo)體層上的透明導(dǎo)電層、粘附性電流阻擋層、金屬反光層、金屬粘附層、金屬接觸層和絕緣保護(hù)層。
[0006]所述的絕緣保護(hù)層包覆在透明導(dǎo)電層、粘附性電流阻擋層、金屬反光層、金屬粘附層、金屬接觸層外側(cè)，且絕緣保護(hù)層經(jīng)蝕刻暴露出部分金屬接觸層。
[0007]所述透明導(dǎo)電層是ITO或ZnO制成的透明導(dǎo)電層；所述粘附性電流阻擋層是Α1203制成的粘附性電流阻擋層；所述金屬反光層為Al或Ag制成的金屬反光層；所述金屬粘附層為T1、Cr、Pt、Ni中的一種材料制成的金屬粘附層；所述金屬接觸層為Au制成的金屬接觸層；所述絕緣保護(hù)層為Si02、Α1203、S1N中的一種材料制成的絕緣保護(hù)層。
[0008]一種具有高反射電極的LED芯片的制備方法，包括:(I)在襯底上依次生長(zhǎng)η型半導(dǎo)體層、多量子阱有源區(qū)和P型半導(dǎo)體層；(2)在所述P型半導(dǎo)體層部分區(qū)域進(jìn)行蝕刻，蝕刻P型半導(dǎo)體層和多量子阱有源區(qū)，暴露η型半導(dǎo)體層；(3)在暴露的η型半導(dǎo)體層上制作η型電極，在未蝕刻的P型半導(dǎo)體層上制作P型電極，其特征在于:所述步驟(3)中，P型電極的制作方法包含如下步驟:
SI在所述的P型半導(dǎo)體層上制作透明導(dǎo)電層；
S2在所述的透明導(dǎo)電層上鍍上粘附性電流阻擋層；
S3在所述的電流阻擋層上鍍上金屬反光層；
S4對(duì)所述的金屬反光層上鍍上金屬粘附層；
S5在所述的金屬粘附層上鍍上金屬接觸層；
S6在所述的芯片表面蒸鍍絕緣保護(hù)層；
S7對(duì)所述的絕緣保護(hù)層蝕刻，把金屬接觸層裸露出來。
[0009]所述步驟S2中，粘附性電流阻擋層是通過MOCVD制備而成，包括如下制作步驟: SOl將芯片加工品放入LP-MOCVD設(shè)備的反應(yīng)室中，此時(shí)腔體壓力為10-25torr，石墨盤轉(zhuǎn)速在500-1000 r/min之間，在N2氣氛下加熱到400-700。。，處理5-15分鐘；
S02將Al源、氧源以1: (1-10)的摩爾比送入反應(yīng)室中，同時(shí)改變腔體壓力為15-45torr,開始生長(zhǎng)Al2O3薄膜，生長(zhǎng)速率為0.5nm/min一10nm/min,生長(zhǎng)時(shí)間為1-1OOmin ；
S03生長(zhǎng)過程結(jié)束后，將腔體壓力提高到50-100torr，增加通入反應(yīng)腔的N2流量并進(jìn)行吹掃，等待溫度降低至常溫后取出芯片加工品。
[0010]所述透明導(dǎo)電層的材料是ITO或ZnO ;所述粘附性電流阻擋層的材料是A1203 ;所述金屬反光層的材料為Al、Ag的單一金屬或合金；所述金屬粘附層的材料為T1、Cr、Pt和Ni中的單一金屬或合金；所述金屬接觸層的材料為Au或Au合金,如Au/Ti合金、Au/Ag合金；所述絕緣保護(hù)層材料為Si02、A1203和S1N的單一或復(fù)合材料。
[0011]本發(fā)明的有益效果為:利用高反射率金屬反光層減少金屬電極對(duì)光的吸收，又把大量的光反射到其他發(fā)光表面，提高光的萃取效率，同時(shí)利用粘附性電流阻擋層解決電流擁堵問題，提高電流注入的均勻性，避免局部過熱，而MOCVD制作的粘附性電流阻擋層的表面很粗糙，表面積大，具有很高的吸附能力，提高與反射金屬的粘附性，減少反射金屬與電流阻擋層之間吸光金屬的使用，最終綜合提高LED的發(fā)光效率和使用壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為傳統(tǒng)藍(lán)綠光LED芯片結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明所述的具有高反射率電極的LED芯片結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施案例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
