CN106531853A - 一种高性能led芯片及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能LED芯片及其制作方法，其中，LED芯片包括：衬底、电流阻挡层、透明导电膜以及P电极，所述外延层包括缓冲层、N型半导体层、发光层、P型半导体层，所述透明导电膜与所述P型半导体层接触处形成第二开口，所述第二开口在P电极正下方，所述第二开口正上方的透明导电膜内形成第一开口，并且所述第一开口平面面积大于所述第二开口平面面积，所述电流阻挡层填充第一开口以及第二开口。本发明提高电流阻挡层对电流的扩散能力，进而提高LED芯片性能。

Description

一种高性能LED芯片及其制作方法
技术领域
本发明涉及半导体光电器件领域，特别涉及一种LED芯片及其制作方法。
技术背景
发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)是一种半导体光电器件，利用半导体P-N结电致发光原理制成。LED由于能耗低，体积小、寿命长，稳定性好，响应快，发光波长稳定等好的光电性能，目前已经在照明、家电、显示屏、指示灯等领域有很好的应用。近年来，高亮度蓝绿光LED发展迅速，已成为全彩色高亮度大型户外显示屏、交通信号灯等必需的发光器件。
传统LED芯片由于结构的限制，电流主要聚集在电极正下方，电流扩散均匀度不能达到理想效果，导致电极正下方电流密度过高，产生热量过多，现有技术为改善电流聚集问题，通常在P电极形成之前在P型半导体表面上相对应P电极区域形成绝缘的电流阻挡层，增加电流的横向扩散，这在一定程度上使电流分布更加均匀，提高发光效率，但是电流阻挡层的设置使得电流阻挡层底部的P型半导体没有电流注入而不能发光，所以电流阻挡层一般与P电极平面面积相当，不会相对P电极有较大的扩展，这使得电流阻挡层对电流的扩散能力有限。
发明内容
本发明的目的是提供一种高性能LED芯片，提高电流阻挡层对电流的扩散能力，进而提高LED芯片性能。
本发明的另一目的是提供上述高性能LED芯片的制作方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高性能LED芯片，包括：衬底，所述衬底上自下而上依次形成的外延层、电流阻挡层、透明导电膜以及P电极，所述外延层包括缓冲层、N型半导体层、发光层、P型半导体层，所述P型半导体层边缘刻蚀至露出所述N型半导体层，N电极形成在露出的N型半导体层上，所述P电极包括P电极主体和沿电极主体向N电极一侧延伸的P引脚电极，所述透明导电膜与所述P型半导体层接触处形成第二开口，所述第二开口在P电极正下方，并且所述第二开口平面面积不小于所述P电极平面面积，所述第二开口正上方的透明导电膜内形成第一开口，所述第一开口与第二开口相通，并且所述第一开口平面面积大于所述第二开口平面面积，所述电流阻挡层填充第一开口以及第二开口。
优选地，所述第二开口平面面积等于所述P电极平面面积。
优选地，所述第一开口相对于所述P电极对称。
优选地，所述第一开口靠近N电极的侧面开口宽度大于远离N电极侧的开口宽度。
优选地，所述第一开口靠近N电极的侧面末端面向N电极成“凸”字形。
优选地，所述N型半导体层为N型GaN，所述发光层为In掺杂的GaN，所述P型半导体层为P型GaN。
一种LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
(1)在衬底上自下而上依次外延生长缓冲层、N型半导体层、发光层和P型半导体层以获得外延片，并且蚀刻所述P型半导体层边缘至露出所述N型半导体层；
(2)在所述P型半导体层表面沉积第一透明导电膜，并且刻蚀第一透明导电膜至漏出P型半导体层，形成第一开口以及第二开口，所述第一开口与第二开口相通，并且所述第一开口平面面积大于所述第二开口平面面积；
(3)在所述第一开口以及所述第二开口内沉积电流阻挡层；
(4)在电流阻挡层以及未被刻蚀的第一透明导电膜表面沉积第二透明导电膜，所述第二透明导电膜与第一透明导电膜组成透明导电膜；
(5)在第二开口正上方的第二透明导电膜上形成P电极，在露出的N型半导体层上形成N电极。
优选地，步骤(2)先刻蚀形成第一开口，再刻蚀形成第二开口。
优选地，步骤(2)先刻蚀形成第二开口，再刻蚀形成第一开口。
