CN108470802A - 一种led芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED芯片及其制备方法，所述LED芯片包括N电极，所述N电极包括相互连接的N电极主体部分和N电极延伸部分，且在所述N电极延伸部分对应区域的LED外延结构中至少设置有两个开口，所述开口依次贯穿所述P型外延层和量子阱层，直至暴露出N型外延层，所述N电极延伸部分覆盖暴露的N型外延层以及覆盖形成于所述开口的侧壁和保留的P型外延层的表面的绝缘层。则本发明的所述N电极延伸部分的下方保留了区域性的外延层，相当于增大了LED芯片的发光面积，从而能够增加LED芯片的发光亮度。
Description
技术领域
本发明属于半导体发光领域，特别是涉及一种LED芯片及其制备方法。
背景技术
随着发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)技术的不断发展，LED芯片被广泛应用于通用照明、景观照明、特种照明、汽车照明等领域，于是，对LED芯片的低电压和高亮度的需求也越来越高。在正装结构的LED芯片中，因P电极和N电极位于LED芯片的同一侧，则其电流的扩散并不理想，会出现芯片电压偏高的现象。因此，目前在正装结构的LED芯片中常采用将电极(特别是N电极)主体部分向外延伸以形成延伸部分(Finger)的方式来扩散电极在LED芯片表面的分布，虽然，采用Finger的方式能够解决部分电流扩散的问题，但是随着LED芯片电压降低的同时，芯片亮度也会随之下降，因为Finger的制备需要将其对应区域的有源层(P型外延层和量子阱层)全部刻蚀掉，相应的减少了LED芯片的发光面积，从而导致LED芯片的亮度下降。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种LED芯片及其制备方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种LED芯片及其制备方法，能够增加LED芯片的发光亮度。
为解决上述技术问题，本发明提供一种LED芯片，包括：
LED外延结构，所述LED外延结构包括衬底、依次形成于所述衬底上的N型外延层、量子阱层、P型外延层；
位于所述N型外延层上的N电极，所述N电极包括相互连接的N电极主体部分和N电极延伸部分，其中，在所述N电极延伸部分对应区域的LED外延结构中至少设置有两个开口，所述开口依次贯穿所述P型外延层和量子阱层，直至暴露出N型外延层，所述N电极延伸部分覆盖暴露的N型外延层以及覆盖形成于所述开口的侧壁和保留的P型外延层的表面的绝缘层。
较佳的，在所述的LED芯片中，所述开口的横截面的形状为方形或圆形。
较佳的，在所述的LED芯片中，所述开口为等间距设置。
进一步的，在所述的LED芯片中，所述开口的间距范围为10μm～50μm。
进一步的，在所述的LED芯片中，所述绝缘层为二氧化硅层。
进一步的，所述LED芯片还包括位于所述P型外延层上的P电极。
根据本发明的另一面，本发明还提供一种LED芯片的制备方法，包括：
提供LED外延结构，所述LED外延结构包括衬底；依次形成于所述衬底上的N型外延层、量子阱层及P型外延层；
刻蚀预设定N电极区域的LED外延结构，所述预设定N电极区域分为第一区域和与所述第一区域相连通的第二区域，所述第一区域为预设定N电极主体部分的区域，所述第二区域为预设定N电极延伸部分的区域，其中，在所述第二区域的LED外延结构中形成至少两个开口，所述开口依次贯穿所述P型外延层和量子阱层，直至暴露出N型外延层；
形成绝缘层，所述绝缘层覆盖所述开口的侧壁和所述第二区域中保留的P型外延层的表面；
形成N电极，所述N电极包括相互连接的N电极主体部分和N电极延伸部分，其中，所述N电极延伸部分覆盖所述暴露出的N型外延层和所述绝缘层。
较佳的，在所述的制备方法中，所述开口的横截面的形状为方形或圆形。
较佳的，在所述的制备方法中，所述开口为等间距设置。
进一步的，在所述的制备方法中，所述开口的间距范围为10μm～50μm。
进一步的，在所述的制备方法中，所述绝缘层为二氧化硅层。
