一种高亮度LED芯片及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高亮度LED芯片及其制备方法，该高亮度LED芯片在厚度方向依次包括蓝宝石衬底、外延层和电极，且外延层包括N型GaN层、量子阱层及P型GaN层，N型GaN层为包括上台阶部和下台阶部的台阶型结构，量子阱层及P型GaN层依次设置在上台阶部上方，下台阶部的N型GaN上直接设置有铬膜层，电极包括设置在所述铬膜层上的N电极和设置在P型GaN层上的P电极，电极与外延层接触或与铬膜层接触的一层均为铬层且N电极与P电极中铬层的厚度相同，铬膜层的厚度为8～12nm。本发明专利技术的LED芯片由于在N电极与N型GaN层间设置铬膜层，使本发明专利技术LED芯片亮度提升，芯片电压参数并不会发生变化，LED芯片更加节能环保。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及LED芯片制造工艺，特别地，涉及一种高亮度LED芯片及其制备方法。
技术介绍
发光二极管(Light-Emitting Diode，简称LED)是一种将电能转化为光能的半导体电子器件。目前LED芯片的性能一直在快速提升，成本也在迅速下降，而出光效率始终是LED芯片技术的核心指标之一。专利申请CN200710305834.3中提供一种制作高亮度LED芯片的方法，包括：在蓝宝石衬底上生长外延片；在外延片上沉积SiO2薄膜；以SiO2薄膜作掩膜，光刻出芯片的N区图形；用腐蚀溶液清洗未受光刻胶保护的SiO2；用去胶溶液清洗去除光刻胶；用ICP刻蚀N面台阶和芯片尺寸的划道，露出N-GaN台面；在外延片表面蒸镀沉积铟锡氧化物薄膜；蒸镀以Cr/Ni/Au为金属组合的P-N电极。但这种Cr/Ni/Au电极结构由于第一层Cr膜很厚，而Cr材料形成的金属膜的反射率很低，吸收率较高，在Cr膜厚为的情况下，芯片量子阱层中发出光子射入金属电极的光基本被第一层的Cr吸收掉，转化为热能。鉴于上述缺陷，目前LED芯片制造厂家都在保证各项可靠性的同时，千方百计提升发光效率；近年来，LED芯片的Cr/Al/Cr/Pt/Au反射电极结构已经基本取代了之前的Cr/Pt/Au电极结构，反射电极结构与传统的Cr/Pt/Au电极结构相比能有效提高LED芯片的外量子效率：通过金属电极第一层Cr减薄，第二层使用高反射率的金属Al，来使金属电极与GaN接触面形成反射膜，将射入到金属PAD面上的光反射回去后，通过其他角度射出芯片，从而达到提升出光效率的效果；然而随着第一层Cr的减薄，芯片电压会急剧升高，不利于LED芯片产业的发展。因而，如何突破现有技术进一步提高LED亮度仍然是本领域技术人员亟待解决的技术课题。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种工艺简单，节能环保的高亮度LED芯片，在不增加LED芯片电压的情况下，有效提升LED芯片的亮度。为实现上述目的，本专利技术提供了一种高亮度LED芯片，所述LED芯片在厚度方向依次包括蓝宝石衬底、外延层和电极，且所述外延层包括N型GaN层、量子阱层及P型GaN层，N型GaN层为包括上台阶部和下台阶部的台阶型结构，量子阱层及P型GaN层依次设置在所述上台阶部上方，所述下台阶部的N型GaN上直接设置有铬膜层，所述电极包括设置在所述铬膜层上的N电极和设置在P型GaN层上的P电极，所述电极与外延层接触或与铬膜层接触的一层均为铬层且所述N电极与P电极中铬层的厚度相同，所述铬膜层的厚度为在本专利技术中，所述P电极和N电极均为反射电极，其结构依次包括Cr-Al-Cr-Pt-Au层，第一层Cr层为在本专利技术中，所述铬膜层的厚度为在本专利技术中，所述铬膜层覆盖所述下台阶部的面积与所述N电极覆盖铬膜层的面积一致。在本专利技术中，所述P型GaN层4上方设有透明导电层5。在本专利技术中，LED芯片还包括一覆盖于所述芯片表面的SiO2保护层。本专利技术中的P电极和N电极均为反射电极，在P电极与N型GaN之间增设一层铬膜层，有效解决了因反射电极中第一层Cr减薄，芯片电压急剧升高而严重限制反射电极对LED芯片亮度的提升的问题。本专利技术还提供一种制备上述高亮度LED芯片的方法，所述方法至少包括如下步骤：S1、先在蓝宝石衬底上形成所述外延层结构；S2：在N型GaN层的下台阶部22上蒸镀铬并剥离去胶形成所述铬膜层8；S3：在所述铬膜层8上蒸镀电极材料并剥离去胶形成所述N电极9，同时在所述P型GaN层4上蒸镀电极材料并剥离去胶形成所述P电极7。在本专利技术中，所述步骤S2之前还包括如下步骤：S2-1：在P型GaN层(4)上利用电子束蒸发设备蒸镀透明导电层(5)；S2-2：在所述透明导电层(5)表层上光刻P区图形，在透明导电层表层上涂覆光刻胶、光罩曝光、显影后露出多余部分透明导电层；光刻后经过化学腐蚀后将露出部分透明导电层腐蚀掉，最后去掉光刻胶，露出P型GaN层；S2-3：在所述透明导电层(5)表层上MESA光刻制作N区图形，利用ICP刻蚀自上至下依次刻蚀透明导电层(5)、P型GaN层(4)、量子阱层(3)以及N型GaN层(2)，并使N型GaN层形成具有上台阶部(21)及下台阶部(22)的台阶状结构，露出N型GaN层。