一種發光二極管的芯片及其制備方法與流程

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本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種發光二極管的芯片及其制備方法。

背景技術：

發光二極管(英文：lightemittingdiode，簡稱：led)是利用半導體的pn結電致發光原理制成的一種半導體發光器件。led是一種綠色環保的照明光源，光譜中沒有紫外線和紅外線，發出的光中既沒有熱量，也沒有有害輻射，而且廢棄物可回收。此外，led還具有低電壓、低功耗、體積小、重量輕等優點，可以做成點、線、面等各種形式的產品，同時控制極為方便，通過調整電流即可隨意調節光強，利用時序控制電路更能達到豐富多彩的動態變化效果。led目前已廣泛應用于交通信號燈、汽車內外燈、城市景觀照明、手機背光源、戶外全彩顯示屏等領域。

現有led包括藍寶石襯底，以及依次層疊在藍寶石襯底上的n型層、多量子阱層、p型層、電流阻擋層和透明導電層，透明導電層上設置有p型電極，led上設有從透明導電層延伸至n型層的凹槽，凹槽內的n型層上設置有n型電極，透明導電層、凹槽的側壁和凹槽內的n型層上均設置有鈍化層。其中，p型電極包括圓柱體和至少一個自圓柱體向外延伸的條形體，圓柱體和條形體均包括依次層疊的歐姆接觸層、反光層和焊料層，反光層的材料一般采用具有高反射率的鋁，以減小電極對光線的吸收，提高led的發光亮度。

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：

鋁在使用時存在電遷移的問題，而條形體的寬度很小(目前已減小至4微米左右)，條形體在長時間使用后很容易出現斷裂，造成led的可靠性較低，影響led的產業化推廣。

技術實現要素：

為了解決現有技術電極在長時間使用容易斷裂、造成led的可靠性較低的問題，本發明實施例提供了一種發光二極管的芯片及其制備方法。所述技術方案如下：

一方面，本發明實施例提供了一種發光二極管的芯片，所述芯片包括襯底、以及依次層疊在所述襯底上的氮化鎵緩沖層、n型氮化鎵層、多量子阱層、p型氮化鎵層、電流阻擋層和透明導電層，所述芯片上設有從所述透明導電層延伸至所述n型氮化鎵層的凹槽；所述芯片還包括n型電極、p型電極和鈍化層，所述n型電極設置在所述凹槽內的所述n型氮化鎵層上，所述鈍化層設置在所述透明導電層、所述凹槽的側壁和所述凹槽內的所述n型氮化鎵層上；所述p型電極包括底面設置在所述p型氮化鎵層和透明導電層上的圓柱體和至少一個底面設置在所述透明導電層上的條形體，所述條形體由所述圓柱體的側面向外延伸，所述圓柱體和所述條形體均包括依次層疊的歐姆接觸層、反光層和焊料層，所述反光層的材料采用鋁硅銅合金，所述鋁硅銅合金中硅的質量分數為1％～2％，所述鋁硅銅合金中銅的質量分數為0.5％～1％。

可選地，所述焊料層包括依次層疊的至少兩個子層，所述至少兩個子層中距離所述反光層最遠的所述子層的材料采用鋁硅銅合金。

優選地，所述至少兩個子層中距離所述反光層最遠的所述子層的厚度為10000～20000埃。

可選地，所述反光層的厚度為500～3000埃。

另一方面，本發明實施例提供了一種發光二極管的芯片的制備方法，所述制備方法包括：

在襯底上依次生長氮化鎵緩沖層、n型氮化鎵層、多量子阱層、p型氮化鎵層；

開設從所述p型氮化鎵層延伸至所述n型氮化鎵層的凹槽；

在所述p型氮化鎵層上形成電流阻擋層和透明導電層；

在所述p型氮化鎵層和所述透明導電層上設置p型電極，在所述凹槽內的所述n型氮化鎵層上設置n型電極，所述p型電極包括底面設置在所述p型氮化鎵層和透明導電層上的圓柱體和至少一個底面設置在所述透明導電層上的條形體，所述條形體由所述圓柱體的側面向外延伸；

