本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有高亮度的led芯片及其制備方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(lightemittingdiode，簡稱led)是一種半導(dǎo)體固態(tài)發(fā)光器件，利用半導(dǎo)體p-n結(jié)電致發(fā)光原理制成。led器件具有開啟電壓低、體積小、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、壽命長、無污染等良好光電性能，因此在室外室內(nèi)照明、背光、顯示、交通指示等領(lǐng)域具有越來越廣泛的應(yīng)用。
目前在gan基led芯片中，氧化銦錫(ito)由于其高電導(dǎo)率和高透光率，已成為led芯片生產(chǎn)工藝中透明導(dǎo)電薄膜的主要材料。然而ito在使用過程中也存在一些缺點(diǎn)，包括：1)銦源材料的價(jià)格持續(xù)上漲，ito變得日益昂貴，并且制備方法費(fèi)用高昂；2)ito薄膜的柔韌性比較差，彎曲時(shí)容易破碎和斷裂，限制了器件的應(yīng)用范圍；3)ito對(duì)酸性環(huán)境敏感，容易在芯片制程中出現(xiàn)被腐蝕異常；4)ito盡管在可見光區(qū)域有高達(dá)有85％的透射率，但是在紫外(uv)區(qū)域(波長小于350nm)有很強(qiáng)的光吸收，光透射率降低到40％以下，導(dǎo)致紫外led的光提取效率大幅降低；基于以上原因，尋找一種能代替ito的材料成為led芯片制備的必需。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種具有高亮度的led芯片及其制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中使用氧化銦錫作為歐姆接觸及電流擴(kuò)展層而存在的氧化銦錫成本較高；氧化銦錫柔韌性差彎曲時(shí)容易破碎和斷裂，限制了器件的應(yīng)用范圍；氧化銦錫對(duì)酸性環(huán)境敏感，容易在芯片制程中被腐蝕異常；ito盡管在可見光區(qū)域有高達(dá)有85％的透射率，但是在紫外(uv)區(qū)域(波長小于350nm)有很強(qiáng)的光吸收，光透射率降低到40％以下，導(dǎo)致紫外led的光提取效率大幅降低等問題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種具有高亮度的led芯片的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：
1)提供生長襯底，在所述生長襯底上依次生長n型gan層、發(fā)光層多量子阱及p型gan層；
2)形成貫穿所述p型gan層及所述發(fā)光層多量子阱的深槽，所述深槽的底部位于所述n型gan層內(nèi)；
3)在所述p型gan層表面形成電流阻擋層；
4)在所述p型gan層及所述電流阻擋層表面形成石墨烯，所述石墨烯包覆所述電流阻擋層，并覆蓋所述電流阻擋層外圍的部分所述p型gan層；
5)在所述電流阻擋層上方的所述石墨烯表面形成p電極，并在所述n型gan層表面形成n電極。
作為本發(fā)明的具有高亮度的led芯片的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述生長襯底為藍(lán)寶石襯底、gan襯底、硅襯底或碳化硅襯底。
作為本發(fā)明的具有高亮度的led芯片的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述步驟2)中，采用bcl3、cl2及ar等離子體選擇性刻蝕所述p型gan層、所述發(fā)光層多量子阱及所述n型gan層以形成所述深槽。
作為本發(fā)明的具有高亮度的led芯片的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述步驟3)中，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法在所述p型gan層表面沉積sio2層作為所述電流阻擋層，或采用原子層沉積法在所述p型gan層表面沉積al2o3層作為所述電流阻擋層。
