專利名稱：一種高亮度led芯片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED及其制造方法，特別是涉及一種高亮度LED芯片及其制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體照明作為新型高效固體光源，具有壽命長、節(jié)能、環(huán)保、安全等顯著優(yōu)點(diǎn)，將成為人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后的又一次飛躍，其應(yīng)用領(lǐng)域正在迅速擴(kuò)大，正帶動(dòng)傳統(tǒng)照明、顯示等行業(yè)的升級(jí)換代，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益巨大。正因如此，半導(dǎo)體照明被普遍看作是21世紀(jì)最具發(fā)展前景的新興產(chǎn)業(yè)之一，也是未來幾年光電子領(lǐng)域最重要的制聞點(diǎn)之一 。
為提高光提取效率，使得器件體內(nèi)產(chǎn)生的光子更多地發(fā)射到體外，并改善器件內(nèi)部熱特性，經(jīng)過多年的研究和實(shí)踐，人們已經(jīng)提出了多種光提取效率提高的方法，比如倒裝結(jié)構(gòu)、芯片形狀幾何化結(jié)構(gòu)、圖形襯底、光子晶體、表面粗化、背鍍反射鏡、電流擴(kuò)展優(yōu)化等。
然而，如何突破現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)一步提高出光效率仍然是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)課題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是要提供一種提高LED芯片亮度的方法，能有效提高 LED芯片的亮度。
為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種高亮度LED芯片的制造方法， 所述方法至少包括以下步驟步驟一，提供一藍(lán)寶石襯底，在所述藍(lán)寶石襯底上依次生長N 型GaN層、有源層及P型GaN層，以形成發(fā)光外延結(jié)構(gòu)層；步驟二，刻蝕所述的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)層，以去掉部分有源層及部分P型GaN層，并使所述N型GaN層形成具有上臺(tái)階部及下臺(tái)階部的臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)；步驟三，在所述P型GaN層表面上對(duì)應(yīng)欲制作P電極的區(qū)域制作絕緣反射層；步驟四，在所述P型GaN層與所述絕緣反射層表面上制作透明電極層，然后于所述透明電極層表面上與所述絕緣反射層垂向?qū)?yīng)的區(qū)域制作P電極，及于所述N型GaN層的下臺(tái)階部上制作N電極；步驟五，在所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)層上表面形成保護(hù)層，最后進(jìn)行研磨、劃裂以完成所述高亮度LED芯片的制備。
在本發(fā)明的制造方法步驟一中采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積、分子束外延或氫化物氣相外延技術(shù)生長所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)層。
在本發(fā)明的制造方法步驟二中，采用感應(yīng)耦合等離子刻蝕或反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)進(jìn)行刻蝕。
在本發(fā)明的制造方法中，所述N型GaN層的上臺(tái)階部與下臺(tái)階部的落差為800 2000nm。
在本發(fā)明的制造方法中，所述步驟三中，所述絕緣反射層先形成于所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)層的上表面，然后通過干法刻蝕或濕法蝕刻以制作成所需形狀。
在本發(fā)明的制造方法中，所述絕緣反射層包括絕緣層和反射層，其中，所述絕緣層形成于所述P型GaN層表面，所述反射層形成于所述絕緣層表面。
在本發(fā)明的制造方法中，所述絕緣層為SiO2層或Si3N4層，采用BOE溶液或氫氟酸刻蝕。
在本發(fā)明的制造方法中，所述絕緣層的厚度為10 lOOOnm。
在本發(fā)明的制造方法中，交替制作Ti02/Si02循環(huán)交替層、Al/Ti堆棧層、Al/Ni堆棧層、Al/Cr堆棧層或AVSiO2堆棧層以制備所述反射層，如上所述的循環(huán)交替層或堆棧層的循環(huán)次數(shù)為I 50次。
