一种高亮度led芯片及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种高亮度LED芯片及其制备方法，该高亮度LED芯片在厚度方向依次包括蓝宝石衬底、外延层和电极，且外延层包括N型GaN层、量子阱层及P型GaN层，N型GaN层为包括上台阶部和下台阶部的台阶型结构，量子阱层及P型GaN层依次设置在上台阶部上方，下台阶部的N型GaN上直接设置有铬膜层，电极包括设置在所述铬膜层上的N电极和设置在P型GaN层上的P电极，电极与外延层接触或与铬膜层接触的一层均为铬层且N电极与P电极中铬层的厚度相同，铬膜层的厚度为8～12nm。本发明的LED芯片由于在N电极与N型GaN层间设置铬膜层，使本发明LED芯片亮度提升，芯片电压参数并不会发生变化，LED芯片更加节能环保。
【专利说明】
一种高亮度LED芯片及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及LED芯片制造工艺，特别地，涉及一种高亮度LED芯片及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 发光二极管(Light-Emitting Diode，简称LED)是一种将电能转化为光能的半导 体电子器件。目前LED芯片的性能一直在快速提升，成本也在迅速下降，而出光效率始终是 LED芯片技术的核心指标之一。
[0003] 专利申请CN200710305834.3中提供一种制作高亮度LED芯片的方法，包括:在蓝宝 石衬底上生长外延片；在外延片上沉积Si0 2薄膜；以Si02薄膜作掩膜，光刻出芯片的N区图 形；用腐蚀溶液清洗未受光刻胶保护的Si0 2;用去胶溶液清洗去除光刻胶；用ICP刻蚀N面台 阶和芯片尺寸的划道，露出N-GaN台面;在外延片表面蒸镀沉积铟锡氧化物薄膜;蒸镀以Cr/ Ni/Au为金属组合的P-N电极。但这种Cr/Ni/Au电极结构由于第一层Cr膜很厚，而Cr材料形 成的金属膜的反射率很低，吸收率较高，在Cr膜厚为200-500A的情况下，芯片量子阱层中发 出光子射入金属电极的光基本被第一层的Cr吸收掉，转化为热能。
[0004] 鉴于上述缺陷，目前LED芯片制造厂家都在保证各项可靠性的同时，千方百计提升 发光效率;近年来，LED芯片的Cr/Al /Cr/Pt/Au反射电极结构已经基本取代了之前的Cr/Pt/ Au电极结构，反射电极结构与传统的Cr/Pt/Au电极结构相比能有效提高LED芯片的外量子 效率:通过金属电极第一层Cr减薄，第二层使用高反射率的金属A1，来使金属电极与GaN接 触面形成反射膜，将射入到金属PAD面上的光反射回去后，通过其他角度射出芯片，从而达 到提升出光效率的效果;然而随着第一层Cr的减薄，芯片电压会急剧升高，不利于LED芯片 产业的发展。
[0005] 因而，如何突破现有技术进一步提高LED亮度仍然是本领域技术人员亟待解决的 技术课题。
【发明内容】
[0006] 本发明目的在于提供一种工艺简单，节能环保的高亮度LED芯片，在不增加 LED芯 片电压的情况下，有效提升LED芯片的壳度。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供了一种高亮度LED芯片，所述LED芯片在厚度方向依 次包括蓝宝石衬底、外延层和电极，且所述外延层包括N型GaN层、量子阱层及P型GaN层，N型 GaN层为包括上台阶部和下台阶部的台阶型结构，量子阱层及P型GaN层依次设置在所述上 台阶部上方，所述下台阶部的N型GaN上直接设置有铬膜层，所述电极包括设置在所述铬膜 层上的N电极和设置在P型GaN层上的P电极，所述电极与外延层接触或与铬膜层接触的一层 均为铬层且所述N电极与P电极中铬层的厚度相同，所述铬膜层的厚度为8(Μ2〇1
