CN105826439B - 一种发光二极管芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管芯片及其制备方法，属于半导体技术领域。所述发光二极管芯片包括衬底、以及依次层叠在衬底上的N型GAN层、发光层、P型GAN层，P型GAN层上开设有延伸到N型GAN层的凹槽，P型GAN层上设有依次层叠的电流阻挡层和透明导电层，透明导电层内设有延伸到P型GAN层的通孔，通孔内设有P型电极，N型GAN层上设有N型电极，透明导电层和N型GaN层上层叠有钝化层，P型电极为圆柱体，P型电极的直径小于通孔的直径。本发明通过增大P型电极与P型GaN层之间的接触面积，P型电极能良好附着在P型GAN层上，有效避免P型电极脱落，提高LED芯片的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管芯片及其制备方法。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)具有发光强度大、效率高、体积小、使用寿命长等优点，被认为是当前最具有潜力的光源之一。近年来，LED已在日常生活中得到广泛应用，例如照明、信号显示、背光源、车灯和大屏幕显示等领域，同时这些应用也对LED的亮度、发光效率提出了更高的要求。
LED芯片是LED的核心组件，LED芯片一般包括衬底、以及依次层叠在衬底上的N型GAN层、发光层、P型GAN层，P型GAN层上开设有延伸到N型GAN层的凹槽，P型GAN层上依次设有电流阻挡层、氧化铟锡(Indium tin oxide，简称ITO)层、P型电极，N型GAN层上设有N型电极。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
为了提升LED发光效率，LED芯片设计逐步向小电极等方面进行优化，以减少电极吸收的出射光，明显提升LED芯片亮度和发光效率。但是电极尺寸缩小，电极焊线面积也缩小，大大减小了芯片有效可焊线面积，加上P型电极与ITO层之间的粘附性本来就较差，因此会导致P型电极容易脱落，引发LED芯片失效。
发明内容
为了解决现有技术电极焊线面积缩小、电极容易脱落、LED芯片失效的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管芯片及其制备方法。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施提供了一种发光二极管芯片，所述发光二极管芯片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的N型GAN层、发光层、P型GAN层，所述P型GAN层上开设有延伸到所述N型GAN层的凹槽，所述P型GAN层上设有依次层叠的电流阻挡层和透明导电层，所述透明导电层内设有延伸到所述P型GAN层的通孔，所述通孔内设有P型电极，所述N型GAN层上设有N型电极，所述透明导电层和所述N型GaN层上层叠有钝化层，所述P型电极为圆柱体，所述P型电极的直径小于所述通孔的直径。
可选地，所述P型电极的直径比所述通孔的直径小4～6μm。
可选地，所述透明导电层上设有P型电极引线，所述P型电极引线包括与所述P型电极连接的P型连接段、以及从所述P型连接段向所述N型电极延伸的P型延伸段，所述P型连接段的宽度大于所述P型延伸段的宽度。
优选地，所述P型连接段的宽度比所述P型延伸段的宽度大1～5μm。
优选地，所述P型连接段的长度为所述P型电极引线的长度的1/4～1/6。
优选地，所述P型延伸段的末端为圆柱体，所述P型延伸段的末端的直径大于所述P型延伸段的宽度。
更优选地，所述P型延伸段的末端的直径为所述P型延伸段的宽度的1.25～2倍。
可选地，所述N型GAN层上设有N型电极引线，所述N型电极引线包括与所述N型电极连接的N型连接段、以及从所述N型连接段向所述P型电极延伸的N型延伸段，所述N型连接段的宽度大于所述N型延伸段的宽度。
优选地，所述N型延伸段的末端为圆柱体，所述N型延伸段的末端的直径大于所述N型延伸段的宽度。
另一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管芯片的制备方法，所述制备方法包括：
在衬底上依次生长N型GAN层、发光层、P型GAN层；
在所述P型GAN层上开设延伸到所述N型GAN层的凹槽；
在所述P型GAN层上依次形成电流阻挡层和透明导电层，所述透明导电层内设有延伸到所述P型GAN层的通孔；