在本發(fā)明的制造方法中，所述反射層為Ti02/Si02循環(huán)交替層時(shí)，采用濃硫酸刻蝕 TiO2，采用BOE溶液或氫氟酸刻蝕SiO2 ;所述反射層為Al/Ti堆棧層、Al/Ni堆棧層、Al/Cr 堆棧層或AVSiO2堆棧層時(shí)，采用鹽酸或硫酸刻蝕Al，采用氫氟酸、熱的濃鹽酸或熱的濃硫酸刻蝕Ti，采用硝酸刻蝕Ni，采用鹽酸與Cr的混合液刻蝕Cr，采用BOE溶液或氫氟酸刻蝕 Si02。
在本發(fā)明的制造方法中,所述反射層的厚度為5 4000nm。
在本發(fā)明的制造方法中，所述步驟四中采用濺射法或蒸發(fā)法制作透明電極層。
在本發(fā)明的制造方法中，所述步驟五中采用等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備保護(hù)層。
本發(fā)明還提供了一種高亮度LED芯片，所述LED芯片至少包括藍(lán)寶石襯底；結(jié)合于所述藍(lán)寶石襯底表面并呈臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)的N型GaN層、設(shè)置在所述N型GaN層的下臺(tái)階部的N電極、結(jié)合于所述N型GaN層的上臺(tái)階部的有源層、結(jié)合于所述有源層上表面的P型 GaN層、布設(shè)在所述P型GaN層上的絕緣反射層、覆蓋所述P型GaN層與所述絕緣反射層表面的透明電極層，以及設(shè)置于所述透明電極層表面且對(duì)應(yīng)于所述絕緣反射層的區(qū)域上的P 電極，其中，所述絕緣反射層的布設(shè)區(qū)域與所述P電極垂向?qū)?yīng)；以及保護(hù)層。
在本發(fā)明的LED芯片中，所述N型GaN層的上臺(tái)階部與下臺(tái)階部的落差為800 2000nm。
在本發(fā)明的LED芯片中，所述絕緣反射層包括絕緣層和反射層，其中，所述絕緣層結(jié)合于所述P型GaN層上表面，所述反射層結(jié)合于所述絕緣層上表面。
在本發(fā)明的LED芯片中，所述絕緣層為SiO2層或Si3N4層。
在本發(fā)明的LED芯片中，所述絕緣層的厚度為10 lOOOnm。
在本發(fā)明的LED芯片中，所述反射層為Ti02/Si02循環(huán)交替層、Al/Ti堆棧層、Al/ Ni堆棧層、Al/Cr堆棧層或AVSiO2堆棧層，如上所述的循環(huán)交替層或堆棧層的循環(huán)次數(shù)為 I 50次。
在本發(fā)明的LED芯片中，所述反射層的厚度為5 4000nm。
在本發(fā)明的LE D芯片中，所述的透明電極層為ITO層或Ni/Au層。
在本發(fā)明的LED芯片中，所述的絕緣反射層的四周邊緣比所述P電極對(duì)應(yīng)的四周邊緣多出的寬度為O 10 μ m。
如上所述，由本發(fā)明制造方法得到的LED結(jié)構(gòu)芯片，由于具有絕緣反射層，使提供給本發(fā)明LED芯片的全部電流將通過透明電極向P電極周圍傳遞，而不從P電極下注入， 這樣電流被有效利用，從而提高LED芯片的發(fā)光效率。并且，本由發(fā)明制造方法得到的LED芯片輻射出的光子P到達(dá)絕緣反射層時(shí)，由于絕緣反射層的反射率很高、大部分光可以反射到出光面而逃逸出去，這樣能增加光子從芯片逃逸的幾率，提高LED芯片的出光效率。因此，采用本發(fā)明的方法可以提高LED芯片的出光效率，可使LED芯片的亮度提高10 %以上。


圖1至圖4顯示為本發(fā)明的制作方法中依據(jù)各步驟呈現(xiàn)的LED截面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式
加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在不背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想， 遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。如圖1 4所示，本發(fā)明提供一種高亮度LED芯片的制造方法，所述方法至少包括以下步驟
請(qǐng)參閱圖1，如圖所示，首先進(jìn)行步驟一，提供一藍(lán)寶石襯底1，在所述藍(lán)寶石襯底 I上依次生長N型GaN層21、有源層22，及P型GaN層23，以形成發(fā)光外延結(jié)構(gòu)層，具體地， 可采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積、分子束外延或氫化物氣相外延技術(shù)生長所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)層，本發(fā)明制造方法的優(yōu)選方案為采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)生長所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)層，還需要說明的是，本實(shí)施例中所述的有源層為量子阱層。
