CN102903801B - 具有粘附性电流阻挡层的led芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有粘附性电流阻挡层的LED芯片及其制作方法，所述LED芯片包括：蓝宝石衬底；形成于蓝宝石衬底的上表面的发光外延层，该发光外延层的P-pad区上具有凹槽，且凹槽具有波浪纹侧壁及平整底面，该发光外延层的N区设置有N-pad；顺应该凹槽形状的且为Al2O3材料的电流阻挡层；顺应该电流阻挡层结构的漫反射型反射层，该漫反射型反射层上设置有P-pad；以及形成于该发光外延层及漫反射型反射层上的透明导电层。本发明还提供一种可以制作该高效反光P电极高粘附性电流阻挡结构的LED芯片的制作方法，以解决现有技术中电流阻挡层与高反光电极之间的粘附性弱，易脱落、以及LED芯片的P电极吸光、电流利用率低等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED芯片及其制作方法，特别是涉及一种高效反光P电极高粘附性电流阻挡层的LED芯片及其制作方法。
背景技术
LED芯片的设计及制造中，在LED芯片中的P-pad正下面直接加入电流阻挡层(CBL，current blocking layer)可以将原本由P-pad流入P-GaN层的电流截断，使电流全部先流入透明导电层(TCL，Transparent contact layer)，然后再通过透明导电层流入该透明导电层正下方的P-GaN层；当不加电流阻挡层时，电流一部分先由P-pad流入透明导电层再流入透明导电层正下方的P-GaN层，一部分直接流入P-pad正下方的P-GaN层和量子阱发光，P-pad正下方的量子阱发出的光基本上会被P-pad挡住，这部分光会被反射或者被吸收，而被反射的部分在芯片内部经过多次反射后也有相当大的一部分会被吸收，最后能射出芯片的少之又少，不加电流阻挡层导致有效发光区的电流密度减少，从而降低了芯片的亮度，而加入电流阻挡层后，直接流入P-pad正下方的P-GaN层的电流被截断，电流全部直接通过透明导电层扩散至有效发光区，从而提高了有效发光区的电流密度，提高了电流的利用率，进而提高了芯片的亮度。
目前，在LED芯片中添加电流阻挡层的实现方式主要有两种：
一种直接在P-pad和P-GaN层之间加入高绝缘性的材料将原本由P-pad流入P-GaN层的电流截断，在蓝光LED芯片中常用SiO2作为电流阻挡层的材料，此时在电流阻挡层上直接蒸镀Cr/Au电极或者蒸镀高反光电极，导致如下问题：一、直接蒸镀Cr/Au电极因为Cr对蓝光的反射率很低，致使芯片内部反射至P-pad下的光或被吸收或被反射，而被反射的光在芯片内部经过多次反射之后，相当大的部分被吸收了，能射出LED芯片的很少，从而降低了出光效率；二、目前比较常用的高反光电极一般是Al或者Ag或者相关合金，使用高反光电极时，电流阻挡层与高反光电极之间的粘附性弱，易于脱落。因此，一般只在P-pad和P-GaN层之间的一部分区域加入电流阻挡层，另外不加入电流阻挡层的区域使高反光电极与GaN直接接触来增强粘附性，这样部分区域型的电流阻挡层相较全部区域的电流阻挡层提升芯片亮度的效果就很不明显了，且高反光电极与芯片之间的粘附性仍然很差，致使无法量产。
另外一种在LED芯片中添加电流阻挡层的实现方式是先将P-pad下面的量子阱蚀刻掉使P-pad下方不能发光，将高绝缘性的材料作为电流阻挡层铺在蚀刻出来的侧壁和底部起到绝缘作用，然后在电流阻挡层上镀上P电极，通过P电极边缘下压透明导电层的办法使电流全部先流入透明导电层，然后再通过透明导电层流入透明导电层正下方的P-GaN层。在蓝光LED芯片中常用SiO2作为电流阻挡层的材料，此时在电流阻挡层上直接蒸镀Cr/Au电极或者蒸镀高反光电极，仍会导致如下问题：一、直接蒸镀Cr/Au电极因为Cr对蓝光的反射率很低，致使芯片内部反射至P电极下的光或被吸收或被反射，而被反射的光在芯片内部经过多次反射之后，相当大的部分被吸收了，能射出LED芯片的很少，从而降低了出光效率；二、当使用高反光电极时，为了使高反光电极与蚀刻出来的侧壁和底部之间绝缘，电流阻挡层必须铺满整个蚀刻出来的侧壁和底部，但是电流阻挡层与高反光电极之间的粘附性不强，易于脱落，致使无法量产。
