CN102201508B - 发光二极管芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具较佳发光效率发光二极管芯片，其包括一个导热基板，以及设置在该导热基板上且沿远离该导热基板的一侧依次层叠的一个半导体层、一个透明电极层、一个欧姆接触层、以及一个电极接触垫。该半导体层包括依次层叠设置在该导热基板上的一个p型半导体层、一个活性层、以及一个n型半导体层。该n型半导体层远离该导热基板的一侧具有一个阶梯面，且该n型半导体层沿远离其中心区域的方向上的厚度呈阶梯状分布且逐渐变小。该透明电极层设置在该阶梯面上。该欧姆接触层设置于该透明电极层与该n型半导体层之间，该电极接触垫与该n型半导体层的中心区域本对且设置在该透明电极层上。另外，本发明还涉及一种制作上述发光二极管的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管芯片，尤其涉及一种具较佳发光效率的发光二极管芯片，以及一种制作该发光二极管芯片的方法。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)是一种可将电流转换成特定波长范围的光的半导体元件。发光二极管以其亮度高、工作电压低、功耗小、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长等优点，而广泛应用于各种照明领域。
LED通常包括p型半导体层、活性层及n型半导体层。在LED两端施加电压时，空穴和电子将会在活性层复合，辐射出光子。目前，业界在LED的应用过程中所面临的一个问题是如何提高LED的发光效率。通常，LED的发光效率与电流在LED表面的分布均匀度关系密切，然而，现有的LED在通电时，其电流难以达到均匀分布的要求，相应地，其发光效率也受到较大的限制。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种具较佳发光效率的发光二极管芯片，并且同样有必要提供一种制作该发光二极管芯片的方法。
一种发光二极管芯片，其包括一个导热基板及设置在该导热基板上且沿远离该导热基板的一侧依次层叠的一个半导体层、一个透明电极层、以及一个电极接触垫。该半导体层包括依次层叠设置在该导热基板上的一个p型半导体层、一个活性层、一个欧姆接触层以及一个n型半导体层。该n型半导体层远离该导热基板的一侧具有一个阶梯面，且该n型半导体层沿远离其中心区域的方向上的厚度呈阶梯状分布且逐渐变小。该透明电极层设置在该阶梯面上。该欧姆接触层设置于该透明电极层与该n型半导体层之间。该电极接触垫与该n型半导体层的中心区域相对且设置在该透明电极层上。
一种上述发光二极管芯片的制作方法，其包括：
提供一个蓝宝石基底；
在蓝宝石基底上依次形成一个n型半导体层、一个活性层及一个p型半导体层；
提供一个导热基板，并使该导热基板与该p型半导体层相结合；
移除该蓝宝石基底以暴露该n型半导体层的表面，进而对该表面进行蚀刻以形成一个阶梯面，并使该n型半导体层沿远离其中心区域的方向上的厚度呈阶梯状分布且逐渐变小；
在该阶梯面上制作形成一个薄型欧姆接触层；
在该阶梯面上制作形成一个透明电极层；
在透明电极层对应该n型半导体层的中心区域上制作形成一个电极接触垫。
与现有技术相比，本发明所提供的发光二极管芯片，其所包含的n型半导体层经由蚀刻形成了一个阶梯面，且该n型半导体层沿远离其中心区域的方向上的厚度逐渐变小，而电流接触垫相对该n型半导体层的中心区域。由于n型半导体层厚度较大处的电阻较大，而相应地，厚度较小处电阻较小，这样就可以驱使电流朝远离电流接触垫的方向流动，并且经扩散后分布均匀，该发光二极管芯片因此具有较佳的发光效率。
附图说明
图1是本发明第一实施例的发光二极管芯片的剖面示意图。
图2是图1所示发光二极管芯片的俯视示意图。
图3是本发明第二实施例的发光二极管芯片的剖面示意图。
图4至图11是图3所示发光二极管芯片在各制作过程中的剖面示意图。
