本發(fā)明涉及半導體技術領域，特別涉及一種高亮度發(fā)光二極管芯片及其制備方法。

背景技術：

發(fā)光二極管(英文：Light Emitting Diode，簡稱：LED)作為高效、環(huán)保、綠色新一代固態(tài)照明光源，具有低電壓、低功耗、體積小、重量輕、壽命長、高可靠性等優(yōu)點，正在被迅速廣泛地得到應用，如交通信號燈、汽車內(nèi)外燈、城市景觀照明、手機背光源、戶外全彩顯示屏等。尤其在照明領域，LED芯片得到了極大的應用，發(fā)揮了獨特的不可替代的作用。

目前LED芯片包括藍寶石襯底、以及依次在藍寶石襯底上層疊的N型GaN層、InGaN/GaN有源層、P型GaN層、透明導電層、鈍化層，P型GaN層上設有延伸至N型GaN層的凹槽，N型電極設置在N型GaN層上，P型電極設置在P型GaN層上。

在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術至少存在以下問題：

目前的LED芯片存在著發(fā)光效率較低的問題，導致LED產(chǎn)品的性價比與傳統(tǒng)照明產(chǎn)品差不多，LED芯片在照明領域的產(chǎn)業(yè)化推廣受到了限制。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術的問題，本發(fā)明實施例提供了一種高亮度發(fā)光二極管芯片及其制備方法。所述技術方案如下：

一方面，本發(fā)明實施例提供了一種高亮度發(fā)光二極管芯片，所述高亮度發(fā)光二極管芯片包括反光層、基板、N型半導體層、發(fā)光層、P型半導體層、電子阻擋層、透明導電層、鈍化保護層、以及P型電極和N型電極，所述N型半導體層、所述發(fā)光層、所述P型半導體層依次層疊在所述基板的第一表面上，所述P型半導體層上設有延伸至所述N型半導體層的凹槽，所述電子阻擋層設置在所述P型半導體層上，所述透明導電層設置在所述電子阻擋層和所述P型半導體層上，所述P型電極設置在所述透明導電層上，所述N型電極設置在所述N型半導體層上，所述反光層設置在所述基板的第二表面上，所述基板的第二表面為與所述基板的第一表面相反的表面，所述鈍化保護層包括沉積在所述透明導電層和所述N型半導體層上的第一子層、以及沉積在所述凹槽的側(cè)壁上的第二子層，所述第二子層沉積的厚度大于所述第一子層沉積的厚度。

可選地，所述第一子層沉積的厚度為200～400埃，所述第二子層沉積的厚度為2300～2500埃。

可選地，所述反光層包括多個依次層疊的反光子層，所述反光子層包括依次層疊的至少兩種折射率不同的氧化層，所述反光子層的厚度為所述發(fā)光層的發(fā)射主波長的四分之一。

優(yōu)選地，所述氧化層采用Ta₂O₅、ZrO₂、Al₂O₃、TiO₂、SiO₂中的任一種。

優(yōu)選地，所述反光子層的層數(shù)為2～40層。

可選地，所述透明導電層采用氧化銦錫或者ZnO。

另一方面，本發(fā)明實施例提供了一種高亮度發(fā)光二極管芯片的制備方法，所述制備方法包括：

在基板的第一表面上依次生長N型半導體層、發(fā)光層、P型半導體層；

在所述P型半導體層上形成延伸至所述N型半導體層的凹槽；

在所述P型半導體層上形成電子阻擋層；

在所述電子阻擋層和所述P型半導體層上形成透明導電層；

在所述透明導電層上設置P型電極，在所述N型半導體層上設置N型電極；

在所述透明導電層、所述凹槽的側(cè)壁和所述N型半導體層上沉積鈍化保護層；

對所述基板的第二表面進行減薄和研磨，所述基板的第二表面為與所述基板的第一表面相反的表面；

在研磨后的所述基板的第二表面上形成反光層，得到半成品；

對所述半成品進行劃裂和測試，得到發(fā)光二極管芯片；

其中，所述鈍化保護層包括沉積在所述透明導電層和所述N型半導體層上的第一子層、以及沉積在所述凹槽的側(cè)壁上的第二子層，所述第二子層沉積的厚度大于所述第一子層沉積的厚度。

