一种发光二极管芯片结构及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，具体涉及功率半导体器件技术领域，尤其涉及一种发光二极管芯片结构及其制备方法。
【背景技术】
[0002]发光二极管(Light Emitting D1des,简称LED)是一种能发光的半导体电子元件，因具有体积小、寿命长、反应速度快、方向可控度高、稳定性好、功耗低、无热辐射、无水银等有毒物质的污染源等优点，随着发光二极管的推广，它的结构变得越来越多，亮度也越来越亮。
[0003]图1示出了现有技术中发光二极管芯片横向结构的正面俯视图。横向结构的发光二极管芯片的两个电极在发光二极管芯片的同一侧，P电极16在发光二极管外延层的P型氮化镓区域，N电极15分布在通过刻蚀露出的N型氮化镓区域12。
[0004]图2示出了现有技术中发光二极管横向结构沿图1中AA1方向的剖面图，从图2中可以发现，在制作N电极15时，刻蚀掉整个N型区的量子阱有源层13和P型氮化镓层14，N型区刻蚀区域面积大，此区域将不能发光，造成出光有效面积下降，因此降低了发光二极管的亮度和发光效率。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明实施例提供一种发光二极管芯片结构及其制备方法，来优化发光二极管的芯片结构及其制备方法，从而增大出光有效面积，提高发光二极管的亮度和发光效率。
[0006]本发明实施例提供了一种发光二极管芯片结构，所述发光二极管芯片结构包括:
[0007]衬底；
[0008]位于衬底上的外延层，其中，所述外延层包括顺次堆叠的具有第一导电类型的第一区域层、量子阱有源层及与所述第一导电类型相反的第二导电类型的第二区域层；
[0009]其特征在于
[0010]所述发光二极管芯片结构还包括:
[0011]沟槽，从所述第二区域层延伸到所述第一区域层或延伸进入所述第一区域层；
[0012]第一电极，形成在所述沟槽中，与第一区域层接触，并且与第二区域层和量子阱有源层电绝缘；
[0013]第二电极，形成在所述第二区域层上。
[0014]进一步地，所述的发光二极管芯片结构还包括介质绝缘层，衬在所述沟槽的内壁上。
[0015]进一步地，所述的发光二极管芯片结构还包括第一透明导电层和第二透明导电层，所述第一透明导电层衬在所述介质绝缘层的内壁上，所述第二透明导电层形成在所述第二区域层和第二电极之间，并且与第一透明导电层电绝缘。
[0016]进一步地，所述第一透明导电层的材料与所述第二透明导电层的材料从如下组中选择:氧化铟锡、氧化锌、镍/金合金。
[0017]进一步地，所述量子阱有源层的材料包括氮化铟镓或氮化镓，所述介质绝缘层的材料包括二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。
[0018]进一步地，所述第一导电类型为N型，所述第一区域层为N型氮化镓层；所述第二导电类型为P型，所述第二区域层为P型氮化镓层。
[0019]进一步地，所述第一导电类型为P型，所述第一区域层为P型氮化镓层；所述第二导电类型为N型，所述第二区域层为N型氮化镓层。
[0020]另一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管芯片结构的制备方法，所述方法包括:
[0021]在衬底上依次形成第一导电类型的第一区域层、量子阱有源层及与所述第一导电类型相反的第二导电类型的第二区域层；
[0022]从所述第二区域层刻蚀到所述第一区域层或刻蚀进入所述第一区域层，形成沟槽；
[0023]在所述沟槽中形成第一电极，所述第一电极与第一区域层接触并且与第二区域层和量子阱有源层电绝缘；
[0024]在所述第二区域层上形成第二电极。
[0025]进一步地,所述方法还包括:
[0026]在所述沟槽的内壁上形成介质绝缘层。
[0027]进一步地，在步骤在所述沟槽中形成第一电极，所述第一电极与第一区域层接触并且与第二区域层和量子阱有源层电绝缘之前，在步骤从所述第二区域层刻蚀到所述第一区域层或刻蚀进入所述第一区域层，形成沟槽之后，所述方法还包括:
[0028]在所述沟槽的内壁上形成介质绝缘层。
[0029]进一步地，在步骤在所述沟槽的内壁上形成介质绝缘层之后，所述方法还包括:
[0030]在所述介质绝缘层的内壁上形成第一透明导电层；
[0031]在所述第二区域层上形成第二透明导电层，并且与第一透明导电层电绝缘；
[0032]在所述第二透明导电层上形成第二电极。
[0033]进一步地，所述第一导电类型为N型，所述第一区域层为N型氮化镓层；所述第二导电类型为P型，所述第二区域层为P型氮化镓层。
[0034]进一步地，所述第一导电类型为P型，所述第一区域层为P型氮化镓层；所述第二导电类型为N型，所述第二区域层为N型氮化镓层。
