一种发光二极管的芯片及制备方法与流程

本发明涉及发光二极管制造领域，特别涉及一种发光二极管的芯片及制备方法。

背景技术

发光二极管(led：lightemittingdiode)具有体积小、寿命长、功耗低等优点，目前被广泛应用于汽车信号灯、交通信号灯、显示屏以及照明设备。

现有的发光二极管的芯片主要包括衬底、设置在衬底上的外延层和设置在外延层上的p型电极和n型电极，现有的一种发光二极管芯片的出光面位于外延层的远离衬底的表面。

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：

由于发光二极管芯片在发光时，有部分光线会在外延片和空气的界面处发生全反射而反射回芯片的内部，因此导致现有的发光二极管光提取效率低。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种发光二极管的芯片及制备方法，能够提高发光二极管的光提取效率。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种发光二极管芯片，所述芯片包括衬底、外延层、p型电极和n型电极，所述外延层形成在所述衬底上，所述p型电极设置在所述外延层的第一表面上，所述第一表面为所述外延层的远离所述衬底的表面，所述外延层上设置有电极凹槽，所述n型电极设置在所述电极凹槽内，

所述第一表面的位于所述p型电极之外的区域设置有阵列布置的钼酸镍纳米片。

可选地，所述钼酸镍纳米片沿平行所述外延层表面的x方向的长度为1～100nm，所述钼酸镍纳米片沿平行所述外延层表面的y方向的长度为1～2nm，所述钼酸镍纳米片在垂直所述外延层表面的方向的长度为2～200nm，所述x方向与所述y方向相互垂直。

可选地，所述钼酸镍纳米片沿平行所述第一表面的x方向的长度为30～50nm，所述钼酸镍纳米片沿平行所述第一表面的y方向的长度为1～2nm，所述钼酸镍纳米片在垂直所述第一表面的方向的长度为40～80nm。

本发明实施例提供了一种发光二极管芯片的制备方法，所述方法包括：

提供一衬底；

在所述衬底上生长外延层；

在所述外延层上形成电极凹槽；

在所述外延层的第一表面上形成p型电极，在所述电极凹槽内形成n型电极；

在所述第一表面的位于所述p型电极之外的区域形成阵列布置的钼酸镍纳米片。

可选地，在所述第一表面的位于所述p型电极之外的区域形成阵列布置的钼酸镍纳米片，包括：

在所述第一表面、所述电极凹槽的表面、所述n型电极的表面以及所述p型电极的表面上涂覆光刻胶；

对所述光刻胶进行曝光、显影操作以去除所述第一表面的位于所述p型电极之外的区域的光刻胶；

在所述光刻胶、所述衬底远离所述外延层的一面和所述第一表面的位于所述p型电极之外的区域生长钼酸镍纳米片；

去除所述光刻胶，以使所述光刻胶和位于所述光刻胶上的钼酸镍纳米片与所述外延层分离；

去除所述衬底远离所述外延层的一面上的钼酸镍纳米片。

可选地，在所述光刻胶和所述第一表面的位于所述p型电极之外的区域生长钼酸镍纳米片，包括：

将所述芯片浸泡在盛放有生长溶液的反应杯中，所述芯片上的外延层连接有负极电极，所述反应杯内的生长溶液中放置有电极正极，所述生长溶液包括六水硝酸镍、二水钼酸钠和六亚甲基四氨，所述生长溶液呈碱性。

可选地，所述生长溶液中镍元素和钼元素物质的量浓度之比为1:1，为xmmol/l，其中0＜x≤0.5mmol/l。

可选地，所述正极电极为镍片电极，所述负极电极为镍丝电极。

可选地，所述镍片电极与所述镍丝电极之间的电压的绝对值为0.5～3v。

可选地，所述钼酸镍纳米片的生长时间为3～9min。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在发光二极管芯片的外延层的第一表面上阵列布置钼酸镍纳米片，其中第一表面为外延层的远离衬底的表面，使外延层的第一表面的粗糙度增大，可以减少发光二极管发出的光线在第一表面处的全反射，从而提高发光二极管的光提取效率，同时，由于钼酸镍具有较好的导电性，因此钼酸镍纳米片也能够起到良好的电流扩展作用，最终提高发光二极管的发光效率。

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是本发明实施例提供的一种发光二极管的芯片的结构图；

图2是本发明实施例提供的一种发光二极管的芯片制备流程图；

图3～5是本发明实施例提供的发光二极管的芯片制备过程示意图；

图6是本发明实施例提供的钼酸镍纳米片的制备流程图；

图7～10为钼酸镍纳米片的制备过程示意图；

图11是本发明实施例提供的钼酸镍纳米片的扫描电镜图片。

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。

图1是本发明实施例提供的一种发光二极管芯片的结构图。如图1所示，该芯片包括衬底1、外延层20、p型电极10和n型电极9。外延层20形成在衬底上，p型电极10设置在外延层20的第一表面20a上，第一表面20a为外延层20的远离衬底的表面，外延层20上设置有电极凹槽30，n型电极9设置在电极凹槽30内。

