一种发光二极管芯片及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种发光二极管芯片及其制作方法，属于半导体技术领域。所述发光二极管芯片包括衬底、N型半导体层、有源层、P型半导体层、透明导电薄膜、P型电极、N型电极和复合层，N型半导体层、有源层和P型半导体层依次层叠在衬底的第一表面上，P型半导体层上设有延伸至N型半导体层的凹槽，透明导电薄膜铺设在P型半导体层上，P型电极设置在透明导电薄膜上，N型电极设置在凹槽内的N型半导体层上；复合层包括若干金属纳米颗粒和无机材料层，若干金属纳米颗粒间隔设置在衬底的第二表面上，无机材料层铺设在若干纳米银颗粒和若干纳米银颗粒之间的衬底的第二表面上，复合层的折射率小于或等于1。本发明专利技术工艺简单、制作成本低、制作周期短。

【技术实现步骤摘要】
一种发光二极管芯片及其制作方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种发光二极管芯片及其制作方法。
技术介绍
发光二极管(英文：LightEmittingDiode，简称LED)是一种半导体发光器件，被广泛用于指示灯、显示屏等。白光LED是继白炽灯和日光灯之后的第三代电光源，白光LED的能耗仅为白炽灯的八分之一，荧光灯的二分之一，寿命可长达十万小时，对于普通家庭照明可谓“一劳永逸”。芯片是LED的核心组件。现有的LED芯片包括衬底、N型半导体层、有源层、P型半导体层、透明导电薄膜、P型电极、N型电极和反射层。N型半导体层、有源层和P型半导体层依次层叠在衬底的第一表面上，P型半导体层上设有延伸至N型半导体层的凹槽；透明导电薄膜铺设在P型半导体层上，P型电极设置在透明导电薄膜上，N型电极设置在凹槽内的N型半导体层上；反射层铺设在衬底的第二表面上，衬底的第二表面为与衬底的第一表面相反的表面。具体地，衬底用于提供外延生长的表面并起到支撑作用；N型半导体层用于提供进行复合发光的电子，有源层用于进行电子和空穴的复合发光，P型半导体层用于提供进行复合发光的空穴；N型电极和P型电极用于接入电源，以向芯片中注入电流，驱动N型半导体层提供的电子和P型半导体层提供的空穴注入有源层进行复合发光；透明导电薄膜用于促进电流的横向扩展，以增加有源层的发光面积；反射层用于对射向衬底的光线进行反射，以提供芯片的正向出光效率。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：反射层通常采用分布式布拉格反射镜(英文：distributedbraggreflection)实现。DBR是由两种不同折射率的材料以ABAB的方式交替排列组成的周期结构，如36～42组SiO2/TiO2的复合层(SiO2的折射率为1.5，TiO2的折射率为2.5)，利用折射率的变化实现光线的反射，制作工艺较为复杂，耗时较长，制作成本高。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种发光二极管芯片及其制作方法，能够解决现有技术反射层制作工艺复杂、制作成本高、制作周期长的问题。所述技术方案如下：一方面，本专利技术实施例提供了一种发光二极管芯片，所述发光二极管芯片包括衬底、N型半导体层、有源层、P型半导体层、透明导电薄膜、P型电极和N型电极，所述N型半导体层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底的第一表面上，所述P型半导体层上设有延伸至所述N型半导体层的凹槽，所述透明导电薄膜铺设在所述P型半导体层上，所述P型电极设置在所述透明导电薄膜上，所述N型电极设置在所述凹槽内的N型半导体层上；所述发光二极管芯片还包括复合层，所述复合层包括若干金属纳米颗粒和无机材料层，所述若干金属纳米颗粒间隔设置在所述衬底的第二表面上，所述无机材料层铺设在所述若干纳米银颗粒和所述若干纳米银颗粒之间的衬底的第二表面上，所述复合层的折射率小于或等于1，所述衬底的第二表面为与所述衬底的第一表面相反的表面。可选地，所述金属纳米颗粒为银纳米颗粒，所述无机材料层为二氧化钛层。优选地，所述若干银纳米颗粒在所述衬底的第二表面上的覆盖面积小于或等于所述衬底的第二表面的面积的40％。优选地，所述银纳米颗粒的粒径小于或等于140nm。可选地，所述银纳米颗粒的高度为10nm～20nm。可选地，所述二氧化钛层的厚度为10nm～20nm。另一方面，本专利技术实施例提供了一种发光二极管芯片的制作方法，所述制作方法包括：在衬底的第一表面上依次生长N型半导体层、有源层和P型半导体层；在所述P型半导体层上开设延伸至所述N型半导体层的凹槽；在所述P型半导体层上形成透明导电薄膜；在所述透明导电薄膜上设置P型电极，在所述凹槽内的N型半导体层上设置N型电极；在所述衬底的第二表面上形成复合层，所述复合层包括若干金属纳米颗粒和无机材料层，所述若干金属纳米颗粒间隔设置在所述衬底的第二表面上，所述无机材料层铺设在所述若干纳米银颗粒和所述若干纳米银颗粒之间的衬底的第二表面上，所述复合层的折射率小于或等于1，所述衬底的第二表面为与所述衬底的第一表面相反的表面。可选地，所述在所述衬底的第二表面上形成复合层，包括：在所述衬底的第二表面上形成银层；对银层图形化，得到间隔设置的若干银纳米颗粒；在所述若干银纳米颗粒和所述若干银纳米颗粒之间的衬底的第二表面上形成二氧化钛层。优选地，所述若干银纳米颗粒在所述衬底的第二表面上的覆盖面积小于或等于所述衬底的第二表面的面积的40％。优选地，所述银纳米颗粒的粒径小于或等于140nm。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在衬底的第二表面设置复合层，复合层的折射率小于或等于1，射向衬底的光线很容易满足全反射的条件，对于波长在400nm～800nm之间的光线均可以实现全反射，完全可以代替DBR作为反射层。同时复合层只包括若干金属纳米颗粒和无机材料层，与DBR相比，制作工艺十分简单，可以大大缩短制作周期，降低制作成本，提高了LED在实际应用方面的竞争力。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种发光二极管芯片的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的若干银纳米颗粒的分布示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种发光二极管芯片的制作方法的流程图；图4a-图4e是本专利技术实施例提供的制作方法在各步骤执行过程中得到的发光二极管芯片的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。本专利技术实施例提供了一种发光二极管芯片，图1为本专利技术实施例提供的一种发光二极管芯片的结构示意图，参见图1，该发光二极管芯片包括衬底10、N型半导体层21、有源层22、P型半导体层23、透明导电薄膜30、P型电极41和N型电极42。N型半导体层21、有源层22和P型半导体层23依次层叠在衬底10的第一表面上，P型半导体层23上设有延伸至N型半导体层21的凹槽20，透明导电薄膜30铺设在P型半导体层23上，P型电极41设置在透明导电薄膜30上，N型电极42设置在凹槽20内的N型半导体层21上。在本实施例中，该发光二极管芯片还包括复合层50，复合层50包括若干金属纳米颗粒51和无机材料层52，若干金属纳米颗粒51间隔设置在衬底10的第二表面上，无机材料层52铺设在若干金属纳米颗粒51和若干金属纳米颗粒51之间的衬底10的第二表面上，复合层50的折射率小于或等于1，衬底10的第二表面为与衬底10的第一表面相反的表面。本专利技术实施例通过在衬底的第二表面设置复合层，复合层的折射率小于或等于1，射向衬底的光线很容易满足全反射的条件，对于波长在400nm～800nm之间的光线均可以实现全反射，完全可以代替DBR作为反射层。同时复合层只包括若干金属纳米颗粒和无机材料层，与DBR相比，制作工艺十分简单，可以大大缩短制作周期，降低制作成本，提高了LED在实际应用方面的竞争力。可选地，金属纳米颗粒51可以为银纳米颗粒，无机材料层52可以为二氧化钛层。实验证实，采用银纳米颗粒和二氧化钛层的组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发光二极管芯片，所述发光二极管芯片包括衬底、N型半导体层、有源层、P型半导体层、透明导电薄膜、P型电极和N型电极，所述N型半导体层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底的第一表面上，所述P型半导体层上设有延伸至所述N型半导体层的凹槽，所述透明导电薄膜铺设在所述P型半导体层上，所述P型电极设置在所述透明导电薄膜上，所述N型电极设置在所述凹槽内的N型半导体层上；其特征在于，所述发光二极管芯片还包括复合层，所述复合层包括若干金属纳米颗粒和无机材料层，所述若干金属纳米颗粒间隔设置在所述衬底的第二表面上，所述无机材料层铺设在所述若干纳米银颗粒和所述若干纳米银颗粒之间的衬底的第二表面上，所述复合层的折射率小于或等于1，所述衬底的第二表面为与所述衬底的第一表面相反的表面。

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管芯片，所述发光二极管芯片包括衬底、N型半导体层、有源层、P型半导体层、透明导电薄膜、P型电极和N型电极，所述N型半导体层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底的第一表面上，所述P型半导体层上设有延伸至所述N型半导体层的凹槽，所述透明导电薄膜铺设在所述P型半导体层上，所述P型电极设置在所述透明导电薄膜上，所述N型电极设置在所述凹槽内的N型半导体层上；其特征在于，所述发光二极管芯片还包括复合层，所述复合层包括若干金属纳米颗粒和无机材料层，所述若干金属纳米颗粒间隔设置在所述衬底的第二表面上，所述无机材料层铺设在所述若干纳米银颗粒和所述若干纳米银颗粒之间的衬底的第二表面上，所述复合层的折射率小于或等于1，所述衬底的第二表面为与所述衬底的第一表面相反的表面。2.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述金属纳米颗粒为银纳米颗粒，所述无机材料层为二氧化钛层。3.根据权利要求2所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述若干银纳米颗粒在所述衬底的第二表面上的覆盖面积小于或等于所述衬底的第二表面的面积的40％。4.根据权利要求2或3所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述银纳米颗粒的粒径小于或等于140nm。5.根据权利要求2或3所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述银纳米颗粒的高度为10nm～20nm。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭炳磊，魏晓骏，葛永晖，吕蒙普，李鹏，胡加辉，
申请(专利权)人：华灿光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42