CN105449068A - 一种led芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED芯片及其制作方法，包括：衬底；外延层，所述外延层位于衬底上；透明电极层，所述透明电极层位于外延层上；至少两个槽，所述槽沿纵向穿过透明电极层且底部位于外延层中，所述槽沿透明电极层的边缘分布；绝缘层，所述绝缘层衬在槽的侧壁上以及位于所述槽口边缘的透明电极层上；N型电极，所述N型电极位于绝缘层上；以及P型电极，所述P型电极位于透明电极层上，其中，P型电极到N型电极的距离均相等。本发明通过设置LED芯片的N型电极围绕P型电极且与其皆等距，在LED芯片工作时，N型电极和P型电极之间的电流流向比较分散，可以使电流密度分布比较均匀，从而可以提高LED芯片的发光效率。
Description
技术领域
本发明实施例涉及半导体技术领域，尤其涉及一种LED芯片及其制作方法。
背景技术
发光二极管(LightEmittingDiode，简称LED)因具有体积小、寿命长、反应速度快、方向可控度高、稳定性好、功耗低、无热辐射、无水银等有毒物质的污染源等优点，自推出后其应用和推广非常迅速。
随着LED的应用和推广，LED相关技术的发展也突飞猛进，层出不穷。目前，LED芯片的结构可以分为垂直结构、正装结构和倒装结构。倒装结构的LED芯片具有良好的散热性能，因此受到了技术人员的重点关注。在现有技术中，当LED芯片工作时，P型电极和N型电极之间电流的流向比较集中，导致电流密度分布不均匀，从而影响LED芯片的发光效率。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种LED芯片及其制作方法，以解决现有技术中当LED芯片工作时P型电极和N型电极之间电流的流向比较集中而导致电流密度分布不均匀的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供一种LED芯片，包括：
衬底；
外延层，所述外延层位于所述衬底上；
透明电极层，所述透明电极层位于所述外延层上；
至少两个槽，所述槽沿纵向穿过所述透明电极层且底部位于所述外延层中，所述槽分布在所述透明电极层的边缘处；
绝缘层，所述绝缘层衬在所述槽的侧壁上以及所述槽口边缘的透明电极层上；
N型电极，所述N型电极位于所述绝缘层上；以及
P型电极，所述P型电极位于所述透明电极层上，其中，所述P型电极到所述N型电极的距离均相等。
进一步地，所述外延层包括N型GaN层、InGaN或者GaN多量子阱有源层和P型GaN层，其中，所述N型GaN层位于所述衬底上，所述InGaN或者GaN多量子阱有源层位于所述N型GaN层上，所述P型GaN层位于所述InGaN或者GaN多量子阱有源层上。
进一步地，所述槽的底部位于所述N型GaN层中；所述N型电极与所述N型GaN层直接接触。
进一步地，所述槽的横截面为圆形、长方形、正方形中的一种；所述槽的个数为4个、5个、6个、7个或者8个。
进一步地，所述透明电极层的材料为ITO、ZnO或者Ni和Au合金；所述绝缘层的材料为SiO2、Si3N4、SiON中的一种；所述N型电极和所述P型电极的材料均为Ti、Cr、Pt、Au、Ni、Al、Be、Ge中的一种。
进一步地，所述槽沿所述透明电极层的边缘均匀分布。
进一步地，所述LED芯片通过倒装共晶焊焊接在电路板上，其中，所述电路板包括基板以及位于所述基板上的正极和负极，且所述正极与所述负极隔开；
所述P型电极位于所述正极上，所述N型电极位于所述负极上。
第二方面，本发明实施例还提供一种LED芯片的制作方法，包括：
在衬底上形成外延层；
在所述外延层上形成透明电极层；
形成沿纵向穿过所述透明电极层且底部位于所述外延层中的至少两个槽，其中，所述槽分布在所述透明电极层的边缘处；
在所述槽的侧壁上以及所述槽口边缘的透明电极层上形成绝缘层；
在所述绝缘层上形成N型电极；以及
在所述透明电极层上形成P型电极，其中，所述P型电极到所述N型电极的距离均相等。
进一步地，在衬底上形成外延层，包括：在衬底上依次形成N型GaN层、InGaN或者GaN多量子阱有源层和P型GaN层。
进一步地，所述槽的底部形成在所述N型GaN层中；所述N型电极与所述N型GaN层直接接触。
本发明实施例提供的LED芯片及其制作方法，通过在LED芯片中设置沿纵向穿过透明电极层且底部位于外延层中的至少两个槽，其中，槽沿透明电极层的边缘分布，在槽侧壁上以及位于所述槽口边缘的透明电极层上设置绝缘层，并且在绝缘层上设置N型电极以及在透明电极层上设置P型电极，其中P型电极到N型电极的距离均相等，使得N型电极到P型电极皆等距且围绕在其周围，当LED芯片工作时，N型电极和P型电极之间的电流流向比较分散，可以使电流密度分布比较均匀，从而可以提高LED芯片的发光效率。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明实施例一提供的一种LED芯片的剖面示意图；
图2是本发明实施例一提供的一种LED芯片的俯视示意图；
图3是本发明实施例一提供的一种LED芯片与电路板连接的剖面示意图；
图4是本发明实施例二提供的一种LED芯片的制作方法的流程示意图。
图中的附图标记所分别指代的技术特征为：
10、LED芯片；11、衬底；12、外延层；121、N型GaN层；122、InGaN或者GaN多量子阱有源层；123、P型GaN层；13、透明电极层；14、绝缘层；15、N型电极；16、P型电极；A、槽；20、电路板；21、基板；22、正极；23、负极。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
实施例一
本发明实施例一提供一种LED芯片。图1是本发明实施例一提供的一种LED芯片的剖面示意图。如图1所示，所述LED芯片10包括：衬底11；外延层12，所述外延层12位于所述衬底11上；透明电极层13，所述透明电极层13位于所述外延层12上；至少两个槽(图中用虚线包围的区域A示出)，所述槽沿纵向穿过所述透明电极层13且底部位于所述外延层12中，所述槽沿所述透明电极层13的边缘分布；绝缘层14，所述绝缘层14衬在所述槽的侧壁上以及所述槽口边缘的透明电极层13上；N型电极15，所述N型电极15位于所述绝缘层14上；以及P型电极16，所述P型电极16位于所述透明电极层13上，其中，所述P型电极16到所述N型电极15的距离均相等。
需要说明的是，所述衬底11的材料可以采用蓝宝石。所述沿纵向穿过透明电极层13中的“纵向”为从透明电极层13到外延层12并与透明电极层13的表面垂直的方向。此外，在图1中所示的LED芯片的结构仅仅是本发明的一个具体的示例，在此对LED芯片的结构不作限定。
还需要说明的是，N型电极15与P型电极16之间的距离是指位于槽中的N型电极部分到P型电极16之间的距离，因为该部分的N型电极直接与外延层12接触(由于槽的底部位于外延层12中)，在LED芯片10工作时，这部分N型电极与P型电极16之间形成电压差，从而使LED芯片实现发光。因此，N型电极15与P型电极16之间的距离也可以看成是槽与P型电极16之间的距离。而位于槽边缘的N型电极一方面可以用来保护绝缘层14，另一方面也可以很方便地将各个N型电极15电连接起来，以实现在工作时一同提供工作电压。
具体地，可以通过刻蚀工艺，沿纵向对透明电极层13和外延层12进行刻蚀以形成槽，其中，槽的底部位于外延层12中，即槽穿过透明电极层13，但未穿过外延层12。并且形成的槽沿透明电极层13的边缘分布。绝缘层14衬在槽侧壁上以及位于槽口边缘的透明电极层13上并在绝缘层14上形成N型电极15，即N型电极15与槽一一对应，也就是说，N型电极15的个数与槽的个数相同，这样N型电极15也沿着透明电极层13的边缘分布，但与透明电极层13之间通过绝缘层14电绝缘。优选地，在制作N型电极15时，可以将所有N型电极15电连接起来，这样可以比较方便地为N型电极15提供工作电压。进一步地，将所有N型电极15电连接的材料与N型电极的材料相同，这样可以简化工艺流程，降低成本。
参见图1，在透明电极层13上形成到N型电极15距离均相等的P型电极16后，就形成了N型电极15围绕P型电极16且N型电极15到P型电极16的距离均相等的LED芯片10。并且在本发明中需要槽的个数为至少两个(如上所述，所形成的N型电极15的个数与槽的个数相同)，目的是使N型电极15能够很好地围绕P型电极16。当对LED芯片10施加工作电压时，N型电极15和P型电极16之间的电流流向比较分散，避免了现有技术中N型电极和P型电极之间电流流向比较集中，可以使电流密度分布比较均匀，从而可以提高LED芯片的发光效率。可选地，所述槽沿所述透明电极层13的边缘均匀分布。这样在形成N型电极15和P型电极16之后，N型电极15围绕P型电极16，且均匀分布在P型电极16的周围，这样可以使N型电极15和P型电极16之间的电流流向更加分散，可以使电流密度分布更加均匀，从而可以更好地提高LED芯片的发光效率。
图2是本发明实施例一提供的一种LED芯片的俯视示意图。参见图2，N型电极15围绕P型电极16，并且所有N型电极15电连接起来。需要说明的是，图2仅仅是LED芯片的一个具体示例。图2中所示的LED芯片表面的形状为正方形，在实际设计中，LED芯片表面的形状也可以为长方形、圆形、六边形等等。另外，对于P型电极16的形状在此也不作限定，只要保证P型电极16到N型电极15的距离均相等即可。此外，图2中所示的槽的个数为8个，并且槽沿透明电极层13的边缘均匀分布，在实际设计中，可以根据情况使槽的个数为至少两个即可，本发明在此对LED芯片表面的形状和槽的个数以及槽沿透明电极层13的分布情况不作限定。
