CN105609605A - Led芯片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种LED芯片及其制造方法，LED芯片包括：衬底；N型半导体层；发光层；P型半导体层；位于所述P型半导体层上的电流阻挡层、以及位于P型半导体层上且覆盖电流阻挡层的透明导电层；位于透明导电层上且与P型半导体层电性连接的P电极、以及与N型半导体层电性连接的N电极，所述P电极包括电极主体部及沿主体部向N电极一侧延伸的引脚电极；所述电流阻挡层位于P电极下方，所述电流阻挡层在临近于N电极一端设置为向两侧凸出的凸出结构。本发明通过改变电流阻挡层的形状，能够增大电流分布区域，使电流进行横向扩展，从而有效的提高LED芯片的抗静电能力，有效的降低封装应用端LED芯片失效的风险，提高了LED芯片的可靠性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体芯片领域，尤其涉及一种LED芯片及其制造方法。
背景技术
发光二极管（Light-Emitting Diode，LED）是一种能发光的半导体电子元件。这种电子元件早在1962年出现，早期只能发出低光度的红光，之后发展出其他单色光的版本，时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的光度。由于其具有节能、环保、安全、寿命长、低功耗、低热、高亮度、防水、微型、防震、易调光、光束集中、维护简便等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明等领域。
目前智能手机等终端设备上通常会采用LED芯片作为背光源，随着技术的发展，人们对LED芯片的亮度要求越来越高。常用的LED芯片为追求亮度高，版型设计主要以P电极加上单引脚，透明导电层设计非常薄。这样就导致LED芯片抗静电能力(ESD)介于2500V-4000V(也就是人体模式)，这样的LED芯片抗静电能力较弱，封装应用存在失效风险，LED芯片的可靠性和稳定性较低，容易失效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LED芯片及其制造方法，其具有较好的抗静电能力、更高的可靠性和稳定性。
为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：
一种LED芯片，包括：
衬底；
位于所述衬底上的N型半导体层；
位于所述N型半导体层上的发光层；
位于所述发光层上的P型半导体层；
位于所述P型半导体层上的电流阻挡层、以及位于P型半导体层上且覆盖电流阻挡层的透明导电层；
位于透明导电层上且与P型半导体层电性连接的P电极、以及与N型半导体层电性连接的N电极，所述P电极包括电极主体部及沿主体部向N电极一侧延伸的引脚电极；
所述电流阻挡层位于P电极下方，所述电流阻挡层在临近于N电极一端设置为向两侧凸出的凸出结构。
作为本发明的进一步改进，所述凸出结构为水滴形结构、圆形结构、椭圆形结构的一种。
作为本发明的进一步改进，所述电流阻挡层的平面面积大于所述P电极的平面面积。
作为本发明的进一步改进，所述P电极的正投影位于电流阻挡层内。
作为本发明的进一步改进，所述透明导电层的厚度为100~300Å。
作为本发明的进一步改进，所述衬底为蓝宝石、Si、SiC、GaN、ZnO中的一种。
作为本发明的进一步改进，所述P型半导体层为P形GaN，所述N型半导体层为N型GaN，所述发光层为GaN或InGaN。
相应地，一种LED芯片的制造方法，所述方法包括以下步骤：
提供一衬底；
在衬底上外延生长形成N型半导体层、发光层和P型半导体层；
刻蚀N型半导体层形成N型半导体台面；
在P型半导体层上形成电流阻挡层；
在电流阻挡层上形成覆盖所述电流阻挡层的透明导电层；
在透明导电层及N型半导体台面上分别形成与P型半导体层电性连接的P电极和与N型半导体层电性连接的N电极，其中，所述P电极包括电极主体部及沿主体部向N电极一侧延伸的引脚电极，所述电流阻挡层在临近于N电极一端设置为向两侧凸出的凸出结构。
作为本发明的进一步改进，所述凸出结构为水滴形结构、圆形结构、椭圆形结构的一种。
作为本发明的进一步改进，所述P电极的正投影位于电流阻挡层内。
与现有技术相比，本发明通过改变电流阻挡层的形状，能够增大电流分布区域，使电流进行横向扩展，从而有效的提高LED芯片的抗静电能力，有效的降低封装应用端LED芯片失效的风险，提高了LED芯片的可靠性和稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a、1b为现有技术中LED芯片的侧剖示意图和俯视示意图。
图2a、2b为本发明一具体实施方式中LED芯片的侧剖示意图和俯视示意图。
图3为本发明一具体实施方式中LED芯片制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
此外，在不同的实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关联性。
参图1a、1b所示，现有技术中的LED芯片从下至上依次包括：
衬底10，衬底可以是蓝宝石、Si、SiC、GaN、ZnO等；
N型半导体层20，N型半导体层可以是N型GaN等；
发光层30，发光层可以是GaN、InGaN等；
P型半导体层40，P型半导体层可以是P型GaN等；
位于P型半导体层40上的电流阻挡层50、以及位于P型半导体层40上且覆盖电流阻挡层50的透明导电层60。
优选地，电流阻挡层50为二氧化硅（SiO2），在其他实施方式中也可以由其他绝缘材料形成，如氮化硅（Si3N4）或氧化铝（Al2O3）等，以阻挡P电极下方的电流，提高出光效率；
透明导电60为氧化铟锡（ITO）透明导电层，当然，透明导电层的材料还可以选用氧化锌（ZnO）或氧化镉锡（CTO）或氧化铟（InO）或铟（In）掺杂氧化锌（ZnO）或铝（Al）掺杂氧化锌（ZnO）或镓（Ga）掺杂氧化锌（ZnO）等中的一种或多种。进一步地，透明导电层可以为一层，也可以为上述透明导电层中两种或两种以上的组合层结构；
位于透明导电层60上且与P型半导体层40电性连接的P电极，该P电极包括电极主体部71及沿主体部向N电极一侧延伸的引脚电极72；
N型半导体层20上刻蚀形成有N型半导体台面21，N型半导体台面21上形成有与N型半导体层20电性连接的N电极80。
进一步地，在衬底10和N型半导体层20之间还可以设置缓冲层，缓冲层可以是GaN等。
参图1b所示，电流阻挡层50位于P电极的正下方，且电流阻挡层50的俯视形状与P电极的俯视形状相似，电流阻挡层50的平面面积大于所述P电极的平面面积，且P电极的正投影位于电流阻挡层50内。因此，电流阻挡层50在临近于N电极80一端为狭长型设置。
该LED芯片可应用与手机背光源，该背光LED芯片为追求亮度高，P电极的版型设计主要以电极主体部加上引脚电极，透明导电层设计非常薄（100~300Å），导致LED芯片的抗静电能力(ESD)介于3200V-3800V之间，封装应用存在失效风险，LED芯片的可靠性和稳定性较低。
参图2a、2b所示，本发明一具体实施方式中的LED芯片从下至上依次包括：
衬底10，衬底可以是蓝宝石、Si、SiC、GaN、ZnO等；
N型半导体层20，N型半导体层可以是N型GaN等；
发光层30，发光层可以是GaN、InGaN等；
P型半导体层40，P型半导体层可以是P型GaN等；
位于P型半导体层40上的电流阻挡层50、以及位于P型半导体层40上且覆盖电流阻挡层50的透明导电层60。优选地，电流阻挡层50为SiO2，在其他实施方式中也可以由其他绝缘材料形成，以阻挡P电极下方的电流，提高出光效率；透明导电60为ITO透明导电层，在其他实施例中也可以为ZITO、ZIO、GIO、ZTO、FTO、AZO、GZO、In4Sn3O12、NiAu等透明导电层，进一步地，透明导电层可以为一层，也可以为上述透明导电层中两种或两种以上的组合层结构；
位于透明导电层60上且与P型半导体层40电性连接的P电极，该P电极包括电极主体部71及沿主体部向N电极一侧延伸的引脚电极72；
N型半导体层20上刻蚀形成有N型半导体台面21，N型半导体台面21上形成有与N型半导体层20电性连接的N电极80。
进一步地，在衬底10和N型半导体层20之间还可以设置缓冲层，缓冲层可以是GaN等。
参图2b所示，电流阻挡层50位于P电极的正下方，且电流阻挡层50的俯视形状与P电极的俯视形状大部分相似，电流阻挡层50的平面面积大于P电极的平面面积，且P电极的正投影位于电流阻挡层50内。但与图1b中不同的是，本实施方式中电流阻挡层50在临近于N电极80一端为向两侧凸出的凸出结构51。
具体地，参图2b所示，本实施方式中电流阻挡层50在临近于N电极80一端设置为水滴形结构，引脚电极72的端部下方具有更大面积的电流阻挡层，以提高背光LED芯片的抗静电能力，降低封装应用端LED芯片失效的风险。
相应地，参图3所示，本实施方式中LED芯片的制造方法，包括以下步骤：
提供一衬底，此处以蓝宝石衬底为例进行说明；
在衬底上外延生长形成N型半导体层、发光层和P型半导体层。本实施例中采用MOCVD技术依次形成N型半导体层、发光层和P型半导体层，N型半导体层、发光层和P型半导体层均以GaN为例进行说明；
采用图案化刻蚀工艺刻蚀N型半导体层形成N型半导体台面，本步骤中的刻蚀工艺可以采用干法刻蚀或湿法刻蚀工艺；