因此，如何提出一种具有粘附性电流阻挡层的LED芯片的制作方法，以消除上述粘附性差、P电极吸光、电流利用率低的问题，实已成为本领域从业者欲以解决的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可以制作该高效反光P电极高粘附性电流阻挡结构的LED芯片，以解决现有技术中电流阻挡层与高反光电极之间的粘附性弱，易脱落、以及LED芯片的P电极吸光、电流利用率低等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有粘附性电流阻挡层的LED芯片及其制作方法，其中，所述具有粘附性电流阻挡层的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述制作方法至少包括以下步骤：1)提供一蓝宝石衬底，并于所述蓝宝石衬底的上表面形成一发光外延层；2)于所述发光外延层上分别定义出P-pad区及N区，交替使用刻蚀气体和钝化气体在所述P-pad区蚀刻出具有波浪纹侧壁及平整底面的凹槽；3)于所述凹槽的表面蒸镀一层Al2O3材料，使其形成顺应该凹槽形状的电流阻挡层，以使所述电流阻挡层形成为具有波浪纹侧壁及平整底面的第一层凹陷结构；4)于所述电流阻挡层的表面蒸镀一层顺应该第一层凹陷结构的漫反射型反射层，以使所述漫反射型反射层形成为具有波浪纹侧壁及平整底面的第二层凹陷结构；5)于所述发光外延层及漫反射型反射层上形成一透明导电层，并蚀刻所述透明导电层，以使所述第二层凹陷结构以及N区外露出所述透明导电层；以及6)于所述第二层凹陷结构上制作出P-pad，以及于所述N区上制作出N-pad。
本发明的制作方法中，所述发光外延层为P-GaN层。所述漫反射型反射层为单层漫反射型反射层结构或多层复合式漫反射型反射层结构。所述漫反射型反射层为单质金属反射层或合金反射层。
本发明制作方法的步骤6)中，所述P-pad的底部接置于所述第二层凹陷结构的平整底面上并与所述波浪纹侧壁相咬合。
本发明还提供一种具有粘附性电流阻挡层的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片至少包括：蓝宝石衬底；发光外延层，形成于所述蓝宝石衬底的上表面，具有P-pad区及N区，且所述P-pad区具有一凹槽，且所述凹槽具有波浪纹侧壁及平整底面，所述N区设置有N-pad；电流阻挡层，形成于所述凹槽上，为一顺应所述凹槽形状的第一层凹陷结构，且所述第一层凹陷结构具有波浪纹侧壁及平整底面，所述电流阻挡层为Al2O3材料；漫反射型反射层，形成于所述电流阻挡层上，为一顺应所述第一层凹陷结构的第二层凹陷结构，且所述第二层凹陷结构具有波浪纹侧壁及平整底面，所述第二层凹陷结构上设置有P-pad；以及透明导电层，形成于所述发光外延层及漫反射型反射层上，并外露出所述P-pad及N区。
在本发明的LED芯片中，所述发光外延层为P-GaN层。所述漫反射型反射层为单层漫反射型反射层结构或多层复合式漫反射型反射层结构。所述漫反射型反射层为单质金属反射层或合金反射层。所述P-pad的底部接置于所述第二层凹陷结构的平整底面上并与所述波浪纹侧壁相咬合。
如上所述，本发明的LED芯片及其制作方法，具有以下有益技术效果：
一、采用Al2O3作为粘合剂，由于所述的Al2O3与金属反射镜(Al或者Ag或相关合金)之间粘附力很强，能够保证较高温(80摄氏度以上)蒸镀的高反光电极不会脱落，进而克服了现有技术中采用SiO2作为电流阻挡层导致高反光电极易于脱落的缺点，且Al2O3能铺满整个P电极和P-GaN层之间的区域，避免了使用高反光电极时，为了增加粘附性只能在部分区域铺设SiO2的缺点。
