一种具有粗化结构的LED芯片及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有粗化结构的LED芯片的制备方法，包括以下步骤：在衬底上依次生长缓冲层、N‑GAN层、多量子阱发光层和P‑GAN层，形成LED外延片；在外延片上刻蚀出芯片的形貌和N‑GAN层；在P‑GAN层上生长电流阻挡层；在P‑GAN层和电流阻挡层上生长电流扩展层；在P‑GaN层和N‑GaN层上蒸镀一层电极，分别形成P电极和N电极；在电极以外区域沉积一层粗化层，并将该粗化层刻蚀出阵列式排布的立体图形；在电极以外区域制备出透明绝缘层，得到具有粗化结构的LED芯片。本发明专利技术提供的LED芯片制备方法通过增加粗化结构能够改变光线的传播路线和出光角度，大大提升LED芯片的亮度。

A kind of LED chip with coarsening structure and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种具有粗化结构的LED芯片及其制备方法
本专利技术涉及半导体照明
，特别地，涉及一种具有粗化结构的LED芯片及其制备方法。
技术介绍
目前，LED芯片广泛应用于人类生产生活的各个方面，比如显示、照明、车灯、植物照明、医疗保健等。LED芯片是通过第三代半导体材料GAN制备而成的器件，其具备使用寿命长、耐高温、节能环保等优良特性。LED芯片制造中主要采用的结构有正装结构、倒装结构、垂直结构等。不同结构具有不同的优势和缺点，目前广泛采用的是正装结构。随着人民生活水平的不断提高，对LED芯片的要求也越来越严格。如何提升芯片亮度是LED行业技术人员必须面临的问题，目前在提高芯片亮度主要在内量子效率和外量子效率两个方面解决。本专利技术提供了一种氧化硅粗化工艺的LED芯片制备方法属于从提升外量子效率方面来提高芯片亮度。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种具有粗化结构的LED芯片的制备方法，以提高LED芯片的发光亮度，增加芯片的出光效率。为实现上述目的，本专利技术提供了一种具有粗化结构的LED芯片的制备方法，包括以下步骤：步骤一、在衬底上依次生长缓冲层、N-GAN层、多量子阱发光层和P-GAN层，形成LED外延片；然后在外延片上刻蚀出芯片的形貌和N-GAN层；步骤二、在LED外延片的P-GAN层上生长电流阻挡层；步骤三、在LED外延片的P-GAN层和电流阻挡层上生长电流扩展层；步骤四、在LED外延片的P-GaN层和N-GaN层上蒸镀一层电极，分别形成P电极和N电极；步骤五、在电极以外区域沉积一层粗化层，并将该粗化层刻蚀出阵列式排布的立体图形；步骤六、在电极以外区域制备出透明绝缘层，得到具有粗化结构的LED芯片。进一步的，步骤五中，沉积粗化层的条件是：沉积温度为200-290℃，沉积的厚度为400-1000A。进一步的，步骤五中，所述粗化层刻蚀出阵列式排布的立体图形的条件是：通过黄光光刻工艺，采用2000-3000转/min进行匀胶，曝光能量为100-150Mj/CM2，显影时间为2-5min，然后在130-150℃温度下坚膜4-8min。进一步的，步骤五中，所述粗化层刻蚀出阵列式排布的立体图形为圆台、圆柱体或圆锥体；优选圆台。进一步的，步骤二中，利用PECVD设备沉积一层厚度在1000-3000A之间的氧化硅，通过黄光光刻和腐蚀工艺制备出电流阻挡层图形。进一步的，步骤三中，利用蒸镀或者溅射设备，蒸镀一层厚度在300-1500A之间的ITO层，通过黄光光刻和腐蚀工艺制备出电流扩展层图形；利用退火工艺对电流扩张层进行退火，退火温度在550-600℃之间，持续时间为2-8min，氧气流量为2-8sccm。进一步的，步骤四中，采用金属蒸镀方式在外延片的P-GaN层和N-GaN层上蒸镀一层电极，分别形成P电极和N电极，并将所述P电极和N电极分别在250-300℃温度下进行合金处理，形成合金电极。进一步的，步骤六中，利用PECVD设备沉积一层透明绝缘层，透明绝缘层的厚度控制在500-3000A之间。进一步的，步骤一中，所述衬底材料为蓝宝石衬底、Si衬底或者GaN衬底；步骤五中，所述粗化层的材质为氧化硅、氮化硅和氮氧硅中的至少一种。本专利技术还提供了一种具有粗化结构的LED芯片，所述LED芯片由上述的制备方法制备而成。本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术提供的一种具有粗化结构的LED芯片的制备方法，沉积粗化层是采用PECVD沉积，沉积过程中温度高，生长速率慢可以有利于提高粗化层的致密性。温度不同会影响粗化层材料生长后的致密性，会因为N值(介质的真实折射率)的不同，影响到光出射的角度，进而影响亮度。如果沉积粗化层的温度过高则可能导致电极可靠性降低或者失效；如果沉积温度太低，则会影响致密性，只有合理的沉积温度才能更好的优化出射光的角度。本专利技术沉积温度在200-290℃之间(优选250℃)，生长速率控制在2-3埃米/秒。(2)本专利技术提供的一种具有粗化结构的LED芯片的制备方法，粗化层结构采用阵列式排布的方式。因为本专利技术主要是利用折射定律来做的：氧化硅的折射率在1.11-1.27之间，而透明导电层ITO在可见光范围内的折射率在1.8-2.1之间。