一種具有反射型電流阻擋層的led晶片的製作方法
2023-12-04 05:41:36 2
專利名稱：一種具有反射型電流阻擋層的led晶片的製作方法
技術領域：
一種具有反射型電流阻擋層的LED晶片
技術領域：
本實用新型涉及一種LED晶片，尤其是涉及一種具有反射型電流阻擋層的LED晶片。
背景技術：
目前，發光二極體(LED)晶片結構有正裝結構，垂直結構和倒裝焊結構，其中正裝結構的發光二極體晶片如
圖1所示，主要包括襯底1、形成在襯底上的緩衝層2 (buffer layer)、形成在緩衝層上的N型半導體層3、形成在N型半導體層上的發光層4、形成在發光層上的P型半導體層5，形成P型半導體層5上的透明導電層6、以及P電極81和N電極 82。由於LED晶片的電流積聚效應特別明顯，即電流主要集中在電極正下方的發光層部分區域，橫向擴展比較小，電流分布很不均勻，導致局部電流密度過大，熱量過高，大大降低了晶片的使用效率和壽命。同時，在此區域電流密度最大，自然發光強度也最大，但此區域出射的光絕大部分會被正上方的不透明電極所遮擋，導致LED的出光效率降低。為了解決上述問題，行業內的普遍方法是在P型半導體層和P型電極之間直接鍍上一層絕緣介質作電流阻擋層，請參見圖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散性，但增加的電流阻擋層勢必會吸收一部分的光線，降低發光二極體的出光效率。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種散熱效率高、電流擴散均勻、出光效率高的具有反射型電流阻擋層的LED晶片。為了解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案是一種具有反射型電流阻擋層的LED晶片，包括N型半導體層、形成在N型半導體層上的發光層、形成在發光層上的 P型半導體層、形成在P型半導體層上的透明導電層、形成在透明導電層上的P電極和形成於N型半導體層上的N電極，其特徵在於，在所述P型半導體層上P電極對應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矽層和二氧化鈦層交互層疊而成。本實用新型與現有技術相比的有益效果是由於在P型半導體層上P電極對應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結結構，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展到P電極下方以外的發光區，降低了電流積聚在P電極下方時產生的熱量，提高了 LED晶片熱穩定性能的同時也延長了器件的使用壽命；由於電流阻擋層由多層二氧化矽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電極下方對光線的吸收，最大限度的提升LED晶片的外部光萃取效率，本實用新型的電流阻擋層既起到阻擋電流的作用，使LED晶片的電流擴散均勻以達到熱穩定的性能，又起到光線反射的作用以提高LED晶片的出光效率，同時，本實用新型還具有結構簡單、易於量產、良率高的優點。優選的，在N型半導體層上N電極對應的正下方形成有第二溝槽，採用這樣的結構能夠使N電極下方的電流擴散更均勻。優選的，所述第一溝槽和第二溝槽的深度在IOOnm至IOOOnm之間，該溝槽的厚度範圍能有效阻擋電流，避免電流積聚在P電極下方，使電流擴散均勻。優選的，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，使電流擴散均勻。優選的，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於所述P電極的寬度，兩者的寬度差距在3um到IOum之間，該結構及相應的數值範圍能有效阻擋電流，避免電流積聚在P電極下方，使電流擴散均勻。優選的，所述電流阻擋層的厚度為4000nm，電流阻擋層的寬度大於所述P電極的寬度，兩者的差距為6um，該結構及相應的數值範圍能有效阻擋電流，避免電流積聚在P電極下方，使電流擴散均勻。優選的，所述電流阻擋層沿第一溝槽表面延伸至溝槽兩側，該結構能有效阻擋電流，避免電流積聚在P電極下方，使電流擴散均勻。優選的，所述P電極與透明導電層之間還形成有歐姆接觸層，該結構可以使P電極與透明導電層之間結構良好。