一种高亮度LED芯片及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种高亮度LED芯片及其制作方法，该LED芯片包括外延片，包括衬底材料和依次形成在衬底材料上的缓冲层、N型半导体层、发光层和P型半导体层；电流阻挡层，形成在P型半导体层上；电流扩展层，形成在P型半导体层上；反射层，形成在电流阻挡层和下台阶面上，反射层包括多个均匀间隔排列的反射层小分段；P电极和N电极，P电极形成在电流阻挡层上的反射层上，N电极形成在下台阶面上的反射层上；透明绝缘层。本发明专利技术中通过在电极下方设置反射层，能够进一步减少电极对光的吸收，提高电极对光的反射效率进而提升LED芯片的亮度；同时，设置反射层有利于提高电流分布效率，从而提高LED芯片的发光效率和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种高亮度LED芯片及其制作方法
本专利技术涉及半导体芯片
，特别地，涉及一种高亮度LED芯片及其制作方法。
技术介绍
目前，第三代半导体材料已经广泛应用于人类生产生活的各个领域，并在其中起着重要的作用。氮化镓(GaN)材料作为第三代半导体材料家族中的重要组成部分也得到了广泛的应用，其在LED半导体行业中起着不可替代的作用。GaN材料是一种六角纤锌矿结构，它具有化学性能稳定、耐高温、禁带宽度大、高电子漂移饱和速度等优势。因此，GaN基材料被广泛应用于LED芯片、蓝光LED、绿光LED、紫外LED等电子器件的制备材料，并广泛应用于照明、医疗、显示、植物照明等生产生活的各个领域。中国专利201510547960.4公开了一种GaN基发光二极管的制作方法，包括：在基板上形成外延叠层；在外延叠层上形成电流阻挡层图案和透明导电层图案；进行干法刻蚀，使得部分N型第一半导体层裸露，形成台面；在台面上形成绝缘保护层，对绝缘保护层进行电极光刻，形成第一电极开孔和第二电极开孔，在电极开孔内形成金属电极，从而形成发光二极管。由上述方法制备的发光二极管的LED芯片包括自下而上依次设置的基板、N型第一半导体层、发光层和P型第二半导体层；在P型第二半导体层上设有电流阻挡层图案和透明导电层图案，N型第一半导体的台面上设有绝缘保护层，绝缘保护层的第一的第一开孔和第二开孔内设置金属电极。但上述LED芯片仍不能完全满足人们的生活需求。因此，在上述现有技术基础上，仍然有必要寻求一种高亮度LED芯片来解决上述技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高亮度LED芯片，通过在电极下方设置反射层，可以减少电极对光的吸收，提高电极对光的反射效率，进而进一步提升LED芯片的亮度；同时，设置反射层有利于提高电流分布效率，从而提高LED芯片的发光效率和可靠性。为实现上述目的，本专利技术提供了一种高亮度LED芯片，包括：外延片，包括衬底材料和依次形成在所述衬底材料上的缓冲层、N型半导体层、发光层和P型半导体层，所述外延片为包括上台阶面和下台阶面的台阶结构，所述上台阶面上为P型半导体层，所述下台阶面为N型半导体层，所述上台阶面与所述下台阶面之间连接形成台阶侧面；电流阻挡层，形成在所述P型半导体层上；电流扩展层，形成在所述P型半导体层上，且所述电流扩展层围绕所述电流阻挡层，并露出部分所述电流阻挡层的上表面；反射层，形成在所述电流阻挡层和所述下台阶面上；所述反射层包括多个均匀间隔排列的反射层小分段；P电极和N电极，所述P电极形成在所述电流阻挡层上的反射层上，所述N电极形成在所述下台阶面上的反射层上；透明绝缘层，形成在所述外延片、所述电流扩展层、所述P电极和所述N电极上，并露出部分所述P电极和N电极的上表面。优选的，所述反射层、所述P电极和所述N电极分别在截面上具有第一宽度、第二宽度以及第三宽度，所述反射层的第一宽度大于所述P电极的第二宽度以及所述N电极的第三宽度。优选的，所述第一宽度比所述第二宽度或所述第三宽度大1～5μm。