一种发光二极管的芯片及其制备方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管的芯片及其制备方法。

背景技术：

发光二极管(英文：lightemittingdiode，简称：led)是利用半导体的pn结电致发光原理制成的一种半导体发光器件。led是一种绿色环保的照明光源，光谱中没有紫外线和红外线，发出的光中既没有热量，也没有有害辐射，而且废弃物可回收。此外，led还具有低电压、低功耗、体积小、重量轻等优点，可以做成点、线、面等各种形式的产品，同时控制极为方便，通过调整电流即可随意调节光强，利用时序控制电路更能达到丰富多彩的动态变化效果。led目前已广泛应用于交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、手机背光源、户外全彩显示屏等领域。

现有led包括蓝宝石衬底，以及依次层叠在蓝宝石衬底上的n型层、多量子阱层、p型层、电流阻挡层和透明导电层，透明导电层上设置有p型电极，led上设有从透明导电层延伸至n型层的凹槽，凹槽内的n型层上设置有n型电极，透明导电层、凹槽的侧壁和凹槽内的n型层上均设置有钝化层。其中，p型电极包括圆柱体和至少一个自圆柱体向外延伸的条形体，圆柱体和条形体均包括依次层叠的欧姆接触层、反光层和焊料层，反光层的材料一般采用具有高反射率的铝，以减小电极对光线的吸收，提高led的发光亮度。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

铝在使用时存在电迁移的问题，而条形体的宽度很小(目前已减小至4微米左右)，条形体在长时间使用后很容易出现断裂，造成led的可靠性较低，影响led的产业化推广。

技术实现要素：

为了解决现有技术电极在长时间使用容易断裂、造成led的可靠性较低的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管的芯片及其制备方法。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管的芯片，所述芯片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的氮化镓缓冲层、n型氮化镓层、多量子阱层、p型氮化镓层、电流阻挡层和透明导电层，所述芯片上设有从所述透明导电层延伸至所述n型氮化镓层的凹槽；所述芯片还包括n型电极、p型电极和钝化层，所述n型电极设置在所述凹槽内的所述n型氮化镓层上，所述钝化层设置在所述透明导电层、所述凹槽的侧壁和所述凹槽内的所述n型氮化镓层上；所述p型电极包括底面设置在所述p型氮化镓层和透明导电层上的圆柱体和至少一个底面设置在所述透明导电层上的条形体，所述条形体由所述圆柱体的侧面向外延伸，所述圆柱体和所述条形体均包括依次层叠的欧姆接触层、反光层和焊料层，所述反光层的材料采用铝硅铜合金，所述铝硅铜合金中硅的质量分数为1％～2％，所述铝硅铜合金中铜的质量分数为0.5％～1％。

可选地，所述焊料层包括依次层叠的至少两个子层，所述至少两个子层中距离所述反光层最远的所述子层的材料采用铝硅铜合金。

优选地，所述至少两个子层中距离所述反光层最远的所述子层的厚度为10000～20000埃。

可选地，所述反光层的厚度为500～3000埃。

另一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管的芯片的制备方法，所述制备方法包括：

在衬底上依次生长氮化镓缓冲层、n型氮化镓层、多量子阱层、p型氮化镓层；

开设从所述p型氮化镓层延伸至所述n型氮化镓层的凹槽；

在所述p型氮化镓层上形成电流阻挡层和透明导电层；

在所述p型氮化镓层和所述透明导电层上设置p型电极，在所述凹槽内的所述n型氮化镓层上设置n型电极，所述p型电极包括底面设置在所述p型氮化镓层和透明导电层上的圆柱体和至少一个底面设置在所述透明导电层上的条形体，所述条形体由所述圆柱体的侧面向外延伸；