優選的，還包括襯底和形成於襯底上的緩衝層，所述N型半導體層、發光層、P型半導體層依次形成於所述緩衝層上，增加緩衝層能夠避免襯底和N型半導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。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明。圖1為現有技術LED晶片的結構示意圖。圖2為現有技術帶電流阻擋層的LED晶片的結構示意圖。圖3為本實用新型具有反射型電流阻擋層的LED晶片的結構示意圖。圖4為本實用新型電流阻擋層的放大結構示意圖。圖5為LED外延片結構示意圖；圖6為圖5的基礎上通過刻蝕形成N電極臺面的結構示意圖；圖7為圖6的基礎上形成溝槽後的結構示意圖；圖8為圖7的基礎上形成電流阻擋層後的結構示意圖；圖9為圖8的基礎上形成透明導電層後的結構示意圖。
具體實施方式請參見圖3，本實用新型包括N型半導體層3、形成於N型半導體層3上的發光層 4、形成於發光層上的P型半導體層5、形成於P型半導體層上的透明導電層6、形成於透明導電層上的P電極81和形成於N型半導體層上的N電極82，在P型半導體層5上P型電極81對應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由多層二氧化矽層71和二氧化鈦層72交互層疊而成。在實際生產中，根據需要LED晶片還包括襯底1和形成於襯底上的緩衝層2，所述N型半導體層3、發光層4、P型半導體層5依次形成於所述緩衝層2上。增加緩衝層2，能夠避免襯底1和N型半導體層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結構，能夠使LED晶片更薄，在倒裝結構的晶片中，減少襯底的吸光，增加晶片出光效率，但在晶片切割中容易導致LED晶片碎裂。因此生長好的外延片一般包括襯底1、緩衝層2、N型半導體層3、發光層4和P型半導體層5，在後續工藝中，製作完成的LED晶片需經過研磨，將襯底打磨到一定的厚度，或者根據需要將整個襯底全部剝離。在N型半導體層3上N電極 82對應的正下方還形成有第二溝槽74，採用這樣的結構能夠使N電極下方的電流擴散更均勻。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的寬度大於P 電極81的寬度，兩者間的差距在3um到IOum之間，優選為所述電流阻擋層70沿著第一溝槽73表面沉積並左右延伸出P電極81的兩側，電流阻擋層70的厚度為4000nm，電流阻擋層70的寬度大於P電極81的寬度，兩者間的差距為6um，即延伸出P電極81兩側的電流阻擋層70分別為3um。上述電流阻擋層70是通過光學鍍膜機蒸鍍工藝設置在所述第一溝槽 73表面的。所述P電極81與透明導電層6之間還形成有歐姆接觸層9。在本實用新型中，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形成漏電流對電流起到一定的阻擋作用，具有雙重的電流阻擋結構，使P電極81注入的電流能夠均勻的擴散到P電極 81下方的發光區，減少了電流積聚在P電極81下方時產生的熱量，提高了 LED晶片的熱穩定性能也延長了器件的使用壽命。同時表面光滑的第一溝槽73相對於較粗化的外延片表面，能夠增加出射到P電極81下光的反射機率，減少光在P電極81下的吸收量，能夠最大限度的提升晶片的外部光萃取效率。本實用新型公開上述結構的製作工藝，第一步，將襯底1放入有機化學氣相沉積爐(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，生成III-V族化合物，通過沉積依次在襯底1的正面上生長緩衝層2、N型半導體層3、發光層4、P型半導體層5的疊層結構，襯底1的材料選自矽、藍寶石、S iC、ZnO, GaN 等，參見圖5所示；第二步，通過刻蝕形成用於製作N電極82的臺面結構，通過圖形曝光半導體平面工藝技術，使用ICP刻蝕，移除上述疊層結構的邊緣部分，直至N型半導體層3的邊緣部分被暴露，當然N型半導體層3也可以進一步蝕刻使得N型半導體層3的邊緣部分厚度小於中心部分的厚度，形成臺階狀的臺面結構，參見圖6所示；第三步，在P型半導體層5和N型半導體層3上刻蝕形成第一溝槽73和第二溝槽74，首先將第二步驟後形成的具有臺面的疊層結構清洗後，在其表面沉積厚度為3000 20000埃的二氧化矽做掩膜，然後經過勻膠、曝光、顯影、堅膜後採用熱酸溶液腐蝕法在P型半導體層5和N型半導體層3上對應刻蝕深度在IOOnm至IOOOnm之間的第一溝槽73、第一溝槽74，最後採用BOE (Buffere oxide etch)腐蝕液去除氧化矽掩膜。