CN105702823A - 一种小型led芯片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型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、及P型半导体层， LED芯片上形成有贯穿P型半导体层、发光层及部分N型半导体层的通孔，P型半导体层上形成有未覆盖通孔区域的透明导电层，LED芯片上在通孔侧壁、以及通孔旁侧部分透明导电层上形成有电流阻挡层，电流阻挡层上及通孔内形成有与N型半导体层电性连接的N电极，透明导电层上形成有与P型半导体层电性连接的P电极，衬底为图案化衬底，N电极为反射电极。本发明通过电流阻挡层和电极的设置，减小了N电极与N型半导体层的接触面积，能够使N电极下方的部分发光层进行发光，通过反射电极和PSS衬底进行出光，有效提高了小型LED芯片的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体发光器件技术领域，尤其涉及一种小型LED芯片及其制造方法。
背景技术
发光二极管（Light-EmittingDiode，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，早期只能发出低亮度的红光，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，亮度也提高到相当的亮度。而用途也由初时作为指示灯、显示板等；随着技术的不断进步，发光二极管已被广泛的应用于显示器、装饰和照明。
LED芯片的制备通常包括下述步骤：
1）通过MOCVD在蓝宝石衬底上生长多层GaN外延层；
2）芯片正常MESA制作；
3）电流阻挡层制作；
4）透明导电层制作；
5）制作SiO2保护层以及金属电极。
随着小间距LED显示屏发展，对LED芯片尺寸要求是越来越小。目前小型LED芯片尺寸能做到6*6mil，甚至更小，而LED芯片中两个金属电极的直径最小为2.4mil，N电极下方发光层无法发光，会导致发光面积不足，影响小型LED芯片的发光效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小型LED芯片及其制造方法，有效提高了LED芯片的发光效率。
为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：
一种小型LED芯片，所述LED芯片包括衬底、位于衬底上的N型半导体层、发光层、及P型半导体层，所述LED芯片上形成有贯穿P型半导体层、发光层及部分N型半导体层的通孔，所述P型半导体层上形成有未覆盖通孔区域的透明导电层，所述LED芯片上在通孔侧壁、以及通孔旁侧部分透明导电层上形成有电流阻挡层，所述电流阻挡层上及通孔内形成有与N型半导体层电性连接的N电极，透明导电层上形成有与P型半导体层电性连接的P电极，所述衬底为图案化衬底，所述N电极为反射电极。
作为本发明的进一步改进，所述透明导电层覆盖于部分P型半导体层上，透明导电层的面积小于P型半导体层的面积。
作为本发明的进一步改进，所述电流阻挡层还覆盖于未被透明导电层覆盖的P型半导体层上。
作为本发明的进一步改进，所述N电极的俯视投影位于电流阻挡层内。
作为本发明的进一步改进，所述LED芯片设有保护层，所述保护层位于透明导电层、电流阻挡层上方且至少露出部分N电极及部分P电极。
作为本发明的进一步改进，所述通孔的截面形状为圆形、椭圆形、方形、或不规则形状。
作为本发明的进一步改进，所述衬底为蓝宝石图案化衬底、Si图案化衬底、或SiC图案化衬底。
相应地，一种小型LED芯片的制造方法，所述制造方法包括：
提供一衬底，所述衬底为图案化衬底；
在衬底上外延生长N型半导体层、发光层、及P型半导体层；
通过MESA光刻，形成贯穿P型半导体层、发光层及部分N型半导体层的通孔；
在P型半导体层上形成有未覆盖通孔区域的透明导电层；
在通孔侧壁、以及通孔旁侧部分透明导电层上形成电流阻挡层；
在电流阻挡层上及通孔内形成与N型半导体层电性连接的N电极，在透明导电层上形成与P型半导体层电性连接的P电极。
作为本发明的进一步改进，所述制造方法还包括：
在透明导电层、电流阻挡层上方形成保护层，并光刻至少露出部分N电极及部分P电极。
作为本发明的进一步改进，所述制造方法中：
透明导电层通过涂抹正性光刻胶并光刻形成；
电流阻挡层通过涂抹负性光刻胶并光刻形成。
本发明的有益效果是：
