一种LED芯片的制备方法及所得LED芯片与流程

一种led芯片的制备方法及所得led芯片
技术领域
1.本发明涉及芯片制造技术领域，具体涉及一种led芯片的制备方法及所得led芯片。


背景技术：

2.目前如何有效的杀伤病毒成为全球关注的焦点，而led具有很好的杀菌消毒效果，因此受到业界的广泛关注。led具有使用寿命长、环保、可靠性好的发光器件。目前led在快速消费品、电子、商场、水消毒等各个领域得到了广泛的使用。
3.但是现有led芯片存在发光亮度低以及制备条件苛刻等问题，目前还无法在医院等场所得到广泛的应用。如何有效的提升芯片亮度以及如何通过简易条件制得led芯片成为led芯片能否应用于杀伤病毒的关键。
4.综上所述，急需一种高亮度的led芯片以解决现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

5.本发明目的在于提供一种具有高亮度的led芯片的制备方法，具体技术方案如下：
6.一种led芯片的制备方法，包括以下步骤：
7.s1：在衬底上依次生长aln层、第一型半导体层、多量子阱层和第二型半导体层；
8.s2：依次蚀刻贯穿第二型半导体层、多量子阱层以及部分第一型半导体层形成台阶结构；在台阶结构上沉积保护层，保护层覆盖裸露的第一型半导体层表面、多量子阱层的侧面、第二型半导体层的侧面以及局部第二型半导体层的上表面；腐蚀位于第一型半导体层上的保护层后在裸露的第一型半导体层上生长n型第一接触层；
9.s3：在n型第一接触层以及位于其两侧的保护层上形成n型第二接触层；在第二型半导体层上形成与保护层并列设置的接触反射层；在n型第二接触层和接触反射层上分别形成第一电极加厚层，在第一电极加厚层上继续形成第二电极加厚层；得到芯片初品；
10.s4：在芯片初品上沉积绝缘层；腐蚀绝缘层至第二电极加厚层分别形成n凹槽和p凹槽；所述n凹槽位于n型第二接触层正上方；所述p凹槽位于接触反射层正上方；
11.s5：在n凹槽中设置n电极，在p凹槽中设置p电极，得到led芯片。
12.优选的，在步骤s2中还包括修边操作；所述修边操作为去除边沿的aln层、第一型半导体层、多量子阱层以及第二型半导体层，使得衬底位于边沿的上表面裸露出来。
13.优选的，所述接触反射层上方的第一电极加厚层全面包覆接触反射层。
14.优选的，所述接触反射层的材料包括rh以及ni、au、al、mg中的一种或者多种。
15.优选的，所述保护层的材料包括si3n4以及sio2中的一种或多种；保护层的厚度为200-500nm。
16.优选的，所述n型第二接触层的材料包括ti、cr、pt、au、al以及ni中的三种或三种以上；所述n型第二接触层的厚度为300-800nm。
17.优选的，所述第一电极加厚层的材料包括ti、cr、pt、au、al以及ni中的三种或三种
以上，其厚度为300-800nm；所述第二电极加厚层的材料包括ti、cr、pt、au、al、ni以及sn中的三种或三种以上，其厚度为400-900nm。
18.优选的，所述n型第二接触层的上表面为中间低且四周高的凹形结构；n凹槽对应n型第二接触层的中间部位设置。
19.优选的，所述n型第一接触层的材料为掺杂有si的氮化镓，所述si的浓度为1-4
×
10-19atoms/cm3。
20.一种led芯片，使用上述的制备方法制得。
21.应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
22.(1)本发明提供一种led芯片的制备方法，解决了现有技术中led芯片制备条件苛刻的问题，其机理在于，现有技术制备led芯片时，n型第一接触层一般采用金属材质并且需要在800℃以上的高温加热才能与第一型半导体层形成ti-n键从而形成欧姆接触，并且接触不稳定，在n型第一接触层和第一型半导体层中间可能会存在间隙或者气泡，从而造成电流扩散紊乱，导致芯片工作时温度较高；而本发明的n型第一接触层不是采用金属材料并且在第一型半导体层生长一层n-gan(即n型第一接触层)，然后再通过n型第二接触层与n型第一接触层形成欧姆接触，整个过程不需要进行高温加热(条件相较于现有技术更易实现)，并且可以形成稳定的欧姆接触，得到的芯片性能更佳，热能损失少。
23.(2)本发明提供一种led芯片的制备方法，解决了现有技术中芯片亮度不高的问题，其机理在于，传统的led采用的是ito等作为第二型接触层，这些材料在uvc波段是吸光的没办法对光进行高反射，而本发明的接触反射层采用的是rh对uvc波段的光具有很好的反射作用，通过接触反射层能够有效的对uvc波段的光进行反射减少吸收进而提升亮度；其次通过采用n型第一接触层可以更好的形成欧姆接触更有利于电流的扩散，使得电流分布更加合理进而提升亮度。
