CN107275446A - 一种led芯片及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED芯片及其制作方法，该LED芯片包括：衬底；设置在衬底上的外延结构，外延结构包括依次设置的N型半导体层、量子阱发光层以及P型半导体层；外延结构的预设区域具有凹槽，凹槽用于露出部分N型半导体层；P型半导体层具有第一区域、第二区域以及第三区域；覆盖第一区域的第一透明导电层；覆盖第二区域以及部分第一透明导电层的电流阻挡层；覆盖另一部分第一透明导电层、第三区域以及部分电流阻挡层的第二透明导电层；覆盖另一部分电流阻挡层的P电极；设置在凹槽内，与N型半导体层电连接的N电极。本发明技术方案解决了LED芯片中电流扩散不均匀问题，提高了LED芯片发光的均匀性。

Description

一种LED芯片及其制作方法
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，更具体的说，涉及一种LED芯片及其制作方法。
背景技术
发光二极管(LED)的发光原理是利用电子在N型半导体与P型半导体间移动的能量差，以光的形式释放能量，这样的发光原理有别于白炽灯发热的发光原理，因此发光二极管被称为冷光源。由于发光二极管具有耐久性高、寿命长、轻巧以及耗电量低等优点，被应用于信号指示灯、照明装置以及显示装置等诸多领域。
LED芯片的常见结构是在衬底上依次形成N型半导体层、量子阱发光层以及P型半导体层。并通过刻蚀工艺刻蚀部分P型半导体层以及量子阱层，露出部分N型半导体层，露出的N型半导体层上制作N电极，在P型半导体层制作P电极。其中，P型半导体层为P-GaN，即P掺杂的GaN。由于P-GaN的电导率较差，为改善P-GaN电流扩展效果，提高LED芯片的发光效率，通常在P-GaN之上设置透明导电层。透明导电层具有透明出光以及电流扩散作用，同时可以与P-GaN起到良好的欧姆接触。
P电极通过透明导电层为LED芯片提供工作电流。距离P电极距离不同的区域，电流扩散不均匀，导致LED芯片的发光亮度不均匀，靠近P电极的区域发光亮度较大，远离P电极的区域发光亮度较弱。
发明内容
为了解决上述问题，本发明技术方案提供了一种LED芯片及其制作方法，解决了LED芯片中电流扩散不均匀问题，提高了LED芯片发光的均匀性。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种LED芯片，所述LED芯片包括：
衬底；
设置在所述衬底上的外延结构，所述外延结构包括依次设置的N型半导体层、量子阱发光层以及P型半导体层；所述外延结构的预设区域具有凹槽，所述凹槽用于露出部分所述N型半导体层；所述P型半导体层具有第一区域、第二区域以及第三区域；
覆盖所述第一区域的第一透明导电层；
覆盖所述第二区域以及部分所述第一透明导电层的电流阻挡层；
覆盖另一部分所述第一透明导电层、所述第三区域以及部分所述电流阻挡层的第二透明导电层；
覆盖另一部分所述电流阻挡层的P电极；
设置在所述凹槽内，与所述N型半导体层电连接的N电极。
优选的，在上述LED芯片中，在垂直于所述衬底的方向上，所述P电极在所述衬底上的投影完全位于所述电流阻挡层在所述衬底上的投影内，且与所述第一透明导电层在所述衬底上的投影不交叠。
优选的，在上述LED芯片中，所述第一透明导电层为ITO膜层，或ZnO膜层；
所述第二透明导电层为ITO膜层，或ZnO膜层。
优选的，在上述LED芯片中，所述衬底为蓝宝石衬底、或硅衬底、或碳化硅衬底。
优选的，在上述LED芯片中，还包括：覆盖所述第二透明导电层的透明绝缘保护层，所述透明绝缘保护层对应所述P电极以及所述N电极的位置具有焊接开口，用于使得所述N电极以及所述P电极与外部电路焊接。
本发明还提供了一种制作方法，用于制作上述任一项所述的LED芯片，所述制作方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上形成外延结构，所述外延结构依次设置的N型半导体层、量子阱发光层以及P型半导体层；
刻蚀部分所述P型半导体层以及部分所述量子阱发光层，在所述外延结构的预设区域形成凹槽，露出部分所述N型半导体层；未刻蚀的所述P型半导体层具有第一区域、第二区域以及第三区域；
在所述第一区域的表面形成第一透明导电层；
在所述第二区域的表面以及部分所述第一透明导电层的表面形成电流阻挡层；
在另一部分所述第一透明导电层的表面、所述第三区域的表面以及部分所述电流阻挡层的表面形成第二透明导电层；
在另一部分所述电流阻挡层的表面形成P电极，在露出的所述N型半导体层的表面形成N电极。
优选的，在上述制作方法中，还包括：在所述第二透明导电层表面形成透明绝缘保护层，所述透明绝缘保护层对应所述P电极以及所述N电极的位置具有焊接开口，用于使得所述N电极以及所述P电极与外部电路焊接。
