CN103258929B - Led芯片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种LED芯片及其制备方法，该LED芯片包括：第一类型外延层；发光外延层设置于所述第一类型外延层一侧；第二类型外延层设置于所述发光外延层背离所述第一类型外延层一侧，所述第二类型外延层包括第二类型被覆层和第二类型接触层，所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧的表面具有沟槽，所述沟槽至少贯穿所述第二类型接触层；第一电极，所述第一类型外延层电相连；第二电极，设置于所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧，并覆盖所述沟槽。同时本发明提供该LED芯片的制备方法。本发明所提供的LED芯片提高了电流的有效注入，减少了第二类型外延层对光的吸收，从而提高了芯片的发光效率。

Description

LED芯片及其制备方法

技术领域

本发明涉及发光二级管(LED)制造领域，特别是涉及一种LED芯片及其制备方法。

背景技术

自从20世纪90年代初氮化镓基LED商业化以来，LED的应用领域得到迅速扩大，扩大的市场又不断对LED提出新的技术要求，促使LED的结构向更完善、更成熟的方向发展。近年来国内LED企业在政府的鼓励扶持下，通过北京***、上海世博会、广州亚运会、深圳大运会和“十城万盏”等又获得了进一步的发展。

LED作为一种电致发光器件，需要在发光材料表面制作电极，从电极注入电流来驱动LED发光。电极的面积大小对LED的光电性能有很大的影响，一方面电极面积越大，电流注入越容易，电流分布能做到更均匀，工作电压也能降低，这有利于光电转化效率；另一方面电极是吸光材料，其面积越大遮光面也越大，这就导致电光转化效率的下降。在现有技术中，通过在LED上制造电流阻挡层的办法，来解决这一矛盾。具体来说，在距离电极正下方一定深度的位置制作绝缘材料来阻止这块区域的电流通过，这样电极的正下方就不会发光，所以电极实际上就没有或很少遮光，从而提高LED的电光转化效率。

电流阻挡层在阻挡电流的同时，电流阻挡层下面的外延层本身并没有对发光产生贡献。相反的，由于在制备外延层时，会掺杂大量的杂质镁(Mg)，从而在外延层的禁带中引入杂质深能级，即所谓的黄光带现象，所以，电流阻挡层下面的外延层还会吸收光，导致LED芯片的出光效率降低。

因此，如何提高提高LED芯片的发光效率已成为本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种LED芯片及其制备方法，以解决现有的LED芯片发光效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种LED芯片，包括：

第一类型外延层；

发光外延层，设置于所述第一类型外延层一侧；

第二类型外延层，设置于所述发光外延层背离所述第一类型外延层一侧，所述第二类型外延层包括第二类型被覆层和第二类型接触层，所述第二类型被覆层设置于面向所述发光外延层的一侧，所述第二类型接触层设置于背离所述发光外延层的一侧，所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧的表面具有沟槽，所述沟槽至少贯穿所述第二类型接触层；

第一电极，所述第一类型外延层电相连，以为所述第一类型外延层提供电压；

第二电极，设置于所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧，并覆盖所述沟槽。

进一步的，在所述LED芯片中，所述沟槽贯穿所述第二类型外延层。

进一步的，在所述LED芯片中，所述发光外延层和所述第二类型外延层之间还有一无掺杂外延层。

进一步的，在所述LED芯片中，所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧还具有一透明导电层，所述透明导电层位于所述沟槽以外的所述发光外延层的表面。

进一步的，在所述LED芯片中，所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧还具有一透明导电层，所述透明导电层位于所述沟槽内以及所述发光外延层的表面。

进一步的，在所述LED芯片中，所述透明导电层和所述沟槽之间还具有一电流阻挡层。

进一步的，在所述LED芯片中，所述第一电极位于所述第一类型外延层背离所述发光外延层一侧或位于所述第一类型外延层面向所述发光外延层一侧。

根据本发明的另一面，本发明还提供一种LED芯片的制备方法，包括：

提供第一类型外延层；

在所述第一类型外延层一侧制备发光外延层；

在所述发光外延层背离所述第一类型外延层一侧制备第二类型外延层，所述第二类型外延层包括第二类型被覆层和第二类型接触层，所述第二类型被覆层设置于面向所述发光外延层的一侧，所述第二类型接触层设置于背离所述发光外延层的一侧；