24.(3)本发明提供的一种led芯片的制备方法，通过设置保护层减少了led芯片的漏电问题，其机理在于，通过在刻蚀处设置保护层防止ir漏电并且在生长n型第一接触层的时起到了保护作用，使得有保护层的地方不会生长n型第一接触层，而没有保护层的地方可以正常生长所需要的n型第一接触层进而有效的减少后续第二电极加厚层带来的漏电风险。
25.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
26.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
27.图1是本发明优选实施例1中步骤s2刻蚀后的产品结构示意图；
28.图2是本发明优选实施例1中步骤s2结束后的产品结构示意图；
29.图3是本发明优选实施例1中步骤s3增加n型第二接触层后的产品结构示意图；
30.图4是本发明优选实施例1中步骤s3增加接触反射层后的产品结构示意图；
31.图5是本发明优选实施例1中步骤s3增加第一电极加厚层后的产品结构示意图；
32.图6是本发明优选实施例1中步骤s3增加第二电极加厚层后(即芯片初品)的产品结构示意图；
33.图7是本发明优选实施例1中的步骤s4形成n凹槽和p凹槽后的产品结构示意图；
34.图8是本发明优选实施例1中的led芯片的结构示意图；
35.图9是本发明优选实施例1中的led芯片的俯视图；
36.其中，1-衬底层，2-aln层，3-第一型半导体层，4-多量子阱层，5-第二型半导体层，6-保护层，7-n型第一接触层，8-n型第二接触层，9-接触反射层，10-第一电极加厚层，11-第二电极加厚层，12-绝缘层，13-n电极，14-p电极。
具体实施方式
37.以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
38.实施例1：
39.参见图8和图9，一种led芯片的制备方法，包括以下步骤：
40.s1：在衬底1(所述衬底1的材料为蓝宝石)上(通过movcd设备)依次生长aln层2(厚度为2.5-3.5um，本实施例为3um)、第一型半导体层3、多量子阱层4和第二型半导体层5(第一型半导体层3、多量子阱层4、第二型半导体层5的总厚度为0.8-1.5um，本实施例为1um；所述第一型半导体层3、多量子阱层4以及第二型半导体层5的材料与现有技术中的材料相同)；
41.s2：依次蚀刻(黄光工艺和等离子体刻蚀工艺，蚀刻深度为400-1000nm，本实施例为850nm；刻蚀得到的侧壁角度为25-70
°
，本实施例为40
°
)贯穿第二型半导体层5、多量子阱层4以及部分第一型半导体层3形成台阶结构，参见图1；在台阶上沉积保护层6，保护层6覆盖裸露的第一型半导体层3表面、多量子阱层4的侧面、第二型半导体层5的侧面以及局部第二型半导体层5的上表面；腐蚀(所用腐蚀溶液为boe，腐蚀深度为250nm)位于第一型半导体层3上的保护层6后在裸露的第一型半导体层3上(通过movcd设备)生长n型第一接触层7，参见图2；
42.s3：在n型第一接触层7以及位于其两侧的保护层6上(通过金属溅射或蒸镀)形成n型第二接触层8，参见图3；在第二型半导体层5上(通过金属溅射或蒸镀)形成与保护层6并列设置的接触反射层9，参见图4；在n型第二接触层8和接触反射层9上分别(通过金属溅射或蒸镀)形成第一电极加厚层10，参见图5，在第一电极加厚层10上继续(通过金属溅射或蒸镀)形成第二电极加厚层11；得到芯片初品，参见图6；
43.s4：在芯片初品上沉积绝缘层12(所述绝缘层12为si3n4和sio2中的一种或者多种，本实施例采用sio2)；腐蚀绝缘层12至第二电极加厚层11分别形成n凹槽和p凹槽，参见图7；所述n凹槽位于n型第二接触层8正上方；所述p凹槽位于接触反射层9正上方；
44.s5：在n凹槽中设置n电极13，在p凹槽中设置p电极14，得到led芯片，参见图8和图9。
45.在本实施例中，在步骤s2中还包括修边操作；所述修边操作为去除边沿的aln层2、第一型半导体层3、多量子阱层4以及第二型半导体层5，使得衬底(1)位于边沿的上表面裸露出来(修边操作后侧壁的角度为40-70
°
，本实施例为55
°
)。
46.在本实施例中，所述接触反射层9上方的第一电极加厚层10全面包覆接触反射层9。
47.在本实施例中，所述接触反射层9的材料包括rh以及ni、au、al、mg中的一种或者多种(本实施例中为rh和au)。
48.在本实施例中，所述保护层6的材料包括si3n4以及sio2中的一种或多种；保护层6的厚度为200-500nm(本实施例中为250nm)。
49.在本实施例中，所述n型第二接触层8的材料包括ti、cr、pt、au、al以及ni中的三种或三种以上(本实施例为ti、cr和pt)；所述n型第二接触层8的厚度为300-800nm(本实施例为600nm)。