在所述透明导电层、所述凹槽的侧壁、所述凹槽内的所述n型氮化镓层上形成钝化层；

所述在所述p型氮化镓层和所述透明导电层上设置p型电极，在所述凹槽内的所述n型氮化镓层上设置n型电极，包括：

依次形成欧姆接触层、反光层和焊料层，所述反光层的材料采用铝硅铜合金，所述铝硅铜合金中硅的质量分数为1％～2％，所述铝硅铜合金中铜的质量分数为0.5％～1％。

可选地，所述依次形成欧姆接触层、反光层和焊料层，包括：

依次采用溅射技术形成欧姆接触层、反光层和焊料层。

优选地，所述依次采用溅射技术形成欧姆接触层、反光层和焊料层，包括：

将未形成所述p型电极和所述n型电极的芯片放置在磁控溅射设备内的腔体中，所述芯片与靶材的距离为3～10cm；

控制所述腔体的真空度为0.05～0.5kpa，利用氩离子轰击所述靶材，所述靶材溅射到所述芯片上，形成欧姆接触层、反光层或者焊料层。

更优选地，所述芯片与靶材的距离为6cm。

可选地，所述焊料层包括依次层叠的至少两个子层，所述至少两个子层中距离所述反光层最远的所述子层的材料采用铝硅铜合金。

优选地，所述至少两个子层中距离所述反光层最远的所述子层的厚度为10000～20000埃。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

硅和铜的密度均比铝大，采用硅和铜混合在铝中形成的铝硅铜合金代替铝形成反光层，反光层中硅和铜渗入到铝的空位中，使得反光层中的空位密度降低，进而阻碍了铝的扩散，有效改善铝在使用时出现电迁移的问题，避免铝迁移造成电极断裂，同时铝硅铜合金中的铜可以阻止硅结晶形成凸起，增强电极的稳定性，将电极的使用寿命提高近一个数量级，进而提高芯片的可靠性，加强led的市场竞争力。而且铝硅铜合金中硅的质量分数为1％～2％，铝硅铜合金中铜的质量分数为0.5％～1％，硅和铜的含量很低，不会对铝的反光作用造成影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种发光二极管的芯片的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的p型电极和n型电极的结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的圆柱体和条形体的结构示意图；

图4是本发明实施例二提供的一种发光二极管的芯片的制备方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种发光二极管的芯片，参见图1，该芯片包括衬底1、以及依次层叠在衬底1上的氮化镓缓冲层2、n型氮化镓层3、多量子阱层4、p型氮化镓层5、电流阻挡层6和透明导电层7，该芯片上设有从透明导电层7延伸至n型氮化镓层3的凹槽。该芯片还包括n型电极8、p型电极9和钝化层10，n型电极8设置在凹槽内的n型氮化镓层3上，钝化层10设置在透明导电层7、凹槽的侧壁和凹槽内的n型氮化镓层3上。p型电极包括底面设置在p型氮化镓层和透明导电层上的圆柱体和至少一个底面设置在透明导电层上的条形体，参见图2，条形体92由圆柱体91的侧面向外延伸，参见图3，圆柱体和条形体均包括依次层叠的欧姆接触层9a、反光层9b和焊料层9c。

在本实施例中，反光层的材料采用铝硅铜合金，铝硅铜合金中硅的质量分数可以为1％～2％，铝硅铜合金中铜的质量分数可以为0.5％～1％。

硅和铜的密度均比铝大，采用硅和铜混合在铝中形成的铝硅铜合金代替铝形成反光层，反光层中硅和铜渗入到铝的空位中，使得反光层中的空位密度降低，进而阻碍了铝的扩散，有效改善铝在使用时出现电迁移的问题，避免铝迁移造成电极断裂，同时铝硅铜合金中的铜可以阻止硅结晶形成凸起，增强电极的稳定性，将电极的使用寿命提高近一个数量级，进而提高芯片的可靠性，加强led的市场竞争力。而且铝硅铜合金中硅的质量分数为1％～2％，铝硅铜合金中铜的质量分数为0.5％～1％，硅和铜的含量很低，不会对铝的反光作用造成影响。