选择性刻蚀所述第二类型外延层，以在所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧的表面形成沟槽，所述沟槽至少贯穿所述第二类型接触层；

制备第一电极和第二电极，所述第一电极与所述第一类型外延层电相连，以为所述第一类型外延层提供电压，所述第二电极设置于所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧，并覆盖所述沟槽。

进一步的，在所述LED芯片的制备方法中，所述沟槽贯穿所述第二类型外延层。

进一步的，在所述LED芯片的制备方法中，在所述发光外延层和所述第二类型外延层之间制备一无掺杂外延层。

进一步的，在所述LED芯片的制备方法中，在所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧制备一透明导电层，所述透明导电层位于所述沟槽以外的所述发光外延层的表面。

进一步的，在所述LED芯片的制备方法中，在所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧制备一透明导电层，所述透明导电层位于所述沟槽内以及所述发光外延层的表面。

进一步的，在所述LED芯片的制备方法中，在所述透明导电层和所述沟槽之间制备一电流阻挡层。

进一步的，在所述LED芯片的制备方法中，在所述第一类型外延层背离所述发光外延层一侧或所述第一类型外延层面向所述发光外延层一侧制备所述第一电极。

与现有技术相比，本发明提供的LED芯片及其制备方法具有以下优点：

1.在本发明所述的LED芯片及其制备方法中，该种LED芯片的所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧的表面具有沟槽，所述沟槽至少贯穿所述第二类型接触层，所述第二电极覆盖所述沟槽，与现有技术相比，所述沟槽的设置使得所述第二电极下方的所述第二类型外延层中没有所述第二类型接触层，从而增加了所述第二电极与所述第二类型外延层的接触电阻，阻挡电流直接注入到所述第二电极下方的所述第二类型外延层中，从而提高了电流的有效注入；并且，所述沟槽的设置使得所述第二电极下方的所述第二类型外延层部分或全部消除，从而减少了第二类型外延层对所述发光外延层发出的光的吸收，因此，提高芯片的发光效率。

2.在本发明所述的LED芯片及其制备方法中，所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧还具有一透明导电层，所述透明导电层提高导电效率，所述透明导电层位于所述沟槽以外的所述发光外延层的表面，使得所述第二电极直接制备在所述沟槽的表面，而由于所述第二电极与所述沟槽的表面之间的电阻较大，所以不必设置电流阻挡层，节约工艺。

附图说明

图1为本发明一实施例的LED芯片制备方法的流程图；

图2a-图2f为本发明一实施例的LED芯片制备方法的各工艺步骤中的LED芯片的结构示意图；

图3为本发明又一实施例的LED芯片的剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的LED芯片及其制备方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于，本发明提供一种LED芯片及其制备方法，该LED芯片的所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧的表面具有沟槽，所述沟槽至少贯穿所述第二类型接触层，所述第二电极覆盖所述沟槽，所述第二电极覆盖所述沟槽，提高了电流的有效注入，并且减少了第二类型外延层对所述发光外延层发出的光的吸收，因此，提高LED芯片的发光效率。

结合上述核心思想，本发明提供一种LED芯片，包括：第一类型外延层；发光外延层，设置于所述第一类型外延层一侧；第二类型外延层，设置于所述发光外延层背离所述第一类型外延层一侧，所述第二类型外延层包括第二类型被覆层和第二类型接触层，所述第二类型被覆层设置于面向所述发光外延层的一侧，所述第二类型接触层设置于背离所述发光外延层的一侧，所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧的表面具有沟槽，所述沟槽至少贯穿所述第二类型接触层；第一电极，所述第一类型外延层电相连，以为所述第一类型外延层提供电压；第二电极，设置于所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧，并覆盖所述沟槽。

进一步，结合上述LED芯片，本发明还提供了一种LED芯片的制造方法，包括以下步骤：

步骤S11，提供第一类型外延层；

步骤S12，在所述第一类型外延层一侧制备发光外延层；

步骤S13，在所述发光外延层背离所述第一类型外延层一侧制备第二类型外延层，所述第二类型外延层包括第二类型被覆层和第二类型接触层，所述第二类型被覆层设置于面向所述发光外延层的一侧，所述第二类型接触层设置于背离所述发光外延层的一侧；