可選地，所述在所述透明導電層、所述凹槽的側(cè)壁和所述N型半導體層上沉積鈍化保護層，包括：

在所述透明導電層、所述凹槽的側(cè)壁和所述N型半導體層上沉積所述第二子層；

采用光刻工藝和刻蝕工藝去除所述透明導電層和所述N型半導體層上沉積的所述第二子層；

在所述透明導電層、所述凹槽的側(cè)壁和所述N型半導體層上沉積所述第一子層；

采用光刻工藝和刻蝕工藝去除所述P型電極所在的區(qū)域、所述N型電極所在的區(qū)域、以及所述凹槽的側(cè)壁上沉積的所述第一子層。

可選地，所述第一子層沉積的厚度為200～400埃，所述第二子層沉積的厚度為2300～2500埃。

可選地，所述反光層包括多個依次層疊的反光子層，所述反光子層包括依次層疊的至少兩種折射率不同的氧化層，所述反光子層的厚度為所述發(fā)光層的發(fā)射主波長的四分之一。

本發(fā)明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：

通過鈍化保護層沉積在凹槽的側(cè)壁上的厚度大于沉積在透明導電層和N型半導體層上的厚度，一方面對凹槽的側(cè)壁上的發(fā)光層通過沉積較厚的鈍化保護層進行有效保護，避免其在后續(xù)的封裝和應用過程中受到外界的水汽等污染物質(zhì)的影響而產(chǎn)生漏電的問題，另一方面對透明導電層上等不會產(chǎn)生漏電隱患的區(qū)域沉積較薄的鈍化保護層，由于透明導電層上對LED芯片出光影響很大，同時鈍化保護層對光線有吸收作用，因此沉積較薄的鈍化保護層可以減少LED芯片發(fā)光時對光線的吸收，使得更多的光子逃出LED芯片，起到改善LED芯片外量子效率的作用，從而有效提高發(fā)光亮度。也就是說，在不同的區(qū)域采用滿足相應要求厚度的鈍化保護層，既可以滿足LED芯片使用的可靠性要求，又可以最大限度減少鈍化保護層對出光的限制，改善了LED芯片的外量子效率，最終提高LED芯片的發(fā)光效率，有助于LED芯片在照明領域的產(chǎn)業(yè)化推廣。而且LED芯片的結(jié)構(gòu)簡單，制備方法可以與現(xiàn)有技術很好的融合，不會產(chǎn)生較多的制造成本，也不需要新增不同類型的設備。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例一提供的一種高亮度發(fā)光二極管芯片的主視圖；

圖2是本發(fā)明實施例一提供的一種高亮度發(fā)光二極管芯片的俯視圖；

圖3是本發(fā)明實施例一提供的鈍化保護層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例二提供的一種高亮度發(fā)光二極管芯片的制備方法的流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。

實施例一

本發(fā)明實施例提供了一種高亮度發(fā)光二極管芯片，參見圖1和圖2，該高亮度發(fā)光二極管芯片包括反光層20、基板10、N型半導體層11、發(fā)光層12、P型半導體層13、電子阻擋層14、透明導電層15、鈍化保護層16、以及P型電極17和N型電極18。N型半導體層11、發(fā)光層12、P型半導體層13依次層疊在基板10的第一表面上，P型半導體層13上設有延伸至N型半導體層11的凹槽，電子阻擋層14設置在P型半導體層13上，透明導電層15設置在電子阻擋層14和P型半導體層13上，P型電極17設置在透明導電層15上，N型電極18設置在N型半導體層11上，反光層20設置在基板10的第二表面上，基板10的第二表面為與基板10的第一表面相反的表面。

在本實施例中，參見圖1和圖3，鈍化保護層16包括沉積在透明導電層15和N型半導體層11上的第一子層16a、以及沉積在凹槽的側(cè)壁上的第二子層16b，第二子層16b沉積的厚度大于透明導電層15沉積的厚度。

可選地，第一子層16a沉積的厚度可以為200～400埃，第二子層16b沉積的厚度可以為2300～2500埃。

優(yōu)選地，第一子層16a沉積的厚度可以為300埃，第二子層16b沉積的厚度可以為2400埃。第二子層16b沉積的厚度為2400埃，可以避免量子阱在后續(xù)的封裝和應用中受到外界的水汽等污染物質(zhì)的影響，不會造成LED芯片在使用過程中產(chǎn)生微漏。而第一子層16a沉積的厚度為300埃，不會產(chǎn)生漏電隱患，通過減薄以提高LED芯片的發(fā)光亮度。

可選地，反光層20可以包括多個依次層疊的反光子層，反光子層包括依次層疊的至少兩種折射率不同的氧化層，反光子層的厚度為發(fā)光層的發(fā)射主波長的四分之一。

優(yōu)選地，反光子層可以包括依次層疊的兩種折射率不同的氧化層，也可以包括依次層疊的三種折射率不同的氧化層。

優(yōu)選地，氧化層可以采用Ta₂O₅、ZrO₂、Al₂O₃、TiO₂、SiO₂中的任一種。其中，Ta₂O₅的折射率為2.06，ZrO₂的折射率為1.92、Al₂O₃的折射率為1.77、TiO₂的折射率為2.35，SiO₂的折射率為1.46。

