CN103996772B - 发光二极管芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发光二极管芯片及其制作方法，其具有发光外延叠层，至少依次包括第一半导体层、发光层及其第二半导体层，将第二半导体层设置成侧壁倾斜结构或具有倾斜侧边的凸起结构，然后在其顶面上披覆透明导电层，并延伸至其倾斜侧壁/侧边上，可以增加透明导电层与倾斜侧壁/侧边的接触面积，相对于常规平面结构而言其接触面积有效增加，如此有助于降低发光二极管操作电压。此外，外延叠层中的发光层辐射出光线遇上侧壁倾斜结构的金属延伸电极（透明导电层），将依照入射‑反射原理，将光线反射至侧壁,如此增加LED组件出光率。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管芯片，更具体地是一种具有斜角度延伸电极的发光二极管芯片结构及其制作方法。
背景技术
发光二极管（light emitting diode，简称LED）是一种PN接面处于正偏压情况下将电能转换成光能的半导体二极管。近年来，发光二极管得到了广泛的应用，在各种显示系统、照明系统、汽车尾灯等领域起着越来越重要的作用。典型的发光二极管结构可包括n型电极与n型层、基板、多重或单一量子阱区、p型层与p型电极。加上正偏压后，量子阱区产生的光线在经过多次全反射后，大部分都被半导体材料或者基板吸收，使得LED内部的吸收损失变更大，大幅降低组件的光萃取率。所以对于这种传统的LED结构而言，即使内部的光电转化效率很高，它的外量子效率也不会很高。当前有很多种方法来提高LED出光的提取效率，如加厚窗口层、表面粗化、透明衬底、倒金字塔结构等。
发明内容
本发明提供了一种发光二极管芯片及其制作方法，其可以增加电极与外延叠层的欧姆接触区域，降低顺向工作电压，并有效地提高器件的取光效率。
根据发明的第一个方面，一种发光二极管芯片，包括：
一第一半导体层，具有一第一区域及一第二区域；
一发光层，形成于所述第一半导体层的第一区域上；
一第二半导体层，形成于所述发光层上，其具有一顶面、一底面和一倾斜侧壁，所述倾斜侧壁与第二半导体层内侧的底面形成一锐角；
一透明导电层，形成于部分所述第二半导体层的顶面并延伸至所述第二半导体层的倾斜侧壁上；
一第一电极和一第二电极分别形成于所述第一半导体层的第二区域上和透明导电层上。
根据发明的第二个方面，一种发光二极管芯片，包括：
一第一半导体层；
一发光层，形成于所述第一半导体层上；
一第二半导体层，形成于所述发光层上，其具有若干个凸起，且所述凸起具有一顶面、一底面和至少一倾斜侧边，所述倾斜侧边与底面内侧形成一锐角；
一透明导电层，形成于部分所述凸起的顶面并延伸至所述凸起的倾斜侧边上；
一电极形成于所述透明导电层上。
根据发明的第三个方面，一种发光二极管芯片的制作方法，包括：
提供一基板；
在所述基板上形成发光外延叠层，其至少包含一第一半导体层、一发光层和一第二半导体层，其中所述第一半导体层，具有一第一区域及一第二区域；
通过蚀刻工艺，从所述第二半导体的表面向下蚀刻至第一半导体层，使得部分第一半导体层裸露出来，即第二区域裸露出来，而发光层位于所述第一半导体层的第一区域上；
通过蚀刻工艺或者激光切割或者钻刀切割或前述任意组合之一，使得所述第二半导体形成一倾斜侧壁，所述倾斜侧壁与第二半导体层内侧的底面形成一锐角；
在部分所述第二半导体层的顶面沉积透明导电层并延伸至所述第二半导体层的倾斜侧壁上；
分别在所述第一半导体层的第二区域上和透明导电层上制作第一电极和第二电极。
根据发明的第四个方面，一种发光二极管芯片的制作方法，包括：
提供一基板；
在所述基板上形成发光外延叠层，其至少包含一第一半导体层、一发光层和一第二半导体层；
通过蚀刻工艺或者激光切割或者钻刀切割或前述任意组合之一，在所述第二半导体层上形成具有若干个凸起，并使得所述凸起具有一顶面、一底面和至少一倾斜侧边，即所述倾斜侧边与底面内侧形成一锐角；
至少在所述部分凸起的顶面形成透明导电层并延伸至所述凸起的倾斜侧边上；
在所述透明导电层上制作电极。
在一些实施例中，定义夹在所述凸起之间的区域为沟道，还在所述沟道上形成透明导电层。
在一些实施例中，在形成发光外延叠层之前，还可以先在基板上形成缓冲层。
在一些实施例中，所述锐角优选介于15~75°之间。
在一些实施例中，所述透明导电层可以选用诸如AuZn、AuBe、CrAu等可与半导体成欧姆接触之金属电极，也可以选用如ITO、IZO、GZO等非金属电极。
在一些实施例中，所述透明导电层延伸至第二半导体层的倾斜侧壁或倾斜侧边上，可以有效增加欧姆接触面积，降低发光二极管操作电压。
在一些实施例中，所述凸起的倾斜侧边呈相互平行。
在一些实施例中，所述蚀刻工艺选用干法蚀刻或者湿法蚀刻或者前述组合。