二、所述Al2O3的绝缘性良好，完全能做为电流阻挡层，起到截断P电极与P-GaN层之间电流的作用，提高了电流利用率。
三、高反光电极对蓝光具有很高反射率(＞90％)的特性有效地减少了Cr/Au电极对蓝光的吸收，同时因为金属反射镜是漫反射型反射镜，能将射向金属反射镜的光向四面八方的各个方向反射至有效发光区，从而较大提高了芯片的出光效率。
四、P电极下面的波浪纹侧壁能将射向侧壁被高反光电极反射的光向四面八方各个方向漫反射，克服了平滑的侧壁配合高反光电极时形成直向型反射镜使相当大部分的反射光因为沿着量子阱所处平面的方向反射而大量被吸收的缺点。
五、波浪纹的侧壁使铺设在侧壁的电流阻挡层也呈现波浪纹，而波浪纹的电流阻挡层因为较高的粗糙度较平面型的电流阻挡层对高反光电极具有更高的粘附性，从而在一定程度上克服了高反光电极粘附性弱地缺点。
附图说明
图1至图6显示为本发明的制作方法中依据各步骤呈现的LED芯片截面结构示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得以涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上表面”、“下表面”、“左”、“右”、“中间”、“二”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
请参阅图1至图6，显示为本发明的中依据各步骤呈现的LED芯片截面结构示意图。如图所示，本发明提供一种具有粘附性电流阻挡层的LED芯片的制作方法，所述制作方法至少包括以下步骤：
如图1所示，首先执行步骤1，提供一蓝宝石衬底11，并于所述蓝宝石衬底11的上表面形成一发光外延层12，于本实施例中，所述发光外延层12为P-GaN层。接着执行步骤2。
如图2所示，在步骤2中，于所述发光外延层12上分别定义出P-pad区(图示中箭头P所示之区域)及N区(图示中箭头N所示之区域)，在所述P-pad区上蚀刻出一个具有平整底面1211及波浪纹侧壁1212的凹槽121，于本实施例中，是通过交替使用刻蚀气体和钝化气体在所述P-pad区上蚀刻所述凹槽121的，所述凹槽121的波浪纹侧壁1211能将射向侧壁被高反光电极反射的光向四面八方各个方向漫反射，进而克服了现有技术中平滑的侧壁配合高反光电极时，形成直向型反射镜使相当大部分的反射光因为沿着量子阱所处平面的方向反射而大量被吸收的缺点。接着执行步骤3。
如图3所示，在步骤3中，于所述凹槽121的表面蒸镀一层Al2O3材料，使其形成顺应该凹槽121形状的电流阻挡层13(CBL，current blocking layer)，以使所述电流阻挡层13形成为具有平整底面1311及波浪纹侧壁1312的第一层凹陷结构131，于本实施例中，采用Al2O3作为粘合剂，由于所述的Al2O3与后述的漫反射型反射层(亦称反射镜)之间粘附力很强，能够保证较高温(80摄氏度以上)蒸镀的高反光电极不会脱落，进而克服了现有技术中采用SiO2作为电流阻挡层13导致高反光电极易于脱落的缺点，且Al2O3能铺满整个P-pad16和发光外延层12之间的区域，避免了使用为高反光电极的P-pad16时，为了增加粘附性，只能在部分区域铺设SiO2的缺点；再者，由于所述Al2O3的绝缘性良好，完全能作为电流阻挡层，起到截断P-pad16与发光外延层12之间电流的作用，提高了电流利用率。接着执行步骤4。
如图4所示，在步骤4中，于所述电流阻挡层13的表面蒸镀一顺应该第一层凹陷结构131的漫反射型反射层14，以使所述漫反射型反射层14形成为具有平整底面1411及波浪纹侧壁1412的第二层凹陷结构141；于本实施例中，所述漫反射型反射层14可以为单层结构的单质金属反射层，在其他的实施方式中，所述漫反射型反射层14也可以为多层复合式漫反射型反射层结构的合金反射层。由于高反光电极对蓝光具有很高反射率(＞90％)的特性有效地减少了Cr/Au电极对蓝光的吸收，因而本发明中的LED芯片1采用的漫反射型反射层14(反射镜)是漫反射型反射镜，所以可以将射向漫反射型反射层14的光向四面八方的各个方向反射至有效发光区，进而较大提高了芯片的出光效率。接着执行步骤5。
