一种高亮度LED芯片结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高亮度LED芯片结构及其制备方法，该高亮度LED芯片在厚度方向依次包括衬底、缓冲层、N‑GaN层、量子阱层及P‑GaN层，N‑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‑GaN层依次设置在上台阶部上方，下台阶部的N‑GaN上直接设置有N区围坝结构，其中N区围坝结构中间区域设置有N电极、P‑GaN层上设置有P电极，N区围坝结构为一端由N‑GaN层的下台阶部封闭的空心的柱体状，且在其朝向P电极的一侧不留缺口或留有用于电流流出的缺口，围坝结构高度为0.7um～5um，且大于等于其所包围的N电极高度，N区围坝结构为含GaN的结构，其宽度为4um～40um。本发明专利技术的LED芯片结构制作方法简单，有利于提高芯片亮度，同时不会出现由于LED芯片挤金现象而造成的安全问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高亮度LED芯片结构及其制备方法
本专利技术涉及半导体
，特别的，涉及一种高亮度LED芯片结构及其制备方法。
技术介绍
半导体是指常温下其导电性能介于绝缘体和导体之间的一种材料，具有很高的经济价值和发展前景。常见的半导体材料有GaN、硅、锗等等。其中GaN材料是一种六角纤锌矿结构，具有禁带宽度大、耐高温、耐强酸碱、高电子漂移饱和速度以及化学性能稳定等优势。目前GaN已经成为第三代半导体材料的重要组成部分，其中GaN基材料制作的蓝光、绿光等半导体器件在日常生活中广泛应用，在未来具有非常广泛的应用市场和商业前景。由于芯片制作过程中采用Au来制作金属电极，在芯片封装过程中N电极很容易出现挤金的现象，从而影响灯珠的可靠性以及芯片的亮度。到目前为止，芯片厂商一般采用PAD合金的方法来解决此类问题，但是效果很一般，在封装完成后还是存在安全隐患，因而不能完全杜绝此类芯片挤金异常的现象；部分LED芯片N电极周边可能覆盖有钝化层，但由于钝化层太薄，没法承受LED芯片封装对N电极所带来的挤压作用，因而也避免不了芯片挤金现象的产生。因此，设计出高亮度且安全可靠的LED产品是目前急需解决的核心问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种高亮度LED芯片结构及其制备方法，以解决现有技术中由于N电极的挤金现象造成LED芯片亮度不高且存在安全隐患的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种高亮度LED芯片结构，所述LED芯片在厚度方向依次包括衬底、外延层和电极，且所述外延层包括缓冲层、N-GaN层、量子阱层及P-GaN层，N-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-GaN层依次设置在所述上台阶部上方，所述下台阶部的N-GaN上设置有N区围坝结构，所述电极包括设置在所述N区围坝结构中间区域的N电极和设置在P-GaN层上的P电极，所述N区围坝结构为一端由所述N-GaN层的下台阶部封闭的空心的柱体状，所述围坝的侧壁上不留缺口或留有用于电流流出的缺口，所述围坝结构高度为0.7um～5um，且N区围坝结构的高度大于等于其所包围的N电极高度，N区围坝结构的宽度为4um～40um，所述N区围坝结构为含GaN的结构。本专利技术中，所述N区围坝结构空心处的横截面形状为矩形、圆形、椭圆形以及任何多边形的一种，优选所述N区围坝结构的高度大于其所包围的N电极高度。本专利技术中，所述P-GaN层上方设有电流阻挡层，所述电流阻挡层和所述P-GaN层上方设有电流扩展层，所述LED芯片结构还包括一沉积于所述芯片表面的钝化层；包括所述衬底以及含缓冲层、N-GaN层、量子阱层、P-GaN层的外延层的总厚度为4um～10um，所述电流阻挡层的厚度为所述电流扩展层的厚度为所述钝化层的厚度为所述P电极和N电极厚度为0.7um～5um。本专利技术中，N区围坝结构上的缺口朝向P电极一侧，且所述缺口的长度为N区围坝结构内壁周长的1/3以内，优选在1/10以内。本专利技术中，所述围坝结构的底部与N-GaN层的结构相同，围坝结构的上部可选地与电流阻挡层、P-GaN层、量子阱层或N-GaN层的结构相同。一种如上面所述LED芯片结构的制备方法，包括先在衬底上形成所述外延层结构，再从外延层结构顶部的P-GaN层向下刻蚀至N-GaN层，使得刻蚀形成N-GaN层的台阶结构和所述N区围坝结构；或者所述制备方法包括先在衬底上形成所述外延层结构，再在外延层结构顶部的P-GaN层上形成电流阻挡层，再从电流阻挡层顶部向下刻蚀至N-GaN层，使得刻蚀形成N-GaN层的台阶结构和所述N区围坝结构；或者所述制备方法包括先在衬底上形成所述外延层结构，再在外延层结构顶部的P-GaN层上形成电流阻挡层和电流扩展层，再从电流扩展层顶部向下刻蚀至N-GaN层，使得刻蚀形成N-GaN层的台阶结构和所述N区围坝结构，且刻蚀使得N区围坝结构的顶部不含有电流扩展层的成分。本专利技术中，在刻蚀形成N-GaN层的台阶结构和所述N区围坝结构的步骤中，控制真空度为2mTorr～10mTorr，在MESA刻蚀形成N-GaN层台阶型结构及N区图形的同时采用BCl3和Cl2形成等离子体，其中BCl3：Cl2＝1：3～6，在N型GaN层的下台阶部上应用ICP干法刻蚀所述N区围坝结构。本专利技术中，在形成N-GaN层的台阶结构和所述N区围坝结构后，在N区围坝结构内部区域蒸镀电极材料并剥离去胶形成所述N电极。