前述发光二极管芯片可应用于各种显示系统、照明系统、汽车尾灯等领域。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1为实施例1之发光二极管芯片的结构剖视图。
图2为实施例1之发光二极管芯片的结构俯视图。
图3为实施例2之发光二极管芯片的结构剖视图。
图4为实施例2之发光二极管芯片的结构俯视图。
图5为实施例3之发光二极管芯片的结构剖视图。
图6为实施例3之发光二极管芯片的结构俯视图。
图7-12为实施例4之制作发光二极管芯片的工艺流程图。
图示说明
基板101，201，301，401；第一半导体层102，202，302，402；发光层103，203，303，403；第二半导体层104，204，304，404；透明导电层105，205，305，405；第一电极106，206，306，406；第二电极107，207，307，407；凸起208，308，408。
具体实施方式
下面结合示意图对本发明的LED器件结构及其制备方法进行详细的描述，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
实施例1
请参看图1和图2，本实施例的发光二极管芯片，包括：外延生长用基板101、第一半导体层102、发光层103、具有倾斜侧壁的第二半导体层104、透明导电层105、第一电极106和第二电极107。
具体地，外延生长基板101可选用如Al2O3、AlN、PCB或MCPCB等不导电基板，也可以选用Si导电基板，在本实施例优选蓝宝石（Al2O3）。
发光外延叠层形成于基板101之上，其从下至上依次包括第一半导体层102、发光层103和第二半导体层104，其中第一半导体层102为N型半导体披覆层，其具有一第一区域及一第二区域；发光层103为多量子阱结构；第二半导体层104为具有倾斜侧壁的P型半导体披覆层，在一些变型的实施例中，在生长发光外延叠层之前还可包括生长缓冲层。
在本实施例中，第一半导体102形成于第一区域上；第二半导体层104，形成于所述发光层103上，其具有顶面、底面和倾斜侧壁，其中倾斜侧壁与第二半导体层内侧的底面形成一锐角θ，该锐角θ可选介于15~75°之间，在本实施例优选45°角。
透明导电层105，形成于部分第二半导体层104的顶面并延伸至其倾斜侧壁上，如此可以有效增加欧姆接触面积，降低发光二极管操作电压。
在本实施例中，透明导电层105可以选用诸如AuZn、AuBe、CrAu等可与半导体形成欧姆接触之金属电极，也可以选用如ITO、IZO、GZO等非金属电极，透明导电层105优选IZO材料作为后续金属电极的延伸电极。
第一电极106和第二电极107分别形成于第一半导体层102的第二区域上和透明导电层105上，一般来说第一电极和第二电极选用金属电极。
在本实施例中，将第二半导体层设置成侧壁倾斜结构，然后在其顶面上披覆透明导电层，并延伸至其倾斜侧壁上，这样可以增加透明导电层与倾斜侧壁的接触面积，相对于常规平面结构（竖直/非倾斜侧壁结构）而言其接触面积有效增加，如此有助于降低发光二极管操作电压。此外，外延叠层中的发光层辐射出光线遇上侧壁倾斜结构的金属延伸电极（透明导电层），将依照入射-反射原理，将光线反射至侧壁, 如此增加LED组件出光率，而不再如常规结构的发光层辐射光线遇上金属后被反射回发光层产生吸收现象，从而提高光萃取效率。
图1和图2所示的LED结构为水平结构，此仅为本发明的一种优选实施方式，同样可适用于垂直结构LED。
实施例2
请参看图3和图4，本实施例的发光二极管芯片，包括：外延生长用基板201，第一半导体层202，发光层203，具有凸起结构208的第二半导体层204，透明导电层205，第一电极206和第二电极207。
具体地，外延生长用基板201优选AlN不导电基板，缓冲层（图中未示出）形成于基板201之上。
发光外延叠层形成于缓冲层之上，其从下至上依次包括第一半导体层202、发光层203和第二半导体层204，其中第一半导体层202为N型半导体披覆层，其具有一第一区域及一第二区域；发光层203为多量子阱结构；第二半导体层204为具有凸起结构208的P型半导体披覆层。
在本实施例中，第一半导体202形成于第一区域上；第二半导体层204，形成于所述发光层203上，其具有若干个凸起结构208，该凸起结构具有顶面、底面和至少一倾斜侧边，其中所述倾斜侧壁与底面内侧形成一锐角θ，该锐角θ可选介于15~75°之间，在本实施例优选40°角。
透明导电层205，形成于部分所述凸起结构208的顶面并延伸至其倾斜侧边上，如此可以有效增加欧姆接触面积，降低发光二极管操作电压。
在本实施例中，透明导电层205可以选用诸如AuZn、AuBe、CrAu等可与半导体形成欧姆接触之金属电极，也可以选用如ITO、IZO、GZO等非金属电极，透明导电层205优选ITO材料作为后续金属电极的延伸电极。
第一电极（金属电极）206和第二电极（金属电极）207分别形成于第一半导体层202的第二区域上和透明导电层205上。
在本实施例中，将第二半导体层设置成具有倾斜侧边的凸起结构，然后在其顶面上披覆透明导电层，并延伸至其倾斜侧边上，这样可以增加透明导电层与倾斜侧边的接触面积，相对于常规平面结构（非凸起结构）而言其接触面积有效增加，如此有助于降低发光二极管操作电压。此外，外延叠层中的发光层辐射出光线遇上侧壁倾斜结构的斜角度延伸电极，将依照入射-反射原理，将光线反射至相对边的侧壁，如此增加LED组件出光率，而不再如常规结构的发光层辐射光线遇上金属电极后被反射回发光层产生吸收现象，从而提高光萃取效率。
实施例3
请参看图5和图6，与实施例2不同的是，本实施例凸起结构308的倾斜侧边呈相互平行，从发光层辐射出的光线经过相互平行的倾斜侧边的反射后向上（外）出射，如此有助于更进一步提升取光效率。
实施例4
请参看图7~图12，本实施例提供一种发光二极管芯片的制作方法，具体工艺步骤如下：
请参看图7，提供一外延生长用基板401，优选蓝宝石基板；通过磊晶方式，在所述基板401上形成发光外延叠层，其至少包含一第一半导体层402、一发光层403和一第二半导体层404，其中所述第一半导体层，具有一第一区域及一第二区域；
请参看图8，通过干法蚀刻工艺，从所述第二半导体404的表面向下蚀刻至第一半导体层402内部，使得部分第一半导体层402裸露出来，即第二区域裸露出来，而发光层位于所述第一半导体层的第一区域上，干法蚀刻工艺中可搭配化学蚀刻气体，如BCl3、CF4等；
请参看图9，通过干法蚀刻工艺，在所述第二半导体层上形成具有若干个凸起408，再通过钻刀切割工艺，使得所述凸起具有一顶面、一底面和至少一倾斜侧边，夹在凸起之间的区域定义为沟道，即所述倾斜侧边与底面内侧形成一锐角θ，该锐角θ可选介于15~75°之间，在本实施例优选60°角；
请参看图10，在部分所述第二半导体层的凸起408上，采用CVD工艺沉积IZO透明导电层405并延伸至所述凸起408的倾斜侧边上，更进一步地，在所述沟道中也沉积部分透明导电层；
请参看图11，分别在所述第一半导体层402的第二区域上和IZO透明导电层405上制作第一电极（金属电极）406和第二电极（金属电极）407，从图11中的光路示意图可知，发光层发出的光线经过凸起的倾斜侧壁后，发生一次或多次全反射后，从芯片的正面或侧面出射。
请参看图12，需要说明的是，除了在凸起408的倾斜侧边沉积整面透明导电层之外，在凸起的顶面及沟道上至沉积部分透明导电层，形状可为长条状或带状，其在水平方向上可与沟道呈垂直关系，如此可以使得透明导电层既能充当良好的电流扩展条，在保证有效地增加欧姆接触面积的前提下，又可尽可能地减少遮光面积，从而降低操作电压，提升光提取效率。
上述各实施例中的发光二极管芯片可应用于各种显示系统、照明系统、汽车尾灯等领域。
Claims (5)
1.发光二极管芯片，包括：
一第一半导体层；
一发光层，形成于所述第一半导体层上；
一第二半导体层，形成于所述发光层上，其具有若干个凸起，且所述凸起具有一顶面、一底面和至少一倾斜侧边，所述倾斜侧边与底面内侧形成一锐角，所述凸起的倾斜侧边全部呈相互平行；
一透明导电层，形成于部分所述凸起的顶面并延伸至所述凸起的倾斜侧边上，有效增加欧姆接触面积，降低发光二极管操作电压；
一电极形成于所述透明导电层上。
2.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于：定义夹在所述相邻凸起之间的区域为沟道，还在所述沟道上形成透明导电层。
3.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于：所述锐角介于15~75°之间。
4.发光二极管芯片的制作方法，包括：
提供一基板；
在所述基板上形成发光外延叠层，其至少包含一第一半导体层、一发光层和一第二半导体层；
通过蚀刻工艺或者激光切割或者钻刀切割或前述任意组合之一，在所述第二半导体层上形成具有若干个凸起，并使得所述凸起具有一顶面、一底面和至少一倾斜侧边，即所述倾斜侧边与底面内侧形成一锐角，所述凸起的倾斜侧边全部呈相互平行；
至少在所述部分凸起的顶面形成透明导电层并延伸至所述凸起的倾斜侧边上，用于有效增加欧姆接触面积，降低发光二极管操作电压；
在所述透明导电层上制作电极。
5.根据权利要求4所述的发光二极管芯片的制作方法，其特征在于：定义夹在所述相邻凸起之间的区域为沟道，透明导电层还形成于所述沟道上。
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