第一表面20a的位于p型电极10之外的区域设置有阵列布置的钼酸镍纳米片11。

通过在发光二极管芯片的外延层的第一表面上阵列布置钼酸镍纳米片，其中第一表面为外延层的远离衬底的表面，使外延层的第一表面的粗糙度增大，可以减少发光二极管发出的光线在第一表面处的全反射，从而提高发光二极管的光提取效率，同时，由于钼酸镍具有较好的导电性，因此钼酸镍纳米片也能够起到良好的电流扩展作用，降低发光二极管发光所需电压，进而减小发光二极管中由电能转化的热能，减少发光二极管的发热现有，进而延长发光二极管的使用寿命。

示例性地，钼酸镍纳米片11沿平行第一表面20a的x方向的长度可为1～100nm，钼酸镍纳米片11沿平行第一表面20a的y方向的长度可为1～2nm，钼酸镍纳米片11在垂直第一表面20a的方向的长度可为2～200nm，x方向与y方向相互垂直。在生长时，保证钼酸镍纳米片在平行第一表面的x方向的长度、平行第一表面的y方向的长度以及垂直第一表面的方向的长度在以上范围，可保证外延层的表面的粗糙度得到有效提高，进而保证发光二极管的光提取效率。若钼酸镍纳米片在平行第一表面的x方向的长度、平行第一表面的y方向的长度以及垂直第一表面的方向的长度小于以上范围，会使得发光二极管的光提取效率不能够得到保证，而钼酸镍纳米片在平行第一表面的x方向的长度、平行第一表面的y方向的长度以及垂直第一表面的方向的长度大于以上范围，则会导致钼酸镍纳米片容易从外延层的表面脱落。

进一步地，钼酸镍纳米片11沿平行第一表面的x方向的长度为30～50nm，钼酸镍纳米片11沿平行第一表面的y方向的长度为1～2nm，钼酸镍纳米片11在垂直第一表面20a的方向的长度为40～80nm。

如图1所示，外延层20可以包括依次生长在衬底1上的未掺杂aln缓冲层2、未掺杂gan层3、n型gan层4、多量子阱层5、p型电子阻挡层6、p型gan层7和电流扩展层8。n型电极9设置在n型gan层4上，p型电极10设置在电流扩展层8上。

如图1所示，本实施例中，有源层5可以为多量子阱结构，有源层5包括交替层叠的ingan层51和gan层52，ingan层51和gan层52交替层叠的周期数可以为6～15，ingan层51的厚度可以为2～5nm。

需要说明的是，图1中所示的有源层5的结构仅为示意，并不用以限制有源层5中ingan层51和gan层52的层数。

在本发明实施例中，p型电子阻挡层6为p型掺杂的alyga1-yn层，其中0.1＜y＜0.5，通过限制电子阻挡层中al的组分含量能够避免al成分过高带来的电子阻挡层与多量子阱层之间晶格不匹配问题。

电流扩展层8可以采用ito(indiumtinoxides，氧化铟锡)制作，ito具有较高的光透过率，可以有利于提高发光二极管的亮度。

图2是本发明实施例提供的一种发光二极管的芯片制备流程图。如图2所示，该制备方法包括：

s1：提供一衬底。

在本实施例中，衬底1为蓝宝石衬底。

s2：在衬底上生长外延层。

s3：在外延层上形成电极凹槽。

s4：在外延层的第一表面上形成p型电极，在电极凹槽内形成n型电极。

s5：在第一表面的位于p型电极之外的区域形成阵列布置的钼酸镍纳米片。

通过在发光二极管芯片的外延层的第一表面上阵列布置钼酸镍纳米片，其中第一表面为外延层的远离衬底的表面，使外延层的第一表面的粗糙度增大，可以减少发光二极管发出的光线在第一表面处的全反射，从而提高发光二极管的光提取效率，同时，由于钼酸镍具有较好的导电性，因此钼酸镍纳米片也能够起到良好的电流扩展作用，降低发光二极管发光所需电压，进而减小发光二极管中由电能转化的热能，减少发光二极管的发热现有，进而延长发光二极管的使用寿命。

图3～5是本发明实施例提供的发光二极管的芯片制备过程示意图。

具体地，步骤s2可以包括：

在衬底上依次生长未掺杂aln缓冲层、未掺杂gan层、n型gan层、多量子阱层、p型电子阻挡层、p型gan层和电流扩展层。

如图3所示，在衬底1上生长外延层20。外延层20可以包括依次生长在衬底1上的未掺杂aln缓冲层2、未掺杂gan层3、n型gan层4、多量子阱层5、p型电子阻挡层6、p型gan层7和电流扩展层8。n型电极9设置在n型gan层4上，p型电极10设置在电流扩展层8上。

可选地，在本发明实施例中，未掺杂aln缓冲层2、未掺杂gan层3、n型gan层4、多量子阱层5、p型电子阻挡层6及p型gan层7均可以采用金属有机化合物化学气相沉积(英文：inductivecoupledplasma，简称：icp)的方式形成。

