CN109360881A - 一种阵列式n极通孔叉指电极正装LED芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阵列式n极通孔叉指电极正装LED芯片及其制作方法，属于半导体发光器件技术领域，自下而上依次包括衬底、n型半导体层、发光层和p型半导体层，在p型半导体层上设有电流扩展层，在电流扩展层上设有绝缘隔离层，在绝缘隔离层上设有呈矩形阵列分布的n极通孔；在绝缘隔离层上并排设有多列p极通孔或者p极通槽，所述p极通孔或者p极通槽自上而下延伸至电流扩展层，沿左右方向一列p极通孔或者p极通槽与一列n极通孔交替布置而形成叉指结构；实现了p极导电柱或者p极导电块连续性电性连接而形成p电极，n电极与p电极呈叉指电极结构形式；从而在不影响电流扩展性能的前提下，减小了LED有效发光面积的损失，提升了LED亮度。
Description
技术领域
本发明属于半导体发光器件技术领域，特别涉及一种阵列式n极通孔叉指电极正装LED芯片及其制作方法。
背景技术
发光二极管（light emitting diodes, LEDs）是一种基于电致发光原理制成的半导体发光器件。以大功率LED为基础的半导体照明被公认为继白炽灯、荧光灯之后照明史上的第三次革命，现已开始广泛应用于普通照明、娱乐照明、农业照明、体育照明、商业照明、医用照明等领域，其具有电光转换效率高、节能、环保、寿命长、体积小等优点。同样亮度下，LED用电量仅为白炽灯的1/10，且使用寿命可达10万小时。
正装LED工艺简单、成本相对较低，应用最为广泛。由于蓝宝石衬底不导电，水平结构LED 芯片制造过程中，一般需要刻蚀台面，以暴露出n-GaN，并在暴露的n-GaN上沉积n电极。由于刻蚀面积会损失LED的有效发光面积，即台面的刻蚀面积越大，则LED有效发光面积就越小，因此在制作n电极时如何有效减小刻蚀面积而减小有效发光面积的损失，对提高LED亮度极其重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阵列式n极通孔叉指电极正装LED芯片及其制作方法，其n电极和p电极之间采用叉指电极结构形式，而n电极又采用阵列式n极通孔结构形式；为达到上述目的所采取的技术方案是：
一种阵列式n极通孔叉指电极正装LED芯片，自下而上依次包括衬底、n型半导体层、发光层和p型半导体层，在p型半导体层上设有与p型半导体层电性连接的电流扩展层，在电流扩展层上设有与电流扩展层绝缘连接的绝缘隔离层，在绝缘隔离层上设有呈矩形阵列分布的n极通孔,所述n极通孔自上而下延伸至n型半导体层，在n极通孔内壁上设有绝缘隔离壁；在绝缘隔离层上并排设有多列p极通孔或者p极通槽，所述p极通孔或者p极通槽自上而下延伸至电流扩展层，沿左右方向一列p极通孔或者p极通槽与一列n极通孔交替布置而形成叉指结构；在n极通孔内设有n极导电柱，同列n极导电柱电性连接后，每列n极导电柱在一端再进行电性连接而形成n电极，在p极通孔或者p极通槽内设有p极导电柱或者p极导电块，同列p极导电柱或者p极导电块电性连接后，每列p极导电柱或者p极导电块在另一端再进行电性连接而形成p电极。
优选的，所述绝缘隔离层与绝缘隔离壁为一体成型。
优选的，所述电流扩展层材质为透明导电材料。
优选的，所述绝缘隔离层材质为二氧化硅或者氮化硅。
一种如上所述的阵列式n极通孔叉指电极正装LED芯片的制作方法，包括如下步骤：
A：提供衬底，然后在衬底上自下而上依次外延生长n型半导体层、发光层和p型半导体层；