步骤S14，选择性刻蚀所述第二类型外延层，以在所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧的表面形成沟槽，所述沟槽至少贯穿所述第二类型接触层；

步骤S15，制备第一电极和第二电极，所述第一电极与所述第一类型外延层电相连，以为所述第一类型外延层提供电压，所述第二电极设置于所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧，并覆盖所述沟槽。

以下结合核心思想，详细说明本发明所述LED芯片及其制备方法。

【第一实施例】

在本实施例中，在所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧制备一透明导电层，所述透明导电层位于所述沟槽以外的所述发光外延层的表面。

以下结合图1和图2a-图2f具体说明本实施例中的LED芯片及其制备方法。其中，图1为本发明一实施例的LED芯片制备方法的流程图，图2a-图2f为本发明一实施例的LED芯片制备方法的各工艺步骤中的LED芯片的结构示意图。

首先，进行步骤S11，提供第一类型外延层110。

在实际上产中，根据需要LED芯片还包括衬底100，所述第一类型外延层110形成于所述衬底100的一侧，如图2a所示。但还可以在所述第一类型外延层110和所述衬底100之间形成以提高晶格匹配度的缓冲层，具体不做限制。其中，所述第一类型外延层110的材料可以为N型氮化镓、N型氮化铝等N型掺杂的半导体材料，具体不做限制，所述衬底100的材料可以为蓝宝石，其它材料，如碳化硅、氧化镁或氧化锌亦在本发明的思想范围之内。另外，本实施例的衬底100为图形化蓝宝石衬底，因为图形化蓝宝石衬底可以降低外延层材料位错密度，提高外延层的晶体质量。

然后，进行步骤S12，在所述第一类型外延层110背离所述衬底100的一侧制备发光外延层120，如图2b所示。一般的，所述发光外延层120为量子阱层，可以为单量子阱层或多量子阱层，在本实施例中，所述第一类型外延层110为N型氮化镓，所以，所述发光外延层120为3～5个周期的氮化镓/氮化铟镓多量子阱，但所述发光外延层120的材料并不限于氮化镓/氮化铟镓，只要可以形成阱层和垒层，能够实现量子阱发光，亦在本发明的思想范围之内。

由于在本实施例中，所述发光外延层120和所述第二类型外延层130之间还有一无掺杂外延层121，所以在步骤S12和步骤S13之间，在所述发光外延层背离所述第一类型外延层110一侧制备无掺杂外延层121，在本实施例中，所述无掺杂外延层121的材料为无掺杂氮化镓。

接着，进行步骤S13，在所述发光外延层背离所述第一类型外延层一侧制备第二类型外延层130，所述第二类型外延层130包括第二类型被覆层131和第二类型接触层132，所述第二类型被覆层131设置于面向所述发光外延层120的一侧，如图2c所示。由于在本实施例中，所述发光外延层120为3～5个周期的氮化镓/氮化铟镓多量子阱，所以所述第二类型被覆层131的材料为P型氮化镓，所述第二类型接触层132为P型氮化铟镓，P型氮化铟镓的晶格排列规则，有助于提高电性能，但所述第二类型被覆层131和所述第二类型接触层132的材料并不限于为P型氮化镓和P型氮化铟镓，其它的可以为所述发光外延层120提供空穴的P型单导体材料，以在本发明的思想范围之内。

由于在本实施例中，所述第二类型外延层130背离所述发光外延层120一侧还具有一透明导电层140，所以在步骤S13和步骤S14之间，在所述第二类型外延层130背离所述发光外延层120一侧制备所述透明导电层140，一般，所述透明导电层140的材料为ITO(氧化铟锡)。

在本实施例中，所述第一电极设置于所述第一类型外延层110面向所述发光外延层120一侧，所以在在步骤S13和步骤S14之间，选择性刻蚀所述第二类型外延层130、所述发光外延层120，以露出部分所述第一类型外延层110，如图2d所示，在露出部分的所述第一类型外延层110上制备所述第一电极。

随后，进行步骤S14，选择性刻蚀所述第二类型外延层130，以在所述第二类型外延层背离所述发光外延层120一侧的表面形成沟槽150，所述沟槽150至少贯穿所述第二类型接触层132。所述沟槽150的设置使得所述第二电极下方的所述第二类型外延层130部分或全部消除，从而减少了第二类型外延层130对所述发光外延层120发出的光的吸收，因此，提高LED芯片的发光效率。较佳的，所述沟槽150贯穿所述第二类型外延层130，可以使得所述第二电极下方的所述第二类型外延层130全部消除，更多地减少了第二类型外延层130对所述发光外延层120发出的光的吸收。但并不限于所述沟槽150贯穿所述第二类型外延层130，所述沟槽150可以只贯穿所述第二类型接触层132，或者还位于部分所述第二类型被覆层131内，亦在本发明的思想范围之内。在本实施例中，由于在进行步骤S14之前制备了所述透明导电层140，所以，所述透明导电层140位于所述沟槽150以外的所述发光外延层130的表面，如图2e所示。还可以先进行步骤S14，再制备所述透明导电层140，之后将所述沟槽150内的所述透明导电层140去除，亦可以在所述沟槽150以外的所述发光外延层130的表面形成所述透明导电层140。

最后，进行步骤S15，制备第一电极160和第二电极170，所述第一电极160设置于所述第一类型外延层110面向所述发光外延层120一侧并与所述第一类型外延层110相连，以为所述第一类型外延层110提供电压，所述第二电极170设置于所述第二类型外延层130背离所述发光外延层130一侧，并覆盖所述沟槽150，如图2f所示。在实际的生产过程中，所述第二电极170的横截面积略大于所述沟槽150的横截面积，一般，所述第二电极170的横截面积比所述沟槽150的横截面积大1微米～20微米，如5微米、10微米。由于所述沟槽150的设置，使得所述第二电极170下方的所述第二类型外延层130中没有所述第二类型接触层132，从而增加了所述第二电极170与所述第二类型外延层130的接触电阻，阻挡电流直接注入到所述第二电极170下方的所述第二类型外延层130中，从而提高了电流的有效注入，提高LED芯片的发光效率。

综上所述，本发明提供一种LED芯片及其制备方法，其中LED芯片的结构如图2f所示，包括第一类型外延层110、发光外延层120、第二类型外延层130、第一电极160以及第二电极170，所述发光外延层120设置于所述第一类型外延层110一侧，所述第二类型外延层130设置于所述发光外延层120背离所述第一类型外延层110一侧，所述第二类型外延层130包括第二类型被覆层131和第二类型接触层132，所述第二类型被覆层131设置于面向所述发光外延层120的一侧，所述第二类型外延层130背离所述发光外延层120一侧的表面具有沟槽150，所述沟槽至150少贯穿所述第二类型接触层132，所述第一电极160设置于所述第一类型外延层110面向所述发光外延层120一侧并与所述第一类型外延层110相连，以为所述第一类型外延层110提供电压，所述第二电极设置于所述第二类型外延层130背离所述发光外延层120一侧，并覆盖所述沟槽150。另外，所述第一电极160并不限于设置于所述第一类型外延层110面向所述发光外延层120一侧并与所述第一类型外延层110相连，所述第一电极160还可以设置于所述第一类型外延层110背离所述发光外延层120的一侧，并与所述第一类型外延层110相连，亦能为所述第一类型外延层110提供电压，亦在本发明的思想范围之内。

【第二实施例】

请参阅图3，图3为本发明又一实施例的LED芯片的剖面示意图。所述又一实施方式的LED芯片与所述一实施方式的LED芯片基本相同，其区别在于：所述透明导电层140位于所述沟槽150内以及所述发光外延层130的表面，亦可以提高了电流的有效注入，并且减少了第二类型外延层130对所述发光外延层120发出的光的吸收，亦能达到提高LED芯片的发光效率的有益效果。

较佳的，在所述透明导电层140和所述沟槽150之间制备一电流阻挡层180，所述电流阻挡层180可以有效地阻止电流直接注入到所述第二电极170下方的所述第二类型外延层130中，从而进一步提高电流的有效注入，以进一步提高LED芯片的发光效率。

综上，本发明所述的LED芯片及其制备方法，该LED芯片的所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧的表面具有沟槽，所述沟槽至少贯穿所述第二类型接触层，所述第二电极覆盖所述沟槽，所述第二电极覆盖所述沟槽，提高了电流的有效注入，并且减少了第二类型外延层对所述发光外延层发出的光的吸收，因此，提高LED芯片的发光效率。与现有技术相比，本发明提供的LED芯片及其制备方法具有以下优点：

