本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種發(fā)光二極管的芯片及其制作方法。

背景技術(shù)：

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，發(fā)光二極管(英文：lightemittingdiode，簡(jiǎn)稱：led)的發(fā)光效率不斷提高，廣泛應(yīng)用于各種彩色顯示屏、裝飾燈、指示燈、白光照明燈，但led的發(fā)光效率還沒有達(dá)到理想的目標(biāo)。

led的發(fā)光效率由內(nèi)量子效率和光提取效率兩方面決定，現(xiàn)有氮化鎵基led的內(nèi)量子效率已經(jīng)很高，所以想要進(jìn)一步提高氮化鎵基led的發(fā)光效率，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(kuò)展層上制作一層氧化鋅種子層，再采用水熱法在氧化鋅種子層上生長(zhǎng)氧化鋅納米棒陣列，氧化鋅納米棒陣列的結(jié)構(gòu)可以增加出光面的粗糙度，減少全反射，從而提高光提取效率。

在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題：

沉淀法制作的氧化鋅種子層無法有效粘附在led上，導(dǎo)致氧化鋅種子層上生長(zhǎng)的氧化鋅納米棒陣列容易從led上脫落，無法有效提高led的光提取效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中增加氧化鋅種子層及氧化鋅納米棒無法有效提高led的光提取效率問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的芯片及其制作方法。所述技術(shù)方案如下：

一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)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未摻雜氮化鋁緩沖層、未摻雜氮化鎵層、n型氮化鎵層、多量子阱層、p型電子阻擋層、p型氮化鎵層和氧化銦錫電流擴(kuò)展層，所述多量子阱層包括多個(gè)銦鎵氮子層和多個(gè)氮化鎵子層，所述多個(gè)銦鎵氮子層和多個(gè)氮化鎵子層交替層疊設(shè)置，所述氧化銦錫電流擴(kuò)展層、所述p型氮化鎵層、所述p型電子阻擋層、所述多量子阱層中設(shè)有從所述氧化銦錫電流擴(kuò)展層延伸至所述n型氮化鎵層的凹槽；所述芯片還包括n型電極和p型電極，所述n型電極設(shè)置在所述凹槽內(nèi)的n型氮化鎵層上，所述p型電極設(shè)置在所述氧化銦錫電流擴(kuò)展層上，所述芯片還包括多個(gè)二氧化鈦納米棒和多個(gè)銀納米顆粒，所述多個(gè)二氧化鈦納米棒以陣列方式布置在所述氧化銦錫電流擴(kuò)展層上，每個(gè)所述二氧化鈦納米棒的外壁均設(shè)置有多個(gè)所述銀納米顆粒。

可選地，所述二氧化鈦納米棒為圓柱體，所述圓柱體的直徑為20～80nm。

可選地，所述二氧化鈦納米棒的長(zhǎng)度為300～500nm。

另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的芯片的制作方法，所述制作方法包括：

提供一襯底；

在所述襯底上依次生長(zhǎng)未摻雜氮化鋁緩沖層、未摻雜氮化鎵層、n型氮化鎵層、多量子阱層、p型電子阻擋層、p型氮化鎵層，所述多量子阱層包括多個(gè)銦鎵氮子層和多個(gè)氮化鎵子層，所述多個(gè)銦鎵氮子層和多個(gè)氮化鎵子層交替層疊設(shè)置；

在所述p型氮化鎵層上形成氧化銦錫電流擴(kuò)展層；

在所述氧化銦錫電流擴(kuò)展層、所述p型氮化鎵層、所述p型電子阻擋層、所述多量子阱層中開設(shè)從所述氧化銦錫電流擴(kuò)展層延伸至所述n型氮化鎵層的凹槽；

在所述凹槽內(nèi)的n型氮化鎵層上設(shè)置n型電極，在所述氧化銦錫電流擴(kuò)展層上設(shè)置p型電極；

在所述凹槽內(nèi)、以及所述n型電極和所述p型電極上形成光刻膠；

在所述氧化銦錫電流擴(kuò)展層和所述光刻膠上生長(zhǎng)多個(gè)二氧化鈦納米棒，所述多個(gè)二氧化鈦納米棒以陣列方式布置在所述氧化銦錫電流擴(kuò)展層上；