通过电流阻挡层和电极的设置，减小了N电极与N型半导体层的接触面积，能够使N电极下方的部分发光层进行发光，通过反射电极和PSS衬底进行出光，有效提高了小型LED芯片的发光效率。
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1为本发明第一实施例中小型LED芯片的剖视结构示意图；
图2为本发明中小型LED芯片PSS衬底与反射电极的结构示意图；
图3a~3d为本发明第一实施例中小型LED芯片制造方法的工艺流程图；
图4为现有技术中LED芯片的剖视结构示意图；
图5a、5b分别为现有技术和本发明第一实施例中LED芯片的发光区域示意图；
图6为本发明第二实施例中小型LED芯片的剖视结构示意图；
图7为本发明第二实施例中小型LED芯片上制作保护层的工艺流程图。
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。
在本发明中，小型LED芯片指的是尺寸较小的LED芯片，以下实施例中以6*6mil尺寸的LED芯片为例进行说明，在其他实施例中也可以为尺寸更小的LED芯片。
参图1所示为本发明第一实施例中小型LED芯片的剖视结构示意图，LED芯片从下至上分别为：
衬底10，该衬底为图案化衬底（PSS衬底），图案化衬底可以是蓝宝石图案化衬底、Si图案化衬底、或SiC图案化衬底等；
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；
其中，在外延层上形成有贯穿P型半导体层20、发光层30及部分N型半导体层40的通孔80，通孔80的截面形状可以为圆形、椭圆形、方形、或不规则形状等；
透明导电层50，透明导电层50位于P型半导体层40上，且未覆盖通孔80区域，优选地，透明导电层覆盖于部分P型半导体层40上，透明导电层50的面积小于P型半导体层40的面积。本实施例中为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，同时，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；
电流阻挡层60，至少覆盖通孔80侧壁、以及通孔80旁侧部分透明导电层50和未被透明导电层覆盖的P型半导体层40。电流阻挡层60为绝缘层，用于阻隔下方透明导电层中的电流，本实施例中电流阻挡层60为SiO2层，在其他实施例中也可以为其他材料的绝缘层；
N电极71及P电极72，N电极71位于电流阻挡层60上及通孔80内，且通过通孔80与N型半导体层20电性连接，P电极72位于透明导电层50上方且与P型半导体层40电性连接。其中，本发明中的N电极和P电极均为反射电极，可以选用金属Cr、Al、Pt、Au或其合金等。
参图2所示为本实施例中图案化衬底10与反射电极70的结构示意图，采用图案化衬底10与反射电极70配合的结构，能够使得发光层30发出的光线在反射电极和图案化衬底之间多次反射，反射电极下方的发光层也能够出光，从而可以有效提高LED芯片的发光效率。
相应地，本发明中小型LED芯片的制造方法包括以下步骤：
提供一衬底，该衬底为图案化衬底；
在衬底上外延生长N型半导体层、发光层、及P型半导体层；
通过MESA光刻，形成贯穿P型半导体层、发光层及部分N型半导体层的通孔；
在P型半导体层上形成有未覆盖通孔区域的透明导电层；
在通孔侧壁、以及通孔旁侧部分透明导电层上形成电流阻挡层；
在电流阻挡层上及通孔内形成与N型半导体层电性连接的N电极，在透明导电层上形成与P型半导体层电性连接的P电极。
以下结合图1和图3所示对本实施例中小型LED芯片的制造方法进行详细说明。
首先通过MOCVD在蓝宝石图案化衬底（PSS衬底）上外延生长N型半导体层、发光层及P型半导体层，本实施例中N型半导体层、发光层及P型半导体层均为GaN外延层；
通过MESA光刻，刻蚀出图3a阴影所示的N电极接触层，形成贯穿P型半导体层、发光层及部分N型半导体层的通孔80；
通过涂抹正性光刻胶并光刻，在P型半导体层40上形成有未覆盖通孔区域的透明导电层50，如图3b所示；
通过涂抹负性光刻胶并光刻，在通孔80侧壁、以及通孔旁侧部分透明导电层50上形成电流阻挡层60，如图3c所示；
如图3d所示，在电流阻挡层上及通孔内形成与N型半导体层电性连接的N电极71，在透明导电层上形成与P型半导体层电性连接的P电极72。
参图4所示为现有技术中LED芯片的结构示意图，其包括衬底10’、N型半导体层20’、发光层30’、P型半导体层40’、透明导电层50’、N电极71’及P电极72’，其中，N电极区域的发光层全部刻蚀掉，因此，N电极区域下方的不会发光。
