專利名稱：一種改進的具有電流阻擋層的發(fā)光二極管芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種改進的具有電流阻擋層的發(fā)光二極管芯片
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及發(fā)光二極管芯片結(jié)構(gòu)，特指一種改進的具有電流阻擋層的發(fā)光二極管芯片。
背景技術(shù)：
目前，發(fā)光二極管(LED)芯片結(jié)構(gòu)有正裝結(jié)構(gòu)，垂直結(jié)構(gòu)和倒裝焊結(jié)構(gòu)，其中正裝結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片如
圖1所示，主要包括襯底1、形成在襯底上的緩沖層2 (buffer layer)、形成在緩沖層上的N型半導(dǎo)體層3、形成在N型半導(dǎo)體層上的發(fā)光層4、形成在發(fā)光層上的P型半導(dǎo)體層5，形成P型半導(dǎo)體層5上的透明導(dǎo)電層6、以及P電極81和N電極 82。由于LED芯片的電流積聚效應(yīng)，即電流主要集中在電極正下方的發(fā)光層部分區(qū)域，橫向擴展比較小，電流分布很不均勻，導(dǎo)致局部電流密度過大，熱量過高，大大降低了芯片的使用效率和壽命。同時，在此區(qū)域電流密度最大，自然發(fā)光強度也最大，但此區(qū)域出射的光絕大部分會被正上方的不透明電極所遮擋，導(dǎo)致LED的出光效率降低。為了解決上述問題，行業(yè)內(nèi)的普遍方法是在P型半導(dǎo)體層和P型電極之間直接鍍上一層絕緣介質(zhì)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(fā)光二極管的出光效率。
實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)光二極管芯片熱量高、電流擴散不均勻、出光效率低等問題，本發(fā)明的目的是提供一種具有高的熱穩(wěn)定性能、電流擴散性好、出光效率高的發(fā)光二極管芯片結(jié)構(gòu)。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型所提供的技術(shù)方案是一種改進的具有電流阻擋層的發(fā)光二極管芯片包括N型半導(dǎo)體層、形成于N型半導(dǎo)體層上的發(fā)光層、形成于發(fā)光層上的P型半導(dǎo)體層、形成于P型半導(dǎo)體層上的透明導(dǎo)電層、形成于透明導(dǎo)電層上的P電極和形成于N型半導(dǎo)體層上的N電極，在P型半導(dǎo)體層上P型電極對應(yīng)的正下方形成有表面光滑的第一溝槽，所述第一溝槽上形成有電流阻擋層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為由于在本實用新型中P型半導(dǎo)體層上P電極對應(yīng)的正下方形成第一溝槽，溝槽上形成有電流阻擋層，采用這樣的結(jié)構(gòu)，不但電流阻擋層能夠起到阻擋電流的作用，通過一定工藝形成的第一溝槽，由于破壞了 P電極下PN結(jié)的結(jié)構(gòu)，溝槽邊緣也能夠?qū)﹄娏髌鸬揭欢ǖ淖钃踝饔?，降低電流向P電極積聚沉度，因此能夠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電極下方以外的發(fā)光區(qū)，減少了電流積聚在P電極下方時產(chǎn)生的熱量，提高了 LED芯片的熱穩(wěn)定性能也延長了器件的使用壽命，同時光滑的溝槽表面能夠增加出射到P電極下光的反射機率，減少光在P電極下的吸收量，最大限度的提升芯片的外部光萃取效率。優(yōu)選的，在所述第一溝槽與電流阻擋層之間，還形成有一反射層，這樣的結(jié)構(gòu)能夠進一步增加出射到P電極下光的反射機率。[0007]優(yōu)選的，在N型半導(dǎo)體層上N電極對應(yīng)的正下方形成有第二溝槽。采用這樣的結(jié)構(gòu)能夠使N電極下方的電流擴散更均勻。優(yōu)選的，所述第一溝槽或第二溝槽的深度在IOOnm至IOOOnm之間。優(yōu)選的，所述第一溝槽或第二溝槽的深度為500nm。優(yōu)選的，所述電流阻擋層的厚度在500A至5000A之間，寬度大于所述P電極的寬度，兩者的差距在3um到IOum之間。優(yōu)選的，所述電流阻擋層的厚度為3000A，寬度大于所述P電極的寬度，兩者的差距為6 Um0優(yōu)選的，所述電流阻擋層沿第一溝槽表面延伸至溝槽兩側(cè)。優(yōu)選的，所述改進的具有電流阻擋層的發(fā)光二極管芯片還包括襯底和形成于襯底上的緩沖層，所述N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層依次形成于所述緩沖層上。優(yōu)選的，在所述P電極與透明導(dǎo)電層之間還形成有歐姆接觸層，以使P電極和透明導(dǎo)電層之間接觸更良好。