請(qǐng)參閱圖2，如圖所示，接著進(jìn)行步驟二，刻蝕所述的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)層，以去掉部分有源層22及部分P型GaN層23，并繼續(xù)刻蝕所述N型GaN層21以形成具有上臺(tái)階部212 及下臺(tái)階部211的臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)。
在本實(shí)施方式中，采用感應(yīng)耦合等離子刻蝕或反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)刻蝕所述的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)層，在具體的實(shí)施過程中，所述N型GaN層的上臺(tái)階部212與下臺(tái)階部211的落差為 800 2000nm。
請(qǐng)參閱圖3a 3b，如圖所示，然后進(jìn)行步驟三，在所述P型GaN層23表面上對(duì)應(yīng)欲制作P電極26的區(qū)域制作絕緣反射層24 ;特別需要說明的是，所述絕緣反射層24包括絕緣層和反射層，具體實(shí)施方法為，先在所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)的層的上表面形成一絕緣層，并在所述的絕緣層上形成反射層，然后在所述的反射層上形成光刻膠并制作光刻圖形，之后進(jìn)行干法刻蝕或濕法蝕刻，最后去除光刻膠、以在特定的位置上制作成所需形狀的絕緣反射層24。在一具體的實(shí)施方案中，所述絕緣層為SiO2層或Si3N4層，采用BOE溶液或氫氟酸刻蝕，所述絕緣層的厚度為10 lOOOnm。
本實(shí)施例的一優(yōu)選方案為，交替制作Ti02/Si02循環(huán)交替層、Al/Ti堆棧層、Al/Ni 堆棧層、Al/Cr堆棧層或AVSiO2堆棧層以制備所述反射層，具體地，所述循環(huán)交替層或堆棧層的循環(huán)次數(shù)為I 50次，所述反射層的厚度為5 4000nm。
如上所述 的優(yōu)選方案中，反射層為Ti02/Si02循環(huán)交替層時(shí)，采用濃硫酸刻蝕TiO2，采用BOE溶液或氫氟酸刻蝕SiO2 ;所述反射層為Al/Ti堆棧層、Al/Ni堆棧層、Al/Cr 堆棧層或AVSiO2堆棧層時(shí)，采用鹽酸或硫酸刻蝕Al，采用氫氟酸、熱的濃鹽酸或熱的濃硫酸刻蝕Ti，采用硝酸刻蝕Ni，采用鹽酸與Cr的混合液刻蝕Cr，采用BOE溶液或氫氟酸刻蝕 Si02。
請(qǐng)參閱圖4，如圖所示，最后進(jìn)行步驟四與步驟五，在所述P型GaN層23與所述絕緣反射層24表面上制作透明電極層25，該透明電極層25的材質(zhì)可為ITO或Ni/Au等，然后于所述透明電極層25表面上與所述絕緣反射層24垂向?qū)?yīng)的區(qū)域制作P電極26，及于所述N型GaN層21的下臺(tái)階部211上制作N電極27 ;接著在所得結(jié)構(gòu)表面形成保護(hù)層3，該保護(hù)層3可為SiO2層等，最后進(jìn)行研磨、劃裂以完成所述高亮度LED芯片的制備。
在本實(shí)施例中，采用濺射法或蒸發(fā)法制作透明電極層25，采用等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備保護(hù)層3。
本發(fā)明還提供了一種高亮度LED芯片，所述LED芯片至少包括
藍(lán)寶石襯底I ;結(jié)合于所述藍(lán)寶石襯底I表面并呈臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)的N型GaN層21、設(shè)置在所述N型GaN層21的下臺(tái)階部211的N電極27、結(jié)合于所述N型GaN層21的上臺(tái)階部212的有源層22、結(jié)合于所述有源層上表面的P型GaN層23、布設(shè)在所述P型GaN層23 上的絕緣反射層24、覆蓋所述P型GaN層23與所述絕緣反射層24表面的透明電極層25， 以及設(shè)置于所述透明電極層25表面且對(duì)應(yīng)于所述絕緣反射層24的區(qū)域上的P電極26，其中，所述絕緣反射層24的布設(shè)區(qū)域與所述P電極26垂向?qū)?yīng)；以及保護(hù)層3，形成于上述結(jié)構(gòu)的表面。
需要說明的是，所述N型GaN層的上臺(tái)階部212與下臺(tái)階部211的落差為800 2000nm，所述的有源層22優(yōu)選量子阱層。