在本实施例中，条形体92的侧面与条形体92的底面垂直。

具体地，衬底为蓝宝石衬底。

具体地，反光层的厚度可以为500～3000埃，在达到反光效果的同时，节省材料的使用。

可选地，欧姆接触层的材料可以采用铬。

具体地，欧姆接触层的厚度可以为5～50埃，在保证与半导体材料实现欧姆接触的情况下，避免过厚影响发光亮度。

可选地，焊料层可以包括依次层叠的至少两个子层，至少两个子层中距离反光层最远的子层的材料采用铝硅铜合金。

具体地，至少两个子层中距离反光层最远的子层的厚度可以为10000～20000埃。

优选地，焊料层可以包括依次层叠的两个子层，两个子层采用的材料依次为钛、铝硅铜合金；焊料层也可以包括依次层叠的三个子层，三个子层采用的材料依次为铬、钛、铝硅铜合金。

具体地，三个子层的厚度可以依次为200～1000埃、200～1000埃、10000～20000埃。

具体地，多量子阱层可以包括多个铟镓氮层和多个氮化镓层，多个铟镓氮层和多个氮化镓层交替层叠设置。电流阻挡层的材料可以为二氧化硅或者氧化铝，电流阻挡层的厚度可以为1000埃。透明导电层的材料可以为氧化铟锡或者氧化镉。钝化层的材料可以为二氧化硅或者氧化铝。

可选地，该芯片还可以包括设置在衬底1上的分布式布拉格反射镜(英文：distributedbraggreflection，简称dbr)层11，dbr层11和氮化镓缓冲层2分别设置在衬底1相反的两个表面上。

具体地，dbr层可以包括层叠设置的多个氧化层，多个氧化层采用至少两种材料制成，多个氧化层中不同材料的氧化层周期性层叠设置，多个氧化层的层数≥30。

优选地，至少两种折射率的氧化层的材料可以采用五氧化二钽、二氧化锆、氧化铝、二氧化钛、二氧化硅中的两种或三种。五氧化二钽ta2o5、二氧化锆zro2、氧化铝al2o3、二氧化钛tio2、二氧化硅sio2的折射率分别为2.06、1.92、1.77、2.35和1.46。

进一步地，至少两种折射率的氧化层的材料可以采用二氧化钛和二氧化硅，二氧化钛和二氧化硅的折射率相差最大，反射效果最好。

实施例二

本发明实施例提供了一种发光二极管的芯片的制备方法，适用于制备实施例一提供的芯片，参见图4，该制备方法包括：

步骤201：在衬底上依次生长氮化镓缓冲层、n型氮化镓层、多量子阱层、p型氮化镓层。

具体地，衬底为蓝宝石衬底。多量子阱层可以包括多个铟镓氮层和多个氮化镓层，多个铟镓氮层和多个氮化镓层交替层叠设置。

步骤202：开设从p型氮化镓层延伸至n型氮化镓层的凹槽。

步骤203：在p型氮化镓层上形成电流阻挡层和透明导电层。

具体地，电流阻挡层的材料可以为二氧化硅或者氧化铝，电流阻挡层的厚度可以为1000埃。透明导电层的材料可以为氧化铟锡或者氧化镉。

步骤204：在p型氮化镓层和透明导电层上设置p型电极，在凹槽内的n型氮化镓层上设置n型电极。

在本实施例中，p型电极包括底面设置在p型氮化镓层和透明导电层上的圆柱体和至少一个底面设置在透明导电层上的条形体，条形体由圆柱体的侧面向外延伸。

具体地，该步骤204包括：

依次形成欧姆接触层、反光层和焊料层，反光层的材料采用铝硅铜合金，铝硅铜合金中硅的质量分数可以为1％～2％，铝硅铜合金中铜的质量分数可以为0.5％～1％。

可选地，依次形成欧姆接触层、反光层和焊料层，可以包括：

依次采用溅射技术形成欧姆接触层、反光层和焊料层。

通过采用溅射技术替换原有的蒸发技术形成采用铝硅铜合金的反光层，可以有效控制铝硅铜合金中各个成分的比例，避免蒸发技术所造成的各个成分比例出现出入、合金特性发生变化的问题，并且合金整体也更加致密，进一步提高了芯片的可靠性。同时采用溅射技术形成电极中的其它子层，可以提高电极的附着力，并有效控制子层的厚度。

