专利名称：一种改进的具有电流阻挡层的led芯片及其制备方法
—种改进的具有电流阻挡层的LED芯片及其制备方法
技术领域：
本发明属于半导体技术领域，涉及LED芯片结构及其制备方法，特指ー种改进的具有电流阻挡层的LED芯片及其制备方法。
背景技木目前，发光二极管(LED)芯片结构有正装结构，垂直结构和倒装焊结构，其中正装结构的发光二极管芯片如图I所示，主要包括衬底I、形成在衬底上的缓冲层2 (bufferlayer)、形成在缓冲层上的N型半导体层3、形成在N型半导体层上的发光层4、形成在发光层上的P型半导体层5，形成P型半导体层5上的透明导电层6、以及P电极81和N电极82。由于LED芯片的电流积聚效应特别明显，即电流主要集中在电极正下方的发光层部分区域，横向扩展比较小，电流分布很不均匀，导致局部电流密度过大，热量过高，大大降低了芯片的使用效率和寿命。同时，在此区域电流密度最大，自然发光强度也最大，但此区域出 射的光绝大部分会被正上方的不透明电极所遮挡，导致LED的出光效率降低。为了解决上述问题，行业内的普遍方法是在P型半导体层和P型电极之间直接镀上ー层绝缘介质作电流阻挡层，请參见图2，这样虽然能够減少电极下方的电流比例，在一定程度上増加电流的扩散性，但增加的电流阻挡层势必会吸收一部分的光线，降低发光二极管的出光效率。
发明内容针对现有技术中LED芯片热量高、电流扩散不均匀、出光效率低等问题，本发明的目的是提供ー种具有高的热稳定性能、电流扩散性好、出光效率高并可以规模量产的LED芯片结构及其制备方法。为了实现上述目的，本发明所提供的技术方案是一种改进的具有电流阻挡层的LED芯片包括N型半导体层、形成于N型半导体层上的发光层、形成于发光层上的P型半导体层、形成于P型半导体层上的透明导电层、形成于透明导电层上的P电极和形成于N型半导体层上的N电极，在P型半导体层上P型电极对应的正下方形成有表面光滑的第一沟槽，所述第一沟槽上形成有电流阻挡层。与现有技术相比，本发明的有益效果为由于在本发明中P型半导体层上P电极对应的正下方形成有表面光滑的第一沟槽，沟槽的表面上形成有电流阻挡层，采用这样的结构，不但电流阻挡层能够起到阻挡电流的作用，通过一定エ艺形成的沟槽，由于破坏了 P电极下PN结的结构，因此沟槽边缘能够防止P极金属层跨越PN极形成漏电流，对电流起到一定的阻挡作用，降低电流向P电极积聚沉度，因此能够起到双层电流阻挡的作用，使P电极注入的电流横向扩展到电极下方以外的发光区，减少了电流积聚在P电极下方时产生的热量，提高了 LED芯片的热稳定性能也延长了器件的使用寿命。同时，光滑的第一沟槽表面相对于较粗化的外延片表面，能够增加出射到P电极下光的反射机率，減少光在P电极下的吸收量，能够最大限度的提升芯片的外部光萃取效率。优选的，在N型半导体层上N电极对应的正下方形成有第二沟槽。采用这样的结构能够使N电极下方的电流扩散更均匀。优选的，所述第一沟槽和第二沟槽的深度在IOOnm至IOOOnm之间。优选的，所述第一沟槽和第二沟槽的深度为500nm。优选的，所述电流阻挡层的厚度在500A至5000A之间，宽度大于所述P电极的宽度，两者的差距在3um到IOum之间。优选的，所述改进的具有电流阻挡层的LED芯片还包括衬底和缓冲层，所述缓冲层形成在所述衬底上，所述N型半导体层形成在所述缓冲层上。