优选的，所述反射层为Al-Si合金层或Al-Cu合金层；所述反射层的厚度为50～1500埃，其第一宽度为2～10μm。优选的，所述反射层小分段的长度为35～80μm，且相邻两所述反射层小分段间距为35～80μm；所述反射层小分段的形貌为长方体、多面体、圆柱体或不规则柱体中的一种或多种。本专利技术还提供一种上述高亮度LED芯片的制作方法，所述制作方法至少包括如下步骤：S1：提供衬底材料，在所述衬底材料上依次生长缓冲层、N型半导体层、发光层和P型半导体层以形成外延片；S2：在所述外延片上沉积出电流阻挡层，所述电流阻挡层的厚度为500～3500埃，并利用光刻和蚀刻工艺制备出电流阻挡层图案；S3：在制备好电流阻挡层图案的外延片上沉积出电流扩展层，所述电流扩展层覆盖所述电流阻挡层；通过光刻和蚀刻制备出电流扩展层形貌，且所述电流阻挡层的上表面部分露出；再利用光刻和ICP刻蚀形成所述N型半导体层的台阶，露出所述N型半导体层；S4：采用金属蒸镀方式在制备好所述电流扩展层的外延片上蒸镀反射层，所述反射层的厚度为50～1500埃；通过光刻和蚀刻制备出反射层形貌，所述反射层包括多个均匀间隔排列的反射层小分段；S5：在所述反射层上且于电极位置蒸镀一层电极，分别形成P电极和N电极，并对所述P电极和N电极进行合金处理，形成合金电极；S6：在制备好电极的外延片上且于所述P电极和N电极的上表面以外的区域，采用PECVD设备和黄光光刻工艺制备出透明绝缘层，所述透明绝缘层的厚度为500～2000埃。优选的，所述步骤S3中，所述ICP刻蚀的上射频为100～330W，下射频为50～220W，真空度为3～7mTorr；ICP刻蚀气体为Cl2和BCl3，且Cl2：BCl3的体积比为3～6：1；ICP刻蚀深度为0.8～1.4μm。优选的，所述步骤S4中，蒸镀镀锅转速为5～10r/min，镀率为采用BOE溶液作为刻蚀液，蚀刻时间为1～5min。优选的，所述步骤S5中，所述P电极和N电极的厚度为1.2～2.5μm；合金温度为270℃～350℃。优选的，所述透明绝缘层为SiO2和/或Si3N4透明绝缘材料。相比于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：(1)、本专利技术的一种高亮度LED芯片，包括：外延片，包括衬底材料和依次形成在衬底材料上的缓冲层、N型半导体层、发光层和P型半导体层；电流阻挡层，形成在P型半导体层上；电流扩展层，形成在P型半导体层上；反射层，形成在电流阻挡层和下台阶面上，反射层包括多个均匀间隔排列的反射层小分段；P电极和N电极，P电极形成在电流阻挡层上的反射层上，N电极形成在下台阶面上的反射层上；透明绝缘层。反射层分段式设置，使得N电极线能够与N型半导体层接触导电；同样P电极线能够与电流扩展层接触，便于电流扩展。本专利技术中，通过在电极下方设置反射层，能够进一步减少电极对光的吸收，提高电极对光的反射效率进而提升LED芯片的亮度；同时，设置反射层有利于提高电流分布效率，从而提高LED芯片的发光效率和可靠性。(2)、本专利技术的一种高亮度LED芯片，反射层、P电极和N电极分别在截面上具有第一宽度、第二宽度以及第三宽度，反射层的第一宽度大于P电极的第二宽度以及N电极的第三宽度。该结构设置中，反射层起电流阻挡和对光反射的作用，可以减少电极对光的吸收，提高电极对光的反射效率。(3)、本专利技术的一种高亮度LED芯片，第一宽度比第二宽度或第三宽度大1～5μm；结构设置合理，制作方便。(4)、本专利技术的一种高亮度LED芯片，反射层为Al-Si合金层或Al-Cu合金层；反射层的厚度为50～1500埃，其第一宽度为2～10μm；该结构中，反射层的厚度为50～1500埃范围内更有利于反射，其宽度为2～10μm，该第一宽度大于电极的宽度是起电流阻挡的作用。(5)、本专利技术的一种高亮度LED芯片，反射层小分段的长度为35～80μm，且相邻两反射层小分段间距为35～80μm；该结构设置合理，使得反射层在起到电流阻挡作用的同时又便于电流通过，有效提供LED的亮度。