优选地，依次采用溅射技术形成欧姆接触层、反光层和焊料层，可以包括：

将未形成p型电极和n型电极的芯片放置在磁控溅射设备内的腔体中，芯片与靶材的距离为3～10cm；

控制腔体的真空度为0.05～0.5kpa，利用氩离子轰击靶材，靶材溅射到芯片上，形成欧姆接触层、反光层或者焊料层。

更优选地，芯片与靶材的距离可以为3～10cm，以达到最佳的溅射效果。

具体地，反光层的厚度可以为500～3000埃，在达到反光效果的同时，节省材料的使用。

可选地，欧姆接触层的材料可以采用铬。

具体地，欧姆接触层的厚度可以为5～50埃，在保证与半导体材料实现欧姆接触的情况下，避免过厚影响发光亮度。

可选地，焊料层可以包括依次层叠的至少两个子层，至少两个子层中距离反光层最远的子层的材料采用铝硅铜合金。

具体地，至少两个子层中距离反光层最远的子层的厚度可以为10000～20000埃。

优选地，焊料层可以包括依次层叠的两个子层，两个子层采用的材料依次为钛、铝硅铜合金；焊料层也可以包括依次层叠的三个子层，三个子层采用的材料依次为铬、钛、铝硅铜合金。

具体地，三个子层的厚度可以依次为200～1000埃、200～1000埃、10000～20000埃。

步骤205：在透明导电层、凹槽的侧壁、凹槽内的n型氮化镓层上形成钝化层。

具体地，钝化层的材料可以为二氧化硅或者氧化铝。

步骤206：对衬底进行减薄。

步骤207：在衬底上形成dbr层。

在本实施例中，dbr层和氮化镓缓冲层分别设置在衬底相反的两个表面上。

具体地，dbr层可以包括层叠设置的多个氧化层，多个氧化层采用至少两种材料制成，多个氧化层中不同材料的氧化层周期性层叠设置，多个氧化层的层数≥30。

优选地，至少两种折射率的氧化层的材料可以采用五氧化二钽、二氧化锆、氧化铝、二氧化钛、二氧化硅中的两种或三种。

进一步地，至少两种折射率的氧化层的材料可以采用二氧化钛和二氧化硅，二氧化钛和二氧化硅的折射率相差最大，反射效果最好。

步骤208：划裂衬底，得到芯片。

将本实施例提供的制备方法制备的芯片与传统方法制备的芯片在85℃的温度和85的湿度下进行老化测试，测试结果如下表一所示：

表一

由表一可以看到，本实施例提供的制备方法制备的芯片将光功率维持率提高2.13％，并且电压几乎没有变化。

硅和铜的密度均比铝大，采用硅和铜混合在铝中形成的铝硅铜合金代替铝形成反光层，反光层中硅和铜渗入到铝的空位中，使得反光层中的空位密度降低，进而阻碍了铝的扩散，有效改善铝在使用时出现电迁移的问题，避免铝迁移造成电极断裂，同时铝硅铜合金中的铜可以阻止硅结晶形成凸起，增强电极的稳定性，将电极的使用寿命提高近一个数量级，进而提高芯片的可靠性，加强led的市场竞争力。而且铝硅铜合金中硅的质量分数为1％～2％，铝硅铜合金中铜的质量分数为0.5％～1％，硅和铜的含量很低，不会对铝的反光作用造成影响。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。