[0035]本发明实施例提供的发光二极管芯片结构和制备方法，通过从第二区域层延伸到所述第一区域层或延伸进入第一区域层形成沟槽结构，并在所述沟槽中形成与第一区域层接触与第二区域层和量子阱有源层电绝缘的第一电极，在第二区域层上形成第二电极，由此减小了发光二极管芯片刻蚀区域的面积，使得发光二极管芯片的有效发光面积增大，提高发光二极管的亮度和发光效率。
【附图说明】
[0036]下面将通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其他特征和优点，附图中:
[0037]图1是根据现有技术的发光二极管芯片横向结构的正面俯视图；
[0038]图2是根据现有技术的发光二极管芯片横向结构的沿图1中AA1方向的剖面图；
[0039]图3是根据本发明第一实施例的发光二极管芯片结构的正面俯视图；
[0040]图4是根据本发明第一实施例的发光二极管芯片结构的沿图3中BBl方向的剖面图；
[0041]图5是根据本发明第二实施例的发光二极管芯片结构的侧向截面图；
[0042]图6是根据本发明第三实施例的发光二极管芯片结构制备方法的流程图。
【具体实施方式】
[0043]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
[0044]本发明实施例提供发光二极管芯片结构及其制备方法，由于改进了发光二极管芯片的结构，使得出光面积增大，提高了发光效率，该发光二极管芯片可以用于具有照明和显示功能的发光二极管中，该发光二极管包括但不限制于，例如:可以是发光二极管节能灯、发光二极管手电筒、发光二极管装饰灯、发光二极管室外大屏幕、发光二极管滚动字幕广告牌、发光二极管背光源液晶电视和电器的发光二极管发光指示灯等等。
[0045]在图3中示出了本发明的第一实施例。
[0046]图3是根据本发明第一实施例的发光二极管芯片结构的侧向截面图。图4是根据本发明第一实施例的发光二极管芯片结构的沿图3中BB1方向的剖面图。现在结合图3和4来描述本发明的第一实施例。
[0047]如图4所示，所述发光二极管芯片的结构包括:衬底20、位于衬底20上的外延层，其中，所述外延层包括顺次堆叠的N型氮化镓层21、量子阱有源层22及P型氮化镓层23、沟槽24、N电极25和P电极26。
[0048]所述沟槽24从所述P型氮化镓层23延伸到所述N型氮化镓层21或延伸进入所述N型氮化镓层21，所述N电极25形成在所述沟槽24中，与N型氮化镓层21接触，并且和量子阱有源层22及P型氮化镓层23电绝缘，所述P电极26形成在所述P型氮化镓层23上。
[0049]相比图1中现有技术，本发明实施例仅通过刻蚀P型氮化镓层23和量子阱层22从而形成沟槽24，并进而在沟槽中形成N电极25，而不是对整个N型区进行刻蚀，从而使得发光二极管芯片刻蚀掉的面积减小，因此，本发明实施例提供的发光二极管芯片结构能够有效的增大发光二极管芯片的出光面积，从而提高发光二极管芯片的发光效率。
[0050]在本实施例中，所述衬底20可以是蓝宝石衬底、碳化硅衬底、硅衬底、图形化衬底中的其中一种，用于在所述衬底20上生长外延层。所述外延层包括由下到上顺次堆叠的N型氮化镓层21、量子阱有源层22和P型氮化镓层23。
[0051 ] 在本实施例中，所述N型氮化镓层21具有N型导电类型，所述P型氮化镓层23具有P型导电类型，所述N型氮化镓层21与所述P型氮化镓层23构成发光二极管的PN结，从而使得发光二极管具有单向导电性。优选的所述量子阱有源层22由氮化铟镓(InGaN)和氮化镓(GaN)相间排列形成，用于增加光的吸收效率。
[0052]在本实施例的一个优选实施例中，如图4所示，所述发光二极管芯片结构还包括介质绝缘层27，衬在所述沟槽24的内壁上。使得所述N电极25和量子阱有源层22及P型氮化镓层23电绝缘。所述N电极25的材料包括:钛(Ti)、铬(Cr)、钼(Pt)、金(Au)、镍(Ni)或铝(Al)，所述介质绝缘层27的材料可以包括:二氧化硅(Si02)、氮化硅(Si3N4)或氮氧化硅(S1N)。
[0053]在本实施例的另一个优选实施例中，如图4所示，所述发光二极管芯片结构还包括第一透明导电层28和第二透明导电层29，所述第一透明导电层28衬在所述介质绝缘层27的内壁上，所述第二透明导电层29形成在所述P型氮化镓层23和P电极26之间，并且与第一透明导电层28电绝缘。
[0054]当二极管正向导电时，多子扩散到对方区域后，在PN结边界上积累，并有一定的浓度分布。积累的电荷量随外加电压的变化而变化，当PN结正向电压加大时，正向电流随着加大，这就要有更多的载流子积累起来以满足电流加大的要求；而当正向电压减小时，正向电流减小，积累在P区的电子或N