作為本發(fā)明的具有高亮度的led芯片的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述步驟4)中，采用化學(xué)氣相沉積法在所述p型gan層及所述電流阻擋層表面形成所述石墨烯。
作為本發(fā)明的具有高亮度的led芯片的制備方法的一種優(yōu)選方案，在所述p型gan層及所述電流阻擋層表面形成所述石墨烯之后，還包括對(duì)所述石墨烯進(jìn)行高溫退火處理的步驟。
作為本發(fā)明的具有高亮度的led芯片的制備方法的一種優(yōu)選方案，對(duì)所述石墨烯進(jìn)行高溫退火處理的溫度為500℃～900℃。
作為本發(fā)明的具有高亮度的led芯片的制備方法的一種優(yōu)選方案，采用化學(xué)氣相沉積法在所述電流阻擋層上方的所述石墨烯表面形成p電極，并在所述n型gan層表面形成n電極，所述p電極及所述n電極的材料為cr、pt、au、al、ti、ni中的一種或幾種的組合。
作為本發(fā)明的具有高亮度的led芯片的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟5)之后，還包括在步驟5)得到的結(jié)構(gòu)表面形成芯片保護(hù)層，并刻蝕所述芯片保護(hù)層暴露出所述p電極及所述n電極的步驟。
作為本發(fā)明的具有高亮度的led芯片的制備方法的一種優(yōu)選方案，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法在所述步驟5)得到的結(jié)構(gòu)表面沉積sio2層作為所述芯片保護(hù)層，或采用原子層沉積法在所述步驟5)得到的結(jié)構(gòu)表面沉積al2o3層作為所述芯片保護(hù)層。
本發(fā)明還提供一種具有高亮度的led芯片，所述具有高亮度的led芯片包括：生長襯底、n型gan層、發(fā)光層多量子阱、p型gan層、電流阻擋層、石墨烯、p電極及n電極；其中，
所述n型gan層、所述發(fā)光層多量子阱、所述p型gan層、所述電流阻擋層及所述石墨烯由下至上依次疊置于所述生長襯底的上表面，且所述石墨烯包覆所述電流阻擋層，并覆蓋所述電流阻擋層外圍的部分所述p型gan層；所述n型gan層、所述發(fā)光層多量子阱及所述p型gan層內(nèi)形成有深槽，所述深槽貫穿所述p型gan層及所述發(fā)光層多量子阱，且所述深槽的底部位于所述n型gan層內(nèi)；
所述p電極位于所述電流阻擋層上方的所述石墨烯表面；
所述n電極位于所述深槽底部的所述n型gan層表面。
作為本發(fā)明的具有高亮度的led芯片的一種優(yōu)選方案，所述電流阻擋層為sio2層或al2o3層。
作為本發(fā)明的具有高亮度的led芯片的一種優(yōu)選方案，所述具有高亮度的led芯片的上表面覆蓋有芯片保護(hù)層，所述芯片保護(hù)層內(nèi)形成有開口，所述開口暴露出所述p電極及所述n電極。
作為本發(fā)明的具有高亮度的led芯片的一種優(yōu)選方案，所述芯片保護(hù)層為sio2層或al2o3層。
如上所述，本發(fā)明的具有高亮度的led芯片及其制備方法，具有以下有益效果：采用石墨烯替換氧化銦錫作為歐姆接觸及電流擴(kuò)展層，石墨烯材料相比于氧化銦錫材料具有更優(yōu)異的導(dǎo)電性，電阻率為10-6ω.cm，電子遷移率為15000cm2/v.s，更高的光透過性，在深紫外到紅外波段內(nèi)光的透過率在97％以上；石墨烯具有更好的導(dǎo)熱性能，導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到5300w/m.k，材料更加致密；使用石墨烯來替代氧化銦錫作為led芯片制程中的歐姆接觸及電流擴(kuò)展層，使得所述led芯片具有更高的光透過率、更高的散熱能力及更強(qiáng)的耐環(huán)境性，從而有效地提升led芯片的亮度和可靠性能。
附圖說明
圖1顯示為本發(fā)明具有高亮度的led芯片的制備方法的流程圖。