需要说明的是，在图2中，位于相邻的N型电极15之间的部分为与N型电极的材料相同且实现相邻的N型电极15之间电连接的部分。如上所述，对N型电极15之间起电连接作用的部分，可以在LED芯片工作时，比较方便地为N型电极15提供工作电压。
进一步地，所述外延层12包括N型GaN层121、InGaN或者GaN多量子阱有源层122和P型GaN层123，其中，所述N型GaN层121位于所述衬底11上，所述InGaN或者GaN多量子阱有源层122位于所述N型GaN层121上，所述P型GaN层123位于所述InGaN或者GaN多量子阱有源层122上。需要说明的是，可以采用化学气相淀积工艺在衬底11上依次形成N型GaN层121、InGaN或者GaN多量子阱有源层122和P型GaN层123。
外延层12的结构是与LED芯片10的工作原理密切相关的。在LED芯片10未加偏置电压时，在N型GaN层121和P型GaN层123之间形成PN结，该PN结的端电压构成一定的势垒，阻止了N型GaN层121中的电子(N型GaN层121中的多数载流子)向P型GaN层123扩散以及P型GaN层123中的空穴(P型GaN层123中的多数载流子)向N型GaN层121扩散。在LED芯片加正向偏置电压时，即工作电压，PN结构成的势垒下降，N型GaN层121和P型GaN层123中的多数载流子向对方扩散，由于电子的迁移率比空穴的迁移率大得多，所以会出现大量电子向P型GaN层123扩散，构成对P型GaN层123中少数载流子的注入。这些来自N型GaN层121的电子与P型GaN层123中的空穴复合，复合时得到的能量以光能的形式释放出来，从而使LED芯片10的实现发光。
进一步地，所述槽的底部位于所述N型GaN层121中；所述N型电极15与所述N型GaN层121直接接触。这样N型电极15可以将电压加到N型GaN层121，并在P型电极16的配合下使得LED芯片10能够正常地工作。
可选地，所述槽的横截面可以为圆形、长方形、正方形中的一种。
可选地，所述透明电极层13的材料可以为ITO(IndiumTinOxide，氧化铟锡)、ZnO或者Ni和Au合金。
可选地，所述绝缘层14的材料可以为SiO2、Si3N4、SiON中的一种。
可选地，所述N型电极15和所述P型电极16的材料均可以为Ti、Cr、Pt、Au、Ni、Al、Be、Ge中的一种。
可选地，所述槽的个数可以为4个、5个、6个、7个或者8个。
参见图1，由于P型电极16位于LED芯片10的顶部且具有挡光作用，因此由LED芯片10的外延层12中产生的光会被P型电极16反射而只有少量的光会从N型电极15和P型电极16之间的间隙射出。由于衬底11和外延层12都是透明的，产生的光以及被P型电极16反射的光可以穿过外延层12和衬底11同LED芯片10的底部射出，因此，在实际应用中，图1中的LED芯片10需要倒置过来，即LED芯片10需要采用倒装结构。
图3是本发明实施例一提供的一种LED芯片与电路板连接的剖面示意图。进一步地，参见图3，所述LED芯片10通过倒装共晶焊焊接在电路板20上，其中，所述电路板20包括基板21以及位于所述基板21上的正极22和负极23，且所述正极22与所述负极23隔开；所述LED芯片10的P型电极16位于所述正极22上，所述LED芯片10的N型电极15位于所述负极23上。
LED芯片10通过倒装共晶焊工艺焊接在电路板20上，在LED芯片10工作时，可以通过电路板20为其提供工作电压，这样可以提高LED芯片的可靠性。优选地，可以将LED芯片通过倒装共晶焊焊接在包含热沉的电路板上，这样会更好地提高LED芯片的稳定性和可靠性。
本发明实施例一提供的LED芯片，通过在LED芯片中设置沿纵向穿过透明电极层且底部位于外延层中的至少两个槽，其中，槽沿透明电极层的边缘分布，在槽侧壁上以及位于所述槽口边缘的透明电极层上设置绝缘层，并且在绝缘层上设置N型电极以及在透明电极层上设置P型电极，其中P型电极到N型电极的距离均相等，使得N型电极到P型电极皆等距且围绕在其周围，当LED芯片工作时，N型电极和P型电极之间的电流流向比较分散，可以使电流密度分布比较均匀，从而可以提高LED芯片的发光效率；此外，通过倒装共晶焊将LED芯片焊接在电路板上，还可以提高LED芯片的可靠性。
实施例二
本发明实施例二提供一种LED芯片的制作方法。本实施例中的LED芯片的制作方法可以制作上述实施例一中所述的LED芯片，且制作工艺与现有工艺兼容。在本实施例中，关于概念的解释说明以及工作原理的详细描述，请参见实施例一，在此不再赘述。
