一种LED芯片结构及其制作方法与流程

一种led芯片结构及其制作方法
技术领域
1.本发明涉及led芯片结构领域，尤其涉及一种led芯片结构及其制作方法。


背景技术：

2.发光器件是依靠有源层发射的光子来进行发光的，有源层发射的光子为各向等几率发射，因此在光子从出光方向发出时，在器件内部会进行多次反射，因此，如何提高发光器件内部的反射效率，进而增加器件光效是一个需要解决的技术问题。


技术实现要素：

3.为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种led芯片结构及其制作方法，通过形成具有表面nm量级微结构的透明导电层，例如ito层。使得光线经过微结构的反射，可以有效改变传播方向，降低出光面的全反射几率，最终提升器件的光效。
4.根据本发明实施例的第一方面，提供一种led芯片结构，包括：第一半导体层、第二半导体层、位于所述第一半导体层和第二半导体层之间有源层、与所述第一半导体层至少部分区域形成接触的透明导电层、与所述透明导电层形成电连接的第一导电层、与所述第一导电层形成电连接的第二导电层、与所述第二导电层形成电连接的电极，其中，所述第一导电层、第二导电层和电极共同组成第一电连接层，贯穿所述第一半导体层及有源层，并延伸到第二半导体层内部的凹陷、覆盖于所述第一半导体层部分表面且部分暴露于所述发光器件外部的第一绝缘层、覆盖于所述凹陷侧壁及所述第一电连接层一侧的第二绝缘层，部分接触于所述第二绝缘层表面并且与所述第二半导体层形成电连接的第三导电层、以及与所述第三导电层接触的支撑基板，所述透明导电层的至少一侧表面具有nm级别的微结构。
5.进一步，所述微结构在透明导电层表面呈现无规则随机分布状态。
6.进一步，所述透明导电层为金属氧化物材料。
7.进一步，所述氧化物含有in、sn、o元素。
8.进一步，所述第一导电层、第二导电层、第三导电层和电极均包含多层金属结构。
9.进一步，当所述支撑基板为不导电材料时，所述第三导电层为第二电连接层，当所述支撑基板导电时，所述第三导电层与所述支撑基板共同组成电连接层。
10.根据本发明实施例的第二方面，提供一种led芯片结构的制作方法，包括：
11.制作初始的外延结构，包括在外延生长基板上依次生长第二半导体层、有源层和第一半导体层；
12.制作贯穿所述第一半导体层及所述有源层，并延伸到所述第二半导体层内部的至少一个凹陷；
13.在所述第一半导体层的部分表面上依次制作获得透明导电层和第一导电层，所述第一导电层至少部分区域通过所述透明导电层与所述第一半导体层形成接触；
14.使用气体蚀刻的方式在所述透明导电层表面形成微结构；
15.在所述第一导电层的外侧的所述第一半导体层的表面制作第一绝缘层；
16.在所述第一绝缘层的部分表面和所述第一导电层的表面制作第二导电层；
17.在所述第一绝缘层的剩余表面、所述第二导电层的表面以及凹陷的侧壁表面制作第二绝缘层；
18.在所述第二绝缘层的表面制作第三导电层；
19.在所述第三导电层的表面制作支撑基板；
20.去除外延生长基板。
21.进一步，使用气体蚀刻的方式在所述透明导电层表面形成微结构，具体包括：使用电场加速的气体轰击所述透明导电层表面，从而获得尺度nm级别的微结构；
22.进一步，用以轰击所述透明导电层表面的气体原子量在20以上，以获得足够的轰击力，加速电场的电压在10～1000v内，整个轰击过程在《0.1pa的真空下进行。
23.本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
24.该led芯片结构具有一种具有表面微结构的透明导电层，该微结构ra值在nm量级，光线经过微结构的反射，可以有效改变传播方向，降低出光面的全反射几率，最终提升器件的光效。
25.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
26.通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
27.图1是现有led芯片结构的剖面结构示意图；
28.图2是根据本发明一示例性实施例示出的一种led芯片结构的剖面结构示意图；
29.图3是本发明一示例性实施例示出的一种led芯片结构与现有led芯片结构的光线反射原理示意图；
30.图4是具备本发明与公知结构的发光器件的光功率实测数据示意图；
31.图5是根据本发明一示例性实施例示出的一种led芯片结构的制作方法的流程图；
32.图6为步骤s501完成后形成的led芯片结构初始的外延结构示意图；
33.图7为步骤s502完成后形成的led芯片结构的结构示意图；
34.图8为步骤s503完成后形成的led芯片结构的结构示意图；
35.图9为步骤s504完成后形成的led芯片结构的结构示意图。
36.附图标记说明，1:第一半导体层，2:第二半导体层，3:有源层，4:透明导电层，5:第一导电层，6:第二导电层，7:电极，8:凹陷，9:第一绝缘层，10:第二绝缘层，11:第三导电层，12:支撑基板。
具体实施方式
37.下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的
范围完整地传达给本领域的技术人员。
38.在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
39.应当理解，尽管在本发明可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
