一種高亮度led芯片及其制備方法
【專利摘要】本發明提供了一種高亮度LED芯片及其制備方法，該高亮度LED芯片在厚度方向依次包括藍寶石襯底、外延層和電極，且外延層包括N型GaN層、量子阱層及P型GaN層，N型GaN層為包括上臺階部和下臺階部的臺階型結構，量子阱層及P型GaN層依次設置在上臺階部上方，下臺階部的N型GaN上直接設置有鉻膜層，電極包括設置在所述鉻膜層上的N電極和設置在P型GaN層上的P電極，電極與外延層接觸或與鉻膜層接觸的一層均為鉻層且N電極與P電極中鉻層的厚度相同，鉻膜層的厚度為8～12nm。本發明的LED芯片由于在N電極與N型GaN層間設置鉻膜層，使本發明LED芯片亮度提升，芯片電壓參數并不會發生變化，LED芯片更加節能環保。
【專利說明】
一種高亮度LED芯片及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明涉及LED芯片制造工藝，特別地，涉及一種高亮度LED芯片及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 發光二極管(Light-Emitting Diode，簡稱LED)是一種將電能轉化為光能的半導 體電子器件。目前LED芯片的性能一直在快速提升，成本也在迅速下降，而出光效率始終是 LED芯片技術的核心指標之一。
[0003] 專利申請CN200710305834.3中提供一種制作高亮度LED芯片的方法，包括:在藍寶 石襯底上生長外延片；在外延片上沉積Si0 2薄膜；以Si02薄膜作掩膜，光刻出芯片的N區圖 形；用腐蝕溶液清洗未受光刻膠保護的Si0 2;用去膠溶液清洗去除光刻膠；用ICP刻蝕N面臺 階和芯片尺寸的劃道，露出N-GaN臺面;在外延片表面蒸鍍沉積銦錫氧化物薄膜;蒸鍍以Cr/ Ni/Au為金屬組合的P-N電極。但這種Cr/Ni/Au電極結構由于第一層Cr膜很厚，而Cr材料形 成的金屬膜的反射率很低，吸收率較高，在Cr膜厚為200-500A的情況下，芯片量子阱層中發 出光子射入金屬電極的光基本被第一層的Cr吸收掉，轉化為熱能。
[0004] 鑒于上述缺陷，目前LED芯片制造廠家都在保證各項可靠性的同時，千方百計提升 發光效率;近年來，LED芯片的Cr/Al /Cr/Pt/Au反射電極結構已經基本取代了之前的Cr/Pt/ Au電極結構，反射電極結構與傳統的Cr/Pt/Au電極結構相比能有效提高LED芯片的外量子 效率:通過金屬電極第一層Cr減薄，第二層使用高反射率的金屬A1，來使金屬電極與GaN接 觸面形成反射膜，將射入到金屬PAD面上的光反射回去后，通過其他角度射出芯片，從而達 到提升出光效率的效果;然而隨著第一層Cr的減薄，芯片電壓會急劇升高，不利于LED芯片 產業的發展。
[0005] 因而，如何突破現有技術進一步提高LED亮度仍然是本領域技術人員亟待解決的 技術課題。
【發明內容】
[0006] 本發明目的在于提供一種工藝簡單，節能環保的高亮度LED芯片，在不增加 LED芯 片電壓的情況下，有效提升LED芯片的殼度。
[0007] 為實現上述目的，本發明提供了一種高亮度LED芯片，所述LED芯片在厚度方向依 次包括藍寶石襯底、外延層和電極，且所述外延層包括N型GaN層、量子阱層及P型GaN層，N型 GaN層為包括上臺階部和下臺階部的臺階型結構，量子阱層及P型GaN層依次設置在所述上 臺階部上方，所述下臺階部的N型GaN上直接設置有鉻膜層，所述電極包括設置在所述鉻膜 層上的N電極和設置在P型GaN層上的P電極，所述電極與外延層接觸或與鉻膜層接觸的一層 均為鉻層且所述N電極與P電極中鉻層的厚度相同，所述鉻膜層的厚度為8(Μ2〇1
[0008] 在本發明中，所述Ρ電極和Ν電極均為反射電極，其結構依次包括Cr-Al-Cr-Pt-Au 層，第一層Cr層為5-5.0A。