作為本實(shí)施例的一優(yōu)選方案，所述絕緣反射層包括絕緣層和反射層，其中，所述絕緣層結(jié)合于所述P型GaN層23上表面，以使所述透明電極25層與所述P型GaN層23絕緣，所述反射層結(jié)合于所述絕緣層上表面，所述絕緣層為SiO2層或Si3N4層，厚度為10 IOOOnm ;所述反射層為Ti02/Si02循環(huán)交替層、Al/Ti堆棧層、Al/Ni堆棧層、Al/Cr堆棧層或AVSiO2堆棧層，循環(huán)交替層或堆棧層的循環(huán)次數(shù)為I 50次，所述反射層的厚度為5 4000nm。
特別需要說明的是，所述的絕緣反射層24的四周邊緣比所述P電極26對(duì)應(yīng)的四周邊緣多出的寬度為O 10 μ m。
在本實(shí)施例中，所述的透明電極層25為ITO層或Ni/Au層，所述的保護(hù)層3優(yōu)選為SiO2層。
下表為采用本發(fā)明的制造方法得到的10X23mil芯片與常規(guī)IOX 23miI芯片的光電參數(shù)對(duì)比。如表格所示，采用本發(fā)明的制造方法得到的芯片與常規(guī)芯片的光功率(mW)可提升10%以上，而其他光電參數(shù)基本保持一致，由此可見，依照本發(fā)明的制造方法可以提高電 流的利用率、增加光子從芯片逃逸的幾率、提高LED芯片的出光效率。
權(quán)利要求
1.一種高亮度LED芯片的制造方法，其特征在于所述方法至少包括以下步驟 步驟一，提供一藍(lán)寶石襯底，在所述藍(lán)寶石襯底上依次生長N型GaN層、有源層及P型GaN層，以形成發(fā)光外延結(jié)構(gòu)層； 步驟二，刻蝕所述的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)層，以去掉部分有源層及部分P型GaN層，并使所述N型GaN層形成具有上臺(tái)階部及下臺(tái)階部的臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)； 步驟三，在所述P型GaN層表面上對(duì)應(yīng)欲制作P電極的區(qū)域制作絕緣反射層； 步驟四，在所述P型GaN層與所述絕緣反射層表面上制作透明電極層，然后于所述透明電極層表面上與所述絕緣反射層垂向?qū)?yīng)的區(qū)域制作P電極，及于所述N型GaN層的下臺(tái)階部上制作N電極； 步驟五，在所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)層上表面形成保護(hù)層，最后進(jìn)行研磨、劃裂以完成所述高亮度LED芯片的制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述高亮度LED芯片的制造方法，其特征在于所述步驟一中采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積、分子束外延或氫化物氣相外延技術(shù)生長所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述高亮度LED芯片的制造方法，其特征在于所述步驟二中，采用感應(yīng)耦合等離子刻蝕或反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)進(jìn)行刻蝕。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述高亮度LED芯片的制造方法，其特征在于所述N型GaN層的上臺(tái)階部與下臺(tái)階部的落差為800 2000nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述高亮度LED芯片的制造方法，其特征在于所述步驟三中，所述絕緣反射層先形成于所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)層的上表面，然后通過干法刻蝕或濕法蝕刻以制作成所需形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述高亮度LED芯片的制造方法，其特征在于所述絕緣反射層包括絕緣層和反射層，其中，所述絕緣層形成于所述P型GaN層上表面，所述反射層形成于所述絕緣層上表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中所述高亮度LED芯片的制造方法，其特征在于所述絕緣層為SiO2層或Si3N4層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7中所述高亮度LED芯片的制造方法，其特征在于采用BOE溶液或氫氟酸刻蝕。
9.根據(jù)權(quán)利要求6中所述高亮度LED芯片的制造方法，其特征在于所述絕緣層的厚度為10 IOOOnmo
10.根據(jù)權(quán)利要求6中所述高亮度LED芯片的制造方法，其特征在于交替制作TiO2/SiO2循環(huán)交替層、Al/Ti堆棧層、Al/Ni堆棧層、Al/Cr堆棧層或Al/Si02堆棧層以制備所述反射層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10中所述高亮度LED芯片的制造方法，其特征在于所述循環(huán)交替層或堆棧層的循環(huán)次數(shù)為I 50次。