40.以下结合附图详细描述本发明实施例的技术方案。
41.图1是现有led芯片结构的剖面结构示意图，如图1所示，现有的led芯片结构包括：第一半导体层1、第二半导体层2、位于所述第一半导体层1和第二半导体层2之间有源层3、与所述第一半导体层1至少部分区域形成接触的透明导电层4、与所述透明导电层4形成电连接的第一导电层5、与所述第一导电层5形成电连接的第二导电层6、与所述第二导电层6形成电连接的电极7，其中，所述第一导电层5、第二导电层6和电极7共同组成第一电连接层，还包括贯穿所述第一半导体层1及有源层3，并延伸到第二半导体层2内部的凹陷8、覆盖于所述第一半导体层1部分表面且部分暴露于所述发光器件外部的第一绝缘层9、覆盖于所述凹陷8侧壁及所述第一电连接层一侧的第二绝缘层10，部分接触于所述第二绝缘层10表面并且与所述第二半导体层2形成电连接的第三导电层11、以及与所述第三导电层11接触的支撑基板12。透明导电层4常见的为含有in、sn、o元素的金属氧化物材料，如ito等。
42.图2是根据本发明一示例性实施例示出的一种led芯片结构的剖面结构示意图，在现有led芯片结构的基础上，在所述透明导电层4的至少一侧表面具有nm级别的微结构。
43.本发明实施例示出的一种led芯片结构，其具有表面微结构的透明导电层，微结构ra值在nm量级。光线经过微结构的反射，可以有效改变传播方向，降低出光面的全反射几率，最终提升器件的光效。
44.图3是本发明一示例性实施例示出的一种led芯片结构与现有led芯片结构的光线反射原理示意图。如图3a所示，光线在没有微结构的反射面反射后，光线是以类似平行阵列的方式在器件内部反复反射而无法从出光面出射。如图3b所示，光线在经过有微结构的反射面反射后，光线的方向会发生明显变化，因此在出光面会有效降低全反射几率。
45.如图4所示为具备本发明与公知结构的发光器件的光功率实测数据，可以看出本发明的led芯片结构的光效提升明显。
46.可选地，在该实施例中，所述第一导电层5、第二导电层6、第三导电层11和电极7均包含多层金属结构。
47.可选地，在该实施例中，当所述支撑基板12为不导电材料时，所述第三导电层11为第二电连接层，当所述支撑基板12导电时，所述第三导电层11与所述支撑基板12共同组成电连接层。
48.本发明实施例还提供一种led芯片结构的制作方法，如图5所示，该方法包括：
49.s501、制作初始的外延结构，包括在外延生长基板上依次生长第二半导体层2、有源层3和第一半导体层1；
50.如图6所示为初始的外延结构示意图，具体的工艺可采用现有技术，本实施例对此不作赘述。
51.s502、制作贯穿所述第一半导体层1及所述有源层3，并延伸到所述第二半导体层2内部的凹陷8；
52.该步骤中，可使用紫外光罩图形化以及化学蚀刻的方式，获得贯穿第一半导体层1及有源层3，并延伸到第二半导体层2内部的凹陷8，其具体结构如图7所示。具体的工艺可采用现有技术，本实施例对此不作赘述。
53.s503、在所述第一半导体层1的部分表面上依次制作获得透明导电层4和第一导电层5，所述第一导电层5通过所述透明导电层与所述第一半导体层4至少部分区域形成接触；
54.该步骤中，该步骤中，首先使用紫外光罩图形化、蒸镀、剥离的方式，获得透明导电层4和第一导电层5，其具体结构如图8所示，具体的工艺可采用现有技术，本实施例对此不作赘述。
55.ito是一种常用的透明导电材料，一般采用电子束蒸发或者磁控溅射的方式，沉积到led上作为导电层使用。由于工艺特性，沉积获得的ito膜层为光滑表面，其ra值在千分之一nm量级。
56.s504、使用气体蚀刻的方式在所述透明导电层表面形成微结构；
57.具体的，该步骤中，通过气体蚀刻的处理，可以获得具有ra值在nm量级的微结构的透明导电表面。具有微结构的表面可以有效增加光的反射角度分布范围，从而减少led出光面的全反射现象，提高一次取光效率。
58.可使用电场加速的气体形成的等离子体轰击所述透明导电层4表面，从而获得尺度nm级别的微结构，微结构的粗糙表面至少为单面粗糙，其结构如图9所示。
59.s505、在所述第一导电层5的外侧的所述第一半导体层1的表面制作第一绝缘层9；
60.该步骤中，可使用公知的气相沉积、紫外光罩图形化、蚀刻的方式，获得第一绝缘层9。
61.s506、在所述第一绝缘层9的部分表面和所述第一导电层5的表面制作第二导电层6；
62.该步骤中，可使用公知的紫外光罩图形化、蒸镀、剥离的方式，获得第二导电层6。
63.s507、在所述第一绝缘层9的剩余表面和所述第二导电层6的表面制作第二绝缘层10；
64.s508、在所述第二绝缘层10的表面制作第三导电层11；
65.s509、在所述第三导电层11的表面制作支撑基板12；
66.制作第二绝缘层10、第三导电层11和支撑基板12的具体工艺可采用现有技术，本实施例对此不作赘述。
67.最终形成的led芯片结构如图2所示。
68.可选地，在该实施例中，该方法还包括：
69.s510、在所述第二导电层6的表面形成电极7；
70.s511、去除外延生长基板。
71.具体结构如图2所示，具体工艺可采用现有技术，本实施例对此不作赘述。
72.可选地，在该实施例中，用以轰击所述透明导电层表面的气体原子量在20以上，以获得足够的轰击力，加速电场的电压在10～1000v内，整个轰击过程在《0.1pa的真空下进行。
73.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。