[0009] 在本發明中，所述鉻膜層的厚度為100A。
[0010] 在本發明中，所述鉻膜層覆蓋所述下臺階部的面積與所述N電極覆蓋鉻膜層的面 積一致。
[0011] 在本發明中，所述P型GaN層4上方設有透明導電層5。
[0012] 在本發明中，LED芯片還包括一覆蓋于所述芯片表面的Si02保護層。
[0013] 本發明中的P電極和N電極均為反射電極，在P電極與N型GaN之間增設一層鉻膜層， 有效解決了因反射電極中第一層Cr減薄，芯片電壓急劇升高而嚴重限制反射電極對LED芯 片亮度的提升的問題。
[0014] 本發明還提供一種制備上述高亮度LED芯片的方法，所述方法至少包括如下步驟：
[0015] S1、先在藍寶石襯底上形成所述外延層結構；
[0016] S2:在N型GaN層的下臺階部22上蒸鍍鉻并剝離去膠形成所述鉻膜層8;
[0017] S3:在所述鉻膜層8上蒸鍍電極材料并剝離去膠形成所述N電極9,同時在所述P型 GaN層4上蒸鍍電極材料并剝離去膠形成所述P電極7。
[0018] 在本發明中，所述步驟S2之前還包括如下步驟：
[0019] S2-1:在P型GaN層(4)上利用電子束蒸發設備蒸鍍透明導電層(5);
[0020] S2-2:在所述透明導電層(5)表層上光刻P區圖形，在透明導電層表層上涂覆光刻 膠、光罩曝光、顯影后露出多余部分透明導電層;光刻后經過化學腐蝕后將露出部分透明導 電層腐蝕掉，最后去掉光刻膠，露出P型GaN層；
[0021] S2-3:在所述透明導電層(5)表層上MESA光刻制作N區圖形，利用ICP刻蝕自上至下 依次刻蝕透明導電層(5)、P型GaN層(4)、量子阱層(3)以及N型GaN層(2)，并使N型GaN層形成 具有上臺階部(21)及下臺階部(22)的臺階狀結構，露出N型GaN層。
[0022] 在本發明中，所述步驟S3之后還包括步驟：
[0023] S4:對所述P電極⑴和N電極(9)進行退火處理，得到LED晶圓；
[0024] S5:對所述LED晶圓進行研磨、拋光、切割得到所述LED芯片。
[0025] 使用上述方法制作的LED芯片與傳統LED芯片相比，可以大大提高LED芯片的出光 效率，同時不會增加芯片電壓。
[0026] 相比于現有技術，本發明具有以下有益效果：
[0027] 1、本發明的高亮度LED芯片，在N電極與N型GaN之間增設一層鉻膜層，有效降低了N 電極與N-GaN間接觸電阻，使得現有技術中LED芯片因電極第一層Cr減薄而引起芯片電壓急 劇升高的問題得到根本性地改善；
[0028] 2、使用本發明方法制備的LED芯片與現有技術方法制備的LED芯片相比，本發明方 法在蒸鍍N電極之前在N-GaN層上增加蒸鍍鉻膜層的工藝，可以使LED芯片亮度提升的同時， 芯片電壓參數并不會發生變化，使LED芯片更加節能環保。
[0029] 除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本發明還有其它的目的、特征和優點。 下面將參照圖，對本發明作進一步詳細的說明。
【附圖說明】
[0030] 構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實 施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
[0031] 圖1是本發明一種高亮度LED芯片的結構示意圖；
[0032] 其中，1、藍寶石襯底，2、N型GaN層，3、量子阱層、4、P型GaN層，5、透明導電層，6、 Si02保護層，7、P電極，8、鉻膜層，9、N電極。
【具體實施方式】
[0033]以下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以根據權利要求限 定和覆蓋的多種不同方式實施。