(6)、本专利技术的一种高亮度LED芯片的制作方法，该方法制备工艺路线简单，有利于产业化。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、特征和优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高亮度LED芯片，其特征在于，包括：外延片，包括衬底材料(1)和依次形成在所述衬底材料(1)上的缓冲层(2)、N型半导体层(3)、发光层(4)和P型半导体层(5)，所述外延片为包括上台阶面和下台阶面的台阶结构，所述上台阶面上为P型半导体层(5)，所述下台阶面为N型半导体层(3)，所述上台阶面与所述下台阶面之间连接形成台阶侧面；电流阻挡层(6)，形成在所述P型半导体层(5)上；电流扩展层(7)，形成在所述P型半导体层(5)上，且所述电流扩展层(7)围绕所述电流阻挡层(6)，并露出部分所述电流阻挡层(6)的上表面；反射层(8)，形成在所述电流阻挡层(6)和所述下台阶面上；所述反射层(8)包括多个均匀间隔排列的反射层小分段(8.1)；P电极(9)和N电极(10)，所述P电极(9)形成在所述电流阻挡层(6)上的反射层(8)上，所述N电极(10)形成在所述下台阶面上的反射层(8)上；透明绝缘层(11)，形成在所述外延片、所述电流扩展层(7)、所述P电极(9)和所述N电极(10)上，并露出部分所述P电极(9)和N电极(10)的上表面。

【技术特征摘要】
1.一种高亮度LED芯片，其特征在于，包括：外延片，包括衬底材料(1)和依次形成在所述衬底材料(1)上的缓冲层(2)、N型半导体层(3)、发光层(4)和P型半导体层(5)，所述外延片为包括上台阶面和下台阶面的台阶结构，所述上台阶面上为P型半导体层(5)，所述下台阶面为N型半导体层(3)，所述上台阶面与所述下台阶面之间连接形成台阶侧面；电流阻挡层(6)，形成在所述P型半导体层(5)上；电流扩展层(7)，形成在所述P型半导体层(5)上，且所述电流扩展层(7)围绕所述电流阻挡层(6)，并露出部分所述电流阻挡层(6)的上表面；反射层(8)，形成在所述电流阻挡层(6)和所述下台阶面上；所述反射层(8)包括多个均匀间隔排列的反射层小分段(8.1)；P电极(9)和N电极(10)，所述P电极(9)形成在所述电流阻挡层(6)上的反射层(8)上，所述N电极(10)形成在所述下台阶面上的反射层(8)上；透明绝缘层(11)，形成在所述外延片、所述电流扩展层(7)、所述P电极(9)和所述N电极(10)上，并露出部分所述P电极(9)和N电极(10)的上表面。2.根据权利要求1所述的高亮度LED芯片，其特征在于，所述反射层(8)、所述P电极(9)和所述N电极(10)分别在截面上具有第一宽度、第二宽度以及第三宽度，所述反射层(8)的第一宽度大于所述P电极(9)的第二宽度以及所述N电极(10)的第三宽度。3.根据权利要求2所述的高亮度LED芯片，其特征在于，所述第一宽度比所述第二宽度或所述第三宽度大1～5μm。4.根据权利要求2所述的高亮度LED芯片，其特征在于，所述反射层(8)为Al-Si合金层或Al-Cu合金层；所述反射层(8)的厚度为50～1500埃，其第一宽度为2～10μm。5.根据权利要求1所述的高亮度LED芯片，其特征在于，所述反射层小分段(8.1)的长度为35～80μm，且相邻两所述反射层小分段(8.1)间距为35～80μm；所述反射层小分段(8.1)的形貌为长方体、多面体、圆柱体或不规则柱体中的一种或多种。6.一种如权利要求1～5任意一项所述的高亮度LED芯片的制作方法，其特征在于，所述制作方法至少包括如...

【专利技术属性】
技术研发人员：周智斌，李峰，廖小花，吴慧娟，
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