图4是本发明实施例二提供的一种LED芯片的制作方法的流程示意图。如图4所示，本实施例的LED芯片的制作方法包括：
步骤301、在衬底上形成外延层；
在本步骤中，进一步地，在衬底上形成外延层，包括：在衬底上依次形成N型GaN层、InGaN或者GaN多量子阱有源层和P型GaN层。
步骤302、在外延层上形成透明电极层；
步骤303、形成沿纵向穿过透明电极层且底部位于外延层中的至少两个槽，其中，槽分布在透明电极层的边缘处；
在本步骤中，进一步地，所述槽的底部形成在所述N型GaN层中。
步骤304、在槽的侧壁上以及槽口边缘的透明电极层上形成绝缘层；
步骤305、在绝缘层上形成N型电极；
在本步骤中，进一步地，所述N型电极与所述N型GaN层直接接触。
步骤306、在透明电极层上形成P型电极，其中，P型电极到N型电极的距离均相等。
本发明实施例二提供的LED芯片的制作方法，通过在LED芯片中形成沿纵向穿过透明电极层且底部位于外延层中的至少两个槽，其中，槽沿透明电极层的边缘分布，在槽侧壁上以及位于所述槽口边缘的透明电极层上形成绝缘层，并且在绝缘层上形成N型电极以及在透明电极层上形成P型电极，其中P型电极到N型电极的距离均相等，使得N型电极到P型电极皆等距且围绕在其周围，当LED芯片工作时，N型电极和P型电极之间的电流流向比较分散，可以使电流密度分布比较均匀，从而可以提高LED芯片的发光效率。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种LED芯片，其特征在于，包括：
衬底；
外延层，所述外延层位于所述衬底上；
透明电极层，所述透明电极层位于所述外延层上；
至少两个槽，所述槽沿纵向穿过所述透明电极层且底部位于所述外延层中，所述槽分布在所述透明电极层的边缘处；
绝缘层，所述绝缘层衬在所述槽的侧壁上以及所述槽口边缘的透明电极层上；
N型电极，所述N型电极位于所述绝缘层上；以及
P型电极，所述P型电极位于所述透明电极层上，其中，所述P型电极到所述N型电极的距离均相等。
2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述外延层包括N型GaN层、InGaN或者GaN多量子阱有源层和P型GaN层，其中，所述N型GaN层位于所述衬底上，所述InGaN或者GaN多量子阱有源层位于所述N型GaN层上，所述P型GaN层位于所述InGaN或者GaN多量子阱有源层上。
3.根据权利要求2所述的LED芯片，其特征在于，所述槽的底部位于所述N型GaN层中；
所述N型电极与所述N型GaN层直接接触。
4.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述槽的横截面为圆形、长方形、正方形中的一种；
所述槽的个数为4个、5个、6个、7个或者8个。
5.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述透明电极层的材料为ITO、ZnO或者Ni和Au合金；
所述绝缘层的材料为SiO2、Si3N4、SiON中的一种；
所述N型电极和所述P型电极的材料均为Ti、Cr、Pt、Au、Ni、Al、Be、Ge中的一种。
6.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述槽沿所述透明电极层的边缘均匀分布。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片通过倒装共晶焊焊接在电路板上，其中，所述电路板包括基板以及位于所述基板上的正极和负极，且所述正极与所述负极隔开；
所述P型电极位于所述正极上，所述N型电极位于所述负极上。
8.一种LED芯片的制作方法，其特征在于，包括：
在衬底上形成外延层；
在所述外延层上形成透明电极层；
形成沿纵向穿过所述透明电极层且底部位于所述外延层中的至少两个槽，其中，所述槽分布在所述透明电极层的边缘处；
在所述槽的侧壁上以及所述槽口边缘的透明电极层上形成绝缘层；
在所述绝缘层上形成N型电极；以及
在所述透明电极层上形成P型电极，其中，所述P型电极到所述N型电极的距离均相等。
9.根据权利要求8所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，在衬底上形成外延层，包括：在衬底上依次形成N型GaN层、InGaN或者GaN多量子阱有源层和P型GaN层。
10.根据权利要求9所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述槽的底部形成在所述N型GaN层中；
所述N型电极与所述N型GaN层直接接触。
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