優(yōu)選地，反光子層的層數(shù)可以為2～40層。

可選地，電子阻擋層14可以采用SiO₂或者Si₃N₄。

可選地，透明導電層15可以采用氧化銦錫(英文：Indium tin oxide，簡稱：ITO)或者ZnO。

可選地，鈍化保護層16可以采用SiO₂或者Al₂O₃。

可選地，P型電極17可以包括依次層疊的Ti層和Al層，也可以包括依次層疊的Cr層、Ti層、Al層。N型電極18可以包括依次層疊的Ti層和Al層，也可以包括依次層疊的Cr層、Ti層、Al層。

具體地，基板10可以為藍寶石基板，厚度約為150微米。N型半導體層11可以為N型GaN層，發(fā)光層12可以包括交替層疊的InGaN量子阱層和GaN量子壘層，P型半導體層13可以為P型GaN層。

進一步地，基板10和N型半導體層11之間還可以設置不摻雜的GaN層，以緩解藍寶石和GaN之間的晶格失配。N型半導體層11和發(fā)光層12還可以設置N型電流擴展層，以使電子均勻注入發(fā)光層12。

在實際應用中，LED芯片的電壓約為3V。

將本實施例的LED芯片與傳統(tǒng)的LED芯片對比結(jié)果如下表一所示：

表一

由表一可知，本實施例的LED芯片的光功率提高了2.35％，同時其它參數(shù)保持一致。

本發(fā)明實施例通過鈍化保護層沉積在凹槽的側(cè)壁上的厚度大于沉積在透明導電層和N型半導體層上的厚度，一方面對凹槽的側(cè)壁上的發(fā)光層通過沉積較厚的鈍化保護層進行有效保護，避免其在后續(xù)的封裝和應用過程中受到外界的水汽等污染物質(zhì)的影響而產(chǎn)生漏電的問題，另一方面對透明導電層上等不會產(chǎn)生漏電隱患的區(qū)域沉積較薄的鈍化保護層，由于透明導電層上對LED芯片出光影響很大，同時鈍化保護層對光線有吸收作用，因此沉積較薄的鈍化保護層可以減少LED芯片發(fā)光時對光線的吸收，使得更多的光子逃出LED芯片，起到改善LED芯片外量子效率的作用，從而有效提高發(fā)光亮度。也就是說，在不同的區(qū)域采用滿足相應要求厚度的鈍化保護層，既可以滿足LED芯片使用的可靠性要求，又可以最大限度減少鈍化保護層對出光的限制，改善了LED芯片的外量子效率，最終提高LED芯片的發(fā)光效率，有助于LED芯片在照明領域的產(chǎn)業(yè)化推廣。而且LED芯片的結(jié)構(gòu)簡單，制備方法可以與現(xiàn)有技術很好的融合，不會產(chǎn)生較多的制造成本，也不需要新增不同類型的設備。

實施例二

本發(fā)明實施例提供了一種高亮度發(fā)光二極管芯片的制備方法，適用于制備實施例一提供的高亮度發(fā)光二極管芯片，參見圖4，該制備方法包括：

步驟201：在基板的第一表面上依次生長N型半導體層、發(fā)光層、P型半導體層。

具體地，基板可以為藍寶石基板。N型半導體層可以為N型GaN層，發(fā)光層可以包括交替層疊的InGaN量子阱層和GaN量子壘層，P型半導體層可以為P型GaN層。

步驟202：在P型半導體層上形成延伸至N型半導體層的凹槽。

具體地，該步驟202可以包括：

采用光刻技術和刻蝕技術在P型半導體層上形成延伸至N型半導體層的凹槽。

步驟203：在P型半導體層上形成電子阻擋層。

具體地，電子阻擋層可以采用SiO₂或者Si₃N₄。

步驟204：在電子阻擋層和P型半導體層上形成透明導電層。

可選地，透明導電層可以采用ITO或者ZnO。

步驟205：在透明導電層上設置P型電極，在N型半導體層上設置N型電極。

可選地，P型電極可以包括依次層疊的Ti層和Al層，也可以包括依次層疊的Cr層、Ti層、Al層。N型電極可以包括依次層疊的Ti層和Al層，也可以包括依次層疊的Cr層、Ti層、Al層。