优选的，在上述制作方法中，所述在所述第一区域的表面形成第一透明导电层包括：
通过蒸镀工艺形成预设图形结构的第一透明导电层。
优选的，在上述制作方法中，所述在所述第二区域的表面以及部分所述第一透明导电层的表面形成电流阻挡层包括：
通过蒸镀工艺形成预设图形结构的所述电流阻挡层，使得所述电流阻挡层露出所述第一透明导电层的预设边缘部分。
优选的，在上述制作方法中，所述在另一部分所述第一透明导电层的表面、所述第三区域的表面以及部分所述电流阻挡层的表面形成第二透明导电层包括：
通过蒸镀工艺形成预设图形结构的第二透明导电层。
通过上述描述可知，在本发明技术方案提供的LED芯片及其制作方法中，通过设置有第一透明导电层以及第二透明导电层，第一透明导电层位于电流阻挡层的下方，电流阻挡层露出部分第一透明导电层，以便于第二透明导电层与第一透明导电层电连接。这样，当P电极为LED芯片提供工作电流时，电流首先通过第二透明导电层传输到与第一透明导电层的连接处，然后由连接处经第一透明导电层以及第二透明导电层向四周扩散，使得电流扩散的更加均匀，解决了由P电极直接通过一透明导电层扩散电流导致的电流随着与P电极距离增大而变弱的问题，即解决了电流扩散不均匀问题，提高了LED芯片发光的均匀性。
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的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为一种常规LED芯片的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种LED芯片的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种LED芯片的制作方法的流程示意图；
图4-图10为本发明实施例提供的一种LED芯片的制作方法的工艺流程图。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
常规的LED芯片结构如图1所示，图1为一种常规LED芯片的结构示意图，衬底11上设置有外延结构12，外延结构12具有依次设置在衬底11上的N型半导体层、量子阱发光层以及P型半导体层。外延结构12上设置有凹槽，以露出部分N型半导体层。
在凹槽内设置有与露出的N型半导体层电连接的N电极。P型半导体层表面具有电流阻挡层13，电流阻挡层13上设置有P电极15，电流阻挡层13用于避免电流直接经过P电极15输入到P型半导体层。P型半导体层表面具有透明导电层14，透明导电层14对应电流阻挡层13的位置具有开口，用于设置P电极15。透明导电层14表面覆盖有透明绝缘保护层17，透明绝缘保护层17对应P电极15以及N电极16的位置分别设置有开口，用于使得P电极15和N电极16与外部电路电连接。
一般的，在平行于衬底11的方向上，P电极15和N电极16位于LED芯片的两端，二者之间区域为发光区域，设置P电极15和N电极16位于LED芯片的两端，以保证较大的发光区域，避免电极遮挡出光区域导致出光不均匀。
在P电极15和N电极16之间施加工作电压时，如图1中虚线箭头所示，电流从P电极15流向透明导电层14，在透明导电层14内向N型半导体层移动，以使得电子和空穴在量子阱发光层复合，进而发光。但是，透明导电层14的导电率有限，导致距离P电极15较远的区域，电流不易扩散，也就是说，透明导电层14中，距离P电极15较远的区域和距离P电极较近的区域具有较大的电压差，导致LED芯片中电流扩散不均匀，进而导致LED发光亮度不均匀。
为了解决上述问题，本发明实施例提供的LED芯片中，通过设置两层透明导电层，调整LED芯片中电流的传输路径，以使得LED芯片中电流扩散均匀，提高LED芯片发光的均匀性，提高LED芯片的可靠性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图2，图2为本发明实施例提供的一种LED芯片的结构示意图，该LED芯片包括：衬底21以及设置在所述衬底21上的外延结构22。其中，所述外延结构22包括依次设置的N型半导体层、量子阱发光层以及P型半导体层，N型半导体层朝向衬底21设置，P型半导体层背离衬底21设置，N型半导体层与衬底21之间还可以设置缓冲层。
所述外延结构22的预设区域具有凹槽，所述凹槽用于露出部分所述N型半导体层。所述P型半导体层具有第一区域、第二区域以及第三区域。所述N型半导体层可以为N-GaN。