优选地，所述第一透明导电膜材料为氧化铟锡，所述第二透明导电膜材料掺铝氧化锌。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明LED芯片所述电流阻挡层形成在上下两个不同平面面积的第一开口与第二开口内，第二开口形成在P电极正下方，与现有技术尺寸设计相同，使P电极流出的电流可以横向扩展，均匀电流分布，第一开口平面面积大于第二开口，但是第一开口比第二开口多余的部分下面有透明导电膜，使得该部分下的P型半导体层同样有电流注入，所以第一开口的设置既通过其中填充电流阻挡层扩大了电流扩展的范围，同时未因为电流阻挡层的设置而导致P型半导体层电流注入区的减少，而使得电流分布的更加均匀，进而提高了LED发光效率、抗静电能力等光电学性能。
附图说明
图1为第一实施例LED芯片俯视结构示意图；
图1A-图1E为第一实施例LED制作过程剖面结构示意图。
图2为第二实施例LED芯片俯视结构示意图；
图3为第三实施例LED芯片俯视结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图以及实施例对本发明进行介绍，实施例仅用于对本发明进行解释，并不对本发明有任何限定作用。
第一实施例
如图1以及图1E所示，本实施例的高性能LED芯片，包括：衬底10，所述衬底10上自下而上依次形成的外延层20、电流阻挡层30、透明导电膜40以及P电极50，所述外延层20包括缓冲层21、N型半导体层22、发光层23、P型半导体层24，所述P型半导体层24边缘刻蚀至露出所述N型半导体层22，N电极60形成在露出的N型半导体层22上，所述P电极50包括P电极主体51和沿电极主体向N电极一侧延伸的P引脚电极52，所述透明导电膜40与所述P型半导体层24接触处形成第二开口72，所述第二开口72在P电极50正下方，并且所述第二开口72平面面积不小于所述P电极50平面面积，所述第二开口72正上方的透明导电膜40内形成第一开口71，所述第一开口71与第二开口72相通，并且所述第一开口71平面面积大于所述第二开口72平面面积，所述电流阻挡层30填充第一开口71以及第二开口72。
具体的，本实施例LED为GaN基发光二极管，所述衬底10可为蓝宝石衬底或其他半导体衬底材料，如碳化硅、硅、GaAs、AlN、ZnO或GaN等；所述缓冲层21为GaN材料，所述N型半导体层22为N型GaN层，所述发光层23为多重量子阱，其材料可为In掺杂的GaN，所述P型半导体层24为P型GaN层；所述电流阻挡层30优选透光的绝缘材料，在保证绝缘，使电流横向扩散的同时，不因遮光而影响发光效率，本发明实施例电流阻挡层30材料可为二氧化硅膜层、氮化硅膜层等；所述透明导电膜40优选透光性良好的氧化铟锡(ITO)，还可以为，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；所述P电极50和N电极60的材料包括Cr、Pt、Au、Ti、Al、或Sn中的至少一种，可以选择Cr/Pt/Au、Au/Sn、Cr/Ti/Au或Ti/Al/Ti/Au等电极结构。
本实施例LED芯片所述电流阻挡层30形成在上下两个不同平面面积的第一开口71与第二开口72内，第二开口72形成在P电极50正下方，与现有技术尺寸设计相同，使P电极流出的电流可以横向扩展，均匀电流分布，达到现有技术相同的技术效果，同时第一开口71平面面积大于第二开口72，但是第一开口71比第二开口72多余的部分下面有透明导电膜，使得该部分下的P型半导体层24同样有电流注入，所以第一开口的设置既通过其中填充电流阻挡层30扩大了电流扩展的范围，同时未因为电流阻挡层30的设置而导致P型半导体层24电流注入区的减少，而使得电流分布的更加均匀，增加了电流阻挡层30对电流的扩散性能，进而提高了LED发光效率、抗静电能力等光电学性能。
本实施例优选地，所述第二开口72平面面积等于所述P电极50平面面积，使得在不影响电流阻挡层30对电流扩散性能的同时，P型半导体层24的电流注入区面积尽可能大，同时第二开口72平面面积等于所述P电极50平面面积制作过程可用同一块掩膜版，节约成本。
优选地，所述第一开口71相对于所述P电极50对称，使得P电极50流出的电流更均匀匀称地分布。
本实施例LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
(1)如图1A，在衬底10上自下而上依次外延生长缓冲层21、N型半导体层22、发光层23和P型半导体层24以获得外延片20，并且蚀刻所述P型半导体层24边缘至露出所述N型半导体层22；