50.在本实施例中，所述第一电极加厚层10的材料包括ti、cr、pt、au、al以及ni中的三种或三种以上(本实施例为ti、cr和pt)，其厚度为300-800nm(本实施例中为550nm)；所述第二电极加厚层11的材料包括ti、cr、pt、au、al、ni以及sn中的三种或三种以上(本实施例为ti、cr和pt)，其厚度为400-900nm(本实施例中为800nm)。
51.在本实施例中，所述n型第二接触层8的上表面为中间低且四周高的凹形结构，便于第一电极加厚层形成稳定接触，同时实现电流均匀扩散；n凹槽对应n型第二接触层8的中间部位设置。
52.在本实施例中，所述n型第一接触层7的材料为掺杂有si的氮化镓，所述si的浓度为1-4
×
10-19
atoms/cm3(本实施例的浓度为1.8
×
10-19
atoms/cm3)。
53.实施例2：与实施例1不同之处在于所述接触反射层9的材料不包括rh，所述接触反射层9的材料仅包括ni和au，其他未提及内容同实施例1。
54.实施例3：与实施例1不同之处在于所述接触反射层9上方的第一电极加厚层10部分包覆接触反射层9，其他未提及内容同实施例1。
55.对比例1：现有技术中采用高温退火工艺得到的led芯片。
56.对比例2：与实施例1不同之处在于步骤s2中无修边操作，其他未提及内容同实施例1。
57.对比例3与实施例1不同之处在于n型第一接触层7的材料为不掺杂si氮化镓，其他未提及内容同实施例1。
58.表1实施例1-3以及对比例1-3的性能参数对比(各以10片计)(产品尺寸为10
×
20mil)
[0059][0060][0061]
由实施例1-3与对比例1-3的性能参数对比，实施例1-3在工作电压、芯片亮度、ir良率以及168h光衰维持率等实验测试中，其性能表现均更佳优于对比例1-3，尤其是在工作
电压与芯片亮度方面，实施例1-3在能耗较低的情形下，其芯片亮度远高于对比例1-3，意味着本发明提供的led芯片取得了优异的进步，且符合节能环保的发展方向。
[0062]
由实施例1与实施例2对比，实施例1提供的led芯片工作电压较低，且发光强度较高，在ir良率相同的情形下，实施例1的168h光衰维持率更高，发光性能更佳，其机理在于，在uvc波段，rh的反射率比其他金属材料更高，因此rh和au形成的接触反射层比ni和au形成的接触反射层反射率更高，所以实施例1的发光性能更佳。
[0063]
由实施例1与实施例3对比，实施例1提供的led芯片的工作电压、ir良率以及168h光衰维持率与实施例3相近，但实施例1的芯片亮度较实施例3有较高的提升，其机理在于，全部包覆使得第一电极加厚层更好保护好接触反射层，避免后续作业过程对接触反射层的损伤，使得接触反射层能够更好地进行反射；此外全面包覆有利于电流传导，可以避免电流的拥挤效应出现。
[0064]
由实施例1与对比例1对比，实施例1提供的led芯片的芯片亮度、ir良率以及168h光衰维持率远高于对比例1，工作电压远低于对比例1，其机理在于，现有技术制备led芯片时，n型第一接触层一般采用金属材质并且需要在800℃以上的高温加热才能与第一型半导体层形成ti-n键从而形成欧姆接触，并且接触不稳定，在n型第一接触层和第一型半导体层中间可能会存在间隙或者气泡，从而造成电流扩散紊乱，导致芯片工作时温度较高，从而导致工作电压升高；而本发明的n型第一接触层不是采用金属材料并且在第一型半导体层生长一层n-gan(即n型第一接触层)，然后再通过n型第二接触层与n型第一接触层形成欧姆接触，整个过程不需要进行高温加热(条件相较于现有技术更易实现)，并且可以形成稳定的欧姆接触，得到的芯片性能更佳，热能损失少，因此实施例1提供的led芯片在工作电压、芯片亮度、ir良率以及168h光衰维持率方面较现有芯片提升巨大。
[0065]
由实施例1与对比例2对比，实施例1提供的led芯片的ir良率以及168h光衰维持率更高，其机理在于，在对比例2中，由于在芯片边沿处，各层存在轮廓超出衬底轮廓的情况，在重力作用下，各层可能会混合导致层厚不均，使得电流在经过时分散不良，从而造成发热，因此在工作电压相近的情形下，对比例2的芯片亮度略低与实施例1；更进一步的由于边缘不平整，实施例2的ir良率以及168h光衰维持率远低于实施例1。
[0066]
由实施例1与对比例3对比，实施例1提供的led芯片的芯片亮度、ir良率以及168h光衰维持率远高于对比例3，工作电压远低于对比例3，其机理在于，对比例3中的n型第一接触层的材料为不掺杂si氮化镓，在没有进行高温处理的情形下，n型第一接触层的材料和接触反射层以及n型第二接触层无法从原来的肖特基接触变化成欧姆接触；而实施例1中的n型第一接触层的材料为掺杂si氮化镓，因为si比n的最外层电子数多，通过加入si能够使得n型第一接触层的材料和接触反射层之间形成良好的欧姆接触，因此实施例1的提供的led芯片的芯片亮度、ir良率以及168h光衰维持率远高于对比例3，工作电压远低于对比例3。
[0067]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。