圖2顯示為本發(fā)明具有高亮度的led芯片的制備方法中s1步驟呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3顯示為本發(fā)明具有高亮度的led芯片的制備方法中s2步驟呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4顯示為本發(fā)明具有高亮度的led芯片的制備方法中s3步驟呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5顯示為本發(fā)明具有高亮度的led芯片的制備方法中s4步驟呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6顯示為本發(fā)明具有高亮度的led芯片的制備方法中s5步驟呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7顯示為本發(fā)明具有高亮度的led芯片的制備方法中s6步驟呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
元件標(biāo)號(hào)說明
100生長襯底
101n型gan層
102發(fā)光層多量子阱
103p型gan層
104深槽
105電流阻擋層
106石墨烯
107p電極
108n電極
109芯片保護(hù)層
具體實(shí)施方式
以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
請(qǐng)參閱圖1至圖7需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，雖圖示中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供一種具有高亮度的led芯片的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：
1)提供生長襯底，在所述生長襯底上依次生長n型gan層、發(fā)光層多量子阱及p型gan層；
2)形成貫穿所述p型gan層及所述發(fā)光層多量子阱的深槽，所述深槽的底部位于所述n型gan層內(nèi)；
3)在所述p型gan層表面形成電流阻擋層；
4)在所述p型gan層及所述電流阻擋層表面形成石墨烯，所述石墨烯包覆所述電流阻擋層，并覆蓋所述電流阻擋層外圍的部分所述p型gan層；
5)在所述電流阻擋層上方的所述石墨烯表面形成p電極，并在所述n型gan層表面形 成n電極。
在步驟1)中，請(qǐng)參閱圖1中的s1步驟及圖2，提供生長襯底100，在所述生長襯底100上依次生長n型gan層101、發(fā)光層多量子阱102及p型gan層103。
作為示例，所述生長襯底100可以為但不僅限于適合gan及其半導(dǎo)體外延材料生長的藍(lán)寶石襯底、gan襯底、硅襯底或碳化硅襯底。
作為示例，在所述生長襯底100上依次外延生長所述n型gan層101、所述發(fā)光層多量子阱102及所述p型gan層103。
在步驟2)中，請(qǐng)參閱圖1中的s2步驟及圖3，形成貫穿所述p型gan層103及所述發(fā)光層多量子阱102的深槽104，所述深槽104的底部位于所述n型gan層101內(nèi)。
作為示例，采用光刻、刻蝕工藝在所述芯片單元內(nèi)形成貫穿所述p型gan層103及所述發(fā)光層多量子阱102的所述深槽104，具體方法為：首先，在所述p型gan層103表面涂覆光刻膠層(未示出)，采用光刻工藝圖形化所述光刻膠層，以在所述光刻膠層內(nèi)形成所述深槽104的圖形；其次，依據(jù)圖形化的所述光刻膠層采用bcl3、cl2及ar等離子體選擇性刻蝕所述p型gan層103、所述發(fā)光層多量子阱102及所述n型gan層101以形成所述深槽104；最后，去除所述光刻膠層。
在步驟3)中，請(qǐng)參閱圖1中的s3步驟及圖4，在所述p型gan層103表面形成電流阻擋層105。
作為示例，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法在所述p型gan層103表面沉積一層sio2層作為所述電流阻擋層105。所述sio2層的厚度可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，優(yōu)選地，本實(shí)施例，所述sio2層的厚度可以為但不僅限于800埃～5000埃。