[0034] 本發明提供了一種高亮度LED芯片的制備方法，該方法至少包括以下步驟：
[0035] 步驟1、提供一藍寶石襯底1，在藍寶石襯底1上依次生長N型GaN層2、量子阱層3,及 P型GaN層4,以形成發光外延層，在外延層的表面上利用電子束蒸發設備蒸鍍透明導電層5; 在透明導電層表層上通過光刻圖形、刻蝕以及清洗去膠露出P型GaN層4,并使N型GaN層2形 成為包括上臺階部21和下臺階部22的臺階型結構;再對LED芯片進行合金工藝處理，使透明 導電層與外延層形成良好的歐姆接觸，減低芯片正向電壓;并在經過合金工藝處理后的LED 芯片的表面采用等離子體化學氣相沉積技術沉積一 Si02保護層6。
[0036] 在本實施例中，可采用金屬有機化學氣相沉積、分子束外延或氫化物氣相外延技 術生長發光外延結構層，本發明制造方法的優選方案為采用金屬有機化學氣相沉積技術生 長發光外延結構層;透明電極導電層5的材質可為ΙΤ0或Ni/Au等;采用感應耦合等離子刻蝕 或反應離子刻蝕技術刻蝕的發光外延結構層。
[0037] 接著進行步驟2、在N型GaN層的下臺階部22上光刻圖形，利用電子束蒸發設備蒸鍍 鉻并剝離去膠形成80~120A厚的鉻膜層8;
[0038] 所述步驟S2之前還包括步驟:S2-1:在P型GaN層4上利用電子束蒸發設備蒸鍍透明 導電層5;S2-2:在透明導電層5表層上光刻P區圖形，在透明導電層表層上涂覆光刻膠、光罩 曝光、顯影后露出多余部分透明導電層;光刻后經過化學腐蝕后將露出部分透明導電層腐 蝕掉，最后去掉光刻膠，露出P型GaN層;S2-3:在透明導電層5表層上MESA光刻制作N區圖形， 利用ICP刻蝕自上至下依次刻蝕透明導電層5、P型GaN層4、量子阱層3以及N型GaN層2，并使N 型GaN層形成具有上臺階部21及下臺階部22的臺階狀結構，露出N型GaN層。
[0039] 在本實施例中，優選的，鉻膜層的厚度為1〇〇1_。
[0040] 然后進行步驟3、在鉻膜層8上蒸鍍電極材料并剝離去膠形成N電極9,同時在P型 GaN層4上蒸鍍電極材料并剝離去膠形成P電極7。
[0041] 所述步驟S3之后還包括步驟:S4:對P電極7和N電極9進行退火處理，得到LED晶圓； S5:對LED晶圓進行研磨、拋光、切割得到LED芯片。
[0042] 在本實施例中，P電極和N電極均采用反射電極，其結構依次包括Cr-Al-Cr-Pt-Au 層，第一層Cr的厚度為5-5〇A..。
[0043] 參見圖1，為本發明實施例的一種高性能LED芯片的結構，LED芯片在厚度方向依次 包括藍寶石襯底1、外延層和電極，且外延層包括N型GaN層2、量子阱層3及P型GaN層4，N型 GaN層2為包括上臺階部21和下臺階部22的臺階型結構，量子阱層3及P型GaN層4依次設置在 上臺階部21上方，下臺階部22的N型GaN上直接設置有鉻膜層8,電極包括設置在鉻膜層8上 的N電極9和設置在P型GaN層上的P電極7,還包括設置于P型GaN層4表面上的透明導電層5以 及形成于上述結構的表面Si02保護層6。
[0044] 在本實施例中，P電極7和N電極9均為反射電極，其結構依次包括Cr-Al-Cr-Pt-Au 層，電極與外延層接觸或與鉻膜層接觸的一層均為第一層Cr且N電極與P電極中第一層Cr的 厚度相同。
[0045] 在本實施例中，鉻膜層8覆蓋下臺階部22的面積與N電極9覆蓋所述鉻膜層8的面積 一致。鉻膜層8的厚度為8CK120A，第一層Cr的厚度優選的，鉻膜層8的厚度為 100Λ
[0046] 如下表，在本發明中選取波長、電壓、外延光致發光值相同的24片外延片制備成 18*35mi 1芯片，外觀檢驗表明實驗芯片外觀正常，點測電性參數進行對比。實施例中的LED 芯片為采用本發明中上述方法制備得到，而對比例中的LED芯片為采用與本發明相似的方 法制備，但對比例中的LED芯片均不涉及鍍設鉻膜層8的步驟，也即N電極9直接設置在所述 下臺階部22上。