在所述通孔内设置P型电极，在所述N型GAN层上设置N型电极；
在所述透明导电层和所述N型GaN层上形成钝化层；
所述P型电极为圆柱体，所述P型电极的直径小于所述通孔的直径。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过将透明导电层上延伸至P型GAN层的通孔设计成比设置在通孔内的P型电极的直径大，在透明导电层和P型电极之间留出空隙，增大P型电极与P型GaN层之间的接触面积，加上P型电极与P型GaN层之间的粘附性较好，P型电极能良好附着在P型GAN层上，可以有效避免P型电极脱落，提高LED芯片的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本发明实施例一提供的一种发光二极管芯片的结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的发光二极管芯片的立体图；
图3是本发明实施例一提供的发光二极管芯片的俯视图；
图4是本发明实施例二提供的一种发光二极管芯片的制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种发光二极管芯片，参见图1，该发光二极管芯片包括衬底1、以及依次层叠在衬底1上的N型GAN层2、发光层3、P型GAN层4，P型GAN层4上开设有延伸到N型GAN层2的凹槽10，P型GAN层4上设有依次层叠的电流阻挡层5和透明导电层6，透明导电层6内设有延伸到P型GAN层4的通孔20，通孔20内设有P型电极71，N型GAN层2上设有N型电极81，透明导电层6和N型GaN层2上层叠有钝化层9，参见图2和图3，P型电极71为圆柱体，P型电极71的直径小于通孔20的直径。
具体地，衬底1可以为蓝宝石衬底，发光层3可以包括交替层叠的InGaN层和GaN层，电流阻挡层5可以为SiO2层，透明导电层6可以为氧化铟锡(Indium tin oxide，简称ITO)，P型电极71和N型电极72可以为金属层，钝化层9可以为SiO2层。
可选地，P型电极71的直径可以比通孔20的直径小4～6μm。例如，P型电极71的直径为45μm，通孔20的直径为49μm，P型电极71的直径比通孔20的直径小4μm。
可选地，参见图2和图3，透明导电层6上设有P型电极引线72，P型电极引线72包括与P型电极71连接的P型连接段72a、以及从P型连接段72a向N型电极81延伸的P型延伸段72b，P型连接段72a的宽度可以大于P型延伸段72b的宽度。
在实际应用中，P型电极引线位于电流阻挡层的上方。
需要说明的是，为了提升LED发光效率，LED芯片设计除了逐步向小电极方面进行优化，还会向细电极引线方面进行优化，在大电流密度下，细电流引线容易导致电流无法有效扩展，集中在电极引线与电极连接的一端，电流扩展不均匀、热量局部集中，导致电极和电极引线的连接处断裂，影响LED芯片的可靠性和抗静电能力。本实施例将P型连接段的宽度设计成大于P型延伸段的宽度，有利于电流从P型电极向外扩展，避免电流扩展不均匀和热量局部集中而导致电极和电极引线的连接处断裂，提高LED芯片的可靠性和抗静电能力。
具体地，P型连接段72a的宽度可以比P型延伸段72b的宽度大1～5μm。例如，P型连接段72a的宽度为6μm，P型延伸段72b的宽度为4μm，P型连接段72a的宽度比P型延伸段72b的宽度大2μm。
具体地，P型连接段72a的长度可以为P型电极引线72的长度的1/4～1/6。例如，P型连接段72a的长度为40μm，P型电极引线72的长度为200μm，P型连接段72a的长度为P型电极引线72的长度的1/5。
优选地，参见图2和图3，P型延伸段72b的末端72c为圆柱体，P型延伸段72b的末端72c的直径可以大于P型延伸段72b的宽度，防止因电极引线偏细而导致末端图形失真，避免电流密度集中于末端，提升芯片的抗静电能力。
具体地，P型延伸段72b的末端72c的直径可以为P型延伸段72b的宽度的1.25～2倍。例如，P型延伸段72b的末端72c的直径为7μm，P型延伸段72b的宽度为4μm，P型延伸段72b的末端72c的直径为P型延伸段72b的宽度的1.75倍。
可选地，参见图2和图3，N型GAN层2上设有N型电极引线82，N型电极引线82包括与N型电极81连接的N型连接段82a、以及从N型连接段82a向P型电极81延伸的N型延伸段82b，N型连接段82a的宽度可以大于N型延伸段82b的宽度。