以下結(jié)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所示為現(xiàn)有技術(shù)中LED芯片結(jié)構(gòu)側(cè)面示意圖；圖2所示為現(xiàn)有技術(shù)中具有電流阻擋層的LED芯片結(jié)構(gòu)側(cè)面示意圖；圖3所示為本實用新型中改進的具有電流阻擋層的LED芯片結(jié)構(gòu)側(cè)面示意圖；圖4所示為本實用新型中A處的局部放大圖。
具體實施方式請參見圖3和圖4，一種改進的具有電流阻擋層的發(fā)光二極管芯片包括N型半導(dǎo)體層3、形成于N型半導(dǎo)體層上的發(fā)光層4、形成于發(fā)光層上的P型半導(dǎo)體層5、形成于P型半導(dǎo)體層上的透明導(dǎo)電層6、形成于透明導(dǎo)電層上的P電極81和形成于N型半導(dǎo)體層上的 N電極82，在P型半導(dǎo)體層上P型電極對應(yīng)的正下方形成有表面光滑的第一溝槽71a，所述第一溝槽71a上形成有電流阻擋層72。在實際生產(chǎn)中，根據(jù)需要LED芯片還包括襯底1和形成于襯底上的緩沖層2，所述 N型半導(dǎo)體層3、發(fā)光層4、P型半導(dǎo)體層5依次形成于所述緩沖層2上。增加緩沖層2，能夠避免襯底1和N型半導(dǎo)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(jié)構(gòu)，能夠使LED芯片更薄，在倒裝結(jié)構(gòu)的芯片中，減少襯底的吸光，增加芯片出光效率，但在芯片切割中容易導(dǎo)致LED芯片碎裂。所述襯底1的材料選自硅、藍寶石、SiC、ZnO、GaN等，將襯底1放入有機化學(xué)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(yīng)，生成III-V族化合物，通過沉積便可依次在襯底1的正面上生長緩沖層2、N型半導(dǎo)體層3、發(fā)光層4、P型半導(dǎo)體層5的疊層結(jié)構(gòu)，完成芯片制程后，經(jīng)過研磨和拋光，便可將襯底1打磨到一定的厚度，或者根據(jù)需要將整個襯底全部剝離。優(yōu)選的，在N型半導(dǎo)體層3上N電極82對應(yīng)的正下方也形成有第二溝槽71b，采用這樣的結(jié)構(gòu)能夠使N電極下方的電流擴散更均勻；在P電極下第一溝槽71a與電流阻擋層72之間，還形成有一反射層73，以增加出射到P電極81下光的反射機率，所述反射層材料為Ag、Al或Au等高反射率金屬。所述第一溝槽71a或第二溝槽71b的深度H在IOOnm 至IOOOnm之間，具體的，溝槽71的深度H為500nm。其制作工藝如下將芯片清洗后，在其表面沉積3000 20000A的二氧化硅做掩膜，然后經(jīng)過勻膠、曝光、顯影、堅膜后采用熱酸溶液進行腐蝕，最后采用BOE(Buffere oxide etch,HF NH4F= 1 10)溶液去除氧化硅掩膜。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，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，所述溝槽71還可以通過光學(xué)刻蝕或者電感耦合等離子體(ICP)刻蝕方法形成。采用上述工藝形成的溝槽71表面相對于較粗化的外延片表面更光滑，因此能夠更進一步的增加出射到P電極下光的反射機率，減少光在P電極下的吸收量，相對增加芯片的出光效率。所述電流阻擋層72的材料可以是Ti02、Al203、Si02、Si3N4中的一種或其組合，其厚度h在500A至5000A之間，寬度大于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72的厚度h為3000A，寬度大于P電極6um，所述電流阻擋層72沿第一溝槽71a表面延伸至溝槽兩側(cè)，左右兩側(cè)與P電極的距離D各為3um。所述透明導(dǎo)電層6是通過蒸發(fā)臺或者濺射鍍膜法在P型半導(dǎo)體層5上鍍的氧化銦錫(ITO)薄膜，在所述P電極81與透明導(dǎo)電層6之間還沉積有歐姆接觸層9，以使P電極 81和透明導(dǎo)電層6之間接觸更良好。所述歐姆接觸層9的材料可以是Ni、Au、Ru、Pd、Ir、 Pt或Si中的一種或組合。