现有技术中LED芯片的发光区域参图5a阴影部分所示，而本发明中小型LED芯片的发光区域参图5b阴影部分所示，经比较可以发现，本发明小型LED芯片的N电极与N型半导体层的接触区域较小，N电极下方的部分发光层仍可发光，并经反射电极和PSS衬底发射后出光，进而提高LED芯片的出光效率。
参图6所示为本发明第二实施例中小型LED芯片的剖视结构示意图，LED芯片从下至上分别为：
衬底10、N型半导体层20、发光层30、P型半导体层40、透明导电层50、电流阻挡层60、N电极71及P电极72、以及保护层90。
其中，衬底10、N型半导体层20、发光层30、P型半导体层40、透明导电层50、电流阻挡层60、N电极71及P电极72与第一实施例完全相同，同样地，本实施例中也形成有第一实施例中的通孔80，具体结构此处不再进行赘述。
与第一实施例不同的是本实施例还设有保护层，该保护层可以为SiO2保护层等，保护层位于透明导电层、电流阻挡层上方且至少露出部分N电极及部分P电极，通过保护层对LED芯片进行隔离保护。
同样地，参图7中阴影部分所示，本实施例中在制作完P电极和N电极后，在透明导电层、电流阻挡层上方形成保护层，并光刻至少露出部分N电极及部分P电极。
由以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
通过电流阻挡层和电极的设置，减小了N电极与N型半导体层的接触面积，能够使N电极下方的部分发光层进行发光，通过反射电极和PSS衬底进行出光，有效提高了小型LED芯片的发光效率。
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)
1.一种小型LED芯片，所述LED芯片包括衬底、位于衬底上的N型半导体层、发光层、及P型半导体层，其特征在于，所述LED芯片上形成有贯穿P型半导体层、发光层及部分N型半导体层的通孔，所述P型半导体层上形成有未覆盖通孔区域的透明导电层，所述LED芯片上在通孔侧壁、以及通孔旁侧部分透明导电层上形成有电流阻挡层，所述电流阻挡层上及通孔内形成有与N型半导体层电性连接的N电极，透明导电层上形成有与P型半导体层电性连接的P电极，所述衬底为图案化衬底，所述N电极为反射电极。
2.根据权利要求1所述的小型LED芯片，其特征在于，所述透明导电层覆盖于部分P型半导体层上，透明导电层的面积小于P型半导体层的面积。
3.根据权利要求2所述的小型LED芯片，其特征在于，所述电流阻挡层还覆盖于未被透明导电层覆盖的P型半导体层上。
4.根据权利要求1所述的小型LED芯片，其特征在于，所述N电极的俯视投影位于电流阻挡层内。
5.根据权利要求1所述的小型LED芯片，其特征在于，所述LED芯片设有保护层，所述保护层位于透明导电层、电流阻挡层上方且至少露出部分N电极及部分P电极。
6.根据权利要求1所述的小型LED芯片，其特征在于，所述通孔的截面形状为圆形、椭圆形、方形、或不规则形状。
7.根据权利要求1所述的小型LED芯片，其特征在于，所述衬底为蓝宝石图案化衬底、Si图案化衬底、或SiC图案化衬底。
8.一种小型LED芯片的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
提供一衬底，所述衬底为图案化衬底；
在衬底上外延生长N型半导体层、发光层、及P型半导体层；
通过MESA光刻，形成贯穿P型半导体层、发光层及部分N型半导体层的通孔；
在P型半导体层上形成有未覆盖通孔区域的透明导电层；
在通孔侧壁、以及通孔旁侧部分透明导电层上形成电流阻挡层；
在电流阻挡层上及通孔内形成与N型半导体层电性连接的N电极，在透明导电层上形成与P型半导体层电性连接的P电极。
9.根据权利要求8所述的小型LED芯片的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括：
在透明导电层、电流阻挡层上方形成保护层，并光刻至少露出部分N电极及部分P电极。
10.根据权利要求8所述的小型LED芯片的制造方法，其特征在于，所述制造方法中：
透明导电层通过涂抹正性光刻胶并光刻形成；
电流阻挡层通过涂抹负性光刻胶并光刻形成。
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| PB01 | Publication | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |