一種倒裝結構的發光二極管芯片及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及發光二極管領域，特別涉及一種倒裝結構的發光二極管芯片及其制備 方法。
【背景技術】
[0002] 發射紅光或黃光的高亮度AlGaInP系的LED (Light Emitting Diode，發光二極 管）具有體積小、壽命長、功耗低等優點，在白色光源、全色顯示、交通信號燈和城市亮化工 程等領域具有廣闊的應用前景。
[0003] 現有技術提供了一種AlGaInP系的LED芯片，其自下而上包括下電極、襯底、布拉 格反射層、下限制層、多量子阱層、上限制層、電流調整層、電流擴展層和上電極，其中，上限 制層為P型AlInP層，電流調整層為P型Al xGapxAs層，鋁的摩爾量大于80%而小于100%， 即0. 8 < X < 1，在對應上電極的正下方依次腐蝕電流擴展層和AlxGa1^ xAs電流調整層，制 備出待氧化用的濕氧化孔后，側向濕氧化AlxGahAs電流調整層，形成絕緣的Al 2O3電流阻 擋區，電流阻擋區的位置和形狀與上電極的位置和形狀一致，且電流阻擋區的尺寸可以等 于、大于或小于上電極的尺寸。
[0004] 在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題：
[0005] 當電流阻擋區的尺寸等于或大于上電極的尺寸時，濕氧化孔的孔徑相應就比較 大，上電極下方與P型AlInP層接觸基本為空或絕緣的SiO2，當有非常高的反向電壓時， 上電極下方導通的面積太小極易擊穿PN結，從而容易引起漏電流和ESD (Electrostatic Discharge，靜電放電）問題，并且電流調整層與P型AlInP層的上限制層相連，離多量子阱 過近，上限制層與GaP間的過渡層晶格本身比較差，也會造成漏電流和ESD問題。
【發明內容】
[0006] 為了解決現有技術的問題，本發明實施例提供了一種倒裝結構的發光二極管芯 片及其制備方法，技術方案如下：
[0007] -方面，本發明實施例提供了一種倒裝結構的發光二極管芯片，所述芯片自下而 上依次包括第一電極、襯底、全方位反光鏡層、P型GaP層、P型AlInP層、多量子阱層、N型 AlInP層、N型AlGaInP層、N型GaAs層和第二電極，所述芯片還包括設于所述N型AlGaInP 層和所述N型GaAs層之間的電流調整層和電流阻擋層。所述電流阻擋層為被部分氧化的N 型AlAs層，所述N型GaAs層、所述電流阻擋層和所述電流調整層內設有多個柱狀孔，多個 所述柱狀孔位于所述第二電極的下方且沿所述發光二極管芯片的厚度方向貫穿所述N型 GaAs層、所述電流阻擋層和所述電流調整層，每個所述柱狀孔的尺寸均小于所述第二電極 的尺寸，每個所述柱狀孔的內壁均被氧化，從而在所述電流阻擋層和所述電流調整層內，形 成圍繞在每個所述柱狀孔周圍的被氧化區域，所述電流阻擋層中的所述被氧化區域連成一 片且覆蓋所述第二電極的下方的中部區域，每個所述柱狀孔內填充均有絕緣材料。
[0008] 進一步地，所述電流調整層為N型AlGaAs層，所述N型AlGaAs層中Al的摩爾質 量大于60%且小于100%，從所述電流阻擋層一側開始，所述N型AlGaAs層中Al組分的含 量逐漸降低。
[0009] 更進一步地，從所述電流阻擋層一側開始，所述N型AlGaAs層中Al組分的含量均 勻降低。
[0010] 更進一步地，所述電流阻擋層中的鋁的摩爾質量不低于所述電流調整層中的鋁的 摩爾質量。
[0011] 可選地，所述柱狀孔的個數不少于3個。
[0012] 進一步地，每個所述柱狀孔的中心軸線到所述第二電極的中心軸線的距離為 18~25um，每個所述柱狀孔的橫截面外接圓的直徑為10~15um，相鄰的所述柱狀孔之間的 距離為8~15um。
[0013] 可選地，所述電流阻擋層的厚度為800~1200埃，所述電流調整層的厚度為 500 ~800 埃。
[0014] 進一步地，所述電流調整層的摻雜雜質為硅元素，所述雜質的濃度為10-18~ 4Χ 10 18cm 3〇
[0015] 可選地，所述第二電極的形狀為圓形、正方形、長方形、橢圓形、回形、星形或條形。
[0016] 另一方面，本發明實施例還提供了一種倒裝結構的發光二極管的制備方法，適用 于制備如權利要求前一方面所述的發光二極管芯片，所述方法包括：
[0017] 在GaAs襯底上依次外延生長腐蝕停層、所述N型GaAs層、所述電流阻擋層、所述 電流調整層、所述N型AlGaInP層、所述N型AlInP層、所述多量子阱層、所述P型AlInP層 和所述P型GaP層，其中，所述電流調整層為N型AlGaAs層；