本发明还提供一种改进的具有电流阻挡层的LED芯片的制备方法，包括如下步骤(I)在衬底的正面上依次生长缓冲层、N型半导体层、发光层、P型半导体层的叠层 结构；(2)通过刻蚀形成用于制作N电极的台面结构；(3)分别在P型半导体层和N型半导体层上刻蚀形成第一沟槽和第二沟槽；(4)在P型半导体层的第一沟槽上沉积绝缘材料形成电流阻挡层；(5)在P型半导体层上形成透明导电层；(6)在透明导电层上对应的电流阻挡层的正上方形成P电极，在N型导电层的第二沟槽正上方形成N电极。通过本发明中制备方法生产出来的LED芯片结构，不但具有电流阻挡作用，且通过蚀刻エ艺形成的沟槽，表面光滑，能起到反光的目的，因此能够提升LED芯片的出光效率并延长使用寿命。同时该制备方法在现有エ艺上做简单改进即能实现，制作方便，完全能够满足大規模的量产要求。优选的，所述第一沟槽和第二沟槽通过热酸溶液腐蚀、光学刻蚀和电感耦合等离子体刻蚀形成。通过此种エ艺刻蚀形成的沟槽边缘光滑,能够增加出射到P电极下光的反射机率，減少光在P电极下的吸收量，能够最大限度的提升芯片的外部光萃取效率。优选的，所述热酸溶液为硫酸和磷酸的混合液，同浓度下体积比在I : I至3 : I之间，温度在150°C至320°C之间。优选的，所述硫酸和磷酸在相同浓度下的体积比为2 1，温度为250°C。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进ー步详细的说明。图I所示为现有技术中LED芯片结构侧面示意图；图2所示为现有技术中具有电流阻挡层的LED芯片结构侧面示意图；图3所示为本发明中改进的具有电流阻挡层的LED芯片结构侧面示意图；图4所示为LED外延片结构侧面示意图；图5所示为LED外延片刻蚀后形成的N电极台面结构示意图；图6所示为本发明中形成沟槽后的结构示意图；图7所示为本发明中形成电流阻挡层后的结构示意图；图8所示为形成透明导电层后的结构示意图。
具体实施方式请參见图3，一种改进的具有电流阻挡层的发光二极管芯片包括N型半导体层3、形成于N型半导体层上的发光层4、形成于发光层上的P型半导体层5、形成于P型半导体层上的透明导电层6、形成于透明导电层上的P电极81和形成于N型半导体层上的N电极82，在P型半导体层上P型电极对应的正下方形成有表面光滑的第一沟槽71a，所述第一沟槽71a上形成有电流阻挡层72。在实际生产中，根据需要LED芯片还包括衬底I和形成于衬底上的缓冲层2，所述N型半导体层3、发光层4、P型半导体层5依次形成于所述缓冲层2上。増加缓冲层2，能够避免衬底I和N型半导体层3因材料不同造成两者间存在较大的晶格缺陷，使两者间的晶格匹配度更高。省略衬底I结构，能够使LED芯片更薄，在倒装结构的芯片中，减少衬底的吸光，増加芯片出光效率，但在芯片切割中容易导致LED芯片碎裂。因此生长好的外延片ー般包括衬底I、缓冲层2、N型半导体层3、发光层4和P型半导体层5，在后续エ艺中，制作完 成的LED芯片需经过研磨，将衬底打磨到一定的厚度，或者根据需要将整个衬底全部剥离。优选的，在N型半导体层3上N电极82对应的正下方还形成有第二沟槽71b，采用这样的结构能够使N电极下方的电流扩散更均匀。所述第一沟槽71a和第二沟槽71b的深度在IOOnm至IOOOnm之间，具体的沟槽71的深度为500nm。所述电流阻挡层72的材料可以是Ti02、A1203、SiO2, Si3N4中的ー种或其组合，其厚度在500A至5000A之间，宽度大于P电极81的宽度，两者间的差距在3um到IOum之间，具体的，所述电流阻挡层72沿着第一沟槽71a表面沉积并左右延伸出P电极的两侧，其厚度为3000A，宽度大于P电极6um，左右两侧距离P电极各为3um。