作為示例，采用原子層沉積法在所述p型gan層103表面沉積al2o3層作為所述電流阻擋層105。所述al2o3層的厚度可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述al2o3層的厚度可以為但不僅限于200?！?000埃。
在步驟4)中，請(qǐng)參閱圖1中的s4步驟及圖5，在所述p型gan層103及所述電流阻擋層105表面形成石墨烯106，所述石墨烯106包覆所述電流阻擋層105，并覆蓋所述電流阻擋層105外圍的部分所述p型gan層103。
作為示例，在所述p型gan層103及所述電流阻擋層105表面形成石墨烯106的具體方法為：首先，利用化學(xué)氣相沉積工藝在所述p型gan層103表面形成所述石墨烯薄膜層；其次，在所述石墨烯薄膜層表面涂覆光刻膠層(未示出)，采用光刻工藝圖形化所述光刻膠層，以在所述光刻膠層內(nèi)定義出所述石墨烯106的圖形；然后，依據(jù)圖形化的所述光刻膠層，采 用bcl3、cl2及ar等離子體選擇性刻蝕掉部分所述石墨烯薄膜層，以形成所述石墨烯106，最后，去除所述光刻膠層。
作為示例，所述石墨烯106的厚度可以為但不僅限于20?！?00埃。
采用所述石墨烯106替換現(xiàn)有技術(shù)中的氧化銦錫作為歐姆接觸及電流擴(kuò)展層，石墨烯材料相比于氧化銦錫材料具有更優(yōu)異的導(dǎo)電性，電阻率為10-6ω.cm，電子遷移率為15000cm2/v.s，更高的光透過性，在深紫外到紅外波段內(nèi)光的透過率在97％以上；石墨烯具有更好的導(dǎo)熱性能，導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到5300w/m.k，材料更加致密；使用所述石墨烯106來替代氧化銦錫作為led芯片制程中的歐姆接觸及電流擴(kuò)展層，有效地提升led芯片的亮度和可靠性能。
作為示例，在所述p型gan層103表面形成所述石墨烯106之后，還包括對(duì)所述石墨烯106進(jìn)行高溫退火處理的步驟。
作為示例，對(duì)所述石墨烯106進(jìn)行高溫退火處理的溫度可以為但不僅限于500℃～900℃。
由于石墨烯材料的功率函數(shù)比較低，直接形成在所述p型gan層103上的所述石墨烯106與所述p型gan層103的歐姆接觸不好，通過對(duì)所述石墨烯106進(jìn)行高溫退火處理，可以使得所述石墨烯106與所述p型gan層具有良好的歐姆接觸。
在步驟5)中，請(qǐng)參閱圖1中的s5步驟及圖6，在所述電流阻擋層105上方的所述石墨烯106表面形成p電極107，并在所述n型gan層101表面形成n電極108。
作為示例，所述p電極107及所述n電極108的材料可以相同也可以不同，優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述p電極107及所述n電極108的材料可以為cr、pt、au、al、ti、ni中的一種或幾種的組合。
作為示例，所述p電極107及所述n電極108的厚度均為1.5μm～3.0μm。
作為示例，請(qǐng)參閱圖7，步驟5)之后，還包括步驟6)：在所述步驟5)得到的結(jié)構(gòu)表面形成芯片保護(hù)層109，并刻蝕所述芯片保護(hù)層109暴露出所述p電極107及所述n電極108。
作為示例，在所述步驟5)得到的結(jié)構(gòu)表面形成芯片保護(hù)層109，并刻蝕所述芯片保護(hù)層109暴露出所述p電極107及所述n電極108的具體方法為：首先，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法在所述步驟5)得到的結(jié)構(gòu)表面沉積sio2層作為所述芯片保護(hù)層109；其次，在所述芯片保護(hù)層109表面涂覆光刻膠層(未示出)，采用光刻工藝圖形化所述光刻膠層，以在所述光刻膠層內(nèi)形成開口圖形；然后，依據(jù)圖形化的所述光刻膠層采用bcl3、cl2及ar等離子體選擇性刻蝕所述芯片保護(hù)層109，以在所述芯片保護(hù)層109內(nèi)形成開口，所述開口暴露出所述p電極107及所述n電極108；最后，去除所述光刻膠層。