本實用新型中的LED芯片，在P電極的正下方，不但能夠阻擋電流直接向P電極正下方擴散，同時還能夠增加P電極下部光的反射機率，因此能夠提升發(fā)光二極管芯片的出光效率并延長使用壽命。以上所述均以方便說明本實用新型，在不脫離本實用新型創(chuàng)作的精神范疇內(nèi)，熟悉此技術(shù)的本領(lǐng)域的技術(shù)人員所做的各種簡單的變相與修飾仍屬于本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種改進的具有電流阻擋層的發(fā)光二極管芯片，包括N型半導(dǎo)體層、形成在N型半導(dǎo)體層上的發(fā)光層、形成在發(fā)光層上的P型半導(dǎo)體層、形成在P型半導(dǎo)體層上的透明導(dǎo)電層、形成在透明導(dǎo)電層上的P電極和形成于N型半導(dǎo)體層上的N電極，其特征在于在P型半導(dǎo)體層上P電極對應(yīng)的正下方形成有表面光滑的第一溝槽，所述第一溝槽上形成有電流阻擋層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進的具有電流阻擋層的發(fā)光二極管芯片，其特征在于在所述第一溝槽與電流阻擋層之間，還形成有一反射層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改進的具有電流阻擋層的發(fā)光二極管芯片，其特征在于 在N型半導(dǎo)體層上N電極對應(yīng)的正下方形成有第二溝槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改進的具有電流阻擋層的發(fā)光二極管芯片，其特征在于所述第一溝槽或第二溝槽的深度在IOOnm至IOOOnm之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改進的具有電流阻擋層的發(fā)光二極管芯片，其特征在于所述第一溝槽或第二溝槽的深度為500nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的改進的具有電流阻擋層的發(fā)光二極管芯片，其特征在于所述電流阻擋層的厚度在500A至5000A之間，寬度大于所述P電極的寬度，兩者的差距在3um 到IOum之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的改進的具有電流阻擋層的發(fā)光二極管芯片，其特征在于所述電流阻擋層的厚度為3000A，寬度大于所述P電極的寬度，兩者的差距為6um。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的改進的具有電流阻擋層的發(fā)光二極管芯片，其特征在于所述電流阻擋層沿第一溝槽表面延伸至溝槽兩側(cè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進的具有電流阻擋層的發(fā)光二極管芯片，其特征在于，還包括襯底和形成于襯底上的緩沖層，所述N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層依次形成于所述緩沖層上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的改進的具有電流阻擋層的發(fā)光二極管芯片，其特征在于，在所述P電極與透明導(dǎo)電層之間還形成有歐姆接觸層。
專利摘要本實用新型提供了一種改進的具有電流阻擋層的發(fā)光二極管芯片，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。該LED芯片包括N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層和P型半導(dǎo)體層的層疊結(jié)構(gòu)以及透明導(dǎo)電層、形成于透明導(dǎo)電層上的P電極和形成于N型半導(dǎo)體層上的N電極，在P型半導(dǎo)體層上P型電極對應(yīng)的正下方形成有一表面光滑的溝槽，所述溝槽上形成有電流阻擋層。本實用新型中的LED芯片在P電極的正下方，不但具有電流阻擋作用，同時光滑的溝槽表面還能起到反光的目的，因此能夠提升發(fā)光二極管芯片的出光效率并延長使用壽命。
文檔編號H01L33/20GK202025790SQ20112007945
公開日2011年11月2日 申請日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者葉國光, 曹東興, 楊小東, 梁伏波, 樊邦揚 申請人:廣東銀雨芯片半導(dǎo)體有限公司