CN106558638A - 一种具有高发光效率的led芯片及其制作方法 - Google Patents

一种具有高发光效率的led芯片及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有高发光效率的LED芯片及其制作方法，该LED芯片包括：衬底，所述衬底上自下而上依次形成的缓冲层、N型半导体层、发光层、P型半导体层、电流阻挡层以及透明导电膜，透明导电膜分为n层，P电极形成在最上层透明导电膜上，所述P型半导体层四周边缘刻蚀至所述N型半导体层中形成闭合台阶，且各方向的闭合台阶上均形成N电极。本发明有效改善局部电流过大问题，提高电流分布均匀性，进而提高发光效率。

Description

一种具有高发光效率的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，但是由于电场作用，P电极电流横向流过透明导电膜，聚集在与N电极相互靠近的区域，造成该区域局部电流密度大，电流分布不均，影响发光效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有高发光效率的LED芯片，有效改善局部电流过大问题，提高电流分布均匀性，进而提高发光效率。
本发明的另一目的是提供上述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：
一种具有高发光效率的LED芯片，包括：衬底，所述衬底上自下而上依次形成的缓冲层、N型半导体层、发光层、P型半导体层、电流阻挡层以及透明导电膜，透明导电膜分为n层，n为大于1的整数，且各层透明导电膜自下而上依次缩小，P电极形成在最上层透明导电膜上，所述P型半导体层四周边缘刻蚀至所述N型半导体层中形成闭合台阶，且各方向的闭合台阶上均形成N电极。
优选地，所述各层透明导电膜以所述P电极为中心。
优选地，所述各层透明导电膜自上而下厚度依次减小。
优选地，所述各层透明导电膜相邻层对应边间的横向距离自上而下依次增大。
优选地，所述N电极也为闭合形状。
优选地，所述闭合台阶表面形成凹槽，凹槽在所述N型半导体层中，N电极延伸至凹槽内。
优选地，所述凹槽底部呈m阶阶梯状，m为正整数，靠近中心处为阶梯顶。
优选地，所述透明导电膜为ITO膜。
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；
(2)蚀刻所述P型半导体层四周边缘至露出所述N型半导体层，形成闭合台阶；
(3)在所述P型半导体表面形成电流阻挡层；
(4)在所述电流阻挡层以及未被电流阻挡层覆盖的P型半导体表面形成自下而上依次缩小的n层透明导电膜，n为大于1的整数；
(5)在最上层透明导电膜上形成P电极，在所述闭合台阶底面上形成N电极。
优选地，步骤(4)三层透明导电膜形成过程为首先沉积一层透明导电膜，然后通过2块掩膜版经过两次干法刻蚀形成。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明透明导电膜分为n层，且各层透明导电膜自下而上依次缩小，P电极形成在最上层透明导电膜上，电流由P电极流出后横截面积减小，电阻增大，抑制电流横向扩散流动过快，从而防止电流在N电极附近区域聚集，使得电流分布更均匀；
本发明N电极形成在包围P电极的闭合台阶上，且各方向的闭合台阶上均形成N电极,使得电流沿各个方向流动，N电极以及各层透明导电膜包围P电极，增加电流分布的均匀性，进而更有效提高发光效率；
同时，本发明LED透明导电膜不平整的表面可以减少对发光层发出的光的反射，进一步提高发光效率。
附图说明
图1为第一实施例的LED芯片剖面结构示意图；
图2为第一实施例N电极形成闭合形状时的LED芯片俯视结构示意图；
图3A-图3E为第一实施例的LED制作过程剖面结构示意图；
图4为第二实施例LED芯片剖面结构示意图。
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所示，本实施例的具有高发光效率的LED芯片，包括：衬底10，所述衬底10上自下而上依次形成的缓冲层20、N型半导体层30、发光层40、P型半导体层50、电流阻挡层60以及透明导电膜70，透明导电膜分为n层，n为大于1的整数，且各层透明导电膜自下而上依次缩小，P电极80形成在最上层透明导电膜上，所述P型半导体层50四周边缘刻蚀至所述N型半导体层中形成闭合台阶，N电极90形成在闭合台阶上，并且所述N电极90也为闭合形状。
具体的，本实施例LED为GaN基发光二极管，所述衬底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20为GaN材料，所述N型半导体层30为N型GaN层，所述发光层40为多重量子阱，其材料可为In掺杂的GaN，所述P型半导体层50为P型GaN层；所述电流阻挡层60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，本实施例电流阻挡层60材料为二氧化硅膜层、氮化硅膜层等；所述透明导电膜70优选透光性良好的ITO膜；所述P电极80和N电极90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。
本实施例透明导电膜70分为n层，且各层透明导电膜自下而上依次缩小，P电极80形成在最上层透明导电膜上，电流由P电极80流出后经过电流阻挡层60的电流横向扩展作用，在导电良好的透明导电膜70内快速横向流向N电极方向，透明导电膜70分为n层，且各层透明导电膜自下而上依次缩小，使得电流横向流动过程中横截面积减小，电阻增大，抑制电流横向扩散流动过快，从而防止电流在N电极90附近区域聚集，使得电流分布更均匀，本实施例所述各层透明导电膜以所述P电极80为中心时，透明导电膜70多层结构对各方向电流的调节更均匀，本实施例各层透明导电膜自上而下厚度依次减小，和/或各层透明导电膜相邻层对应边间的横向距离自上而下依次增大，使得越靠近N电极90侧横截面积越小或者说越靠近N电极90侧电阻越大，从而使得电流更多地限制在外延片内部，更好地增加发光效率。
本实施例N电极90形成在包围P电极80的闭合台阶上，且各方向的闭合台阶上均形成N电极90,使得电流自P电极80流出后在各个方向均受到相同电场的作用，沿各个方向流动，相对于传统的只有一侧有N电极可使电流在外延片内分布更均匀，当所述N电极90也为闭合形状时，进一步增加电流分布的均匀性。N电极90以及各层透明导电膜包围P电极80，增加电流分布的均匀性，进而更有效提高发光效率；
同时，本发明LED透明导电膜不平整的表面可以减少对发光层发出的光的反射，并且透明导电膜的层数越多，这个透明导电膜表面越不平整，对光的反射越少，进一步提高发光效率，此外，透明导电层数越多，对电流的调节效果越均匀，但是层数太多增加工艺繁琐性以及工艺成本，因此具体视情况而定，本实施例层数列举为三层。
如图3A-图3E，本实施例LED的制作方法，包括如下步骤：
(1)如图3A，在衬底10上自下而上依次外延生长缓冲层20、N型半导体层30、发光层40和P型半导体层50以获得外延片；
(2)如图3B，蚀刻所述P型半导体层50四周边缘至露出所述N型半导体层30，形成闭合台阶；
(3)如图3C，在所述P型半导体50表面形成电流阻挡层60；
(4)如图3D,在所述电流阻挡层60以及未被电流阻挡层60覆盖的P型半导体50表面形成自下而上依次缩小的三层透明导电膜70，n为大于1的整数；
(5)如图3E，在最上层透明导电膜上形成P电极80，在所述闭合台阶底面上形成N电极90。
其中，步骤(4)三层透明导电膜形成过程为首先沉积一层透明导电膜，然后通过2块掩膜版经过两次干法刻蚀形成，第一次刻蚀后形成最下层透明导电膜71，第二次刻蚀后形成中间层透明导电膜72以及最上层透明导电膜73。
第二实施例
如图4，本实施例与第一实施例技术方案基本相同，不同之处在于，本实施例所述闭合台阶表面形成凹槽，凹槽在所述N型半导体层30中，N电极90延伸至凹槽内，可增加N电极90与N型半导体层30接触面积，相同电压下提供更大的电流密度，优选地，所述凹槽底部呈m阶阶梯状，m为正整数，靠近中心处为阶梯顶，本实施例列举凹槽底部呈2阶阶梯状，进一步增加N电极90与N型半导体层30接触面积，同时优化电流的分布，抑制电流集中在靠近P电极80侧，提高电流横向扩展能力，提高电流的分布均匀性，提高发光效率。