作為示例，在所述步驟5)得到的結(jié)構(gòu)表面形成芯片保護(hù)層109，并刻蝕所述芯片保護(hù)層 109暴露出所述p電極107及所述n電極108的具體方法為：首先，采用原子層沉積法在所述步驟5)得到的結(jié)構(gòu)表面沉積al2o3層作為所述芯片保護(hù)層109；其次，在所述芯片保護(hù)層109表面涂覆光刻膠層(未示出)，采用光刻工藝圖形化所述光刻膠層，以在所述光刻膠層內(nèi)形成開口圖形；然后，依據(jù)圖形化的所述光刻膠層采用bcl3、cl2及ar等離子體選擇性刻蝕所述芯片保護(hù)層109，以在所述芯片保護(hù)層109內(nèi)形成開口，所述開口暴露出所述p電極107及所述n電極108；最后，去除所述光刻膠層。
本發(fā)明還提供一種具有高亮度的led芯片，請(qǐng)參閱圖2至圖7，所述具有高亮度的led芯片采用上述方案中所述的制備方法制備而得到，所述具有高亮度的led芯片的最終結(jié)構(gòu)如圖7所示，所述具有高亮度的led芯片包括：生長襯底100、n型gan層101、發(fā)光層多量子阱102、p型gan層103、電流阻擋層105、石墨烯106、p電極107及n電極108；其中，
所述n型gan層101、所述發(fā)光層多量子阱102、所述p型gan層103、所述電流阻擋層105及所述石墨烯106由下至上依次疊置于所述生長襯底100的上表面，且所述石墨烯106包覆所述電流阻擋層105，并覆蓋所述電流阻擋層105外圍的部分所述p型gan層103；所述n型gan層101、所述發(fā)光層多量子阱102及所述p型gan層103內(nèi)形成有深槽104，所述深槽104貫穿所述p型gan層103及所述發(fā)光層多量子阱102，且所述深槽104的底部位于所述n型gan層101內(nèi)；所述p電極107位于所述電流阻擋層105上方的所述石墨烯106表面；所述n電極108位于所述深槽104底部的所述n型gan層101表面。
作為示例，所述電流阻擋層105可以為但不僅限于sio2層或al2o3層。所述sio2層的厚度可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，優(yōu)選地，本實(shí)施例，所述sio2層的厚度可以為但不僅限于800?！?000埃；所述al2o3層的厚度可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述al2o3層的厚度可以為但不僅限于200埃～2000埃。
作為示例，所述具有高亮度的led芯片的上表面覆蓋有芯片保護(hù)層109，所述芯片保護(hù)層109內(nèi)形成有開口，所述開口暴露出所述p電極107及所述n電極108。
作為示例，所述芯片保護(hù)層109可以為但不僅限于sio2層或al2o3層。
綜上所述，本發(fā)明提供一種具有高亮度的led芯片及其制備方法，所述具有高亮度的led芯片的制備方法包括以下步驟：1)提供生長襯底，在所述生長襯底上依次生長n型gan層、發(fā)光層多量子阱及p型gan層；2)形成貫穿所述p型gan層及所述發(fā)光層多量子阱的深槽，所述深槽的底部位于所述n型gan層內(nèi)；3)在所述p型gan層表面形成電流阻擋層；4)在所述p型gan層及所述電流阻擋層表面形成石墨烯，所述石墨烯包覆所述電流阻擋層，并覆蓋所述電流阻擋層外圍的部分所述p型gan層；5)在所述電流阻擋層上方的所述石墨烯表面形成p電極，并在所述n型gan層表面形成n電極。采用石墨烯替換氧化銦錫作為 歐姆接觸及電流擴(kuò)展層，石墨烯材料相比于氧化銦錫材料具有更優(yōu)異的導(dǎo)電性，電阻率為10-6ω.cm，電子遷移率為15000cm2/v.s，更高的光透過性，在深紫外到紅外波段內(nèi)光的透過率在97％以上；石墨烯具有更好的導(dǎo)熱性能，導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到5300w/m.k，材料更加致密；使用石墨烯來替代氧化銦錫作為led芯片制程中的歐姆接觸及電流擴(kuò)展層，使得所述led芯片具有更高的光透過率、更高的散熱能力及更強(qiáng)的耐環(huán)境性，從而有效地提升led芯片的亮度和可靠性能。
上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。