[00471
[0048]
[0049] 綜上所述，由本發明制造方法得到的LED芯片結構，由于在P電極與N型GaN層之間 增設鉻膜層，芯片亮度提升了 2.14mw，芯片電壓參數不變。本發明對LED芯片的光效提升更 為顯著，使LED芯片更加節能環保。
[0050] 以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技 術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種高亮度LED芯片，其特征在于，所述LED芯片在厚度方向依次包括藍寶石襯底 (1 )、外延層和電極，且所述外延層包括N型GaN層(2 )、量子阱層(3)及P型GaN層(4 )，N型GaN 層（2)為包括上臺階部（21)和下臺階部（22)的臺階型結構，量子阱層（3)及P型GaN層(4)依 次設置在所述上臺階部(21)上方，所述下臺階部(22)的N型GaN上直接設置有鉻膜層(8)，所 述電極包括設置在所述鉻膜層(8)上的N電極(9)和設置在P型GaN層上的P電極(7)，所述電 極與外延層接觸或與鉻膜層接觸的一層均為鉻層且所述N電極與P電極中鉻層的厚度相同， 所述鉻膜層(8)的厚度為80~丨20 A2. 根據權利要求1所述LED芯片，其特征在于，所述P電極(7)和N電極(9)均為反射電極， 其結構依次包括Cr-Al-Cr-Pt-Au層，第一層Cr的厚度為5、50A.3. 根據權利要求1所述LED芯片，其特征在于，所述鉻膜層(8)的厚度為100A。4. 根據權利要求1所述LED芯片，其特征在于，所述鉻膜層(8)覆蓋所述下臺階部(22)的 面積與所述N電極(9)覆蓋所述鉻膜層(8)的面積一致。5. 根據權利要求1所述LED芯片，其特征在于，所述P型GaN層(4)上方設有透明導電層 (5)。6. 根據權利要求5所述LED芯片，其特征在于，還包括一沉積于所述芯片表面的SiO2保護 層(6)。7. -種如權利要求1~6中任意一項所述LED芯片的制備方法，其特征在于，所述方法至 少包括如下步驟： Sl:在藍寶石襯底上形成所述外延層結構； S2:在N型GaN層的下臺階部(22)上蒸鍍鉻并剝離去膠形成所述鉻膜層(8); S3:在所述鉻膜層(8)上蒸鍍電極材料并剝離去膠形成所述N電極(9)，同時在所述P型 GaN層(4)上蒸鍍電極材料并剝離去膠形成所述P電極(7)。8. 根據權利要求7所述LED芯片的制備方法，其特征在于，所述步驟S2之前還包括如下 步驟： S2-1:在P型GaN層(4)上利用電子束蒸發設備蒸鍍透明導電層(5); S2-2:在所述透明導電層(5)表層上光刻P區圖形，在透明導電層表層上涂覆光刻膠、光 罩曝光、顯影后露出多余部分透明導電層;光刻后經過化學腐蝕后將露出部分透明導電層 腐蝕掉，最后去掉光刻膠，露出P型GaN層； S2-3:在所述透明導電層(5)表層上MESA光刻制作N區圖形，利用ICP刻蝕自上至下依次 亥Ij蝕透明導電層(5)、P型GaN層(4)、量子阱層⑶以及N型GaN層(2)，并使N型GaN層形成具有 上臺階部(21)及下臺階部(22)的臺階狀結構，露出N型GaN層。9. 根據權利要求7所述LED芯片的制備方法，其特征在于，所述步驟S3之后還包括步驟： S4:對所述P電極(7)和N電極(9)進行退火處理，得到LED晶圓； S5:對所述LED晶圓進行研磨、拋光、切割得到所述LED芯片。
【文檔編號】H01L33/40GK105932133SQ201610279408
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月29日
【發明人】曹志武, 王遠紅, 陳艷恒
【申請人】湘能華磊光電股份有限公司