一種LED芯片及其制作方法與流程

本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種LED芯片及其制作方法。

背景技術：

隨著半導體技術的發展，發光二極管(英文：Light Emitting Diode，簡稱：LED)的發光效率不斷提高，在各種彩色顯示屏、裝飾燈、指示燈、白光照明燈等方面得到了廣泛的應用，但LED的發光效率還沒有達到理想的目標。

LED的發光效率由內量子效率和光提取效率兩方面決定，現有藍光GaN基LED的內量子效率已經很高，主要是提高LED的光提取效率。目前采用沉淀法在LED的電流擴展層上制作一層ZnO種子層，再采用水熱法生長ZnO納米棒陣列，以提高LED的發光效率。

在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題：

沉淀法制作的ZnO種子結合不緊密，結構容易被破壞，LED發光效率的提高效果較差。

技術實現要素：

為了解決現有技術的問題，本發明實施例提供了一種LED芯片及其制作方法。所述技術方案如下：

一方面，本發明實施例提供了一種LED芯片，所述LED芯片包括襯底、以及依次層疊在所述襯底上的未摻雜AlN緩沖層、未摻雜GaN層、N型GaN層、多量子阱層、P型Al_yGa_1-yN層、P型GaN層、ITO電流擴展層，0.1＜y＜0.5，所述多量子阱層包括交替層疊的InGaN層和GaN層，所述ITO電流擴展層上設有延伸至所述N型GaN層的凹槽，N型電極設置在所述N型GaN層上，P型電極設置在所述ITO電流擴展層上，所述LED芯片還包括若干TiO₂納米棒，所述若干TiO₂納米棒以陣列方式設置在所述ITO電流擴展層上。

可選地，所述TiO₂納米棒的直徑為20～80nm。

可選地，所述TiO₂納米棒的高度為300～500nm。

可選地，所述TiO₂納米棒沿(101)晶向生長。

另一方面，本發明實施例提供了一種LED芯片的制作方法，所述制作方法包括：

采用金屬有機化合物化學氣相沉積技術在襯底上依次外延生長未摻雜AlN緩沖層、未摻雜GaN層、N型GaN層、多量子阱層、P型Al_yGa_1-yN層、P型GaN層，0.1＜y＜0.5，所述多量子阱層包括交替層疊的InGaN層和GaN層；

采用蒸鍍技術在所述P型GaN層上形成ITO電流擴展層；

采用光刻技術和刻蝕技術在所述ITO電流擴展層上開設延伸至所述N型GaN層的凹槽；

在所述N型GaN層上設置N型電極，在所述ITO電流擴展層上設置P型電極；

采用光刻技術在所述凹槽內、以及所述N型電極和所述P型電極上形成光刻膠；

采用水熱法在所述ITO電流擴展層和所述光刻膠上生長若干TiO₂納米棒，所述若干TiO₂納米棒以陣列方式設置；

采用去膠液去除所述光刻膠和所述光刻膠上的TiO₂納米棒；

裂片得到若干相互獨立的LED芯片。

具體地，所述采用水熱法在所述ITO電流擴展層和所述光刻膠上生長若干TiO₂納米棒，包括：

將所述襯底放置在水熱反應釜中由鈦酸四丁酯和鹽酸組成的混合溶液內進行反應，在所述ITO電流擴展層和所述光刻膠上形成所述若干TiO₂納米棒；

反應完成后將所述混合溶液的溫度恢復至所述水熱反應釜所在環境的溫度；

從所述水熱反應釜中取出所述襯底，采用去離子水進行沖洗，并采用氮氣吹干。

可選地，所述混合溶液中鈦的濃度為0.02～0.2mol/L，所述混合溶液的pH值為6～8。

優選地，反應的溫度為100～200℃，反應的時間為1～10小時。

可選地，所述TiO₂納米棒的直徑為20～80nm。

可選地，所述TiO₂納米棒的高度為300～500nm。

本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：

通過在ITO電流擴展層上以陣列方式設置若干TiO₂納米棒，TiO₂綠色無毒、催化活性高，化學穩定性好、成本低廉，TiO₂納米棒與ZnO納米棒具有相似的光電性能，利用其獨特的幾何結構減少光的吸收，同時TiO₂納米棒的形成可以直接采用ITO電流擴展層作為種子層，種子層結合緊密，不容易被破壞，能夠明顯提高LED的發光效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發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，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明實施例一提供的一種LED芯片的結構示意圖；

圖2是本發明實施例二提供的一種LED芯片的制作方法的流程示意圖。

具體實施方式

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

實施例一

本發明實施例提供了一種LED芯片，參見圖1，該LED芯片包括襯底1、以及依次層疊在襯底1上的未摻雜AlN緩沖層2、未摻雜GaN層3、N型GaN層4、多量子阱層5、P型Al_yGa_1-yN層6、P型GaN層7、氧化銦錫(英文：Indium tin oxide，簡稱：ITO)電流擴展層8，0.1＜y＜0.5。多量子阱層包括交替層疊的InGaN層和GaN層。ITO電流擴展層8上設有延伸至N型GaN層4的凹槽，N型電極9設置在N型GaN層4上，P型電極10設置在ITO電流擴展層8上。