在所述透明導電層、所述凹槽的側壁、所述凹槽內的所述n型氮化鎵層上形成鈍化層；

所述在所述p型氮化鎵層和所述透明導電層上設置p型電極，在所述凹槽內的所述n型氮化鎵層上設置n型電極，包括：

依次形成歐姆接觸層、反光層和焊料層，所述反光層的材料采用鋁硅銅合金，所述鋁硅銅合金中硅的質量分數為1％～2％，所述鋁硅銅合金中銅的質量分數為0.5％～1％。

可選地，所述依次形成歐姆接觸層、反光層和焊料層，包括：

依次采用濺射技術形成歐姆接觸層、反光層和焊料層。

優選地，所述依次采用濺射技術形成歐姆接觸層、反光層和焊料層，包括：

將未形成所述p型電極和所述n型電極的芯片放置在磁控濺射設備內的腔體中，所述芯片與靶材的距離為3～10cm；

控制所述腔體的真空度為0.05～0.5kpa，利用氬離子轟擊所述靶材，所述靶材濺射到所述芯片上，形成歐姆接觸層、反光層或者焊料層。

更優選地，所述芯片與靶材的距離為6cm。

可選地，所述焊料層包括依次層疊的至少兩個子層，所述至少兩個子層中距離所述反光層最遠的所述子層的材料采用鋁硅銅合金。

優選地，所述至少兩個子層中距離所述反光層最遠的所述子層的厚度為10000～20000埃。

本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：

硅和銅的密度均比鋁大，采用硅和銅混合在鋁中形成的鋁硅銅合金代替鋁形成反光層，反光層中硅和銅滲入到鋁的空位中，使得反光層中的空位密度降低，進而阻礙了鋁的擴散，有效改善鋁在使用時出現電遷移的問題，避免鋁遷移造成電極斷裂，同時鋁硅銅合金中的銅可以阻止硅結晶形成凸起，增強電極的穩定性，將電極的使用壽命提高近一個數量級，進而提高芯片的可靠性，加強led的市場競爭力。而且鋁硅銅合金中硅的質量分數為1％～2％，鋁硅銅合金中銅的質量分數為0.5％～1％，硅和銅的含量很低，不會對鋁的反光作用造成影響。

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發光二極管的芯片的結構示意圖；

圖2是本發明實施例一提供的p型電極和n型電極的結構示意圖；

圖3是本發明實施例一提供的圓柱體和條形體的結構示意圖；

圖4是本發明實施例二提供的一種發光二極管的芯片的制備方法的流程圖。

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發光二極管的芯片，參見圖1，該芯片包括襯底1、以及依次層疊在襯底1上的氮化鎵緩沖層2、n型氮化鎵層3、多量子阱層4、p型氮化鎵層5、電流阻擋層6和透明導電層7，該芯片上設有從透明導電層7延伸至n型氮化鎵層3的凹槽。該芯片還包括n型電極8、p型電極9和鈍化層10，n型電極8設置在凹槽內的n型氮化鎵層3上，鈍化層10設置在透明導電層7、凹槽的側壁和凹槽內的n型氮化鎵層3上。p型電極包括底面設置在p型氮化鎵層和透明導電層上的圓柱體和至少一個底面設置在透明導電層上的條形體，參見圖2，條形體92由圓柱體91的側面向外延伸，參見圖3，圓柱體和條形體均包括依次層疊的歐姆接觸層9a、反光層9b和焊料層9c。

在本實施例中，反光層的材料采用鋁硅銅合金，鋁硅銅合金中硅的質量分數可以為1％～2％，鋁硅銅合金中銅的質量分數可以為0.5％～1％。

在本實施例中，條形體92的側面與條形體92的底面垂直。

具體地，襯底為藍寶石襯底。

具體地，反光層的厚度可以為500～3000埃，在達到反光效果的同時，節省材料的使用。

可選地，歐姆接觸層的材料可以采用鉻。

具體地，歐姆接觸層的厚度可以為5～50埃，在保證與半導體材料實現歐姆接觸的情況下，避免過厚影響發光亮度。

可選地，焊料層可以包括依次層疊的至少兩個子層，至少兩個子層中距離反光層最遠的子層的材料采用鋁硅銅合金。

具體地，至少兩個子層中距離反光層最遠的子層的厚度可以為10000～20000埃。

優選地，焊料層可以包括依次層疊的兩個子層，兩個子層采用的材料依次為鈦、鋁硅銅合金；焊料層也可以包括依次層疊的三個子層，三個子層采用的材料依次為鉻、鈦、鋁硅銅合金。