在每個(gè)所述二氧化鈦納米棒的外壁設(shè)置多個(gè)銀納米顆粒；

去除所述光刻膠和所述光刻膠上的二氧化鈦納米棒。

可選地，所述在所述氧化銦錫電流擴(kuò)展層和所述光刻膠上生長(zhǎng)多個(gè)二氧化鈦納米棒，包括：

將所述襯底放置在盛放有鈦酸四丁酯和鹽酸的混合溶液的水熱反應(yīng)釜中，鈦酸四丁酯和鹽酸發(fā)生反應(yīng)，在所述氧化銦錫電流擴(kuò)展層和所述光刻膠上生長(zhǎng)多個(gè)二氧化鈦納米棒；

在所述多個(gè)二氧化鈦納米棒生長(zhǎng)完成之后，將所述混合溶液的溫度恢復(fù)至所述水熱反應(yīng)釜所在的環(huán)境溫度；

從所述水熱反應(yīng)釜中取出所述襯底，采用去離子水進(jìn)行沖洗，并采用氮?dú)獯蹈伞?/p>

優(yōu)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(yōu)選地，反應(yīng)的溫度為100～200℃，反應(yīng)的時(shí)間為1～10小時(shí)。

具體地，所述在所述氧化銦錫電流擴(kuò)展層和所述光刻膠上生長(zhǎng)多個(gè)二氧化鈦納米棒，包括：

所述二氧化鈦納米棒擇優(yōu)取向生長(zhǎng)。

具體地，所述二氧化鈦納米棒為圓柱體，所述圓柱體的直徑為20～80nm。

具體地，所述二氧化鈦納米棒的長(zhǎng)度為300～500nm。

本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：

通過將多個(gè)二氧化鈦納米棒以陣列方式布置在氧化銦錫電流擴(kuò)展層上，二氧化鈦綠色無毒、催化活性高、化學(xué)穩(wěn)定性好、成本低廉，陣列布置的二氧化鈦納米棒與zno納米棒一樣，可以增加出光面的粗糙度，減少全反射，增加出光，同時(shí)二氧化鈦納米棒的形成可以直接在氧化銦錫電流擴(kuò)展層上生長(zhǎng)，二氧化鈦納米棒牢牢粘附在氧化銦錫電流擴(kuò)展層上，可以確保有效提高led的光提取效率，最終提高led的發(fā)光效率。而且二氧化鈦納米棒上分布有銀納米顆粒，當(dāng)led內(nèi)部產(chǎn)生的光從二氧化鈦納米棒和銀納米顆粒的分界面射出時(shí)，銀納米顆粒內(nèi)的自由電子發(fā)生集體振蕩，自由電子和光波耦合形成表面等離激元，光子和電子在頻率一致時(shí)產(chǎn)生共振，光波得到增強(qiáng)，進(jìn)一步提高led的發(fā)光效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種發(fā)光二極管的芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種發(fā)光二極管的芯片的制作方法的流程示意圖；

圖3a-圖3i是本發(fā)明實(shí)施例二提供的芯片制作過程中的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

實(shí)施例一

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)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上的未摻雜氮化鋁緩沖層2、未摻雜氮化鎵層3、n型氮化鎵層4、多量子阱層5、p型電子阻擋層6、p型氮化鎵層7、氧化銦錫(英文：indiumtinoxide，簡(jiǎn)稱：ito)電流擴(kuò)展層8。多量子阱層包括多個(gè)銦鎵氮子層和多個(gè)氮化鎵子層，多個(gè)銦鎵氮子層和氮化鎵子層交替層疊設(shè)置。氧化銦錫電流擴(kuò)展層、p型氮化鎵層、p型電子阻擋層、多量子阱層中設(shè)有從氧化銦錫電流擴(kuò)展層延伸至n型氮化鎵層的凹槽。該芯片還包括n型電極9和p型電極10，n型電極9設(shè)置在凹槽內(nèi)的n型氮化鎵層4上，p型電極10設(shè)置在氧化銦錫電流擴(kuò)展層8上。