12.根據(jù)權(quán)利要求6中所述高亮度LED芯片的制造方法，其特征在于所述反射層為Ti02/Si02循環(huán)交替層時(shí)，采用濃硫酸刻蝕TiO2，采用BOE溶液或氫氟酸刻蝕SiO2 ;所述反射層為Al/Ti堆棧層、Al/Ni堆棧層、Al/Cr堆棧層或Al/Si02堆棧層時(shí)，采用鹽酸或硫酸刻蝕Al，采用氫氟酸、熱的濃鹽酸或熱的濃硫酸刻蝕Ti，采用硝酸刻蝕Ni，采用鹽酸與Cr的混合液刻蝕Cr，采用BOE溶液或氫氟酸刻蝕Si02。
13.根據(jù)權(quán)利要求6中所述高亮度LED芯片的制造方法，其特征在于所述反射層的厚度為5 4000nm。
14.根據(jù)權(quán)利要求1中所述高亮度LED芯片的制造方法，其特征在于所述步驟四中采用濺射法或蒸發(fā)法制作透明電極層。
15.根據(jù)權(quán)利要求1中所述高亮度LED芯片的制造方法，其特征在于所述步驟五中采用等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備保護(hù)層。
16.一種高亮度LED芯片，其特征在于，所述LED芯片至少包括 藍(lán)寶石襯底；結(jié)合于所述藍(lán)寶石襯底表面并呈臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)的N型GaN層、設(shè)置在所述N型GaN層的下臺(tái)階部的N電極、結(jié)合于所述N型GaN層的上臺(tái)階部的有源層、結(jié)合于所述有源層上表面的P型GaN層、布設(shè)在所述P型GaN層上的絕緣反射層、覆蓋所述P型GaN層與所述絕緣反射層表面的透明電極層，以及設(shè)置于所述透明電極層表面且對(duì)應(yīng)于所述絕緣反射層的區(qū)域上的P電極，其中，所述絕緣反射層的布設(shè)區(qū)域與所述P電極垂向?qū)?yīng)；以及保護(hù)層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16中所述的高亮度LED芯片，其特征在于所述N型GaN層的上臺(tái)階部與下臺(tái)階部的落差為800 2000nm。
18.根據(jù)權(quán)利要求16中所述高亮度LED芯片的制造方法，其特征在于所述絕緣反射層包括絕緣層和反射層，其中，所述絕緣層結(jié)合于所述P型GaN層上表面，所述反射層結(jié)合于所述絕緣層上表面。
19.根據(jù)權(quán)利要求18中所述的高亮度LED芯片，其特征在于所述絕緣層為SiO2層或Si3N4 層。
20.根據(jù)權(quán)利要求18中所述的高亮度LED芯片，其特征在于所述絕緣層的厚度為10 IOOOnmo
21.根據(jù)權(quán)利要求18中所述的高亮度LED芯片，其特征在于所述反射層為Ti02/Si02循環(huán)交替層、Al/Ti堆棧層、Al/Ni堆棧層、Al/Cr堆棧層或AVSiO2堆棧層。
22.根據(jù)權(quán)利要求21中所述的高亮度LED芯片，其特征在于所述循環(huán)交替層或堆棧層的循環(huán)次數(shù)為I 50次。
23.根據(jù)權(quán)利要求18中所述的高亮度LED芯片，其特征在于所述反射層的厚度為5 4000nm。
24.根據(jù)權(quán)利要求16中所述的高亮度LED芯片，其特征在于所述的透明電極層為ITO層或N i /Au層。
25.根據(jù)權(quán)利要求16中所述的高亮度LED芯片，其特征在于所述的絕緣反射層的四周邊緣比所述P電極對(duì)應(yīng)的四周邊緣多出的寬度為0 IOii m。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高亮度LED芯片及其制造方法，由本發(fā)明制造方法制得的LED結(jié)構(gòu)芯片包括藍(lán)寶石襯底、具有N電極的N型GaN層、有源層、P型GaN層、絕緣反射層、透明電極層、P電極以及保護(hù)層。本發(fā)明的LED芯片由于具有絕緣反射層，使提供給本發(fā)明LED芯片的全部電流將通過透明電極向P電極周圍傳遞、而不從P電極下注入，電流被有效利用，從而提高LED芯片的出光效率。并且，由于絕緣反射層的反射率很高，能增加光子從芯片逃逸的幾率，提高LED芯片的出光效率。因此，采用本發(fā)明的方法可以提高LED芯片的出光效率，可使LED芯片的亮度提高10%以上。
文檔編號(hào)H01L33/46GK103035787SQ201110294590
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者李士濤, 郝茂盛, 張楠, 陳誠, 袁根如, 朱廣敏 申請(qǐng)人:上海藍(lán)光科技有限公司