本专利技术中，形成N电极和P电极后，在N电极和P电极以外区域制作一层钝化层，所述N区围坝结构顶部可选择性地制作所述钝化层，所述钝化层的材料为SiO2和Si3N4中的一种或者两种组合。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术的高亮度LED芯片，在N电极周围设置一圈围坝结构，对N电极进行保护，有效解决了现有技术中由于电极挤金影响芯片亮度的问题，同时还可以提高侧壁出光效率，提高了芯片亮度。2、本专利技术的高亮度LED芯片，还具有很好的抗ESD的能力及可靠性。3、本专利技术的高亮度LED芯片的制备是在刻蚀MESA的同时刻蚀出N区的围坝结构，工艺简单。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术优选实施例的LED芯片结构图；图2是本专利技术优选实施例的LED芯片结构俯视图；图3是本专利技术优选实施例1和对比例的亮度分布图；附图标记：1、衬底，2、缓冲层，3、N-GaN层，3a、上台阶部，3b、下台阶部，4、量子阱层，5、P-GaN层，6、电流阻挡层，7、电流扩展层，8、P电极，9、钝化层，10、N区围坝结构，11、N电极。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。实施例1：本专利技术提供了一种高亮度LED芯片的制备方法，该方法至少包括以下步骤：步骤1、提供一衬底1，在衬底1上依次生长缓冲层2、N-GaN层3、量子阱层4及P-GaN层5，以形成发光外延层，所述衬底1可以是蓝宝石衬底、SI衬底、SIC衬底、GaN衬底、ZnO衬底以及其他可以生长外延层的衬底材料；步骤2、在外延层的表面上利用电子束蒸发设备蒸镀电流阻挡层6，即生长一层SiO2，控制生长温度为100℃～500℃，同时蚀刻出图形化的CBL层；步骤3、然后采用电子束蒸发的方法在外延层和CBL层上生长出电流扩展层7，所述电流扩展层的生长时间为1-3h，所述电流扩展层采用的材料为ITO、GIO、ZITO、ZIO、NIAU中的一种或者两种以上组合。步骤4、在所述电流扩展层7表层上光刻P区图形，具体为在电流扩展层7表层上涂覆光刻胶、光罩曝光、显影后露出多余部分电流扩展层7；光刻后经过化学腐蚀后将露出部分电流扩展层7腐蚀掉，最后去掉光刻胶，露出P-GaN层5；步骤5、在所述电流扩展层7表层上MESA光刻和制作N区图形，具体为利用ICP刻蚀自上至下依次刻蚀电流扩展层7、电流阻挡层6、P-GaN层5、量子阱层4以及N-GaN层3，并使N-GaN层3形成具有上台阶部3a及下台阶部3b的台阶状结构，露出N-GaN层3；同时控制真空度为2mTor本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高亮度LED芯片结构，其特征在于，所述LED芯片在厚度方向依次包括衬底、外延层和电极，且所述外延层包括缓冲层、N‑GaN层、量子阱层及P‑GaN层，N‑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‑GaN层依次设置在所述上台阶部上方，所述下台阶部的N‑GaN上设置有N区围坝结构，所述电极包括设置在所述N区围坝结构中间区域的N电极和设置在P‑GaN层上的P电极，所述N区围坝结构为一端由所述N‑GaN层的下台阶部封闭的空心的柱体状，所述围坝的侧壁上不留缺口或留有用于电流流出的缺口，所述围坝结构高度为0.7um～5um，且N区围坝结构的高度大于等于其所包围的N电极高度，N区围坝结构的宽度为4um～40um，所述N区围坝结构为含GaN的结构。

【技术特征摘要】
1.一种高亮度LED芯片结构，其特征在于，所述LED芯片在厚度方向依次包括衬底、外延层和电极，且所述外延层包括缓冲层、N-GaN层、量子阱层及P-GaN层，N-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-GaN层依次设置在所述上台阶部上方，所述下台阶部的N-GaN上设置有N区围坝结构，所述电极包括设置在所述N区围坝结构中间区域的N电极和设置在P-GaN层上的P电极，所述N区围坝结构为一端由所述N-GaN层的下台阶部封闭的空心的柱体状，所述围坝的侧壁上不留缺口或留有用于电流流出的缺口，所述围坝结构高度为0.7um～5um，且N区围坝结构的高度大于等于其所包围的N电极高度，N区围坝结构的宽度为4um～40um，所述N区围坝结构为含GaN的结构。2.根据权利要求1中的一种高亮度LED芯片结构，其特征在于，所述N区围坝结构空心处横截面形状为矩形、圆形、椭圆形以及其它任何多边形的一种，优选所述N区围坝结构的高度大于其所包围的N电极高度。3.根据权利要求1中的一种高亮度LED芯片结构，其特征在于，所述P-GaN层上方设有电流阻挡层，所述电流阻挡层和所述P-GaN层上方设有电流扩展层，所述LED芯片结构还包括一沉积于所述芯片表面的钝化层；包括所述衬底以及含缓冲层、N-GaN层、量子阱层、P-GaN层的外延层的总厚度为4um～10um，所述电流阻挡层的厚度为所述电流扩展层的厚度为所述钝化层的厚度为所述P电极和N电极厚度为0.7um～5um。4.根据权利要求1～3中任意一项所述的一种高亮度LED芯片结构，其特征在于，N区围坝结构上的缺口朝向P电极一侧，且所述缺口的长度为N区围坝结构内壁周长的1/3以内，优选在1/10以内。5.根据权利要求1～3中任意一项所述的一种高亮度LED芯片结构，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：周智斌，
申请(专利权)人：湘能华磊光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43