在本實(shí)施例中，如圖1所示，該芯片還包括多個(gè)二氧化鈦納米棒11和多個(gè)銀納米顆粒12，多個(gè)二氧化鈦納米棒11以陣列方式布置在氧化銦錫電流擴(kuò)展層8上，每個(gè)二氧化鈦納米棒11的外壁均設(shè)置有多個(gè)銀納米顆粒12。

可選地，二氧化鈦納米棒可以為圓柱體，圓柱體的直徑可以為20～80nm。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)二氧化鈦納米棒為直徑20～80nm的圓柱體時(shí)，led的光提取效率較高。若二氧化鈦納米棒為直徑小于20nm的圓柱體，或者直徑大于80nm的圓柱體，則出光面的粗糙度較低，造成led的光提取效率提高效果不理想。

可選地，二氧化鈦納米棒的長(zhǎng)度可以為300～500nm。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)二氧化鈦納米棒的長(zhǎng)度為300～500nm時(shí)，led的光提取效率較高。若二氧化鈦納米棒的長(zhǎng)度小于300nm，則出光面近似為平面，無法提高led的光提取效率；若二氧化鈦納米棒的長(zhǎng)度大于500nm時(shí)，會(huì)造成材料的浪費(fèi)，增加生產(chǎn)成本。

具體地，襯底可以為藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底或者氮化鎵襯底。

具體地，p型電子阻擋層可以為p型摻雜的alyga1-yn(鋁氮鎵)層，0.1＜y＜0.5。

容易知道，n型電極和p型電極設(shè)置在芯片的同一側(cè)。

本發(fā)明實(shí)施例通過將多個(gè)二氧化鈦納米棒以陣列方式布置在氧化銦錫電流擴(kuò)展層上，二氧化鈦綠色無毒、催化活性高、化學(xué)穩(wěn)定性好、成本低廉，陣列布置的二氧化鈦納米棒與zno納米棒一樣，可以增加出光面的粗糙度，減少全反射，增加出光，同時(shí)二氧化鈦納米棒的形成可以直接在氧化銦錫電流擴(kuò)展層上生長(zhǎng)，二氧化鈦納米棒牢牢粘附在氧化銦錫電流擴(kuò)展層上，可以確保有效提高led的光提取效率，最終提高led的發(fā)光效率。而且二氧化鈦納米棒上分布有銀納米顆粒，當(dāng)led內(nèi)部產(chǎn)生的光從二氧化鈦納米棒和銀納米顆粒的分界面射出時(shí)，銀納米顆粒內(nèi)的自由電子發(fā)生集體振蕩，自由電子和光波耦合形成表面等離激元，光子和電子在頻率一致時(shí)產(chǎn)生共振，光波得到增強(qiáng)，進(jìn)一步提高led的發(fā)光效率。

實(shí)施例二

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的芯片的制作方法，適用于制作實(shí)施例一提供的芯片，參見圖2，該制作方法包括：

步驟200：提供一襯底。

圖3a為步驟200執(zhí)行之后的芯片結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1為襯底。

步驟201：在襯底上依次生長(zhǎng)未摻雜氮化鋁緩沖層、未摻雜氮化鎵層、n型氮化鎵層、多量子阱層、p型電子阻擋層、p型氮化鎵層。

具體地，該步驟201可以包括：

采用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積(英文：metalorganicchemicalvapourdeposition，簡(jiǎn)稱：mocvd)技術(shù)在襯底上依次外延生長(zhǎng)未摻雜氮化鋁緩沖層、未摻雜氮化鎵層、n型氮化鎵層、多量子阱層、p型電子阻擋層、p型氮化鎵層。

圖3b為步驟201執(zhí)行之后的芯片結(jié)構(gòu)示意圖。其中，2為未摻雜氮化鋁緩沖層，3為未摻雜氮化鎵層，4為n型氮化鎵層，5為多量子阱層，6為p型電子阻擋層，7為p型氮化鎵層。

在本實(shí)施例中，多量子阱層包括多個(gè)銦鎵氮子層和多個(gè)氮化鎵子層，多個(gè)銦鎵氮子層和氮化鎵子層交替層疊設(shè)置。

具體地，襯底可以為藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底或者氮化鎵襯底。

具體地，p型電子阻擋層可以為p型摻雜的alyga1-yn層，0.1＜y＜0.5。

步驟202：在p型氮化鎵層上形成氧化銦錫電流擴(kuò)展層。

圖3c為步驟202執(zhí)行之后的芯片結(jié)構(gòu)示意圖。其中，8為氧化銦錫電流擴(kuò)展層。

具體地，該步驟202可以包括：

采用蒸鍍技術(shù)在p型氮化鎵層上形成氧化銦錫電流擴(kuò)展層。

步驟203：在氧化銦錫電流擴(kuò)展層、p型氮化鎵層、p型電子阻擋層、多量子阱層中開設(shè)從氧化銦錫電流擴(kuò)展層延伸至n型氮化鎵層的凹槽。

圖3d為步驟203執(zhí)行之后的芯片結(jié)構(gòu)示意圖。其中，20為凹槽。

具體地，該步驟203可以包括：

在氧化銦錫電流擴(kuò)展層上涂覆一層光刻膠；

在掩膜版的遮擋下對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光；

對(duì)光刻膠進(jìn)行顯影，去除部分光刻膠；

在剩余光刻膠的保護(hù)下，采用電感耦合等離子體(英文：inductivecoupledplasma，簡(jiǎn)稱：icp)刻蝕技術(shù)在氧化銦錫電流擴(kuò)展層、p型氮化鎵層、p型電子阻擋層、多量子阱層中開設(shè)從氧化銦錫電流擴(kuò)展層延伸至n型氮化鎵層的凹槽；

去除光刻膠。

步驟204：在凹槽內(nèi)的n型氮化鎵層上設(shè)置n型電極，在氧化銦錫電流擴(kuò)展層上設(shè)置p型電極。

圖3e為步驟204執(zhí)行之后的芯片結(jié)構(gòu)示意圖。其中，9為n型電極，10為p型電極。

步驟205：在凹槽內(nèi)、以及n型電極和p型電極上形成光刻膠。

圖3f為步驟205執(zhí)行之后的芯片結(jié)構(gòu)示意圖。其中，100為光刻膠。

具體地，該步驟205可以包括：

在氧化銦錫電流擴(kuò)展層上、凹槽內(nèi)、以及n型電極和p型電極上形成光刻膠；

在掩膜版的遮擋下對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光；

對(duì)光刻膠進(jìn)行顯影，去除氧化銦錫電流擴(kuò)展層上的光刻膠，剩下凹槽內(nèi)、以及n型電極和p型電極上的光刻膠。

需要說明的是，本實(shí)施例通過設(shè)置光刻膠，以在納米棒的制作過程中保護(hù)電極，避免芯片的電學(xué)性能受到影響。

步驟206：在氧化銦錫電流擴(kuò)展層和光刻膠上生長(zhǎng)多個(gè)二氧化鈦納米棒，多個(gè)二氧化鈦納米棒以陣列方式布置在氧化銦錫電流擴(kuò)展層上。

圖3g為步驟206執(zhí)行之后的芯片結(jié)構(gòu)示意圖。其中，11為二氧化鈦納米棒。

具體地，該步驟206可以包括：

將襯底放置在盛放有鈦酸四丁酯和鹽酸的混合溶液的水熱反應(yīng)釜中，鈦酸四丁酯和鹽酸發(fā)生反應(yīng)，在氧化銦錫電流擴(kuò)展層和光刻膠上生長(zhǎng)多個(gè)二氧化鈦納米棒；

在多個(gè)二氧化鈦納米棒生長(zhǎng)完成之后，將混合溶液的溫度恢復(fù)至水熱反應(yīng)釜所在的環(huán)境溫度；

從水熱反應(yīng)釜中取出襯底，采用去離子水進(jìn)行沖洗，并采用氮?dú)獯蹈伞?/p>

需要說明的是，由于二氧化鈦的橫向生長(zhǎng)距離有限，無法形成一整個(gè)平面，因此氧化銦錫電流擴(kuò)展層和光刻膠上會(huì)直接形成陣列形式的二氧化鈦納米棒。

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(yōu)選地，反應(yīng)的溫度可以為100～200℃，溫度較低，不會(huì)影響led的結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能；反應(yīng)的時(shí)間可以為1～10小時(shí)。

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(yīng)的溫度、反應(yīng)的時(shí)間，可以調(diào)節(jié)二氧化鈦納米棒的直徑、二氧化鈦納米棒的長(zhǎng)度、二氧化鈦納米棒的生長(zhǎng)方向、二氧化鈦納米棒的密度、二氧化鈦納米棒的表面粗糙度，從而使二氧化鈦納米棒的陣列表面積達(dá)到最大，光提取效率達(dá)到最高，即最大程度提高發(fā)光效率。

具體地，二氧化鈦納米棒擇優(yōu)取向生長(zhǎng)。其中，擇優(yōu)取向是指晶體的晶粒在不同程度上圍繞某些特定的取向排列，如沿二氧化鈦納米棒的[101]晶向生長(zhǎng)、或者沿二氧化鈦納米棒的[001]晶向生長(zhǎng)，以使二氧化鈦納米棒的密度和表面粗糙度可達(dá)到最優(yōu)。

可選地，二氧化鈦納米棒可以為圓柱體，圓柱體的直徑可以為20～80nm。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)二氧化鈦納米棒為直徑20～80nm的圓柱體時(shí)，led的光提取效率較高。若二氧化鈦納米棒為直徑小于20nm的圓柱體，或者直徑大于80nm的圓柱體，則出光面的粗糙度較低，造成led的光提取效率提高效果不理想。

可選地，二氧化鈦納米棒的長(zhǎng)度可以為300～500nm。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)二氧化鈦納米棒的長(zhǎng)度為300～500nm時(shí)，led的光提取效率較高。若二氧化鈦納米棒的長(zhǎng)度小于300nm，則出光面近似為平面，無法提高led的光提取效率；若二氧化鈦納米棒的長(zhǎng)度大于500nm時(shí)，會(huì)造成材料的浪費(fèi)，增加生產(chǎn)成本。

步驟207：在每個(gè)二氧化鈦納米棒的外壁設(shè)置多個(gè)銀納米顆粒。

具體地，該步驟207可以包括：

采用磁控濺射技術(shù)在每個(gè)二氧化鈦納米棒的外壁設(shè)置多個(gè)銀納米顆粒。

圖3h為步驟207執(zhí)行之后的芯片結(jié)構(gòu)示意圖。其中，12為銀納米顆粒。

步驟208：去除光刻膠和光刻膠上的二氧化鈦納米棒。

具體地，該步驟208可以包括：

采用去膠液去除光刻膠，從而使得光刻膠上的二氧化鈦納米棒也被去除。

圖3i為步驟208執(zhí)行之后的芯片結(jié)構(gòu)示意圖。

可選地，該制作方法還可以包括：

采用去離子水進(jìn)行沖洗，并采用氮?dú)獯蹈伞?/p>

需要說明的是，在步驟208之后，該方法還可以包括：

將得到的芯片沿各層的層疊方向進(jìn)行裂片，得到多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的子芯片。

本發(fā)明實(shí)施例通過將多個(gè)二氧化鈦納米棒以陣列方式布置在氧化銦錫電流擴(kuò)展層上，二氧化鈦綠色無毒、催化活性高、化學(xué)穩(wěn)定性好、成本低廉，陣列布置的二氧化鈦納米棒與zno納米棒一樣，可以增加出光面的粗糙度，減少全反射，增加出光，同時(shí)二氧化鈦納米棒的形成可以直接在氧化銦錫電流擴(kuò)展層上生長(zhǎng)，二氧化鈦納米棒牢牢粘附在氧化銦錫電流擴(kuò)展層上，可以確保有效提高led的光提取效率，最終提高led的發(fā)光效率。而且二氧化鈦納米棒上分布有銀納米顆粒，當(dāng)led內(nèi)部產(chǎn)生的光從二氧化鈦納米棒和銀納米顆粒的分界面射出時(shí)，銀納米顆粒內(nèi)的自由電子發(fā)生集體振蕩，自由電子和光波耦合形成表面等離激元，光子和電子在頻率一致時(shí)產(chǎn)生共振，光波得到增強(qiáng)，進(jìn)一步提高led的發(fā)光效率。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。