主要元件符号说明
发光二极管芯片 100、200
导热基板 11、21
半导体层 12、22
欧姆接触层 13、23
透明电极层 14、24
电极接触垫 15、25
反射层 16、26
p型半导体层 121、221
活性层 122、222
n型半导体层 123、223
阶梯面 1230、2230
表面 223a、110
具体实施方式
下面将以具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参见图1，本发明第一实施例提供一种发光二极管芯片100，其包括一个导热基板11、一个半导体层12、一个薄型欧姆接触层13、一个透明电极层14、以及一个电极接触垫15。该半导体层12、欧姆接触层13、透明电极层14、电极接触垫15沿远离该导热基板11的一侧依次层叠设置在该导热基板11上。在本实施例中，该发光二极管芯片100大致呈一圆板状。
该导热基板11由具有高导热率的材料，例如铜、铝、镍、银、金等金属或者其合金所制成。在本实施例中，该导热基板11采用金属镍制成。该导热基板11大致呈一圆板状，其具有一个圆形表面110，且该表面110为一个平面。
该半导体层12包括一个p型半导体层121、一个活性层122、以及一个n型半导体层123。该p型半导体层121、活性层122、以及n型半导体层123依次层叠设置在该导热基板11上。该半导体层12的制作基材包括氮化镓、氮化铝镓、氮化铟镓等。在本实施例中，该半导体层12由氮化镓基材制成。另外，该n型半导体层123为一阶梯状结构，其具有一个远离该导热基板的表面110的阶梯面1230，且该n型半导体层123沿远离其中心区域的方向的厚度逐渐变小，即该n型半导体层123中心区域较厚，周边区域相对该中心区域较薄。本实施例中，该阶梯面1230为一个圆台状阶梯面，如图2所示。
该欧姆接触层13厚度均匀，其设置在该阶梯面1230上。本实施例中，该欧姆接触层13采用导电性能较佳的材料，如钛金属制成，其目的为使透明电极层14与n型半导体层123形成欧姆接触。该透明电极层14厚度均匀，且设置在同样厚度均匀的欧姆接触层13上。该透明电极层14与该阶梯面1230相匹配，从而形成与该阶梯面1230形状相似的阶梯状分布。该透明电极层14可采用透明导电材料，如氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)、氧化铟锌(Indium ZincOxide，IZO)等制成。
该电极接触垫15进一步设置在透明电极层14上，该电极接触垫15由银、铜、铝等金属材料制成。在本实施例中，该电极接触垫15为一个金箔，其相对该n型半导体层123的中心区域设置，即该电极接触垫15位于该透明电极层14的中心区域。
工作时，该导热基板11及该电极接触垫15分别电连接至外部电源(未标示)，其中，导热基板11连接外部电源的正极，电极接触垫15连接外部电源的负极。该电极接触垫15通过该透明电极层14及该欧姆接触层13施加正电压给n型半导体层123，而该导热基板11施加电压给p型半导体层121。当p型半导体层121与n型半导体层123之间施加有电压时，p型半导体层121中的空穴将与n型半导体层123中的电子复合，从而辐射出光子。
由于n型半导体层123的中心区域较厚，其具有较大的电阻，而周边区域相对该中心区域较薄，相应地，其电阻也较小。因此，通电时，电流可以流经该透明电极层14与该欧姆接触层13并朝远离电流接触垫15的方向在n型半导体层123中流动，并且经该n型半导体层123扩散后在该活性层122呈均匀分布，因此，该发光二极管芯片100具有较佳的发光效率。另外，该导热基板11可设置在其它散热元件，如散热鳍片上，以将半导体层12工作时发出的热量传导至该散热元件进行散热，从而保障该发光二极管100的发光特性。
在p型半导体层121与导热基板11之间还可以设置一层具有高反射率的反射层16，该反射层16可以是布拉格反射层，也可以是由银、镍、铝、铜、金等金属所制成的金属镜面反射层。设置该反射层16的目的在于反射由活性层122发出的且朝向p型半导体层121的光线，以使该光线经反射后从n型半导体层123的阶梯面1230发出，从而进一步提升发光二极管芯片100的发光效率。