Claims (10)

1.一种具有高发光效率的LED芯片，包括：衬底，所述衬底上自下而上依次形成的缓冲层、N型半导体层、发光层、P型半导体层、电流阻挡层以及透明导电膜，其特征在于：透明导电膜分为n层，n为大于1的整数，且各层透明导电膜自下而上依次缩小，P电极形成在最上层透明导电膜上，所述P型半导体层四周边缘刻蚀至所述N型半导体层中形成闭合台阶，且各方向的闭合台阶上均形成N电极。
2.根据权利要求1所述的具有高发光效率的LED芯片，其特征在于：所述各层透明导电膜以所述P电极为中心。
3.根据权利要求1所述的具有高发光效率的LED芯片，其特征在于：所述各层透明导电膜自上而下厚度依次减小。
4.根据权利要求1所述的具有高发光效率的LED芯片，其特征在于：所述各层透明导电膜相邻层对应边间的横向距离自上而下依次增大。
5.根据权利要求1所述的具有高发光效率的LED芯片，其特征在于：所述N电极也为闭合形状。
6.根据权利要求1所述的具有高发光效率的LED芯片，其特征在于：所述闭合台阶表面形成凹槽，凹槽在所述N型半导体层中，N电极延伸至凹槽内。
7.根据权利要求6所述的具有高发光效率的LED芯片，其特征在于：所述凹槽底部呈m阶阶梯状，m为正整数，靠近中心处为阶梯顶。
8.根据权利要求1所述的具有高发光效率的LED芯片，其特征在于：所述透明导电膜为ITO膜。
9.一种具有高发光效率的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；
(2)蚀刻所述P型半导体层四周边缘至露出所述N型半导体层，形成闭合台阶；
(3)在所述P型半导体表面形成电流阻挡层；
(4)在所述电流阻挡层以及未被电流阻挡层覆盖的P型半导体表面形成自下而上依次缩小的n层透明导电膜，n为大于1的整数；
(5)在最上层透明导电膜上形成P电极，在所述闭合台阶底面上形成N电极。
10.根据权利要求9所述的具有高发光效率的LED芯片的制作方法，其特征在于：步骤(4)三层透明导电膜形成过程为首先沉积一层透明导电膜，然后通过2块掩膜版经过两次干法刻蚀形成。
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