CN104134735A - 一种发光二极管芯片结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发光二极管芯片结构,包括:生长衬底;发光外延结构,至少包括N型层、量子阱层及P型层,所述发光外延结构具有N电极制备区域;图案化结构,形成于P型层的部分表面;金属反射镜,结合于图案化结构表面;透明绝缘层,结合于金属反射镜表面;电流扩展层,覆盖于透明绝缘层及P型层表面;N电极及P电极。本发明于P电极下方增加金属反射镜/绝缘层结构,大大地降低了P电极对光线的吸收,对金属反射镜下方的P型层进行粗化,增加出光概率,同时有益于P电极的牢固性。本发明结构简单,适用于工业生产。
Description
技术领域
本发明属于半导体照明领域,特别是涉及一种发光二极管芯片结构。
背景技术
半导体照明作为新型高效固体光源,具有寿命长、节能、环保、安全等显著优点,将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃,其应用领域正在迅速扩大,正带动传统照明、显示等行业的升级换代,其经济效益和社会效益巨大。正因如此,半导体照明被普遍看作是21世纪最具发展前景的新兴产业之一,也是未来几年光电子领域最重要的制高点之一。发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物,如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成的,其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性,即正向导通,反向截止、击穿特性。此外,在一定条件下,它还具有发光特性。在正向电压下,电子由N区注入P区,空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光。
对于一般正装结构的发光二极管,其出光面一般为正面出光,这种结构存在以下问题:P电极下方的电流密度较大,发光效率也较高,但由于P电极一般不透光并且会吸收大部分的光线,因此会造成电流的浪费和出光率的降低。现有的解决方法是,对P电极下方的p-GaN面积部分进行钝化,使其成为电绝缘性,或者在P电极下面沉积SiO2等绝缘层,减少电流在P电极下面直接注入以节省电流,但是,对于这种结构的发光二极管,其在活性区所产生的光子仍有部分能够穿过电绝缘区或SiO2绝缘层被P电极所吸收,造成出光效率下降。
因此,提供一种能有效解决P电极对光线的吸收而导致发光二极管发光效率降低的问题的方法实属必要。
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发光二极管芯片结构,用于解决现有技术中P电极对光线的吸收导致发光二极管发光效率降低的问题。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种发光二极管芯片结构,至少包括:
生长衬底;
发光外延结构,至少包括依次层叠的N型层、量子阱层及P型层,所述发光外延结构具有去除了部分的P型层、量子阱层及N型层所形成的N电极制备区域;
图案化结构,形成于所述P型层的部分表面;
金属反射镜,结合于所述图案化结构表面;
透明绝缘层,结合于所述金属反射镜表面;
电流扩展层,覆盖于所述透明绝缘层及P型层表面;
N电极,形成于所述N电极制备区域表面,及P电极,形成于所述电流扩展层表面。
作为本发明的发光二极管芯片结构的一种优选方案,所述生长衬底为蓝宝石衬底或图形蓝宝石衬底。
作为本发明的发光二极管芯片结构的一种优选方案,所述N型层为N-GaN层,所述量子阱层为InGaN/GaN多量子阱层,所述P型层为P-GaN层。
作为本发明的发光二极管芯片结构的一种优选方案,所述图案化结构的图形高度不大于100nm。
作为本发明的发光二极管芯片结构的一种优选方案,所述金属反射镜为Al/Ni/Au叠层、Ag/Ni/Au叠层、Al/Cr/Au叠层、Ag/Cr/Au叠层、Al/Cr/Pt叠层、或Ag/Cr/Pt叠层。
作为本发明的发光二极管芯片结构的一种优选方案,所述金属反射镜及透明绝缘层的总厚度不大于750nm。