请参阅图3，本发明第二实施例提供一种发光二极管芯片200，其包括一个导热基板21、一个半导体层22、一个薄型欧姆接触层23、一个透明电极层24、一个电极接触垫25、以及一个反射层16，其中，该半导体层22包括一个p型半导体层221、一个活性层222、以及一个n型半导体层223。该发光二极管芯片200与第一实施例所提供的发光二极管芯片100结构相类似，差别仅在于：该欧姆接触层23形成在阶梯面2230上但未覆盖该阶梯面2230的中心区域，即该阶梯面2230的中心区域暴露在该欧姆接触层23外；另外，该透明电极层24同时覆盖该欧姆接触层23及该阶梯面2230的中心区域。
由于该电极接触垫25通常为非透明的金属材料制成，因此，在相对该电极接触垫25的n型半导体层223的中心区域，该透明电极层24直接与该n型半导体层223接触，可以在其两者之间形成非欧姆接触，电流不会流经该非欧姆接触的区域，因此可以减少活性层222的中心区域在发光时被电极接触垫25掩挡所造成的损耗，使得电流得到合理有效的应用，从而使得发光二极管芯片200的发光效率得到进一步的提升。
本发明还提供一种发光二极管的制造方法，其可制造第一至第二实施例中任意一种发光二极管芯片100、200。下面仅以制造图2所示的发光二极管200为例对该制造方法进行说明。
请一起参阅图3、图4至11，本发明所提供的发光二极管芯片200制作方法包括步骤(1)至步骤(7)：
(1)提供一个蓝宝石基底。
图4示出步骤(1)所提供蓝宝石基底28。
(2)在蓝宝石基底上依次形成一个n型半导体层、一个活性层及一个p型半导体层。
参见图5，采用金属有机化学气相沉积法(MOCVD，metalorganic chemical vapor deposition)在蓝宝石基底28上依次形成n型半导体层223、活性层222及p型半导体层221。该p型半导体层221、活性层222、以及n型半导体层223组成一个半导体层22。该n型半导体层223的厚度大约为2μm～3μm。本实施例中，该n型半导体层223的厚度大约为3μm。
(3)提供一个导热基板，并使该导热基板与该p型半导体层相结合。
请参见图6，在实施步骤(3)前，可以先在p型半导体层221上沉积一层如实施例2中所述的反射层26。具体地，该反射层26的材料可以为金属银，其沉积方法可以是电子束、溅射、真空蒸镀或者电镀。在实施步骤(3)时，该p型半导体层221通过反射层26与导热基板21相结合，具体地，可以采用电镀法以金属镍作为基材在反射层26上形成该导热基板21。
(4)移除该蓝宝石基底以暴露该n型半导体层的表面，进而对该表面进行蚀刻以形成一个阶梯面，并使该n型半导体层沿远离其中心区域的方向上的厚度逐渐变小。
请一起参阅图6至图8，移除蓝宝石基底28可以采用机械切割法，也可以采用电磁辐射使半导体层分解的方法。在本实施例中，优选采用激光切割法，如准分子激光切割法来移除该蓝宝石基底28。如图7所示，蓝宝石基底28被移除后，n型半导体层223远离该导热基板21的表面223a暴露出来。此时，可采用感应耦合式电浆(ICP，Inductive Couple Plasma)蚀刻系统在该表面223a上蚀刻出所需的图案。具体蚀刻方法如下：先在n型半导体层223的表面223a上涂布光阻层，然后采用曝光显影的方法去除相应的光阻层，后续再采用ICP蚀刻的方法对未被光阻层覆盖的区域进行蚀刻。该表面223a经多次蚀刻后形成一个阶梯面2230，如图8所示。
经蚀刻后，优选地，n型半导体层223最薄处的厚度不小于该n型半导体层223最厚处的厚度的50％，以保证半导体层22在最薄处能发射光子。在本实施例中，n型半导体层223最厚处的厚度，即中心区域的厚度为3μm，最薄处的厚度为1.5μm。
(5)在该阶梯面上制作形成一个薄型欧姆接触层；
请参阅图9，本实施例中，该欧姆接触层23环绕该n型半导体层223的中心区域设置。该欧姆接触层23的可选用钛金属并经沉积方法，如电子束法、溅射法、真空蒸镀法或者电镀法等先形成在阶梯面2230上，然后再采用曝光显影的方法移除掉位于该阶梯面2230中心区域的部分。
(6)在该阶梯面上制作形成一个透明电极层。
请参阅图10，透明电极层24同时覆盖该欧姆接触层23及该阶梯面2230的中心区域。在本实施例中，该透明电极层24以氧化铟锌(Indium Zinc Oxide，IZO)作为基材，并采用溅射法所形成。
(7)在透明电极层对应该n型半导体层的中心区域制作形成一个电极接触垫。
请一起参阅图10，该电极接触垫25以金作为基材，并采用等离子增强化学气相沉积法(plasma enhanced chemical vapordeposition，PECVD)先形成在该透明电极层24上。然后再采用曝光显影法移除掉位于该阶梯面1130周边区域的部分，仅留下对应该n型半导体层223中心区域的部分。该电极接触垫25的大小与该阶梯面2230上未覆盖该欧姆接触层23的中心区域相当，并相对该区域设置。
经由实施步骤(1)-(6)所形成的发光二极管200如图11所示。
应该指出，上述实施方式仅为本发明的较佳实施方式，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种发光二极管芯片，其包括：
一个导热基板及设置在该导热基板上且沿远离该导热基板的一侧依次层叠的一个半导体层、一个欧姆接触层、一个透明电极层以及一个电极接触垫，该半导体层包括依次层叠设置在该导热基板上的一个p型半导体层、一个活性层、以及一个n型半导体层，该n型半导体层远离该导热基板的一侧具有一个阶梯面，且该n型半导体层沿远离其中心区域的方向上的厚度呈阶梯状分布且逐渐变小，该透明电极层设置在该阶梯面上，该欧姆接触层设置于该透明电极层与该n型半导体层之间，该电极接触垫与该n型半导体层的中心区域相对且设置在该透明电极层上。
2.如权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，该欧姆接触层环绕该电极接触垫设置，该透明电极层的设置有该电极接触垫的区域与该n型半导体层形成非欧姆接触。
3.如权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，该欧姆接触层厚度均匀，且其厚度大于0.1μm而小于0.3μm。
4.如权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，该欧姆接触层的材料为钛。
5.如权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，该n型半导体层的中心区域的厚度为3μm。
6.如权利要求5所述的发光二极管芯片，其特征在于，该n型半导体层最薄处的厚度大于或等于该n型半导体层最厚处的厚度的50%。
7.如权利要求1所述的发光二极管芯片，该电极接触垫为一个金箔。
8.如权利要求1所述的发光二极管芯片，该阶梯面为一个圆台状阶梯面。
9.一种发光二极管芯片制作方法，其包括：
提供一个蓝宝石基底；
在蓝宝石基底上依次形成一个n型半导体层、一个活性层及一个p型半导体层；
提供一个导热基板，并使该导热基板与该p型半导体层相结合；
移除该蓝宝石基底以暴露该n型半导体层的表面，进而对该表面进行蚀刻以形成一个阶梯面，并使该n型半导体层沿远离其中心区域的方向上的厚度呈阶梯状分布且逐渐变小；
在该阶梯面上制作形成一个薄型欧姆接触层；
在该阶梯面上制作形成一个透明电极层；
在透明电极层对应该n型半导体层的中心区域上制作形成一个电极接触垫。
10.如权利要求9所述的发光二极管芯片制作方法，其特征在于，该欧姆接触层环绕该n型半导体层的中心区域设置，以使电极接触垫与n型半导体层形成非欧姆接触。
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