所述LED芯片还包括：覆盖所述第一区域的第一透明导电层241；覆盖所述第二区域以及部分所述第一透明导电层241的电流阻挡层23；覆盖另一部分所述第一透明导电层241、所述第三区域以及部分所述电流阻挡层23的第二透明导电层242；覆盖另一部分所述电流阻挡层23的P电极25；设置在所述凹槽内，与所述N型半导体层电连接的N电极26。
如图2所示，在垂直于所述衬底的方向上，所述P电极在所述衬底上的投影完全位于所述电流阻挡层在所述衬底上的投影内，且与所述第一透明导电层在所述衬底上的投影不交叠。
可选的，所述第一透明导电层241为ITO膜层，或ZnO膜层；所述第二透明导电层242为ITO膜层，或ZnO膜层。所述衬底21为蓝宝石衬底、或硅衬底、或碳化硅衬底。
如图2所示，所述LED芯片还包括：覆盖所述第二透明导电层242的透明绝缘保护层27，所述透明绝缘保护层27对应所述P电极25以及所述N电极26的位置具有焊接开口，用于使得所述N电极25以及所述P电极26与外部电路焊接。
本发明实施例所述LED芯片中，图1所示LED芯片结构基础之上，设置两层透明导电层，设置电流阻挡层23暴露出第一透明导电层241的预设的边缘区域，以便使得第一透明导电层241和第二透明导电层242之间形成电连接。采用此种结构，电流首先通过P电极25注入第二透明导电层242，沿着电流阻挡层23之上的第二透明导电层242扩散，待扩散至电流阻挡层23、第一透明导电层241以及第二透明导电层242三者的交叠区域后，再沿第一透明导电层241和第二透明导电层242分别扩散，由于电流阻挡层23的阻挡，电流不会在距离P电极25较近的区域立即注入P型半导体层，而是在电流阻挡层23、第一透明导电层241和第二透明导电层242的交叠区域向四周扩散，改善了电流扩散效果，提高了电流扩散的均匀性，进而提高了LED芯片的发光均匀性，提高了LED芯片的可靠性。
基于上述实施例，本发明另一实施例还提供了一种制作方法，用于制作上述实施例所述的LED芯片，所述制作方法如图4-图10所示，图4-图10为本发明实施例提供的一种LED芯片的制作方法的工艺流程图，所述制作方法包括：
步骤S11：如图4所示，提供一衬底21。
所述衬底21为蓝宝石衬底、或硅衬底、或碳化硅衬底。
步骤S12：如图5所示，在所述衬底21上形成外延结构22。
其中，所述外延结构22依次设置的N型半导体层、量子阱发光层以及P型半导体层。可以通过横向生长工艺在衬底21上依次形成N型半导体层、量子阱发光层以及P型半导体层。所述P型半导体层可以P-GaN。所述N型半导体层可以为N-GaN。
步骤S13：如图6所示，刻蚀部分所述P型半导体层以及部分所述量子阱发光层，在所述外延结构22的预设区域形成凹槽50，露出部分所述N型半导体层。
其中，未刻蚀的所述P型半导体层具有第一区域、第二区域以及第三区域。
步骤S14：如图7所示，在所述第一区域的表面形成第一透明导电层241。
可以蒸镀工艺形成预设图形结构的所述第一透明导电层241，通过设置预设图形结构的掩膜板设置所述第一透明导电层241的图形结构。所述第一透明导电层241为ITO膜层，或ZnO膜层
步骤S15：如图8所示，在所述第二区域的表面以及部分所述第一透明导电层241的表面形成电流阻挡层23。
其中，通过蒸镀工艺形成预设图形结构的所述电流阻挡层23，使得电流阻挡层23露出第一透明导电层241的预设边缘区域，如图7中虚线椭圆所示区域。
步骤S16：如图9示，在另一部分所述第一透明导电层241的表面、所述第三区域的表面以及部分所述电流阻挡层23的表面形成第二透明导电层242。
同样，可以蒸镀工艺形成预设图形结构的所述第二透明导电层242，通过设置预设图形结构的掩膜板设置所述第二透明导电层242的图形结构。所述第二透明导电层242为ITO膜层，或ZnO膜层。
步骤S17：如图10所示，在另一部分所述电流阻挡层23的表面形成P电极25，在露出的所述N型半导体层的表面形成N电极26。
需要说明的是，P型半导体层中，根据第一透明导电层241、电流阻挡层23以及第二透明导电层242的图形结构划分第一区域、第二区域以及第三区域。
所述制作方法还包括：在所述第二透明导电层242表面形成透明绝缘保护层27，所述透明绝缘保护层27对应所述P电极25以及所述N电极26的位置具有焊接开口，用于使得所述N电极25以及所述P电极26与外部电路焊接，最终制作的LED芯片的结构如图2所示。
本发明实施例所述制作方法中，可以制作上述实施例所述LED芯片，通过在LED芯片中形成两层透明导电层，可以使得电流扩散均匀，提高LED芯片的发光均匀性，提高LED芯片的可靠性。
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的LED芯片而言，由于其与实施例公开的制作方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见装置方法对应部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种LED芯片，其特征在于，所述LED芯片包括：