在本實施例中，該LED芯片還包括若干TiO₂納米棒11，若干TiO₂納米棒11以陣列方式設置在ITO電流擴展層8上。

可選地，TiO₂納米棒的直徑可以為20～80nm。

可選地，TiO₂納米棒的高度可以為300～500nm。

可選地，TiO₂納米棒沿(101)晶向生長。

可選地，襯底可以為適用于紅黃光LED的GaAs襯底，也可以為適用于藍綠光LED的藍寶石襯底、SiC襯底或者GaN襯底。

本發明實施例通過在ITO電流擴展層上以陣列方式設置若干TiO₂納米棒，TiO₂綠色無毒、催化活性高，化學穩定性好、成本低廉，TiO₂納米棒與ZnO納米棒具有相似的光電性能，利用其獨特的幾何結構減少光的吸收，同時TiO₂納米棒的形成可以直接采用ITO電流擴展層作為種子層，種子層結合緊密，不容易被破壞，能夠明顯提高LED的發光效率。

實施例二

本發明實施例提供了一種LED芯片的制作方法，適用于制作實施例一提供的LED芯片，參見圖2，該制作方法包括：

步驟201：采用金屬有機化合物化學氣相沉積(英文：metal organic chemical vapour deposition，簡稱：MOCVD)技術在襯底上依次外延生長未摻雜AlN緩沖層、未摻雜GaN層、N型GaN層、多量子阱層、P型AlyGa1-yN層、P型GaN層，0.1＜y＜0.5，多量子阱層包括交替層疊的InGaN層和GaN層。

可選地，襯底可以為適用于紅黃光LED的GaAs襯底，也可以為適用于藍綠光LED的藍寶石襯底、SiC襯底或者GaN襯底。

步驟202：采用蒸鍍技術在P型GaN層上形成ITO電流擴展層。

步驟203：采用光刻技術和刻蝕技術在ITO電流擴展層上開設延伸至N型GaN層的凹槽。

具體地，該步驟203可以包括：

在ITO電流擴展層上涂覆一層光刻膠；

采用光刻技術部分光刻膠；

在光刻膠的保護下，采用電感耦合等離子體(英文：Inductive Coupled Plasma，簡稱：ICP)刻蝕技術在ITO電流擴展層上開設延伸至N型GaN層的凹槽；

去除光刻膠。

步驟204：在N型GaN層上設置N型電極，在ITO電流擴展層上設置P型電極。

步驟205：采用光刻技術在凹槽內、以及N型電極和P型電極上形成光刻膠。

步驟206：采用水熱法在ITO電流擴展層和光刻膠上生長若干TiO₂納米棒，若干TiO₂納米棒以陣列方式設置。

具體地，該步驟206可以包括：

將襯底放置在水熱反應釜中由鈦酸四丁酯和鹽酸組成的混合溶液內進行反應，在ITO電流擴展層和光刻膠上形成若干TiO₂納米棒；

反應完成后將混合溶液的溫度恢復至水熱反應釜所在環境的溫度；

從水熱反應釜中取出襯底，采用去離子水進行沖洗，并采用氮氣吹干。

可選地，混合溶液中鈦的濃度可以為0.02～0.2mol/L，混合溶液的pH值可以為6～8。

優選地，反應的溫度可以為100～200℃，溫度較低，不會影響LED的結構和電學性能；反應的時間可以為1～10小時。

可選地，TiO₂納米棒的直徑可以為20～80nm。

可選地，TiO₂納米棒的高度可以為300～500nm。

可選地，TiO₂納米棒沿(101)晶向生長。

需要說明的是，通過改變混合溶液中鈦的濃度、混合溶液的pH值、反應的溫度、反應的時間，可以調節TiO₂納米棒的直徑、TiO₂納米棒的高度、TiO₂納米棒的生長方向、TiO₂納米棒的密度、TiO₂納米棒的表面粗糙度，從而使TiO₂納米棒的陣列表面積達到最大，光提取效率達到最高，即最大程度提高發光效率。

步驟207：采用去膠液去除光刻膠和光刻膠上的TiO₂納米棒。

可選地，該制作方法還可以包括：

采用去離子水進行沖洗，并采用氮氣吹干。

步驟208：裂片得到若干相互獨立的LED芯片。

本發明實施例通過在ITO電流擴展層上以陣列方式設置若干TiO₂納米棒，TiO₂綠色無毒、催化活性高，化學穩定性好、成本低廉，TiO₂納米棒與ZnO納米棒具有相似的光電性能，利用其獨特的幾何結構減少光的吸收，同時TiO₂納米棒的形成可以直接采用ITO電流擴展層作為種子層，種子層結合緊密，不容易被破壞，能夠明顯提高LED的發光效率。而且TiO₂納米棒的形成過程中，光刻膠覆蓋在電極上，可以對電極形成很好的保護，可以避免影響電學性能。

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