如图5所示，在步骤5中，于所述发光外延层12及漫反射型反射层14上形成一透明导电层(TCL，Transparent contact layer)15，并蚀刻所述透明导电层15，以使所述第二层凹陷结构141以及N区外露出所述透明导电层15，以便于后续的制程中在所述第二层凹陷结构141上形成P-pad16，在所述N区上制作出N-pad17。接着执行步骤6。
如图6所示，在步骤6中，于所述第二层凹陷结构141上制作出P-pad16，以及于所述N区上制作出N-pad17。于本实施例中，所述P-pad16的底部接置于所述第二层凹陷结构141的平整底面1411上并与所述波浪纹侧壁1412相咬合，如此便可将所述P-pad16牢固地设置于所述P-pad区，进而解决了现有技术中电极容易脱落的问题。
本发明还提供一种具有粘附性电流阻挡层的LED芯片，所述LED芯片1至少包括：蓝宝石衬底11，发光外延层12，电流阻挡层13(CBL，current blocking layer)，漫反射型反射层14，以及透明导电层15(TCL，Transparent contact layer)。
为便于理解，敬请再参阅图1至图6，如图所示，所述发光外延层12形成于所述蓝宝石衬底11的上表面，具有P-pad区(图示中箭头P所示之区域)及N区(图示中箭头N所示之区域)，且所述P-pad区具有一凹槽121，且所述凹槽121具有平整底面1211及波浪纹侧壁1212，所述N区设置有N-pad17。于本实施例中，所述发光外延层12为P-GaN层。所述凹槽121是通过交替使用刻蚀气体和钝化气体在所述P-pad区上蚀刻形成的，所述凹槽121的波浪纹侧壁1212能将射向侧壁被高反光电极反射的光向四面八方各个方向漫反射，进而克服了现有技术中平滑的侧壁配合高反光电极时，形成直向型反射镜使相当大部分的反射光因为沿着量子阱所处平面的方向反射而大量被吸收的缺点。
所述电流阻挡层13形成于所述凹槽121上，为一个顺应所述凹槽121形状的第一层凹陷结构131，且所述第一层凹陷结构131具有平整底面1311及波浪纹侧壁1312，所述电流阻挡层13为Al2O3材料，于本实施例中，采用Al2O3作为粘合剂，由于所述的Al2O3与后述的漫反射型反射层14(亦称反射镜)之间粘附力很强，能够保证较高温(80摄氏度以上)蒸镀的高反光电极不会脱落，进而克服了现有技术中采用SiO2作为电流阻挡层13导致高反光电极易于脱落的缺点，且Al2O3能铺满整个P-pad16和发光外延层12之间的区域，避免了使用高反光电极时，为了增加粘附性只能在部分区域铺设SiO2的缺点；再者，由于所述Al2O3的绝缘性良好，完全能做为电流阻挡层13，起到截断P-pad16与发光外延层12之间电流的作用，提高了电流利用率。
所述漫反射型反射层14形成于所述电流阻挡层13上，为一个顺应所述第一层凹陷结构131的第二层凹陷结构141，且所述第二层凹陷结构141具有平整底面1411及波浪纹侧壁1412，所述第二层凹陷结构141上设置有P-pad16，且所述P-pad16的底部接置于所述第二层凹陷结构141的平整底面1411上并与所述波浪纹侧壁1412相咬合。如此便可将所述P-pad16牢固地设置于所述P-pad区，进而解决了现有技术中电极容易脱落的问题。
于本实施例中，所述漫反射型反射层14可以为单层结构的单质金属反射层，在其他的实施方式中，所述漫反射型反射层14也可以为多层复合式漫反射型反射层结构的合金反射层。由于高反光电极对蓝光具有很高反射率(＞90％)的特性有效地减少了Cr/Au电极对蓝光的吸收，因而本发明中的LED芯片1采用的漫反射型反射层14(反射镜)是漫反射型反射镜，所以可以将射向漫反射型反射层14的光向四面八方的各个方向反射至有效发光区，进而较大提高了芯片的出光效率。所述透明导电层15形成于所述发光外延层12及漫反射型反射层14上，并外露出所述P-pad16及N区。