具體地，三個子層的厚度可以依次為200～1000埃、200～1000埃、10000～20000埃。

具體地，多量子阱層可以包括多個銦鎵氮層和多個氮化鎵層，多個銦鎵氮層和多個氮化鎵層交替層疊設置。電流阻擋層的材料可以為二氧化硅或者氧化鋁，電流阻擋層的厚度可以為1000埃。透明導電層的材料可以為氧化銦錫或者氧化鎘。鈍化層的材料可以為二氧化硅或者氧化鋁。

可選地，該芯片還可以包括設置在襯底1上的分布式布拉格反射鏡(英文：distributedbraggreflection，簡稱dbr)層11，dbr層11和氮化鎵緩沖層2分別設置在襯底1相反的兩個表面上。

具體地，dbr層可以包括層疊設置的多個氧化層，多個氧化層采用至少兩種材料制成，多個氧化層中不同材料的氧化層周期性層疊設置，多個氧化層的層數≥30。

優選地，至少兩種折射率的氧化層的材料可以采用五氧化二鉭、二氧化鋯、氧化鋁、二氧化鈦、二氧化硅中的兩種或三種。五氧化二鉭ta2o5、二氧化鋯zro2、氧化鋁al2o3、二氧化鈦tio2、二氧化硅sio2的折射率分別為2.06、1.92、1.77、2.35和1.46。

進一步地，至少兩種折射率的氧化層的材料可以采用二氧化鈦和二氧化硅，二氧化鈦和二氧化硅的折射率相差最大，反射效果最好。

實施例二

本發明實施例提供了一種發光二極管的芯片的制備方法，適用于制備實施例一提供的芯片，參見圖4，該制備方法包括：

步驟201：在襯底上依次生長氮化鎵緩沖層、n型氮化鎵層、多量子阱層、p型氮化鎵層。

具體地，襯底為藍寶石襯底。多量子阱層可以包括多個銦鎵氮層和多個氮化鎵層，多個銦鎵氮層和多個氮化鎵層交替層疊設置。

步驟202：開設從p型氮化鎵層延伸至n型氮化鎵層的凹槽。

步驟203：在p型氮化鎵層上形成電流阻擋層和透明導電層。

具體地，電流阻擋層的材料可以為二氧化硅或者氧化鋁，電流阻擋層的厚度可以為1000埃。透明導電層的材料可以為氧化銦錫或者氧化鎘。

步驟204：在p型氮化鎵層和透明導電層上設置p型電極，在凹槽內的n型氮化鎵層上設置n型電極。

在本實施例中，p型電極包括底面設置在p型氮化鎵層和透明導電層上的圓柱體和至少一個底面設置在透明導電層上的條形體，條形體由圓柱體的側面向外延伸。

具體地，該步驟204包括：

依次形成歐姆接觸層、反光層和焊料層，反光層的材料采用鋁硅銅合金，鋁硅銅合金中硅的質量分數可以為1％～2％，鋁硅銅合金中銅的質量分數可以為0.5％～1％。

可選地，依次形成歐姆接觸層、反光層和焊料層，可以包括：

依次采用濺射技術形成歐姆接觸層、反光層和焊料層。

通過采用濺射技術替換原有的蒸發技術形成采用鋁硅銅合金的反光層，可以有效控制鋁硅銅合金中各個成分的比例，避免蒸發技術所造成的各個成分比例出現出入、合金特性發生變化的問題，并且合金整體也更加致密，進一步提高了芯片的可靠性。同時采用濺射技術形成電極中的其它子層，可以提高電極的附著力，并有效控制子層的厚度。

優選地，依次采用濺射技術形成歐姆接觸層、反光層和焊料層，可以包括：

將未形成p型電極和n型電極的芯片放置在磁控濺射設備內的腔體中，芯片與靶材的距離為3～10cm；

控制腔體的真空度為0.05～0.5kpa，利用氬離子轟擊靶材，靶材濺射到芯片上，形成歐姆接觸層、反光層或者焊料層。

更優選地，芯片與靶材的距離可以為3～10cm，以達到最佳的濺射效果。