[0008] 在本发明中，所述Ρ电极和Ν电极均为反射电极，其结构依次包括Cr-Al-Cr-Pt-Au 层，第一层Cr层为5-5.0A。
[0009] 在本发明中，所述铬膜层的厚度为100A。
[0010] 在本发明中，所述铬膜层覆盖所述下台阶部的面积与所述N电极覆盖铬膜层的面 积一致。
[0011] 在本发明中，所述P型GaN层4上方设有透明导电层5。
[0012] 在本发明中，LED芯片还包括一覆盖于所述芯片表面的Si02保护层。
[0013] 本发明中的P电极和N电极均为反射电极，在P电极与N型GaN之间增设一层铬膜层， 有效解决了因反射电极中第一层Cr减薄，芯片电压急剧升高而严重限制反射电极对LED芯 片亮度的提升的问题。
[0014] 本发明还提供一种制备上述高亮度LED芯片的方法，所述方法至少包括如下步骤：
[0015] S1、先在蓝宝石衬底上形成所述外延层结构；
[0016] S2:在N型GaN层的下台阶部22上蒸镀铬并剥离去胶形成所述铬膜层8;
[0017] S3:在所述铬膜层8上蒸镀电极材料并剥离去胶形成所述N电极9,同时在所述P型 GaN层4上蒸镀电极材料并剥离去胶形成所述P电极7。
[0018] 在本发明中，所述步骤S2之前还包括如下步骤：
[0019] S2-1:在P型GaN层(4)上利用电子束蒸发设备蒸镀透明导电层(5);
[0020] S2-2:在所述透明导电层(5)表层上光刻P区图形，在透明导电层表层上涂覆光刻 胶、光罩曝光、显影后露出多余部分透明导电层;光刻后经过化学腐蚀后将露出部分透明导 电层腐蚀掉，最后去掉光刻胶，露出P型GaN层；
[0021] S2-3:在所述透明导电层(5)表层上MESA光刻制作N区图形，利用ICP刻蚀自上至下 依次刻蚀透明导电层(5)、P型GaN层(4)、量子阱层(3)以及N型GaN层(2)，并使N型GaN层形成 具有上台阶部(21)及下台阶部(22)的台阶状结构，露出N型GaN层。
[0022] 在本发明中，所述步骤S3之后还包括步骤：
[0023] S4:对所述P电极⑴和N电极(9)进行退火处理，得到LED晶圆；
[0024] S5:对所述LED晶圆进行研磨、抛光、切割得到所述LED芯片。
[0025] 使用上述方法制作的LED芯片与传统LED芯片相比，可以大大提高LED芯片的出光 效率，同时不会增加芯片电压。
[0026] 相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0027] 1、本发明的高亮度LED芯片，在N电极与N型GaN之间增设一层铬膜层，有效降低了N 电极与N-GaN间接触电阻，使得现有技术中LED芯片因电极第一层Cr减薄而引起芯片电压急 剧升高的问题得到根本性地改善；
[0028] 2、使用本发明方法制备的LED芯片与现有技术方法制备的LED芯片相比，本发明方 法在蒸镀N电极之前在N-GaN层上增加蒸镀铬膜层的工艺，可以使LED芯片亮度提升的同时， 芯片电压参数并不会发生变化，使LED芯片更加节能环保。
[0029] 除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。 下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
【附图说明】
[0030] 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0031] 图1是本发明一种高亮度LED芯片的结构示意图；
[0032] 其中，1、蓝宝石衬底，2、N型GaN层，3、量子阱层、4、P型GaN层，5、透明导电层，6、 Si02保护层，7、P电极，8、铬膜层，9、N电极。
【具体实施方式】
[0033]以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限 定和覆盖的多种不同方式实施。