B：刻蚀发光层和p型半导体层，形成暴露至n型半导体层的多个n极通孔，所述n极通孔呈矩形阵列分布而互不相连；
C：在p型半导体层上沉积电流扩展层，同时在电流扩展层上与n极通孔对应的位置进行刻蚀以向上延伸n极通孔；
D：在电流扩展层上沉积绝缘隔离层，绝缘隔离层覆盖电流扩展层并填充n极通孔；
E：在绝缘隔离层上与n极通孔对应的位置进行刻蚀以向上延伸n极通孔，同时在n极通孔内壁形成绝缘隔离壁；在绝缘隔离层上刻蚀并排设置的多列p极通孔或者p极通槽，沿左右方向一列p极通孔或者p极通槽与一列n极通孔交替布置而形成叉指结构，所述p极通孔或者p极通槽直达电流扩展层；
F：在绝缘隔离层上涂覆一层光刻胶，并对光刻胶进行光刻形成叉指结构电极空缺图形，然后在上面蒸镀金属电极材料，填充n极通孔形成n极导电柱，填充p极通孔或者p极通槽形成p极导电柱，最后将残余的光刻胶及沉积在残余光刻胶上的蒸镀金属电极材料去除，从而形成呈叉指电极结构的n电极和p电极。
优选的，所述步骤B和步骤C中进行刻蚀时所使用的掩膜板是相同的。
优选的，n电极和p电极的材质为铬、铂、金、银、铜、钛、铅和镍中的一种或者多种。
本发明所具有的有益效果为：（1）本发明的正装LED芯片不需要刻蚀出连续的台面，只需刻蚀出呈矩形阵列分布而互不相连的n极通孔即可，再利用绝缘隔离层连续的金属层实现了n极导电柱连续性电性连接而形成n电极、实现了p极导电柱或者p极导电块连续性电性连接而形成p电极，n电极与p电极呈叉指电极结构形式；从而在不影响电流扩展性能的前提下，减小了LED有效发光面积的损失，提升了LED亮度。
（2）本发明的正装LED芯片制作方法，在制作呈矩形阵列分布而互不相连的n极通孔时只需采用相对应的掩膜板即可，制作效率高，成本低；同时采用在绝缘隔离层上沉积金属层的方式形成n极导电柱、p极导电柱或者p极导电块，保证了各个电极电性连接的稳定性，再采用金属剥离工艺而形成呈叉指电极结构形式的n电极和p电极，制作质量高、效率高。
附图说明
图1为步骤A中LED芯片的结构示意图；
图2为步骤B中LED芯片的结构示意图；
图3为步骤C中LED芯片的结构示意图；
图4为步骤D、E中LED芯片的结构示意图；
图5为本发明LED芯片的结构示意图；
图6为图5的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步描述。
如图4至图6所示，一种阵列式n极通孔叉指电极正装LED芯片，自下而上依次包括衬底1、n型半导体层2、发光层3和p型半导体层4，在p型半导体层4上设有与p型半导体层4电性连接的电流扩展层6，在电流扩展层6上设有与电流扩展层6绝缘连接的绝缘隔离层7，在绝缘隔离层7上设有呈矩形阵列分布的n极通孔10,所述n极通孔10自上而下延伸至n型半导体层2，在n极通孔10内壁上设有绝缘隔离壁11；在绝缘隔离层7上并排设有多列p极通孔或者p极通槽8，所述p极通孔或者p极通槽8自上而下延伸至电流扩展层6，沿左右方向一列p极通孔或者p极通槽8与一列n极通孔5交替布置而形成叉指结构；在n极通孔5内设有n极导电柱12，同列n极导电柱12电性连接后，每列n极导电柱12在一端再进行电性连接而形成n电极，在p极通孔或者p极通槽8内设有p极导电柱或者p极导电块11，同列p极导电柱或者p极导电块11电性连接后，每列p极导电柱或者p极导电块11在另一端再进行电性连接而形成p电极。
如图4、图5所示，所述绝缘隔离层7与绝缘隔离壁10为一体成型。所述电流扩展层6材质采用高透射率的透明导电材料，如ITO、Ni/石墨烯等。所述绝缘隔离层7材质为二氧化硅或者氮化硅。