进一步的，所述LED芯片的制备方法还包括在所述P型外延层上形成P电极。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的LED芯片包括N电极，所述N电极包括相互连接的N电极主体部分和N电极延伸部分，且在所述N电极延伸部分对应区域的LED外延结构中至少设置有两个开口，所述开口依次贯穿所述P型外延层和量子阱层，直至暴露出N型外延层，所述N电极延伸部分覆盖暴露的N型外延层以及覆盖形成于所述开口的侧壁和保留的P型外延层的表面的绝缘层。则本发明的所述N电极延伸部分的下方保留了区域性的外延层(部分P型外延层和量子阱层)，与现有技术相比，相当于增大了LED芯片的发光面积，从而能够增加LED芯片的发光亮度。
附图说明
图1为本发明实施例中一种LED芯片的制备方法的流程图；
图2至图6为本发明实施例一种LED芯片的制备方法的各工艺步骤中LED芯片的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合流程图和示意图对本发明的一种LED芯片及其制备方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面的说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的而并不意图限制本发明的保护范围，在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的部分。本发明的各层的上下关系包含直接接触或非直接接触时的上下对应关系。
本发明的核心思想在于，本发明提供一种LED芯片，包括：
LED外延结构，所述LED外延结构包括衬底、依次形成于所述衬底上的N型外延层、量子阱层、P型外延层；
N电极，所述N电极包括相互连接的N电极主体部分和N电极延伸部分；其中，在所述N电极延伸部分对应区域的LED外延结构中至少设置有两个开口，所述开口依次贯穿所述P型外延层和量子阱层，直至暴露出N型外延层，所述N电极延伸部分覆盖暴露的N型外延层以及覆盖形成于所述开口的侧壁和保留的P型外延层的表面的绝缘层。
相应的，本发明还提供了一种LED芯片的制备方法，如图1所示，所述制备方法包括以下步骤：
步骤S1、提供LED外延结构，所述LED外延结构包括衬底、依次形成于所述衬底上的N型外延层、量子阱层及P型外延层；
步骤S2、刻蚀预设定N电极区域的LED外延结构，所述预设定N电极区域分为第一区域和与所述第一区域相连通的第二区域，所述第一区域为预设定N电极主体部分的区域，所述第二区域为预设定N电极延伸部分的区域，其中，在所述第二区域的LED外延结构中形成至少两个开口，所述开口依次贯穿所述P型外延层和量子阱层，直至暴露出N型外延层；
步骤S3、形成绝缘层，所述绝缘层覆盖所述开口的侧壁和所述第二区域中保留的P型外延层的表面；
步骤S4、形成N电极，所述N电极包括相互连接的N电极主体部分和N电极延伸部分，其中，所述N电极延伸部分覆盖所述暴露出的N型外延层和所述绝缘层。
本发明的LED芯片因在所述N电极延伸部分的下方保留了区域性的外延层，相比现有技术，相当于增大了LED芯片的发光面积，从而能够增加LED芯片的发光亮度。
以下列举所述一种LED芯片及其制备方法的实施例，以清楚说明本发明的内容，应当明确的是，本发明的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本发明的思想范围之内。
首先，请参阅图1，执行步骤S1，提供LED外延结构，所述LED外延结构包括：衬底10、在所述衬底10上依次形成的非故意掺杂外延层11、N型外延层12、量子阱层13及P型外延层14，如图2所示。
具体的，所述衬底10可采用蓝宝石衬底、SiC、ZnS、ZnO或GaAs等适用于LED芯片制造的衬底，本实施例中，所述衬底10优选采用蓝宝石衬底。采用外延方法形成所述非故意掺杂外延层11、N型外延层12、量子阱层13及P型外延层14。外延生长方法可以选用MOCVD(金属有机化学气相沉积)方法、CVD(化学气相沉积)方法、PECVD(等离子体增强化学气相沉积)方法、MBE(分子束外延)方法或HVPE(氢化物气相外延)方法等，本实施例中，外延生长方法可以优选MOCVD方法，在此并不做限定。另外，本实施例中，所述非故意掺杂外延层11可以为GaN层，所述N型外延层12可以为N型GaN层，所述P型外延层14包括但不限于P型电子阻挡层和P型GaN层。