實(shí)施例1:如圖2所示，本發(fā)明的制備方法包括(I)在襯底上依次生長(zhǎng)最底層Si摻雜的η型半導(dǎo)體層1、InGaN/GaN多量子阱有源區(qū)2和最上層的Mg摻雜的p型半導(dǎo)體層3 ; (2)對(duì)部分P型半導(dǎo)體層3和多量子阱有源區(qū)2進(jìn)行ICP蝕刻，暴露η型半導(dǎo)體層I ; (3)在暴露的η型半導(dǎo)體層I上制作η型電極，在未蝕刻的P型半導(dǎo)體層3上制作ρ型電極，其中，P型電極的制作方法包含如下步驟: 步驟1:在所述P型半導(dǎo)體層3上鍍上透明導(dǎo)電層4，所選材料是ITO。
[0014]步驟2:在所述透明導(dǎo)電層4上鍍上粘附性電流阻擋層5，所選材料是MOCVD制作的Al2O3，具體步驟如下:(1)將芯片放入LP-MOCVD設(shè)備的反應(yīng)室中，此時(shí)腔體壓力為10-25torr，石墨盤轉(zhuǎn)速設(shè)置為500轉(zhuǎn)/分鐘，在N2氣氛下加熱到400°C，處理5分鐘；(2)將Al源、氧源以1:1的摩爾比通入反應(yīng)室中，其中Al源為液態(tài)并用氣體把Al原料吹出來，同時(shí)改變腔體壓力為15-45torr，開始生長(zhǎng)Al2O3薄膜，生長(zhǎng)速率為0.5nm/min ；(3)生長(zhǎng)過程結(jié)束后，將腔體壓力提高到50ton.，增加通入反應(yīng)腔的N2流量通過吹掃降低溫度，當(dāng)溫度降低至常溫(25— 50 ° )后取出LED芯片。
[0015]步驟3:在所述的粘附性電流阻擋層5上鍍上金屬反光層6，所選材料是Al。
[0016]步驟4:在所述的金屬反光層6上鍍上金屬粘附層7，所選材料是Ti。
[0017]步驟5:在所述的金屬粘附層7上鍍上金屬接觸層8，所選材料是Au。
[0018]步驟6:在整個(gè)LED芯片表面鍍上絕緣保護(hù)層9，所選材料是Si02。
[0019]步驟7:對(duì)所述的絕緣保護(hù)層9進(jìn)行蝕刻，把金屬接觸層8裸露出來。
[0020]實(shí)施例2:如圖2所示，本發(fā)明的制備方法包括(I)在襯底上依次生長(zhǎng)最底層Si摻雜的η型半導(dǎo)體層l、InGaN/GaN多量子阱有源區(qū)2和最上層的Mg摻雜的ρ型半導(dǎo)體層3 ；
(2)對(duì)部分ρ型半導(dǎo)體層3和多量子阱有源區(qū)2進(jìn)行ICP蝕刻，暴露η型半導(dǎo)體層I ; (3)在暴露的η型半導(dǎo)體層I上制作η型電極，在未蝕刻的ρ型半導(dǎo)體層3上制作ρ型電極，其中，P型電極的制作方法包含如下步驟:
步驟1:在所述P型半導(dǎo)體層3上鍍上透明導(dǎo)電層4，所選材料是ΖηΟ。
[0021]步驟2:在所述透明導(dǎo)電層4上鍍上粘附性電流阻擋層5，所選材料是MOCVD制作的Al2O3，具體步驟如下:(1)將芯片放入LP-MOCVD設(shè)備的反應(yīng)室中，此時(shí)腔體壓力為10-25torr，石墨盤轉(zhuǎn)速設(shè)置為1000轉(zhuǎn)/分鐘，在N2氣氛下加熱到700°C，處理15分鐘；
(2)將Al源、氧源以1:10的摩爾比通入反應(yīng)室中，其中Al源為液態(tài)并用氣體把Al原料吹出來，同時(shí)改變腔體壓力為15-45torr，開始生長(zhǎng)Al2O3薄膜，生長(zhǎng)速率為10nm/min ;(3)生長(zhǎng)過程結(jié)束后，將腔體壓力提高到lOOtorr，增加通入反應(yīng)腔的N2流量通過吹掃降低溫度，當(dāng)溫度降低至常溫(25— 50 ° )后取出LED芯片。
[0022]步驟3:在所述的粘附性電流阻擋層5上鍍上金屬反光層6，所選材料是Ag。
[0023]步驟4:在所述的金屬反光層6上鍍上金屬粘附層7，所選材料是Ni。
[0024]步驟5:在所述的金屬粘附層7上鍍上金屬接觸層8，所選材料是Au。
[0025]步驟6:在整個(gè)LED芯片表面鍍上絕緣保護(hù)層9，所選材料是S1N。
[0026]步驟7:對(duì)所述的絕緣保護(hù)層9進(jìn)行蝕刻，把金屬接觸層8裸露出來。