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型半導體層5的第一溝槽73通過光學鍍膜機蒸鍍工藝設置電流阻擋層70，所述電流阻擋層70由多層二氧化矽層 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的寬度大於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表面沉積並左右延伸出P電極81的兩側，其厚度為4000nm，電流阻擋層70 的寬度大於P電極81的寬度，兩者間的差距為6um，即延伸出P電極81兩側的電流阻擋層 70分別為3um ；第五步，利用蒸發臺或者濺射鍍膜法在P型半導體層5上鍍氧化銦錫(ITO) 薄膜以形成透明導電層6，參見圖9所示；第六步，通過刻蝕、蒸發、剝離等工藝，在透明導電層6上對應的電流阻擋層70的正上方形成P電極81，在N型導電層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光二極體晶片製作，其結構請參見圖3 所。 以上所述僅以方便說明本實用新型，在不脫離本實用新型創作的精神範疇內，熟悉此技術的本領域的技術人員所做的各種簡單的變相與修飾仍屬於本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種具有反射型電流阻擋層的LED晶片，包括N型半導體層、形成在N型半導體層上的發光層、形成在發光層上的P型半導體層、形成在P型半導體層上的透明導電層、形成在透明導電層上的P電極和形成於N型半導體層上的N電極，其特徵在於在所述P型半導體層上P電極對應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矽層和二氧化鈦層交互層疊而成。
2.根據權利要求1所述的具有反射型電流阻擋層的LED晶片，其特徵在於在N型半導體層上N電極對應的正下方形成有第二溝槽。
3.根據權利要求2所述的具有反射型電流阻擋層的LED晶片，其特徵在於所述第一溝槽和第二溝槽的深度在IOOnm至IOOOnm之間。
4.根據權利要求3所述的具有反射型電流阻擋層的LED晶片，其特徵在於所述第一溝槽和第二溝槽的深度為500nm。
5.根據權利要求1所述的具有反射型電流阻擋層的LED晶片，其特徵在於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於所述P電極的寬度，兩者的寬度差距在3um到IOum之間。
6.根據權利要求5所述的具有反射型電流阻擋層的LED晶片，其特徵在於所述電流阻擋層的厚度為4000nm，電流阻擋層的寬度大於所述P電極的寬度，兩者的寬度差距為 6um。
7.根據權利要求1所述的具有反射型電流阻擋層的LED晶片，其特徵在於所述電流阻擋層沿第一溝槽表面延伸至溝槽兩側。
8.根據權利要求1所述的具有反射型電流阻擋層的LED晶片，其特徵在於，所述P電極與透明導電層之間還形成有歐姆接觸層。
9.根據權利要求1所述的具有反射型電流阻擋層的LED晶片，其特徵在於，還包括襯底和形成於襯底上的緩衝層，所述N型半導體層、發光層、P型半導體層依次形成於所述緩衝層上。
專利摘要本實用新型提供了一種具有反射型電流阻擋層的LED晶片，包括N型半導體層、形成在N型半導體層上的發光層、形成在發光層上的P型半導體層、形成在P型半導體層上的透明導電層、形成在透明導電層上的P電極和形成於N型半導體層上的N電極，在P型半導體層上P電極對應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矽層和二氧化鈦層交互層疊而成。本實用新型具有散熱效率高、電流擴散均勻、出光效率高等優點。電流阻擋層既起到阻擋電流的作用，使LED晶片的電流擴散均勻以達到熱穩定的性能，又起到光線反射的作用以提高LED晶片的出光效率，同時，本實用新型還具有結構簡單、易於量產、良率高的優點。
文檔編號H01L33/10GK202094166SQ201120189190
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月3日 優先權日2011年6月3日
發明者葉國光, 曹東興, 楊小東, 梁伏波, 樊邦揚 申請人:廣東銀雨晶片半導體有限公司