在P型半导体层上形成电流阻挡层，此处可以采用化学气象沉积或者物理气相沉积方法进行沉积形成。电流阻挡层的材料可选用二氧化硅（SiO2）或氮化硅（Si3N4）或氧化铝（Al2O3）中一种或组合；
在电流阻挡层上形成覆盖电流阻挡层的透明导电层，在电流阻挡层上采用蒸镀沉积法形成氧化铟锡（ITO），也就是透明导电层。当然，透明导电层的材料还可以选用氧化锌（ZnO）或氧化镉锡（CTO）或氧化铟（InO）或铟（In）掺杂氧化锌（ZnO）或铝（Al）掺杂氧化锌（ZnO）或镓（Ga）掺杂氧化锌（ZnO）等中的一种或多种；
在透明导电层及N型半导体台面上分别形成与P型半导体层电性连接的P电极和与N型半导体层电性连接的N电极，其中，P电极包括电极主体部及沿主体部向N电极一侧延伸的引脚电极，电流阻挡层在临近于N电极一端设置为向两侧凸出的凸出结构，此处凸出结构以水滴形结构为例进行说明。
本实施方式中的透明导电层厚度为100~300Å，通过改变电流阻挡层端部的形状结构，增大引脚电极72的端部下方电流阻挡层的面积，LED芯片的抗静电能力(ESD)介于3700V-4800V之间，相较于现有技术中的抗静电能力(ESD)，提高了500V-1000V，降低了LED芯片失效的风险，提高了LED芯片的可靠性和稳定性。
应当理解的是，本实施方式中凸出结构51以向两侧凸出的水滴形结构为例进行说明，在其他实施方式中电流阻挡层临近于N电极的一端也可以设置为其他凸出结构，如圆形结构、椭圆形结构、弧面结构、或其他规则或不规则结构，只要满足电流阻挡层临近于N电极的顶端面积大于现有技术中电流阻挡层的顶端面积即可，本发明中对不同形状的凸出结构不再一一举例进行说明。
由以上技术方案可以看出，本发明通过改变电流阻挡层的形状，能够增大电流分布区域，使电流进行横向扩展，从而有效的提高LED芯片的抗静电能力，有效的降低封装应用端LED芯片失效的风险，提高了LED芯片的可靠性和稳定性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种LED芯片，包括：
衬底；
位于所述衬底上的N型半导体层；
位于所述N型半导体层上的发光层；
位于所述发光层上的P型半导体层；
位于所述P型半导体层上的电流阻挡层、以及位于P型半导体层上且覆盖电流阻挡层的透明导电层；
位于透明导电层上且与P型半导体层电性连接的P电极、以及与N型半导体层电性连接的N电极，所述P电极包括电极主体部及沿主体部向N电极一侧延伸的引脚电极；
其特征在于，所述电流阻挡层位于P电极下方，所述电流阻挡层在临近于N电极一端设置为向两侧凸出的凸出结构。
2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述凸出结构为水滴形结构、圆形结构、椭圆形结构的一种。
3.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述电流阻挡层的平面面积大于所述P电极的平面面积。
4.根据权利要求3所述的LED芯片，其特征在于，所述P电极的正投影位于电流阻挡层内。
5.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述透明导电层的厚度为100~300Å。
6.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述衬底为蓝宝石、Si、SiC、GaN、ZnO中的一种。
7.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述P型半导体层为P形GaN，所述N型半导体层为N型GaN，所述发光层为GaN或InGaN。
8.一种LED芯片的制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
提供一衬底；
在衬底上外延生长形成N型半导体层、发光层和P型半导体层；
刻蚀N型半导体层形成N型半导体台面；
在P型半导体层上形成电流阻挡层；
在电流阻挡层上形成覆盖所述电流阻挡层的透明导电层；
在透明导电层及N型半导体台面上分别形成与P型半导体层电性连接的P电极和与N型半导体层电性连接的N电极，其中，所述P电极包括电极主体部及沿主体部向N电极一侧延伸的引脚电极，所述电流阻挡层在临近于N电极一端设置为向两侧凸出的凸出结构。
9.根据权利要求8所述的LED芯片的制造方法，其特征在于，所述凸出结构为水滴形结构、圆形结构、椭圆形结构的一种。
10.根据权利要求8所述的LED芯片的制造方法，其特征在于，所述P电极的正投影位于电流阻挡层内。
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