[0027]上述實(shí)例僅例示性說明本發(fā)明的原理及功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種具有高反射電極的LED芯片，包括生長(zhǎng)在襯底上的η型半導(dǎo)體層、多量子阱有源區(qū)和P型半導(dǎo)體層，η型半導(dǎo)體層制作有η型電極，P型半導(dǎo)體層上制作P型電極，其特征在于:所述的P型電極包括依次制作在P型半導(dǎo)體層上的透明導(dǎo)電層、粘附性電流阻擋層、金屬反光層、金屬粘附層、金屬接觸層和絕緣保護(hù)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高反射電極的LED芯片，其特征在于:所述的絕緣保護(hù)層包覆在透明導(dǎo)電層、粘附性電流阻擋層、金屬反光層、金屬粘附層、金屬接觸層外側(cè)，且絕緣保護(hù)層經(jīng)蝕刻暴露出金屬接觸層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有高反射電極的LED芯片，其特征在于:所述透明導(dǎo)電層的材料是ITO或ΖηΟ。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有高反射電極的LED芯片，其特征在于:所述粘附性電流阻擋層的材料是Α1203。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有高反射電極的LED芯片，其特征在于:所述金屬反光層的材料為Al、Ag的單一金屬或合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有高反射電極的LED芯片，其特征在于:所述金屬粘附層的材料為T1、Cr、Pt和Ni中的單一金屬或合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有高反射電極的LED芯片，其特征在于:所述金屬接觸層的材料為Au或Au/Ti合金、Au/Ag合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有高反射電極的LED芯片，其特征在于:所述絕緣保護(hù)層材料為Si02、A1203和S1N的單一或復(fù)合材料。
9.一種具有高反射電極的LED芯片的制備方法，包括:(I)在襯底上依次生長(zhǎng)η型半導(dǎo)體層、多量子阱有源區(qū)和P型半導(dǎo)體層；(2)在所述P型半導(dǎo)體層部分區(qū)域進(jìn)行蝕刻，蝕刻P型半導(dǎo)體層和多量子阱有源區(qū)，暴露η型半導(dǎo)體層；(3)在暴露的η型半導(dǎo)體層上制作η型電極，在未蝕刻的P型半導(dǎo)體層上制作P型電極，其特征在于:所述步驟(3)中，P型電極的制作方法包含如下步驟: SI在所述的P型半導(dǎo)體層上制作透明導(dǎo)電層； S2在所述的透明導(dǎo)電層上鍍上粘附性電流阻擋層； S3在所述的電流阻擋層上鍍上金屬反光層； S4對(duì)所述的金屬反光層上鍍上金屬粘附層； S5在所述的金屬粘附層上鍍上金屬接觸層； S6在所述的芯片表面蒸鍍絕緣保護(hù)層； S7對(duì)所述的絕緣保護(hù)層蝕刻，把金屬接觸層裸露出來。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的具有高反射電極的LED芯片的制備方法，其特征在于:所述步驟S2中，粘附性電流阻擋層是通過MOCVD制備而成，包括如下制作步驟: SOl將芯片加工品放入LP-MOCVD設(shè)備的反應(yīng)室中，此時(shí)腔體壓力為10-25torr，石墨盤轉(zhuǎn)速在500-1000 r/min之間，在N2氣氛下加熱到400-700。。，處理5-15分鐘； S02將Al源、氧源以1: (1-10)的摩爾比送入反應(yīng)室中，同時(shí)改變腔體壓力為15-45torr,開始生長(zhǎng)Al2O3薄膜，生長(zhǎng)速率為0.5nm/min一10nm/min,生長(zhǎng)時(shí)間為1-1OOmin ； S03生長(zhǎng)過程結(jié)束后，將腔體壓力提高到50-100torr，增加通入反應(yīng)腔的N2流量并進(jìn)行吹掃，等待溫度降低至常溫后取出芯片加工品。
【文檔編號(hào)】H01L33/00GK104319333SQ201410596755
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】易翰翔, 郝銳, 吳魁, 黃惠葵 申請(qǐng)人:廣東德力光電有限公司