[0034] 本发明提供了一种高亮度LED芯片的制备方法，该方法至少包括以下步骤：
[0035] 步骤1、提供一蓝宝石衬底1，在蓝宝石衬底1上依次生长N型GaN层2、量子阱层3,及 P型GaN层4,以形成发光外延层，在外延层的表面上利用电子束蒸发设备蒸镀透明导电层5; 在透明导电层表层上通过光刻图形、刻蚀以及清洗去胶露出P型GaN层4,并使N型GaN层2形 成为包括上台阶部21和下台阶部22的台阶型结构;再对LED芯片进行合金工艺处理，使透明 导电层与外延层形成良好的欧姆接触，减低芯片正向电压;并在经过合金工艺处理后的LED 芯片的表面采用等离子体化学气相沉积技术沉积一 Si02保护层6。
[0036] 在本实施例中，可采用金属有机化学气相沉积、分子束外延或氢化物气相外延技 术生长发光外延结构层，本发明制造方法的优选方案为采用金属有机化学气相沉积技术生 长发光外延结构层;透明电极导电层5的材质可为ΙΤ0或Ni/Au等;采用感应耦合等离子刻蚀 或反应离子刻蚀技术刻蚀的发光外延结构层。
[0037] 接着进行步骤2、在N型GaN层的下台阶部22上光刻图形，利用电子束蒸发设备蒸镀 铬并剥离去胶形成80~120A厚的铬膜层8;
[0038] 所述步骤S2之前还包括步骤:S2-1:在P型GaN层4上利用电子束蒸发设备蒸镀透明 导电层5;S2-2:在透明导电层5表层上光刻P区图形，在透明导电层表层上涂覆光刻胶、光罩 曝光、显影后露出多余部分透明导电层;光刻后经过化学腐蚀后将露出部分透明导电层腐 蚀掉，最后去掉光刻胶，露出P型GaN层;S2-3:在透明导电层5表层上MESA光刻制作N区图形， 利用ICP刻蚀自上至下依次刻蚀透明导电层5、P型GaN层4、量子阱层3以及N型GaN层2，并使N 型GaN层形成具有上台阶部21及下台阶部22的台阶状结构，露出N型GaN层。
[0039] 在本实施例中，优选的，铬膜层的厚度为1〇〇1_。
[0040] 然后进行步骤3、在铬膜层8上蒸镀电极材料并剥离去胶形成N电极9,同时在P型 GaN层4上蒸镀电极材料并剥离去胶形成P电极7。
[0041] 所述步骤S3之后还包括步骤:S4:对P电极7和N电极9进行退火处理，得到LED晶圆； S5:对LED晶圆进行研磨、抛光、切割得到LED芯片。
[0042] 在本实施例中，P电极和N电极均采用反射电极，其结构依次包括Cr-Al-Cr-Pt-Au 层，第一层Cr的厚度为5-5〇A..。
[0043] 参见图1，为本发明实施例的一种高性能LED芯片的结构，LED芯片在厚度方向依次 包括蓝宝石衬底1、外延层和电极，且外延层包括N型GaN层2、量子阱层3及P型GaN层4，N型 GaN层2为包括上台阶部21和下台阶部22的台阶型结构，量子阱层3及P型GaN层4依次设置在 上台阶部21上方，下台阶部22的N型GaN上直接设置有铬膜层8,电极包括设置在铬膜层8上 的N电极9和设置在P型GaN层上的P电极7,还包括设置于P型GaN层4表面上的透明导电层5以 及形成于上述结构的表面Si02保护层6。
[0044] 在本实施例中，P电极7和N电极9均为反射电极，其结构依次包括Cr-Al-Cr-Pt-Au 层，电极与外延层接触或与铬膜层接触的一层均为第一层Cr且N电极与P电极中第一层Cr的 厚度相同。
[0045] 在本实施例中，铬膜层8覆盖下台阶部22的面积与N电极9覆盖所述铬膜层8的面积 一致。铬膜层8的厚度为8CK120A，第一层Cr的厚度优选的，铬膜层8的厚度为 100Λ
[0046] 如下表，在本发明中选取波长、电压、外延光致发光值相同的24片外延片制备成 18*35mi 1芯片，外观检验表明实验芯片外观正常，点测电性参数进行对比。实施例中的LED 芯片为采用本发明中上述方法制备得到，而对比例中的LED芯片为采用与本发明相似的方 法制备，但对比例中的LED芯片均不涉及镀设铬膜层8的步骤，也即N电极9直接设置在所述 下台阶部22上。