本发明的具有粘附性电流阻挡层的LED芯片及其制作方法，采用了Al2O3作为粘合剂，能够保证较高温(80摄氏度以上)蒸镀的高反光电极不会脱落，而且所述Al2O3的绝缘性良好，完全能做为电流阻挡层，起到截断P电极与P-GaN层之间电流的作用，提高了电流利用率，再者，因为金属反射镜是漫反射型反射镜，能将射向金属反射镜的光向四面八方的各个方向反射至有效发光区，从而较大提高了芯片的出光效率，另外，波浪纹的电流阻挡层因为较高的粗糙度较平面型的电流阻挡层对高反光电极具有更高的粘附性，从而在一定程度上克服了高反光电极粘附性弱地缺点。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种具有粘附性电流阻挡层的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述制作方法至少包括以下步骤：
1)提供一蓝宝石衬底，并于所述蓝宝石衬底的上表面形成一发光外延层；
2)于所述发光外延层上分别定义出P-pad区及N区，交替使用刻蚀气体和钝化气体在所述P-pad区蚀刻出具有波浪纹侧壁及平整底面的凹槽；
3)于所述凹槽的表面蒸镀一层Al2O3材料，使其形成顺应该凹槽形状的电流阻挡层，以使所述电流阻挡层形成为具有波浪纹侧壁及平整底面的第一层凹陷结构；
4)于所述电流阻挡层的表面蒸镀一层顺应该第一层凹陷结构的漫反射型反射层，以使所述漫反射型反射层形成为具有波浪纹侧壁及平整底面的第二层凹陷结构；
5)于所述发光外延层及漫反射型反射层上形成一透明导电层，并蚀刻所述透明导电层，以使所述第二层凹陷结构以及N区外露出所述透明导电层；以及
6)于所述第二层凹陷结构上制作出P-pad，以及于所述N区上制作出N-pad。
2.根据权利要求1所述的具有粘附性电流阻挡层的LED芯片的制作方法，其特征在于：所述漫反射型反射层为单层的漫反射型反射层结构或者多层的复合式漫反射型反射层结构。
3.根据权利要求1所述的具有粘附性电流阻挡层的LED芯片的制作方法，其特征在于：所述漫反射型反射层为单质金属反射层或合金反射层。
4.根据权利要求1所述的具有粘附性电流阻挡层的LED芯片的制作方法，其特征在于：于所述步骤6)中，所述P-pad的底部接置于所述第二层凹陷结构的平整底面上并与所述波浪纹侧壁相咬合。
5.一种具有粘附性电流阻挡层的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片至少包括：
蓝宝石衬底；
发光外延层，形成于所述蓝宝石衬底的上表面，具有P-pad区及N区，且所述P-pad区具有一凹槽，且所述凹槽具有波浪纹侧壁及平整底面，所述N区设置有N-pad；
电流阻挡层，形成于所述凹槽上，为一顺应所述凹槽形状的第一层凹陷结构，且所述第一层凹陷结构具有波浪纹侧壁及平整底面，所述电流阻挡层为Al2O3材料；
漫反射型反射层，形成于所述电流阻挡层上，为一顺应所述第一层凹陷结构的第二层凹陷结构，且所述第二层凹陷结构具有波浪纹侧壁及平整底面，所述第二层凹陷结构上设置有P-pad；以及
透明导电层，形成于所述发光外延层及漫反射型反射层上，并外露出所述P-pad及N区。
6.根据权利要求5所述的具有粘附性电流阻挡层的LED芯片，其特征在于：所述漫反射型反射层为单层的漫反射型反射层结构或多层的复合式漫反射型反射层结构。
7.根据权利要求5所述的具有粘附性电流阻挡层的LED芯片，其特征在于：所述漫反射型反射层为单质金属反射层或合金反射层。
8.根据权利要求5所述的具有粘附性电流阻挡层的LED芯片，其特征在于：所述P-pad的底部接置于所述第二层凹陷结构的平整底面上并与所述波浪纹侧壁相咬合。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150610 Termination date: 20190728 |
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