接着，请参阅图1，执行步骤S2，刻蚀预设定N电极区域的LED外延结构，所述预设定N电极区域分为第一区域A1和与所述第一区域A1相连通的第二区域A2，所述第一区域A1为预设定N电极主体部分的区域，所述第二区域A2为预设定N电极延伸部分的区域，其中，在所述第二区域A2的LED外延结构中形成至少两个开口a，所述开口a依次贯穿所述P型外延层14和量子阱层13，直至暴露出N型外延层12，如图3a和图3b所示，其中，图3b为上述结构的俯视图，图3a为图3b中部分第二区域A2沿虚线X1X2方向的剖面结构示意图。需要说明的是，图3b仅示意出了单个LED芯片的相应结构，然而在实际工艺中，根据衬底面积及设计的单个LED芯片单元面积，可划分出若干LED芯片单元。此外，在执行步骤S2的同时，还会对所述第一区域A1的外延层进行刻蚀，该刻蚀是完全去除掉对应区域的P型外延层14和量子阱层13，直至暴露出N型外延层12，以便后续形成N电极主体部分，这是本领域技术人员所知晓的，在此不做详细介绍。
具体的，在执行步骤S2时，相比现有技术，在刻蚀所述第二区域A2时，不完全刻蚀掉该区域的P型外延层14和量子阱层13，而是保留出区域性的P型外延层14和量子阱层13，则可以增大LED芯片的发光面积，从而可以增加LED芯片的发光亮度。较佳的，所述开口a的横截面的形状可以为方形或者圆形，本实施例中，所述开口a的横截面的形状为长方形，所述长方形的长度可以在10μm～20μm之间，所述长方形的宽度可以为1μm～10μm；所述开口a的间距可以在10μm～50μm，优选的，在需设定Finger的区域(所述第二区域A2)上等间距的设置所述开口a，以使电流扩散的更加均匀。本实施例采用干法刻蚀以形成上述结构，所述干法刻蚀采用Cl2、BCl3或其混合气体。
请继续参阅图1，执行步骤S3，形成绝缘层20，所述绝缘层20覆盖所述开口a的侧壁和所述第二区域A2中保留的P型外延层14的表面，如图4所示(图4仅示意了部分第二区域A2沿虚线X1X2方向上的剖面结构示意图)。为了实现内部结构的电流阻挡和保护作用，需要在所述开口a的侧壁和所述第二区域A2中保留的P型外延层14的表面形成绝缘层，所述绝缘层可以但不限于为二氧化硅层。具体的，可以先沉积一绝缘层，所述绝缘层覆盖所述开口a的底部和侧壁、以及覆盖保留的P型外延层14的表面；然后通过刻蚀工艺去除所述开口a底部的绝缘层，保留所述开口a的侧壁和P型外延层14的表面的绝缘层20。
接下来，执行步骤S4，形成N电极21，所述N电极21包括相互连接的N电极主体部分210和N电极延伸部分211，其中，所述N电极延伸部分211覆盖所述暴露出的N型外延层和所述绝缘层20，如图5和图6所示，其中，图5为图6中对应N电极延伸部分区域沿虚线X1X2方向上的的剖面结构示意图，图6为LED芯片的俯视图。本实施例中，可通过蒸镀方法形成所述N电极21，所述N电极21材质为Cr、Al、Ti、Pt、Au的一种或多种，如采用Ni/Au或Cr/Pt/Au等复合结构。
当然，在上述LED芯片的制备方法中，还包括在所述P型外延层14上形成所述P电极30，如图6所示。较佳的，所述P电极30也可以设计为相互连接的P电极主体部分300和P极延伸部分301。显然，在LED芯片中N电极主体部分210和P电极主体部分300并不限于为圆环形电极结构，在此不做限定。此外，在所述LED芯片的制备方法中，还涉及本领域技术人员所知晓的其他制备过程，如在所述P型外延层14和所述P电极30之间还设置有透明导电层(ITO导电层)等等，在此不一一介绍。
通过上述制备方法，得到LED芯片包括但不限于以下结构，请参阅图6所示，所述LED芯片包括LED外延结构，所述LED外延结构包括衬底10、依次形成于所述衬底上的N型外延层12、量子阱层13和P型外延层14；N电极21，所述N电极21包括相互连接的N电极主体部分210和N电极延伸部分211；其中，在所述N电极延伸部分211对应区域的LED外延结构中至少设置有两个开口a，所述开口a依次贯穿所述P型外延层14和量子阱层13，直至暴露出N型外延层12，所述N电极延伸部分211覆盖暴露的N型外延层12以及覆盖形成于所述开口a的侧壁和保留的P型外延层14的表面的绝缘层20；形成在所述P型外延层14上的P电极30，所述P电极30包括相互连接的P电极主体部分300和P极延伸部分301。显然，LED芯片的上述结构并不限于通过上述制备方法得到。
在本实施例中，上述LED芯片的结构相比现有技术，不仅可以使电流分布均匀，而且能够增加LED芯片的发光面积，从而增加LED芯片的发光亮度。
综上，本发明提供的LED芯片包括N电极，所述N电极包括相互连接的N电极主体部分和N电极延伸部分，且在所述N电极延伸部分对应区域的LED外延结构中至少设置有两个开口，所述开口依次贯穿所述P型外延层和量子阱层，直至暴露出N型外延层，所述N电极延伸部分覆盖暴露的N型外延层以及覆盖形成于所述开口的侧壁和保留的P型外延层的表面的绝缘层。则本发明的所述N电极延伸部分的下方保留了区域性的外延层(部分P型外延层和量子阱层)，与现有技术相比，相当于增大了LED芯片的发光面积，从而能够增加LED芯片的发光亮度。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (12)
1.一种LED芯片，其特征在于，包括：
LED外延结构，所述LED外延结构包括衬底、依次形成于所述衬底上的N型外延层、量子阱层、P型外延层；
位于所述N型外延层上的N电极，所述N电极包括相互连接的N电极主体部分和N电极延伸部分，其中，在所述N电极延伸部分对应区域的LED外延结构中至少设置有两个开口，所述开口依次贯穿所述P型外延层和量子阱层，直至暴露出N型外延层，所述N电极延伸部分覆盖暴露的N型外延层以及覆盖形成于所述开口的侧壁和保留的P型外延层的表面的绝缘层。
2.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述开口的横截面的形状为方形或圆形。
3.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述开口为等间距设置。
4.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述开口的间距范围为10μm～50μm。
5.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述绝缘层为二氧化硅层。
6.如权利要求1至5任意一项所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片还包括位于所述P型外延层上的P电极。
7.一种LED芯片的制备方法，其特征在于，包括：
提供LED外延结构，所述LED外延结构包括衬底；依次形成于所述衬底上的N型外延层、量子阱层及P型外延层；
刻蚀预设定N电极区域的LED外延结构，所述预设定N电极区域分为第一区域和与所述第一区域相连通的第二区域，所述第一区域为预设定N电极主体部分的区域，所述第二区域为预设定N电极延伸部分的区域，其中，在所述第二区域的LED外延结构中形成至少两个开口，所述开口依次贯穿所述P型外延层和量子阱层，直至暴露出N型外延层；
形成绝缘层，所述绝缘层覆盖所述开口的侧壁和所述第二区域中保留的P型外延层的表面；
形成N电极，所述N电极包括相互连接的N电极主体部分和N电极延伸部分，其中，所述N电极延伸部分覆盖所述暴露出的N型外延层和所述绝缘层。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述开口的横截面的形状为方形或圆形。
9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述开口为等间距设置。
10.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述开口的间距范围为10μm～50μm。
11.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述绝缘层为二氧化硅层。
12.如权利要求7至11任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括在所述P型外延层上形成P电极。
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