具体地，N型连接段82a的宽度可以比N型延伸段82b的宽度大1～5μm。例如，N型连接段82a的宽度为6μm，N型延伸段82b的宽度为4μm，N型连接段82a的宽度比N型延伸段82b的宽度大2μm。
具体地，N型连接段82a的长度可以为N型电极引线82的长度的1/4～1/6。例如，N型连接段82a的长度为40μm，N型电极引线82的长度为200μm，N型连接段82a的长度为N型电极引线82的长度的1/5。
优选地，参见图2和图3，N型延伸段82b的末端82c为圆柱体，N型延伸段82b的末端82c的直径可以大于N型延伸段82b的宽度。
具体地，N型延伸段82b的末端82c的直径可以为N型延伸段82b的宽度的1.25～2倍。例如，N型延伸段82b的末端82c的直径为7μm，N型延伸段82b的宽度为5μm，N型延伸段82b的末端82c的直径为N型延伸段82b的宽度的1.4倍。
本发明实施例通过将透明导电层上延伸至P型GAN层的通孔设计成比设置在通孔内的P型电极的直径大，在透明导电层和P型电极之间留出空隙，增大P型电极与P型GaN层之间的接触面积，加上P型电极与P型GaN层之间的粘附性较好，P型电极能良好附着在P型GAN层上，可以有效避免P型电极脱落，提高LED芯片的可靠性。而且，P型电极直接设置P型GaN层上，由于P型电极与P型GaN层之间良好的粘附性，使得P型电极可以平整地附着在P型GaN层上，可以提高LED芯片的性能。
实施例二
本发明实施例提供了一种发光二极管芯片的制备方法，参见图4，该制备方法包括：
步骤201：在衬底上依次生长N型GAN层、发光层、P型GAN层。
具体地，衬底可以为蓝宝石衬底，发光层可以包括交替层叠的InGaN层和GaN层。
步骤202：在P型GAN层上开设延伸到N型GAN层的凹槽。
步骤203：在P型GAN层上依次形成电流阻挡层和透明导电层。
在本实施例中，电流阻挡层可以为SiO2层，透明导电层可以为ITO，透明导电层内设有延伸到P型GAN层的通孔。
步骤204：在通孔内设置P型电极，在N型GAN层上设置N型电极。
在本实施例中，P型电极和N型电极可以为金属层。
可选地，P型电极的直径可以比通孔20的直径小4～6μm。例如，P型电极71的直径为45μm，通孔20的直径为49μm，P型电极71的直径比通孔20的直径小4μm。
可选地，该制备方法还可以包括：
在透明导电层上设置P型电极引线。
在本实施例中，P型电极引线包括与P型电极连接的P型连接段、以及从P型连接段向N型电极延伸的P型延伸段，P型连接段的宽度可以大于P型延伸段的宽度。
需要说明的是，为了提升LED发光效率，LED芯片设计除了逐步向小电极方面进行优化，还会向细电极引线方面进行优化，在大电流密度下，细电流引线容易导致电流无法有效扩展，集中在电极引线与电极连接的一端，电流扩展不均匀、热量局部集中，导致电极和电极引线的连接处断裂，影响LED芯片的可靠性和抗静电能力。本实施例将P型连接段的宽度设计成大于P型延伸段的宽度，有利于电流从P型电极向外扩展，避免电流扩展不均匀和热量局部集中而导致电极和电极引线的连接处断裂，提高LED芯片的可靠性和抗静电能力。
具体地，P型连接段的宽度可以比P型延伸段的宽度大1～5μm。例如，P型连接段的宽度为6μm，P型延伸段的宽度为4μm，P型连接段的宽度比P型延伸段的宽度大2μm。
具体地，P型连接段的长度可以为P型电极引线的长度的1/4～1/6。例如，P型连接段的长度为40μm，P型电极引线的长度为200μm，P型连接段的长度为P型电极引线的长度的1/5。
优选地，P型延伸段的末端为圆柱体，P型延伸段的末端的直径可以大于P型延伸段的宽度，防止因电极引线偏细而导致末端图形失真，避免电流密度集中于末端，提升芯片的抗静电能力。
具体地，P型延伸段的末端的直径可以为P型延伸段的宽度的1.25～2倍。例如，P型延伸段的末端的直径为7μm，P型延伸段的宽度为4μm，P型延伸段的末端的直径为P型延伸段的宽度的1.75倍。
可选地，该制备方法还可以包括：
在N型GAN层上设置N型电极引线。
在本实施例中，N型电极引线包括与N型电极连接的N型连接段、以及从N型连接段向P型电极延伸的N型延伸段，N型连接段的宽度可以大于N型延伸段的宽度。
具体地，N型连接段的宽度可以比N型延伸段的宽度大1～5μm。例如，N型连接段的宽度为6μm，N型延伸段的宽度为4μm，N型连接段的宽度比N型延伸段的宽度大2μm。
具体地，N型连接段的长度可以为N型电极引线的长度的1/4～1/6。例如，N型连接段的长度为40μm，N型电极引线的长度为200μm，N型连接段的长度为N型电极引线的长度的1/5。