因为光线是从ITO层入射到粗化层的氧化硅中，这个过程相当于光从光密介质入射到光疏介质中。根据折射定律(N1sinA＝N2sinB)可以知道，会出现全发射现象，改变氧化硅的N值，可以增加出光角度，通过沉积温度等使得氧化硅密度增加，改变N值大小，有利于增大出光角度。而阵列排布的方式有利于增加特定角度的光出来，减少全发射，其次有利于漫反射的发生，进而提升LED芯片的亮度。(3)本专利技术提供的一种具有粗化结构的LED芯片的制备方法，通过采用粗化层结构不仅能够改变光线的传播路线和出光角度，而且粗化层和透明绝缘层组合可以提高芯片的可靠性。(4)本专利技术提供的一种具有粗化结构的LED芯片的制备方法，制备工艺路线简洁，可以使用现有设备，不需要增加设备，有利于LED产业化推广。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是现有技术中LED芯片(也即对比例4制备的LED芯片)的结构示意图；图2是本专利技术优选实施例1制备的LED芯片的结构示意图；图3是本专利技术优选实施例1制备的LED芯片中阵列排布的粗化层的截面图；图4是本专利技术优选实施例1制备的LED芯片中圆台结构的俯视图；其中，1、衬底，2、缓冲层，3、N-GaN层，4、多量子阱层，5、P-GaN层，6、电流阻挡层，7、电流扩展层，8、透明绝缘层，9、P电极，10、N电极，11、阵列排布的粗化层，11.1、圆台上部，11.2、圆台下部。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。参见图2至图4，一种具有粗化结构的LED芯片的制备方法，具体包括以下步骤：步骤一、在衬底1上通过MOCVD设备依次生长出缓冲层2、N-GaN层3、多量子阱层4以及P-GaN层5，得到LED外延片；具体生长过程可参照现有技术(此处公开其中一种)，如：在1000-1100℃的的氢气气氛下，通入100-130L/min的H2，保持反应腔压力100-300mbar，处理蓝宝石衬底8-10分钟；降温至500-600℃下，保持反应腔压力300-600mbar，通入流量为10000-20000sccm的NH3、50-100sccm的TMGa、100-130L/min的H2、在蓝宝石衬底上生长厚度为20-40nm的低温缓冲层；升高反应腔温度至1000-1200℃，升高反应腔压力至300-6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有粗化结构的LED芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一、在衬底上依次生长缓冲层、N-GAN层、多量子阱发光层和P-GAN层，形成LED外延片；然后在外延片上刻蚀出芯片的形貌和N-GAN层；/n步骤二、在LED外延片的P-GAN层上生长电流阻挡层；/n步骤三、在LED外延片的P-GAN层和电流阻挡层上生长电流扩展层；/n步骤四、在LED外延片的P-GaN层和N-GaN层上蒸镀一层电极，分别形成P电极和N电极；/n步骤五、在电极以外区域沉积一层粗化层，并将该粗化层刻蚀出阵列式排布的立体图形；/n步骤六、在电极以外区域制备出透明绝缘层，得到具有粗化结构的LED芯片。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有粗化结构的LED芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在衬底上依次生长缓冲层、N-GAN层、多量子阱发光层和P-GAN层，形成LED外延片；然后在外延片上刻蚀出芯片的形貌和N-GAN层；
步骤二、在LED外延片的P-GAN层上生长电流阻挡层；
步骤三、在LED外延片的P-GAN层和电流阻挡层上生长电流扩展层；
步骤四、在LED外延片的P-GaN层和N-GaN层上蒸镀一层电极，分别形成P电极和N电极；
步骤五、在电极以外区域沉积一层粗化层，并将该粗化层刻蚀出阵列式排布的立体图形；
步骤六、在电极以外区域制备出透明绝缘层，得到具有粗化结构的LED芯片。


2.根据权利要求1所述的一种具有粗化结构的LED芯片的制备方法，其特征在于，步骤五中，沉积粗化层的条件是：沉积温度为200-290℃，沉积的厚度为400-1000A。


3.根据权利要求2所述的一种具有粗化结构的LED芯片的制备方法，其特征在于，步骤五中，所述粗化层刻蚀出阵列式排布的立体图形的条件是：通过黄光光刻工艺，采用2000-3000转/min进行匀胶，曝光能量为100-150Mj/CM2，显影时间为2-5min，然后在130-150℃温度下坚膜4-8min。


4.根据权利要求1所述的一种具有粗化结构的LED芯片的制备方法，其特征在于，步骤五中，所述粗化层刻蚀出阵列式排布的立体图形为圆台、圆柱体或圆锥体；优选圆台。


5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：周智斌，唐海马，谢鹏杰，
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