在本专利技术中，所述步骤S3之后还包括步骤：S4：对所述P电极(7)和N电极(9)进行退火处理，得到LED晶圆；S5：对所述LED晶圆进行研磨、抛光、切割得到所述LED芯片。使用上述方法制作的LED芯片与传统LED芯片相比，可以大大提高LED芯片的出光效率，同时不会增加芯片电压。相比于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术的高亮度LED芯片，在N电极与N型GaN之间增设一层铬膜层，有效降低了N电极与N-GaN间接触电阻，使得现有技术中LED芯片因电极第一层Cr减薄而引起芯片电压急剧升高的问题得到根本性地改善；2、使用本专利技术方法制备的LED芯片与现有技术方法制备的LED芯片相比，本专利技术方法在蒸镀N电极之前在N-GaN层上增加蒸镀铬膜层的工艺，可以使LED芯片亮度提升的同时，芯片电压参数并不会发生变化，使LED芯片更加节能环保。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是本专利技术一种高亮度LED芯片的结构示意图；其中，1、蓝宝石衬底，2、N型GaN层，3、量子阱层、4、P型GaN层，5、透明导电层，6、SiO2保护层，7、P电极，8、铬膜层，9、N电极。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。本专利技术提供了一种高亮度LED芯片的制备方法，该方法至少包括以下步骤：步骤1、提供一蓝宝石衬底1，在蓝宝石衬底1上依次生长N型GaN层2、量子阱层3，及P型GaN层4，以形成发光外延层，在外延层的表面上利用电子束蒸发设备蒸镀透明导电层5；在透明导电层表层上通过光刻图形、刻蚀以及清洗去胶露出P型GaN层4，并使N型GaN层2形成为包括上台阶部21和下台阶部22的台阶型结构；再对LED芯片进行合金工艺处理，使透明导电层与外延层形成良好的欧姆接触，减低芯片正向电压；并在经过合金工艺处理后的LED芯片的表面采用等离子体化学气相沉积技术沉积一SiO2保护层6。在本实施例中，可采用金属有机化学气相沉积、分子束外延或氢化物气相外延技术生长发光外延结构层，本专利技术制造方法的优选方案为采用金属有机化学气相沉积技术生长发光外延结构层；透明电极导电层5的材质可为ITO或Ni/Au等；采用感应耦合等离子刻蚀或反应离子刻蚀技术刻蚀的发光外延结构层。接着进行步骤2、在N型GaN层的下台阶部22上光刻图形，利用电子束蒸发设备蒸镀铬并剥离去胶形成厚的铬膜层8；所述步骤S2之前还包括步骤：S2-1：在P型GaN层4上利用电子束蒸发设备蒸镀透明导电层5；S2-2：在透明导电层5表层上光刻P区图形，在透明导电层表层上涂覆光刻胶、光罩曝光、显影后露出多余部分透明导电层；光刻后经过化学腐蚀后将露出部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高亮度LED芯片，其特征在于，所述LED芯片在厚度方向依次包括蓝宝石衬底(1)、外延层和电极，且所述外延层包括N型GaN层(2)、量子阱层(3)及P型GaN层(4)，N型GaN层(2)为包括上台阶部(21)和下台阶部(22)的台阶型结构，量子阱层(3)及P型GaN层(4)依次设置在所述上台阶部(21)上方，所述下台阶部(22)的N型GaN上直接设置有铬膜层(8)，所述电极包括设置在所述铬膜层(8)上的N电极(9)和设置在P型GaN层上的P电极(7)，所述电极与外延层接触或与铬膜层接触的一层均为铬层且所述N电极与P电极中铬层的厚度相同，所述铬膜层(8)的厚度为

【技术特征摘要】
1.一种高亮度LED芯片，其特征在于，所述LED芯片在厚度方向依次包括蓝宝石衬底(1)、外延层和电极，且所述外延层包括N型GaN层(2)、量子阱层(3)及P型GaN层(4)，N型GaN层(2)为包括上台阶部(21)和下台阶部(22)的台阶型结构，量子阱层(3)及P型GaN层(4)依次设置在所述上台阶部(21)上方，所述下台阶部(22)的N型GaN上直接设置有铬膜层(8)，所述电极包括设置在所述铬膜层(8)上的N电极(9)和设置在P型GaN层上的P电极(7)，所述电极与外延层接触或与铬膜层接触的一层均为铬层且所述N电极与P电极中铬层的厚度相同，所述铬膜层(8)的厚度为2.根据权利要求1所述LED芯片，其特征在于，所述P电极(7)和N电极(9)均为反射电极，其结构依次包括Cr-Al-Cr-Pt-Au层，第一层Cr的厚度为3.根据权利要求1所述LED芯片，其特征在于，所述铬膜层(8)的厚度为4.根据权利要求1所述LED芯片，其特征在于，所述铬膜层(8)覆盖所述下台阶部(22)的面积与所述N电极(9)覆盖所述铬膜层(8)的面积一致。5.根据权利要求1所述LED芯片，其特征在于，所述P型GaN层(4)上方设有透明导电层(5)。6.根据权利要求5所述LED芯片，其特征在于，还包括一沉积于所述芯片表面的SiO2保护层(6)。7.一种如权利要求1～6中任意一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹志武，王远红，陈艳恒，
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