在本发明中，不但增加的电流阻挡层72能够起到阻挡电流的作用，同时第一沟槽71a也能够防止P极金属层跨越PN极形成漏电流对电流起到一定的阻挡作用。双重的电流阻挡结构，使P电极注入的电流能够均匀的扩散到P电极下方的发光区，減少了电流积聚在P电极下方时产生的热量，提高了 LED芯片的热稳定性能也延长了器件的使用寿命。同时表面光滑的第一沟槽相对于较粗化的外延片表面，能够增加出射到P电极下光的反射机率，減少光在P电极下的吸收量，能够最大限度的提升芯片的外部光萃取效率。本发明还提供一种改进的具有电流阻挡层的LED芯片的制备方法，包括如下步骤(I)请參见图4，将衬底I放入有机化学气相沉积炉(MOCVD)，通入III族金属元素的烷基化合物蒸汽与非金属的氢化物气体，在高温下通过热解反应，生成III-V族化合物，通过沉积依次在衬底I的正面上生长缓冲层2、N型半导体层3、发光层4、P型半导体层5的叠层结构。所述衬底I的材料选自硅、蓝宝石、SiC、ZnO、GaN等。(2)通过刻蚀形成用于制作N电极的台面结构通过图形曝光半导体平面エ艺技术，使用ICP刻蚀，移除上述叠层结构的边缘部分，直至N型半导体层3的边缘部分被暴露，当然N型半导体层3也可以进ー步蚀刻使得N型半导体层3的边缘部分厚度小于中心部分的厚度，形成台阶状的台面结构，请參见图5。(3)分别在P型半导体层5和N型半导体层3上刻蚀形成第一沟槽71a和第二沟槽71b，请參见图6。首先将(2)步骤后形成的具有台面的叠层结构清洗后，在其表面沉积3000 20000A的ニ氧化硅做掩膜，然后经过匀胶、曝光、显影、坚膜后采用热酸溶液腐蚀法在P型半导体层5和N型半导体层3上刻蚀深度在IOOnm至IOOOnm之间的沟槽71，最后采用BOE(Buffere oxide etch)腐蚀液去除氧化娃掩膜。所述热酸溶液为硫酸和磷酸的混合液，在相同浓度下的体积比在I : I至3 : I之间，温度在150°C至320°C之间，具体的，所述第一沟槽71a和第二沟槽72b的深度为500nm，选用的硫酸和磷酸的在相同浓度下的体积比为2 1，温度为250°C。除热酸溶液腐蚀法外，所述沟槽71还可以通过光学刻蚀或者电感耦合等离子体(ICP)刻蚀方法形成。(4)在P型半导体层的第一沟槽71a上沉积绝缘材料形成电流阻挡层72，请參见图7，该电流阻挡层72的材料可以是Ti02、A1203、SiO2, Si3N4中的ー种或其组合，其厚度在500A至5000A之间，宽度大于P电极81的宽度，两者间的差距在3um到IOum之间，具体的，所述电流阻挡层72沿着第一沟槽71a表面沉积并左右延伸出P电极81的两侧，其厚度为3000A,宽度大于P电极6um，左右两侧距离P电极81各为3um。
(5)利用蒸发台或者溅射镀膜法在P型半导体层5上镀氧化铟锡(ITO)薄膜以形成透明导电层6，请參见图8。(6)通过刻蚀、蒸发、剥离等エ艺，在透明导电层6上对应的电流阻挡层72的正上方形成P电极81，在N型导电层3的第二沟槽71b正上方形成N电极82，这样就完成了具有电流阻挡层的发光二极管芯片制作，其完整结构请參见图3。按照本发明中制备方法生产出来的LED芯片结构，不但具有电流阻挡作用，而且第一沟槽表面光滑，能起到反光的目的，因此能够提升LED芯片的出光效率并延长使用寿命，同时该制备方法只需在现有エ艺上做简单改进即能实现，制作方便，完全能够满足大规模的量产要求。以上所述均以方便说明本发明，在不脱离本发明创作的精神范畴内，熟悉此技术的本领域的技术人员所做的各种简单的变相与修饰仍属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种改进的具有电流阻挡层的LED芯片，包括N型半导体层、形成在N型半导体层上的发光层、形成在发光层上的P型半导体层、形成在P型半导体层上的透明导电层、形成在透明导电层上的P电极和形成于N型半导体层上的N电极，其特征在于在P型半导体层上P电极对应的正下方形成有表面光滑的第一沟槽，所述第一沟槽上形成有电流阻挡层。
2.根据权利要求I所述的改进的具有电流阻挡层的LED芯片，其特征在于在N型半导体层上N电极对应的正下方形成有第二沟槽。
3.根据权利要求I或2所述的改进的具有电流阻挡层的LED芯片，其特征在于所述第一沟槽和第二沟槽的深度在IOOnm至IOOOnm之间。
4.根据权利要求3所述的改进的具有电流阻挡层的LED芯片，其特征在于所述第一沟槽和第二沟槽的深度为500nm。
5.根据权利要求I所述的改进的具有电流阻挡层的LED芯片，其特征在于所述电流阻挡层的厚度在500A至5000A之间，宽度大于所述P电极的宽度，两者的差距在3um到IOum之间。
6.根据权利要求I所述的改进的具有电流阻挡层的LED芯片，其特征在于，还包括衬底和缓冲层，所述缓冲层形成在所述衬底上，所述N型半导体层形成在所述缓冲层上。
7.一种改进的具有电流阻挡层的LED芯片的制备方法，其特征在于包括如下步骤 (1)在衬底的正面上依次生长缓冲层、N型半导体层、发光层、P型半导体层的叠层结构； (2)通过刻蚀形成用于制作N电极的台面结构； (3)分别在P型半导体层和N型半导体层上刻蚀形成第一沟槽和第二沟槽； (4)在P型半导体层的第一沟槽上沉积绝缘材料形成电流阻挡层； (5)在P型半导体层上形成透明导电层； (6)在透明导电层上对应的电流阻挡层的正上方形成P电极，在N型导电层的第二沟槽正上方形成N电极。
8.根据权利要求7所述的改进的具有电流阻挡层的LED芯片的制备方法，其特征在于所述沟槽通过热酸溶液腐蚀、光学刻蚀和电感耦合等离子体刻蚀形成。
9.根据权利要求8所述的改进的具有电流阻挡层的LED芯片的制备方法，其特征在于所述热酸溶液为硫酸和磷酸的混合液，同浓度下体积比在I : I至3 I之间，温度在150°C至320°C之间。
10.根据权利要求9所述的改进的具有电流阻挡层的LED芯片的制备方法，其特征在干所述硫酸和磷酸在相同浓度下的体积比为2 1，温度为250°C。
全文摘要
本发明提供了一种改进的具有电流阻挡层的LED芯片及其制备方法，属于半导体技术领域。该LED芯片包括N型半导体层、发光层和P型半导体层的层叠结构以及透明导电层、形成于透明导电层上的P电极和形成于N型半导体层上的N电极，在P型半导体层上P型电极对应的正下方形成有表面光滑的第一沟槽，所述沟槽上形成有电流阻挡层。本发明所提供的LED芯片，不但能够提升芯片的出光效率并延长使用寿命，而且制备方法简单方便，完全能够满足大规模的量产要求。
文档编号H01L33/14GK102694095SQ20111007117
公开日2012年9月26日 申请日期2011年3月22日 优先权日2011年3月22日
发明者叶国光, 曹东兴, 杨小东, 梁伏波, 樊邦扬 申请人:广东银雨芯片半导体有限公司