1.在本发明所述的LED芯片及其制备方法中，该种LED芯片的所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧的表面具有沟槽，所述沟槽至少贯穿所述第二类型接触层，所述第二电极覆盖所述沟槽，与现有技术相比，所述沟槽的设置使得所述第二电极下方的所述第二类型外延层中没有所述第二类型接触层，从而增加了所述第二电极与所述第二类型外延层的接触电阻，阻挡电流直接注入到所述第二电极下方的所述第二类型外延层中，从而提高了电流的有效注入；并且，所述沟槽的设置使得所述第二电极下方的所述第二类型外延层部分或全部消除，从而减少了第二类型外延层对所述发光外延层发出的光的吸收，因此，提高芯片的发光效率。

2.在本发明所述的LED芯片及其制备方法中，所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧还具有一透明导电层，所述透明导电层提高导电效率，所述透明导电层位于所述沟槽以外的所述发光外延层的表面，使得所述第二电极直接制备在所述沟槽的表面，而由于所述第二电极与所述沟槽的表面之间的电阻较大，所以不必设置电流阻挡层，节约工艺。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种LED芯片，包括：

第一类型外延层；

发光外延层，设置于所述第一类型外延层的一侧；

第二类型外延层，设置于所述发光外延层背离所述第一类型外延层一侧，所述第二类型外延层包括第二类型被覆层和第二类型接触层，所述第二类型被覆层设置于面向所述发光外延层的一侧，所述第二类型接触层设置于背离所述发光外延层的一侧，所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧的表面具有沟槽，所述沟槽至少贯穿所述第二类型接触层，至多贯穿至所述第二类型被覆层的下表面；

第一电极，与所述第一类型外延层电相连，用于向所述第一类型外延层提供电压；

第二电极，设置于所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧，并覆盖所述沟槽。

2.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，还包括一无掺杂外延层设置于所述发光外延层和所述第二类型外延层之间。

3.如权利要求1或2中所述的LED芯片，其特征在于，所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧还具有一透明导电层，所述透明导电层位于所述沟槽以外的所述发光外延层的表面。

4.如权利要求1或2所述的LED芯片，其特征在于，所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧还具有一透明导电层，所述透明导电层位于所述沟槽内以及所述发光外延层的表面。

5.如权利要求4所述的LED芯片，其特征在于，所述透明导电层和所述沟槽之间还具有一电流阻挡层。

6.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述第一电极位于所述第一类型外延层背离所述发光外延层一侧或位于所述第一类型外延层面向所述发光外延层一侧。

7.一种LED芯片的制备方法，包括：

提供第一类型外延层；

在所述第一类型外延层一侧制备发光外延层；

在所述发光外延层背离所述第一类型外延层一侧制备第二类型外延层，所述第二类型外延层包括第二类型被覆层和第二类型接触层，所述第二类型被覆层设置于面向所述发光外延层的一侧，所述第二类型接触层设置于背离所述发光外延层的一侧；

选择性刻蚀所述第二类型外延层，以在所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧的表面形成沟槽，所述沟槽至少贯穿所述第二类型接触层，至多贯穿至所述第二类型被覆层的下表面；

制备第一电极和第二电极，所述第一电极与所述第一类型外延层电相连，以为所述第一类型外延层提供电压，所述第二电极设置于所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧，并覆盖所述沟槽。

8.如权利要求7所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，在所述发光外延层和所述第二类型外延层之间制备一无掺杂外延层。

9.如权利要求7或8所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，在所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧制备一透明导电层，所述透明导电层位于所述沟槽以外的所述发光外延层的表面。

10.如权利要求7或8所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，在所述第二类型外延层背离所述发光外延层一侧制备一透明导电层，所述透明导电层位于所述沟槽内以及所述发光外延层的表面。

11.如权利要求10所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，在所述透明导电层和所述沟槽之间制备一电流阻挡层。

12.如权利要求7所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，在所述第一类型外延层背离所述发光外延层一侧或所述第一类型外延层面向所述发光外延层一侧制备所述第一电极。