优选地，N型延伸段的末端为圆柱体，N型延伸段的末端的直径可以大于N型延伸段的宽度。
具体地，N型延伸段的末端的直径可以为N型延伸段的宽度的1.25～2倍。例如，N型延伸段的末端的直径为7μm，N型延伸段的宽度为5μm，N型延伸段的末端的直径为N型延伸段的宽度的1.4倍。
步骤205：在透明导电层和N型GaN层上形成钝化层。
在本实施例中，钝化层9可以为SiO2层。
本发明实施例通过将透明导电层上延伸至P型GAN层的通孔设计成比设置在通孔内的P型电极的直径大，在透明导电层和P型电极之间留出空隙，增大P型电极与P型GaN层之间的接触面积，加上P型电极与P型GaN层之间的粘附性较好，P型电极能良好附着在P型GAN层上，可以有效避免P型电极脱落，提高LED芯片的可靠性。而且，P型电极直接设置P型GaN层上，由于P型电极与P型GaN层之间良好的粘附性，使得P型电极可以平整地附着在P型GaN层上，可以提高LED芯片的性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种发光二极管芯片，所述发光二极管芯片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的N型GaN 层、发光层、P型GaN 层，所述P型GaN 层上开设有延伸到所述N型GaN 层的凹槽，所述P型GaN 层上设有依次层叠的电流阻挡层和透明导电层，所述透明导电层内设有延伸到所述P型GaN 层的通孔，所述通孔内设有P型电极，所述N型GaN 层上设有N型电极，所述透明导电层和所述N型GaN层上层叠有钝化层，其特征在于，所述P型电极为圆柱体，所述P型电极的直径小于所述通孔的直径；
所述透明导电层上设有P型电极引线，所述P型电极引线包括与所述P型电极连接的P型连接段、以及从所述P型连接段向所述N型电极延伸的P型延伸段，所述P型连接段的宽度大于所述P型延伸段的宽度。
2.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述P型电极的直径比所述通孔的直径小4～6μm。
3.根据权利要求1或2所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述P型连接段的宽度比所述P型延伸段的宽度大1～5μm。
4.根据权利要求1或2所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述P型连接段的长度为所述P型电极引线的长度的1/4～1/6。
5.根据权利要求1或2所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述P型延伸段的末端为圆柱体，所述P型延伸段的末端的直径大于所述P型延伸段的宽度。
6.根据权利要求5所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述P型延伸段的末端的直径为所述P型延伸段的宽度的1.25～2倍。
7.根据权利要求1或2所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述N型GaN 层上设有N型电极引线，所述N型电极引线包括与所述N型电极连接的N型连接段、以及从所述N型连接段向所述P型电极延伸的N型延伸段，所述N型连接段的宽度大于所述N型延伸段的宽度。
8.根据权利要求7所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述N型延伸段的末端为圆柱体，所述N型延伸段的末端的直径大于所述N型延伸段的宽度。
9.一种发光二极管芯片的制备方法，所述制备方法包括：
在衬底上依次生长N型GaN 层、发光层、P型GaN 层；
在所述P型GaN 层上开设延伸到所述N型GaN 层的凹槽；
在所述P型GaN 层上依次形成电流阻挡层和透明导电层，所述透明导电层内设有延伸到所述P型GaN 层的通孔；
在所述通孔内设置P型电极，在所述N型GaN 层上设置N型电极；
在所述透明导电层和所述N型GaN层上形成钝化层；
其特征在于，所述P型电极为圆柱体，所述P型电极的直径小于所述通孔的直径；
所述透明导电层上设有P型电极引线，所述P型电极引线包括与所述P型电极连接的P型连接段、以及从所述P型连接段向所述N型电极延伸的P型延伸段，所述P型连接段的宽度大于所述P型延伸段的宽度。
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