一种GaN基发光二极管芯片及其制备方法与流程

本发明涉及一种gan基发光二极管芯片及其制备方法，属于光电子
技术领域：
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背景技术：
led作为21世纪的照明新光源，同样亮度下，半导体灯耗电仅为普通白炽灯的l/10，而寿命却可以延长100倍。led器件是冷光源，光效高，工作电压低，耗电量小，体积小，可平面封装，易于开发轻薄型产品，结构坚固且寿命很长，光源本身不含汞、铅等有害物质，无红外和紫外污染，不会在生产和使用中产生对外界的污染。因此，半导体灯具有节能、环保、寿命长等特点，如同晶体管替代电子管一样，半导体灯替代传统的白炽灯和荧光灯，也将是大势所趋。无论从节约电能、降低温室气体排放的角度，还是从减少环境污染的角度，led作为新型照明光源都具有替代传统照明光源的极大潜力。gan、inn、aln等具有对称六方晶系结构的ⅲ-ⅴ族半导体材料，都是直接能隙，因此非常适合于作为发光器件的材料，其中根据成分的不同，可以得到禁带宽度从6.5ev到0.7ev的三元或四元化合物半导体，所对应的发光波长涵盖深紫外光到远红外光的波段范围。由于gan系列半导体的这个特点，使得gan系列半导体材料广泛应用于led与ld等光电器件上。早期由于gan晶体与生长衬底的晶格常数不匹配，使得gan系列蓝绿光led外延生长品质与gaas系列红黄光led相比相差甚远，直到日本日亚公司成功的将gan蓝绿光led结构生长于(0001)蓝宝石衬底上，使得人类拥有全彩led的梦想得以实现。相对于si、sic等其它衬底，蓝宝石衬底有稳定性高、技术成熟、机械强度高、性价比高等优点，因此使用蓝宝石衬底仍然是现在发光二极管产业的主流。由于蓝宝石衬底是不导电的，因此在gan基led芯片的制备中就必须将led外延结构从表面去除部分材料至重掺杂的n型gan，并分别在p型和n型gan材料上制备p型和n型电极。而现阶段电极一般采用cr、al、au等材料制备，且电极下方需设置ito镂空设计防止电流聚集造成发光效率下降，相关制造过程相对繁琐且电极下方的出光无法获取造成出光效率不高。中国专利文献cn102709421a公开了一种具有双反射层的氮化镓基发光二极管，包括：衬底；外延层，形成于该衬底上，其中外延层包含p型层、发光区和n型层；电流扩展层，形成于所述p型层之上；p电极，形成所述电流扩展层之上；其特征在于：一反射结构形成于所述p电极与所述外延层之间，由环状反射层和金属反射层构成，其几何中心在垂直方向上与p电极对应，其中所述环状反射层形成于电流扩展层与p型层之间；所述金属反射层形成于电流扩展层与p电极之间；所述环状反射层与金属反射层之间设有一预定距离。但是，该专利存在以下缺陷：金属反射层位于电流扩展层与p电极之间(或电流扩展层内部)，影响电流扩展，也会出现电极下方光先通过电极扩展层会造成小部分吸收的问题。中国专利文献cn103682004a公开了一种改善出光率的发光二极管倒装芯片及其制备方法，提出在没有ag反射层覆盖的发光二极管边缘区域设置了金属反射层，使有源层发出的光更多的被反射后通过蓝宝石衬底射出，提高了器件的发光效率。该专利主要适用于蓝光发光二级管倒装芯片，主要是在边缘设置金属反射层，不适合gan基发光二极管芯片。中国专利文献cn105428471a公开了一种薄膜倒装led芯片及其制备方法以及白光led芯片，该制备方法包括：生长衬底上依次生长缓冲层、n型gan层、多量子阱层、p型gan层和金属反射层；蚀刻出n电极孔和第一槽沟；钝化；在n电极孔内沉积金属，将n电极孔内的金属连接起来形成n电极；在金属反射层上形成p电极，形成倒装晶片结构；在导电基板上形成通孔，生长绝缘层；在导电基板中的通孔内镀上导电金属；在导电基板的上镀上邦定金属层；在导电基板上镀上背金金属层；将导电基板与倒装晶片结构邦定，并去除生长衬底和缓冲层；切割形成单个led芯片。该专利主要是薄膜倒装led芯片，其金属反射层设置后不进行光刻腐蚀作业，为正面覆盖。技术实现要素：针对现有gan基led芯片存在的电极下方出光无法获取造成出光效率不高的问题，本发明提供一种gan基发光二极管芯片；本发明还提供了上述gan基发光二极管芯片的制备方法；本发明通过在外延层与电极之间设置金属反射层将电极下方的出光通过金属反射层反射会芯片内，再在芯片内形成多次反射最终达到出光效果，该方法流程简便既增加了出光效率，又使电极吸收的光减少，避免了电极出现结温过高影响使用的问题。本发明的技术方案为：一种gan基发光二极管芯片，由下自上依次包括蓝宝石衬底、n-gan层、量子阱层、p-gan层、电流扩展层、钝化层，还包括p电极，所述p电极形成在所述电流扩展层上，所述p-gan层上设置有金属反射层，且所述金属反射层位于所述电流扩展层下方。根据本发明优选的，所述金属反射层为al膜。与其它金属膜al膜相比，al膜对蓝光反射率较高，仅比ag膜低，但ag膜制备过程比al膜复杂，且ag膜制造过程易造成外延层损伤。根据本发明优选的，所述金属反射层横截面的长度小于所述p电极横截面的长度。将金属反射层设置在电流扩展层下方，且金属反射层图形比p电极图形小，不影响电流通道的同时还避免光先通过电流扩展层造成吸光的问题。根据本发明优选的，所述al膜的厚度为0.1-0.3μm。反射膜最佳厚度为波长的3/4倍，此厚度是根据蓝光波段设置的优选厚度。进一步优选的，所述al膜的厚度为0.135μm。此al膜厚度为蓝光波段反射膜最佳厚度，出光率最高。上述gan基发光二极管芯片的制备方法，包括步骤如下：(1)在蓝宝石衬底上依次生长所述n-gan层、所述量子阱层、所述p-gan层；(2)在所述p-gan层上蒸镀一层所述金属反射层，并在所述金属反射层表面涂正性光刻胶，常规光刻、化学腐蚀，去除正性光刻胶；通过最简单的金属镀膜、常规光刻腐蚀制备，避免了icp或负胶剥离等相对较复杂的工步，且此方法作业不会对外延层造成损伤，能得到更好的金属反射层；(3)在步骤(2)制得的所述gan基led芯片表面生长得到所述电流扩展层；(4)在所述电流扩展层上制备得到p电极负性光刻胶图形、n电极负性光刻胶图形及钝化层；(5)在所述p电极负性光刻胶图形、n电极负性光刻胶图形制备p电极、n电极。根据本发明优选的，所述步骤(2)，包括步骤如下：a、在所述p-gan层上蒸镀一层0.1-0.3μm的al膜；b、在所述al膜表面涂厚度为1.5-2.5μm的所述正性光刻胶；c、通过常规光刻、化学腐蚀，去除所述正性光刻胶，制得所述金属反射层。根据本发明优选的，所述步骤(3)，包括步骤如下：d、在步骤(2)制得的所述gan基led芯片表面沉积一层厚度为0.08-0.25μm的ito膜；e、在所述ito膜表面涂上厚度为2.8-4μm的正性光刻胶；f、通过光刻得到p区台面：腐蚀掉n区ito膜，进行常规icp刻蚀，去除正性光刻胶，制得p区台面，在480-550℃温度条件下退火，得到ito电流扩展层。根据本发明优选的，所述步骤(4)，包括步骤如下：g、在所述ito电流扩展层上方沉积一层厚度为0.2-0.4μm的sio2膜；h、在所述sio2膜表面涂上厚度为3-4μm的负性光刻胶，通过光刻、腐蚀sio2膜，得到p电极负性光刻胶图形、n电极负性光刻胶图形及钝化层。根据本发明优选的，所述步骤(5)，包括步骤如下：i、在p电极负性光刻胶图形及n电极负性光刻胶图形表面依次镀上一层厚度为0.05-0.3μm的cr膜、厚度为1.2-1.8μm的au膜；j、通过常规剥离的方法将所述p电极、n电极外的cr膜及au膜剥离掉，制得到所述p电极、n电极。本发明的有益效果为：本发明通过在外延层与电极之间设置金属反射层，将电极下方的出光通过金属反射层反射会芯片内，再在芯片内形成多次反射最终达到出光效果，该方法流程简便增加了出光效率，且表面电极不会因为吸光过多出现结温高影响芯片使用的问题，流程简便，适合规模化生产。附图说明图1是本发明gan基发光二极管芯片的结构示意图。图2是实施例2中步骤(2)制备的gan基发光二极管芯片的剖视图。图3是实施例2中步骤(3)制备的gan基发光二极管芯片的剖视图。1、蓝宝石衬底，2、n-gan层，3、量子阱层，4、p-gan层，5、金属反射层，6、电流扩展层，7、p电极，8、n电极，9、钝化层。具体实施方式下面结合说明书和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。实施例1一种gan基发光二极管芯片，由下自上依次包括蓝宝石衬底1、n-gan层2、量子阱层3、p-gan层4、电流扩展层6、钝化层9，还包括p电极7，p电极7形成在电流扩展层6上，电流扩展层6与p电极7之间设置有金属反射层5。如图1所示。金属反射层5设置在电流扩展层6下方，金属反射层5横截面的长度小于p电极7横截面的长度，金属反射层5为al膜，al膜的厚度为0.135μm。相同gan外延片，无金属反射层、金属反射层位于电极与电流扩展层之间、本实施例所述的金属反射层位于电极与电流扩展层下方三种情况下光电参数对比表如表1所示：表1类别电压(v)光功率(mw)无金属反射层3.2227.2金属反射层位于电极与电流扩展之间3.3129.2本实施例-金属反射层位于电极与电流扩展层下方3.2730.1通过表1对比可知，通过将金属反射层设置在电极与电流扩展层下方，光功率相比无金属反射层提升10.66％、相比将金属反射层设置在电极与电流扩展层之间提升3.08％，且将金属反射层设置在电极与电流扩展层下方对电压的影响比设置在电极与电流扩展之间要小。实施例2实施例1所述的gan基发光二极管芯片的制备方法，包括步骤如下：(1)在蓝宝石衬底1上依次生长n-gan层2、量子阱层3、p-gan层4；(2)在p-gan层4上蒸镀一层0.135μm的al膜；在al膜表面涂厚度为1.8μm的正性光刻胶；通过常规光刻、化学腐蚀，去除正性光刻胶，制得金属反射层5。步骤(2)制备的gan基发光二极管芯片的剖视图如图2所示。(3)在步骤(2)制得的gan基led芯片表面沉积一层厚度为0.12μm的ito膜；在ito膜表面涂上厚度为3.5μm的正性光刻胶；通过光刻得到p区台面：腐蚀掉n区ito膜，进行常规icp刻蚀，去除正性光刻胶，制得p区台面，在520℃温度条件下退火，得到ito电流扩展层。步骤(3)制备的gan基发光二极管芯片的剖视图如图3所示。(4)在ito电流扩展层上方沉积一层厚度为0.3μm的sio2膜；在sio2膜表面涂上厚度为3.5μm的负性光刻胶，通过光刻、腐蚀sio2膜，得到p电极负性光刻胶图形、n电极负性光刻胶图形及钝化层9。(5)在p电极负性光刻胶图形及n电极负性光刻胶图形表面依次镀上一层厚度为0.06μm的cr膜、厚度为1.8μm的au膜；通过常规剥离的方法将p电极7、n电极8外的cr膜及au膜剥离掉，制得到p电极7、n电极8。当前第1页12