[00471
[0048]
[0049] 综上所述，由本发明制造方法得到的LED芯片结构，由于在P电极与N型GaN层之间 增设铬膜层，芯片亮度提升了 2.14mw，芯片电压参数不变。本发明对LED芯片的光效提升更 为显著，使LED芯片更加节能环保。
[0050] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。
【主权项】
1. 一种高亮度LED芯片，其特征在于，所述LED芯片在厚度方向依次包括蓝宝石衬底 (1 )、外延层和电极，且所述外延层包括N型GaN层(2 )、量子阱层(3)及P型GaN层(4 )，N型GaN 层（2)为包括上台阶部（21)和下台阶部（22)的台阶型结构，量子阱层（3)及P型GaN层(4)依 次设置在所述上台阶部(21)上方，所述下台阶部(22)的N型GaN上直接设置有铬膜层(8)，所 述电极包括设置在所述铬膜层(8)上的N电极(9)和设置在P型GaN层上的P电极(7)，所述电 极与外延层接触或与铬膜层接触的一层均为铬层且所述N电极与P电极中铬层的厚度相同， 所述铬膜层(8)的厚度为80~丨20 A2. 根据权利要求1所述LED芯片，其特征在于，所述P电极(7)和N电极(9)均为反射电极， 其结构依次包括Cr-Al-Cr-Pt-Au层，第一层Cr的厚度为5、50A.3. 根据权利要求1所述LED芯片，其特征在于，所述铬膜层(8)的厚度为100A。4. 根据权利要求1所述LED芯片，其特征在于，所述铬膜层(8)覆盖所述下台阶部(22)的 面积与所述N电极(9)覆盖所述铬膜层(8)的面积一致。5. 根据权利要求1所述LED芯片，其特征在于，所述P型GaN层(4)上方设有透明导电层 (5)。6. 根据权利要求5所述LED芯片，其特征在于，还包括一沉积于所述芯片表面的SiO2保护 层(6)。7. -种如权利要求1~6中任意一项所述LED芯片的制备方法，其特征在于，所述方法至 少包括如下步骤： Sl:在蓝宝石衬底上形成所述外延层结构； S2:在N型GaN层的下台阶部(22)上蒸镀铬并剥离去胶形成所述铬膜层(8); S3:在所述铬膜层(8)上蒸镀电极材料并剥离去胶形成所述N电极(9)，同时在所述P型 GaN层(4)上蒸镀电极材料并剥离去胶形成所述P电极(7)。8. 根据权利要求7所述LED芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤S2之前还包括如下 步骤： S2-1:在P型GaN层(4)上利用电子束蒸发设备蒸镀透明导电层(5); S2-2:在所述透明导电层(5)表层上光刻P区图形，在透明导电层表层上涂覆光刻胶、光 罩曝光、显影后露出多余部分透明导电层;光刻后经过化学腐蚀后将露出部分透明导电层 腐蚀掉，最后去掉光刻胶，露出P型GaN层； S2-3:在所述透明导电层(5)表层上MESA光刻制作N区图形，利用ICP刻蚀自上至下依次 亥Ij蚀透明导电层(5)、P型GaN层(4)、量子阱层⑶以及N型GaN层(2)，并使N型GaN层形成具有 上台阶部(21)及下台阶部(22)的台阶状结构，露出N型GaN层。9. 根据权利要求7所述LED芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤S3之后还包括步骤： S4:对所述P电极(7)和N电极(9)进行退火处理，得到LED晶圆； S5:对所述LED晶圆进行研磨、抛光、切割得到所述LED芯片。
【文档编号】H01L33/40GK105932133SQ201610279408
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】曹志武, 王远红, 陈艳恒
【申请人】湘能华磊光电股份有限公司