衬底；
设置在所述衬底上的外延结构，所述外延结构包括依次设置的N型半导体层、量子阱发光层以及P型半导体层；所述外延结构的预设区域具有凹槽，所述凹槽用于露出部分所述N型半导体层；所述P型半导体层具有第一区域、第二区域以及第三区域；
覆盖所述第一区域的第一透明导电层；
覆盖所述第二区域以及部分所述第一透明导电层的电流阻挡层；
覆盖另一部分所述第一透明导电层、所述第三区域以及部分所述电流阻挡层的第二透明导电层；
覆盖另一部分所述电流阻挡层的P电极；
设置在所述凹槽内，与所述N型半导体层电连接的N电极。
2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，在垂直于所述衬底的方向上，所述P电极在所述衬底上的投影完全位于所述电流阻挡层在所述衬底上的投影内，且与所述第一透明导电层在所述衬底上的投影不交叠。
3.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述第一透明导电层为ITO膜层，或ZnO膜层；
所述第二透明导电层为ITO膜层，或ZnO膜层。
4.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底、或硅衬底、或碳化硅衬底。
5.根据权利要求1-4任一项所述的LED芯片，其特征在于，还包括：覆盖所述第二透明导电层的透明绝缘保护层，所述透明绝缘保护层对应所述P电极以及所述N电极的位置具有焊接开口，用于使得所述N电极以及所述P电极与外部电路焊接。
6.一种制作方法，用于制作如权利要求1-5任一项所述的LED芯片，其特征在于，所述制作方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上形成外延结构，所述外延结构依次设置的N型半导体层、量子阱发光层以及P型半导体层；
刻蚀部分所述P型半导体层以及部分所述量子阱发光层，在所述外延结构的预设区域形成凹槽，露出部分所述N型半导体层；未刻蚀的所述P型半导体层具有第一区域、第二区域以及第三区域；
在所述第一区域的表面形成第一透明导电层；
在所述第二区域的表面以及部分所述第一透明导电层的表面形成电流阻挡层；
在另一部分所述第一透明导电层的表面、所述第三区域的表面以及部分所述电流阻挡层的表面形成第二透明导电层；
在另一部分所述电流阻挡层的表面形成P电极，在露出的所述N型半导体层的表面形成N电极。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，还包括：在所述第二透明导电层表面形成透明绝缘保护层，所述透明绝缘保护层对应所述P电极以及所述N电极的位置具有焊接开口，用于使得所述N电极以及所述P电极与外部电路焊接。
8.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述在所述第一区域的表面形成第一透明导电层包括：
通过蒸镀工艺形成预设图形结构的第一透明导电层。
9.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述在所述第二区域的表面以及部分所述第一透明导电层的表面形成电流阻挡层包括：
通过蒸镀工艺形成预设图形结构的所述电流阻挡层，使得所述电流阻挡层露出所述第一透明导电层的预设边缘部分。
10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述在另一部分所述第一透明导电层的表面、所述第三区域的表面以及部分所述电流阻挡层的表面形成第二透明导电层包括：
通过蒸镀工艺形成预设图形结构的第二透明导电层。
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Application publication date: 20171020

Assignee: JIANGXI QIANZHAO PHOTOELECTRIC Co.,Ltd.

Assignor: Xiamen Changelight Co.,Ltd.

Contract record no.: X2020350000040

Denomination of invention: An LED chip and its manufacturing method

Granted publication date: 20191018

License type: Common License

Record date: 20200812