(2)如图1B，在所述P型半导体层24表面沉积第一透明导电膜41，并且刻蚀第一透明导电膜41至漏出P型半导体层24，形成第一开口71以及第二开口72，所述第一开口71与第二开口72相通，并且所述第一开口71平面面积大于所述第二开口72平面面积；
(3)如图1C，在所述第一开口71以及所述第二开口72内沉积电流阻挡层30；
(4)如图1D，在电流阻挡层30以及未被刻蚀的第一透明导电膜41表面沉积第二透明导电膜42，所述第二透明导电膜42与第一透明导电膜41组成透明导电膜40；
(5)如图1E，在第二开口72正上方的第二透明导电膜42上形成P电极50，在露出的N型半导体层22上形成N电极60，构成本实施例LED芯片，其俯视结构示意图如图1所示。
本实施例，步骤(2)可以先刻蚀形成第一开口71，再在第一开口内刻蚀形成第二开口72。
本实施例，步骤(2)也可以先刻蚀形成第二开口72，再在第二开口72两侧刻蚀形成第一开口71。
本实施例，所述第一透明导电膜41与所述第二透明导电膜42材料可相同也可不同，优选地所述第一透明导电膜材料为氧化铟锡，所述第二透明导电膜材料掺铝氧化锌，P电极50与掺铝氧化锌粘附性好，防止电极脱落，使LED性能更加稳定。
第二实施例
如图2所示，本实施例技术方案与第一实施基本相同，不同之处在于，所述第一开口靠近N电极60的侧面开口宽度大于远离N电极60侧的开口宽度，抑制因N电极60电场的影响而导致电流集中现象，更好地扩散N电极附近的电流。
第三实施例
如图3所示，本实施在在第二实施例的基础上，所述第一开口71靠近N电极60的侧面末端面向N电极60成“凸”字形，进一步抑制因N电极60电场的影响而导致电流集中现象，更好地扩散N电极附近的电流。

Claims (10)

1.一种高性能LED芯片，包括：衬底，所述衬底上自下而上依次形成的外延层、电流阻挡层、透明导电膜以及P电极，所述外延层包括缓冲层、N型半导体层、发光层、P型半导体层，所述P型半导体层边缘刻蚀至露出所述N型半导体层，N电极形成在露出的N型半导体层上，所述P电极包括P电极主体和沿电极主体向N电极一侧延伸的P引脚电极，其特征在于：所述透明导电膜与所述P型半导体层接触处形成第二开口，所述第二开口在P电极正下方，并且所述第二开口平面面积不小于所述P电极平面面积，所述第二开口正上方的透明导电膜内形成第一开口，所述第一开口与第二开口相通，并且所述第一开口平面面积大于所述第二开口平面面积，所述电流阻挡层填充第一开口以及第二开口。
2.如权利要求1所述的高性能LED芯片，其特征在于：所述第二开口平面面积等于所述P电极平面面积。
3.如权利要求1所述的高性能LED芯片，其特征在于：所述第一开口相对于所述P电极对称。
4.如权利要求1所述的高性能LED芯片，其特征在于：所述第一开口靠近N电极的侧面开口宽度大于远离N电极侧的开口宽度。
5.如权利要求1所述的高性能LED芯片，其特征在于：所述第一开口靠近N电极的侧面末端面向N电极成“凸”字形。
6.如权利要求1所述的高性能LED芯片，其特征在于：所述N型半导体层为N型GaN，所述发光层为In掺杂的GaN，所述P型半导体层为P型GaN。
7.一种高性能LED芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在衬底上自下而上依次外延生长缓冲层、N型半导体层、发光层和P型半导体层以获得外延片，并且蚀刻所述P型半导体层边缘至露出所述N型半导体层；
(2)在所述P型半导体层表面沉积第一透明导电膜，并且刻蚀第一透明导电膜至漏出P型半导体层，形成第一开口以及第二开口，所述第一开口与第二开口相通，并且所述第一开口平面面积大于所述第二开口平面面积；
(3)在所述第一开口以及所述第二开口内沉积电流阻挡层；
(4)在电流阻挡层以及未被刻蚀的第一透明导电膜表面沉积第二透明导电膜，所述第二透明导电膜与第一透明导电膜组成透明导电膜；
(5)在第二开口正上方的第二透明导电膜上形成P电极，在露出的N型半导体层上形成N电极。
8.如权利要求7所述的高性能LED芯片的制作方法，其特征在于：步骤(2)先刻蚀形成第一开口，再刻蚀形成第二开口。
9.如权利要求7所述的高性能LED芯片的制作方法，其特征在于：步骤(2)先刻蚀形成第二开口，再刻蚀形成第一开口。
10.如权利要求7所述的高性能LED芯片的制作方法，其特征在于：所述第一透明导电膜材料为氧化铟锡，所述第二透明导电膜材料掺铝氧化锌。
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