步驟206：在透明導電層、凹槽的側(cè)壁和N型半導體層上沉積鈍化保護層。

具體地，鈍化保護層可以采用SiO₂或者Al₂O₃。

在本實施例中，鈍化保護層包括沉積在透明導電層和N型半導體層上的第一子層、以及沉積在凹槽的側(cè)壁上的第二子層，第二子層沉積的厚度大于透明導電層沉積的厚度。

可選地，第一子層沉積的厚度可以為200～400埃，第二子層沉積的厚度可以為2300～2500埃。

優(yōu)選地，第一子層沉積的厚度可以為300埃，第二子層沉積的厚度可以為2400埃。第二子層沉積的厚度為2400埃，可以避免量子阱在后續(xù)的封裝和應用中受到外界的水汽等污染物質(zhì)的影響，不會造成LED芯片在使用過程中產(chǎn)生微漏。而第一子層沉積的厚度為300埃，不會產(chǎn)生漏電隱患，通過減薄以提高LED芯片的發(fā)光亮度。

具體地，該步驟206可以包括：

在透明導電層、凹槽的側(cè)壁和N型半導體層上沉積第二子層；

采用光刻工藝和刻蝕工藝去除透明導電層和N型半導體層上沉積的第二子層；

在透明導電層、凹槽的側(cè)壁和N型半導體層上沉積第一子層；

采用光刻工藝和刻蝕工藝去除P型電極所在的區(qū)域、N型電極所在的區(qū)域、以及凹槽的側(cè)壁上沉積的第一子層。

其中，以去除透明導電層和N型半導體層上沉積的第二子層為例，光刻工藝和刻蝕工藝過程如下：

在第二子層上形成一層光刻膠；

對光刻膠進行曝光和顯影，去除透明導電層和N型半導體層對應區(qū)域的光刻膠；

采用反應離子刻蝕(英文：Reactive Ion Etching，簡稱：RIE)技術去除透明導電層和N型半導體層上沉積的第二子層；

剝離剩余的光刻膠。

步驟207：對基板的第二表面進行減薄和研磨。

在本實施例中，基板的第二表面為與基板的第一表面相反的表面。

具體地，減薄后的基板的厚度約為150微米。

步驟208：在研磨后的基板的第二表面上形成反光層，得到半成品。

可選地，反光層可以包括多個依次層疊的反光子層，反光子層包括依次層疊的至少兩種折射率不同的氧化層，反光子層的厚度為發(fā)光層的發(fā)射主波長的四分之一。

優(yōu)選地，反光子層可以包括依次層疊的兩種折射率不同的氧化層，也可以包括依次層疊的三種折射率不同的氧化層。

優(yōu)選地，氧化層可以采用Ta₂O₅、ZrO₂、Al₂O₃、TiO₂、SiO₂中的任一種。其中，Ta₂O₅的折射率為2.06，ZrO₂的折射率為1.92、Al₂O₃的折射率為1.77、TiO₂的折射率為2.35，SiO₂的折射率為1.46。

優(yōu)選地，反光子層的層數(shù)可以為2～40層。

步驟209：對半成品進行劃裂和測試，得到發(fā)光二極管芯片。

在實際應用中，各層堆疊出來的半成品通常很大，需要分成多個相互獨立的發(fā)光二極管芯片。同時為了保證芯片質(zhì)量，在入庫之前，會對劃裂得到的發(fā)光二極管芯片進行測試，將測試通過的發(fā)光二極管入庫，測試不通過的發(fā)光二極管丟棄。

本發(fā)明實施例通過鈍化保護層沉積在凹槽的側(cè)壁上的厚度大于沉積在透明導電層和N型半導體層上的厚度，一方面對凹槽的側(cè)壁上的發(fā)光層通過沉積較厚的鈍化保護層進行有效保護，避免其在后續(xù)的封裝和應用過程中受到外界的水汽等污染物質(zhì)的影響而產(chǎn)生漏電的問題，另一方面對透明導電層上等不會產(chǎn)生漏電隱患的區(qū)域沉積較薄的鈍化保護層，由于透明導電層上對LED芯片出光影響很大，同時鈍化保護層對光線有吸收作用，因此沉積較薄的鈍化保護層可以減少LED芯片發(fā)光時對光線的吸收，使得更多的光子逃出LED芯片，起到改善LED芯片外量子效率的作用，從而有效提高發(fā)光亮度。也就是說，在不同的區(qū)域采用滿足相應要求厚度的鈍化保護層，既可以滿足LED芯片使用的可靠性要求，又可以最大限度減少鈍化保護層對出光的限制，改善了LED芯片的外量子效率，最終提高LED芯片的發(fā)光效率，有助于LED芯片在照明領域的產(chǎn)業(yè)化推廣。而且LED芯片的結(jié)構(gòu)簡單，制備方法可以與現(xiàn)有技術很好的融合，不會產(chǎn)生較多的制造成本，也不需要新增不同類型的設備。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。