电流扩展层8可以采用真空蒸镀技术生长，采用真空蒸镀技术生长得到的电流扩展层8的表面质量较好，便于进行后续钼酸镍纳米片阵列层的生长。

可选地，电极凹槽30可以采用电感耦合等离子体(英文：inductivecoupledplasma，简称：icp)刻蚀技术形成。

图6是本发明实施例提供的钼酸镍纳米片的制备流程图，图7～10为钼酸镍纳米片的制备过程示意图，结合图7～10所示，步骤s5可以包括：

s51：在第一表面、电极凹槽的表面、n型电极的表面以及p型电极的表面上涂覆光刻胶。

如图7所示，外延层20的第一表面20a、电极凹槽30的表面、n型电极9的表面以及p型电极10的表面均涂覆有光刻胶100。

s52：对光刻胶进行曝光、显影操作以去除第一表面的位于p型电极之外的区域的光刻胶。

如图8所示，第一表面20a的位于p型电极10之外的区域的光刻胶100均已去除。

s53：在光刻胶、衬底上远离外延层的一面和第一表面的位于p型电极之外的区域生长钼酸镍纳米片。

如图9所示，光刻胶100和第一表面20a的位于p型电极10之外的区域均生长有钼酸镍纳米片11。

可选地，步骤s53可包括：

将芯片浸泡在盛放有生长溶液的反应杯中，芯片上的外延层连接有负极电极，反应杯内的生长溶液中放置有电极正极，生长溶液包括六水硝酸镍、二水钼酸钠和六亚甲基四氨，生长溶液呈碱性。对电极正极以及电极负极通电后可在芯片的外延层上沉积钼酸镍纳米片，且该生长方法耗时较短，生长得到的钼酸镍纳米片与外延层的表面之间的连接较为牢固，其质量也较好。能够提高外延层上生长钼酸镍纳米片的生长效率。

其中，生长溶液中镍元素和钼元素物质的量浓度之比为1:1，为xmmol/l，其中0＜x≤0.5mmol/l。将生长溶液中的镍元素物质的量浓度、钼元素物质的量浓度及六亚甲基四氨的物质的量浓度设置在以上范围内，能够保证生长得到的钼酸镍纳米片的质量，进而保证发光二极管的光提取效率。

可选地，正极电极可为镍片电极，负极电极可为镍丝电极。正极电极与负极电极分别采用镍片与镍丝制作可加快钼酸镍纳米片的生长过程，进一步提高钼酸镍纳米片的生长效率。

在芯片的外延层上生长钼酸镍纳米片时，镍片电极与镍丝电极之间的电压的绝对值保持为0.5～3v。将镍片电极与镍丝电极之间的电压的绝对值设置为在0.5～3v内可保证钼酸镍纳米片的生长效率及质量，保证发光二极管的光提取效率。

可选地，钼酸镍纳米片的生长时间可为3～9min。将钼酸镍纳米片的生长时间设置为以上范围可保证外延层上生长有足够的钼酸镍纳米片，若钼酸镍纳米片的生长时间超过以上范围会导致成本浪费。

可选地，在光刻胶100和第一表面20a的位于p型电极10之外的区域生长钼酸镍纳米片11之后，方法还包括：

降低生长溶液的温度至室温，取出芯片；

采用去离子水冲洗芯片，并吹干。

将芯片从溶液中取出，并且进行吹干冲洗工作，便于芯片后续处理工作的进行。如图9所示，在生长钼酸镍纳米片时，衬底1的远离外延片20的一面上也生长有钼酸镍纳米片11，该部分钼酸镍纳米片11可以在后续步骤中去除。

s54：去除光刻胶，以使光刻胶和位于光刻胶上的钼酸镍纳米片与外延层分离。

衬底1的远离外延片20的一面上的钼酸镍纳米片11可以通过打磨去除。从而得到如图10所示的发光二极管芯片。

s55：去除衬底远离外延层的一面上的钼酸镍纳米片。

其中，衬底上远离外延层的一面上的钼酸镍纳米片可通过打磨去除。

通过采用以上操作生长钼酸镍纳米片，能够使得钼酸镍纳米片直接在外延层上生长，生长得到的钼酸镍纳米片排列较为致密，能较好地增大第一表面的粗糙度，减少全反射现象的发生，提高发光二极管的光提取效率。

优选地，在步骤s51中还可以在衬底的远离外延层的一面上也涂覆上光刻胶，这样在步骤s55中，通过去除衬底的远离外延层的一面上的光刻胶就可以将衬底上的钼酸镍纳米片除去而不需要通过打磨去除，操作更加方便。

在本实施例中，外延结构的生长过程中以三甲基镓(tmga)、三乙基镓(tega)、三甲基铝(tmal)、三甲基铟(tmin)和氨气(nh3)分别作为ga、al、in和n源，以硅烷(sih4)作为n型掺杂剂，二茂镁(cp2mg)作为p型掺杂剂。

图11是本发明实施例提供的钼酸镍纳米片的扫描电镜图片，如图11所示，钼酸镍纳米片的表面存在较多孔洞且孔洞的密度较高，可进一步提高了外延层表面的粗糙度，提高发光二极管的光提取效率的效果。

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。