作为本发明的发光二极管芯片结构的一种优选方案,所述透明绝缘层为二氧化硅层、氮化硅层或二氧化硅/氮化硅叠层。
作为本发明的发光二极管芯片结构的一种优选方案,所述电流扩展层为ITO透明导电层。
作为本发明的发光二极管芯片结构的一种优选方案,所述生长衬底的背面还结合有背镀反射镜。
如上所述,本发明提供一种发光二极管芯片结构,至少包括:生长衬底;发光外延结构,至少包括依次层叠的N型层、量子阱层及P型层,所述发光外延结构具有去除了部分的P型层、量子阱层及N型层所形成的N电极制备区域;图案化结构,形成于所述P型层的部分表面;金属反射镜,结合于所述图案化结构表面;透明绝缘层,结合于所述金属反射镜表面;电流扩展层,覆盖于所述透明绝缘层及P型层表面;N电极形成于所述N电极制备区域表面,及P电极,形成于所述电流扩展层表面。本发明于P电极下方增加金属反射镜/绝缘层结构,大大地降低了P电极对光线的吸收,对金属反射镜下方的P型层进行粗化,增加出光概率,同时有益于P电极的牢固性。本发明结构简单,适用于工业生产。
附图说明
图1显示为本发明的发光二极管芯片结构实施例1中的结构示意图。
图2显示为本发明的发光二极管芯片结构实施例2中的结构示意图。
图3~图12为本发明的发光二极管芯片结构的制造方法各步骤所呈现的结构示意图。
元件标号说明
101 生长衬底
102 N型层
103 量子阱层
104 P型层
105 N电极制备区域
106 图案化结构
108 金属反射镜
109 透明绝缘层
110 电流扩展层
111 N电极
112 P电极
113 背镀反射镜
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1~图12。需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例1
如图1所示,本实施例提供一种发光二极管芯片结构,至少包括:
生长衬底101;
发光外延结构,至少包括依次层叠的N型层102、量子阱层103及P型层104,所述发光外延结构具有去除了部分的P型层104、量子阱层103及N型层102所形成的N电极制备区域105;
图案化结构106,形成于所述P型层104的部分表面;
金属反射镜108,结合于所述图案化结构106表面;
透明绝缘层109,结合于所述金属反射镜108表面;
电流扩展层110,覆盖于所述透明绝缘层109及P型层104表面;
N电极111,形成于所述N电极制备区域105表面,及P电极112,形成于所述电流扩展层110表面。
作为示例,所述生长衬底101为蓝宝石衬底或图形蓝宝石衬底。当然,在其它的实施例中,所述生长衬底101也可以是如Si衬底、SiC衬底等,可以根据不同的工艺需求进行选择,并不限于此处所列举的几种。
作为示例,所述N型层102为N-GaN层,所述量子阱层103为InGaN/GaN多量子阱层103,所述P型层104为P-GaN层。当然,所述发光外延结构也可以是如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成的发光外延结构,可以根据所需产品的性能进行选择,且并不限于此处所列举的几种。
作为示例,所述图案化结构106的图案呈周期性排列,各图案的图形高度不大于100nm,其中,所述图形高度是指图案的最高点及最低点之间的距离。在本实施例中,所述图案化结构106的图形高度为50nm。
作为示例,所述金属反射镜108为Al/Ni/Au叠层、Ag/Ni/Au叠层、Al/Cr/Au叠层、Ag/Cr/Au叠层、Al/Cr/Pt叠层、或Ag/Cr/Pt叠层。当然,在其它的实施例中,也可以采用其它的金属或金属叠层作为所述金属反射镜108的材料。
作为示例,所述透明绝缘层109为二氧化硅层、氮化硅层或二氧化硅/氮化硅叠层。
作为示例,所述金属反射镜108及透明绝缘层109的总厚度不大于750nm。
作为示例,所述电流扩展层110为ITO透明导电层。
如图3~图11所示,本实施例还提供一种发光二极管芯片结构的制造方法,包括以下步骤:
如图3所示,首先进行步骤1),提供一生长衬底101,然后采用化学气相沉积法于所述生长衬底101表面形成至少包括N型层102、量子阱层103及P型层104的发光外延结构。
如图4所示,然后进行步骤2),采用感应耦合等离子体ICP刻蚀法去除所述窗口内的P型层104、量子阱层103及部分的N型层102,形成N电极制备区域105。
如图5所示,接着进行步骤3),采用湿法腐蚀或干法刻蚀对所述P型层104的部分表面进行粗化处理,形成图案化结构106。
如图6~8所示,然后进行步骤4),采用金属剥离工艺于所述图案化结构106表面形成金属反射镜108。
如图9所示,接着进行步骤5),于所述金属反射镜108表面形成透明绝缘层109。
如图10所示,然后进行步骤6),于所述透明绝缘层109及P型层104表面形成电流扩展层110。
如图11所示,最后进行步骤7),制作N电极及P电极112,完成发光二极管芯片结构的制造。
实施例2
如图2所示,本实施例提供一种发光二极管芯片结构,其基本结构如实施例1,其中,为了进一步提高发光二极管的出光效率,所述生长衬底101的背面还结合有背镀反射镜113。在本实施例中,所述背镀反射镜113为全方位反射镜ODR或布拉格反射镜DBR。
如图3~图12所示,本实施例还提供一种发光二极管芯片结构的制造方法,其基本步骤如实施例1,其中,还包括步骤:减薄所述生长衬底101,并于所述生长衬底101背面制作背镀反射镜113。在本实施例中,所述背镀反射镜113为全方位反射镜ODR或布拉格反射镜DBR。
综上所述,本发明提供一种发光二极管芯片结构,至少包括:生长衬底101;发光外延结构,至少包括依次层叠的N型层102、量子阱层103及P型层104,所述发光外延结构具有去除了部分的P型层104、量子阱层103及N型层102所形成的N电极制备区域105;图案化结构106,形成于所述P型层104的部分表面;金属反射镜108,结合于所述图案化结构106表面;透明绝缘层109,结合于所述金属反射镜108表面;电流扩展层110,覆盖于所述透明绝缘层109及P型层104表面;N电极111,形成于所述N电极制备区域105表面,及P电极112,形成于所述电流扩展层110表面。本发明于P电极下方增加金属反射镜/绝缘层结构,大大地降低了P电极对光线的吸收,对金属反射镜下方的P型层进行粗化,增加出光概率,同时有益于P电极的牢固性。本发明结构简单,适用于工业生产。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)
1.一种发光二极管芯片结构,其特征在于,至少包括:
生长衬底;
发光外延结构,至少包括依次层叠的N型层、量子阱层及P型层,所述发光外延结构具有去除了部分的P型层、量子阱层及N型层所形成的N电极制备区域;
图案化结构,形成于所述P型层的部分表面;
金属反射镜,结合于所述图案化结构表面;
透明绝缘层,结合于所述金属反射镜表面;
电流扩展层,覆盖于所述透明绝缘层及P型层表面;
N电极,形成于所述N电极制备区域表面,及P电极,形成于所述电流扩展层表面。
2.根据权利要求1所述的发光二极管芯片结构,其特征在于:所述N型层为N-GaN层,所述量子阱层为InGaN/GaN多量子阱层,所述P型层为P-GaN层。
3.根据权利要求1所述的发光二极管芯片结构,其特征在于:所述图案化结构的图形高度不大于100nm。
4.根据权利要求1所述的发光二极管芯片结构,其特征在于:所述金属反射镜为Al/Ni/Au叠层、Ag/Ni/Au叠层、Al/Cr/Au叠层、Ag/Cr/Au叠层、Al/Cr/Pt叠层、或Ag/Cr/Pt叠层。
5.根据权利要求1所述的发光二极管芯片结构,其特征在于:所述金属反射镜及透明绝缘层的总厚度不大于750nm。
6.根据权利要求1所述的发光二极管芯片结构,其特征在于:所述电流扩展层为ITO透明导电层。
7.根据权利要求1所述的发光二极管芯片结构,其特征在于:所述透明绝缘层为二氧化硅层、氮化硅层或二氧化硅/氮化硅叠层。
8.根据权利要求1所述的所述的发光二极管芯片结构,其特征在于:所述生长衬底的背面还结合有背镀反射镜。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |