[发明专利]一种LED芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电子技术领域，涉及一种LED芯片及其制备方法。

背景技术

LED（Light Emitting Diode）芯片，也称为LED发光芯片，是LED灯的核心组件，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。LED芯片中位于衬底之上的发光结构主要由两部分组成，一部分是P型半导体，空穴为多数载流子，另一部分是N型半导体，电子为多数载流子，两种半导体连接起来时，形成P-N结。当电流通过导线作用于这个芯片的时候，电子就会被推向P区，在P-N结合区（如量子阱区）电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED芯片发光的原理，其中，发出光的颜色依赖于光波长，且由形成P-N结的材料决定的。LED在生产过程中不要添加“汞”，也不需要充气，不需要玻璃外壳，抗冲击性好，抗震性好，不易破碎，便于运输，非常环保，被称为“绿色能源”。

最初LED用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。汽车信号灯也是LED光源应用的重要领域。随着半导体科技的进步，现今的LED芯片已具备了高亮度的输出，加上LED芯片具有省电、体积小、低电压驱动、寿命非常长（普遍在5万至10万小时之间）等优点，因此，LED芯片已广泛地应用在显示器与照明等领域。不过，提高LED芯片的亮度，仍是改进LED芯片质量的主导方向。

为追求更好的LED芯片质量，现行的LED厂家在外延结构上使用单一的窗口层（window layer）用于提升电流均匀扩散的效果，从而提高LED芯片的外部量子效率。

不过，由于窗口层是LED芯片驱动电流注入的地方也是出光的地方，因此窗口层的厚度需要维持1μm以上，例如5μm或10μm。由于该厚度较大，因此外延生长窗口层时必须用高速的长晶速率来完成。高速长晶速率会对于窗口层的质量有所影响，特别是在外延结构和窗口层为两种不同材料时二者接触面上，由于材料的差异易使窗口层上形成表面突起（hillock）造成质量上的缺陷，导致窗口层吸光的情况发生，降低了LED芯片的外部量子效率。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种LED芯片及其制备方法，用于解决现有技术中窗口层的生长缺陷引起窗口层吸光导致LED芯片外部量子效率降低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种LED芯片的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤： 

1）提供一半导体衬底，依次在所述半导体衬底表面上外延生长N型外延层、有源层、及P型外延层，以形成发光外延结构；

2）在第一温度下，以第一流量通入Ga源，在所述发光外延层结构上表面外延生长具有第一厚度的P型GaP窗口缓冲层；

3）升高反应温度至第二温度后，以第二流量通入Ga源，在所述窗口缓冲层上表面外延生长具有第二厚度的P型GaP窗口层，其中，所述第二流量大于第一流量，所述第二厚度大于第一厚度，且所述第二厚度至少大于0.8μm； 

4）在所述窗口层上表面依次制作透明导电层和第一电极，并在所述半导体衬底的背面制作第二电极。

可选地，所述步骤1）中在外延生长所述发光外延结构之前还包括以下步骤：在所述半导体衬底上外延生长由第一间接能隙材料层和第二间接能隙材料层组成的双层薄膜，以形成位于所述半导体衬底上表面的布拉格反射层，其中，所述第二间接能隙材料层的折射率大于第一间接能隙材料层的折射率。

可选地，所述双层薄膜为AlAs/Al_xGa_(1-x)As双层薄膜，x的范围是0.45~0.7，其中，第一间接能隙材料层AlAs形成于第二间接能隙材料层Al_xGa_(1-x)As之上。

可选地，所述双层薄膜为Al_xGa_(1-x)As/AlAs双层薄膜，x的范围是0.45~0.7，其中，第二间接能隙材料层Al_xGa_(1-x)As形成于第一间接能隙材料层AlAs之上。

可选地，所述布拉格反射层的反射波长的范围是550~750nm，所述第二间接能隙材料层Al_xGa_(1-x)As的x取值范围是0.45~0.6。

可选地，所述第一流量与第二流量的比值范围为0.1~0.6。

可选地，所述第一厚度范围为10nm~5μm，所述第二厚度范围为1~15μm。