[0018] 在所述P型GaP層上制作所述全方位反光鏡層，將所述全方位反光鏡層粘合到所 述襯底上，并依次去掉所述GaAs襯底和所述腐蝕停層；
[0019] 刻蝕所述N型GaAs層、所述電流調整層和所述電流阻擋層，得多個所述柱狀孔，氧 化每個所述柱狀孔的內壁，并氧化所述電流阻擋層和所述電流調整層內的多個所述柱狀孔 的周圍，形成圍繞在每個所述柱狀孔周圍的被氧化區域，所述電流阻擋層中的所述被氧化 區域連成一片且覆蓋所述第二電極的下方的中部區域；
[0020] 在每個所述柱狀孔內填入絕緣材料，并制作所述第一電極和所述第二電極，所述 第二電極位于多個所述柱狀孔的上方，且所述第二電極的尺寸大于每個所述柱狀孔的尺 寸。
[0021] 本發明實施例提供的技術方案的有益效果是：
[0022] 通過在倒裝結構的發光二極管芯片的N型AlGaInP層和N型GaAs層之間制作電流 調整層和N型AlAs電流阻擋層，離多量子阱層較遠，且在第二電極下方區域內設置從N型 GaAs層延伸至電流阻擋層的多個柱狀孔，每個柱狀孔的尺寸均小于第二電極的尺寸，每個 柱狀孔的內壁均被氧化，從而在電流阻擋層和電流調整層內，形成圍繞在每個柱狀孔周圍 的被氧化區域，電流阻擋層中的被氧化區域連成一片且覆蓋第二電極的下方的中部區域， 每個柱狀孔內填充有絕緣材料，可以起到阻擋第二電極下方電流的作用，使擴散到第二電 極下方的電流減少，大部分電流流過多量子阱層，進而極大地提高器件發光效率，由于設置 的是多個柱狀孔，每個柱狀孔的尺寸都會遠小于第二電極的尺寸，每個柱狀孔被氧化后形 成的是AlAs和Al 2O3的混合物，其是可導電的，導電面積也較大，不易將PN結擊穿，從而避 免造成漏電流和ESD問題。
【附圖說明】
[0023] 為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，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明的一些實施例，對于 本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他 的附圖。
[0024] 圖1是本發明實施例一提供的一種倒裝結構的發光二極管芯片的結構示意圖；
[0025] 圖2是本發明實施例一提供的電流調整層和電流阻擋層的折射率變化的示意圖；
[0026] 圖3是本發明實施例一提供的柱狀孔未被氧化時的結構示意圖；
[0027] 圖4是本發明實施例一提供的被氧化后的柱狀孔與第二電極位置關系的示意圖；
[0028] 圖5是本發明實施例二提供的一種倒裝結構的發光二極管芯片的制備方法的流 程圖。
【具體實施方式】
[0029] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方 式作進一步地詳細描述。
[0030] 實施例一
[0031] 本發明實施例提供了一種倒裝結構的發光二極管芯片，參見圖1，該芯片自下而上 依次包括第一電極1、襯底2、全方位反光鏡層3、P型GaP層4、P型AlInP層5、多量子阱層 6、N型AlInP層7、N型AlGaInP層8、N型GaAs層9和第二電極10,芯片還包括設于N型 AlGaInP層8和N型GaAs層9之間的電流調整層13和電流阻擋層14,電流調整層13為N 型AlGaAs層，電流阻擋層14為被部分氧化的N型AlAs層，在N型GaAs層9、電流阻擋層 14和電流調整層13內設有多個柱狀孔15,多個柱狀孔15位于第二電極10的下方且沿發 光二極管芯片的厚度方向貫穿N型GaAs層9、電流阻擋層14和電流調整層13,每個柱狀孔 15的尺寸均小于第二電極10的尺寸，每個柱狀孔15的內壁均被氧化，從而在電流阻擋層 14和電流調整層13內，形成圍繞在每個柱狀孔15周圍的被氧化區域15a，電流阻擋層14 中的被氧化區域連成一片且覆蓋第二電極10的下方的中部區域，每個柱狀孔15內均填充 有絕緣材料16。
[0032] 其中，絕緣材料16可以為SiO2。第二電極10的下方是指從第二電極10 -側開始 沿發光二極管的厚度方向看。實現時，多個柱狀孔15在電流阻擋層14和電流調整層13內， 被氧化區域15a重疊后的總面積小于或等于第二電極10的總面積。N型GaAs層9的尺寸 可以大于或等于第二電極10的尺寸，以便在其上制作第二電極10,作為一種舉例，可參見 圖3,此時N型GaAs層9的尺寸等于第二電極10的尺寸。在實際制作過程中，由于是從每 個柱狀孔15的內壁開始氧化，故電流阻擋層14和電流調整層13中的被氧