本发明的正装LED芯片不需要刻蚀出连续的台面，只需刻蚀出呈矩形阵列分布而互不相连的n极通孔5即可，再利用绝缘隔离层7连续的金属层实现了n极导电柱12连续性电性连接而形成n电极、实现了p极导电柱或者p极导电块11连续性电性连接而形成p电极，n电极与p电极呈叉指电极结构形式；从而在不影响电流扩展性能的前提下，减小了LED有效发光面积的损失，提升了LED亮度。
一种如上所述的阵列式n极通孔叉指电极正装LED芯片的制作方法，包括如下步骤：
如图1所示，步骤A：提供衬底1，然后在衬底1上自下而上依次外延生长n型半导体层2、发光层3和p型半导体层4；
如图2所示，步骤B：刻蚀发光层3和p型半导体层4，形成暴露至n型半导体层2的多个n极通孔5，所述n极通孔5呈矩形阵列分布而互不相连；
如图3所示，步骤C：在p型半导体层4上沉积电流扩展层6，同时在电流扩展层6上与n极通孔5对应的位置进行刻蚀以向上延伸n极通孔5；
如图4所示，步骤D：在电流扩展层6上沉积绝缘隔离层7，绝缘隔离层7覆盖电流扩展层6并填充n极通孔5；
步骤E：在绝缘隔离层7上与n极通孔5对应的位置进行刻蚀以向上延伸n极通孔5，同时在n极通孔5内壁形成绝缘隔离壁10；在绝缘隔离层7上刻蚀并排设置的多列p极通孔或者p极通槽8，沿左右方向一列p极通孔或者p极通槽8与一列n极通孔5交替布置而形成叉指结构，所述p极通孔或者p极通槽8直达电流扩展层6；
如图5和图6所示，步骤F：在绝缘隔离层7上涂覆一层光刻胶，并对光刻胶进行光刻形成叉指结构电极空缺图形，然后在上面蒸镀金属电极材料，填充n极通孔5形成n极导电柱12，填充p极通孔或者p极通槽8形成p极导电柱11，最后将残余的光刻胶及沉积在残余光刻胶上的蒸镀金属电极材料去除，从而形成呈叉指电极结构的n电极和p电极。具体为，同列n极导电柱12电性连接后，每列n极导电柱12在一端再进行电性连接而形成n电极，同列p极导电柱或者p极导电块11电性连接后，每列p极导电柱或者p极导电块11在另一端再进行电性连接而形成p电极。n电极和p电极的材质为铬、铂、金、银、铜、钛、铅和镍中的一种或者多种。
其中，所述步骤B和步骤C中进行刻蚀时所使用的掩膜板是相同的。
本发明的正装LED芯片制作方法，在制作呈矩形阵列分布而互不相连的n极通孔5时只需采用相对应的掩膜板即可，制作效率高，成本低；同时采用在绝缘隔离层7上沉积金属层的方式形成n极导电柱12、p极导电柱或者p极导电块11，保证了各个电极电性连接的稳定性，再采用金属剥离工艺而形成呈叉指电极结构形式的n电极和p电极，制作质量高、效率高。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种阵列式n极通孔叉指电极正装LED芯片，自下而上依次包括衬底、n型半导体层、发光层和p型半导体层，其特征在于，在p型半导体层上设有与p型半导体层电性连接的电流扩展层，在电流扩展层上设有与电流扩展层绝缘连接的绝缘隔离层，在绝缘隔离层上设有呈矩形阵列分布的n极通孔,所述n极通孔自上而下延伸至n型半导体层，在n极通孔内壁上设有绝缘隔离壁；在绝缘隔离层上并排设有多列p极通孔或者p极通槽，所述p极通孔或者p极通槽自上而下延伸至电流扩展层，沿左右方向一列p极通孔或者p极通槽与一列n极通孔交替布置而形成叉指结构；在n极通孔内设有n极导电柱，同列n极导电柱电性连接后，每列n极导电柱在一端再进行电性连接而形成n电极，在p极通孔或者p极通槽内设有p极导电柱或者p极导电块，同列p极导电柱或者p极导电块电性连接后，每列p极导电柱或者p极导电块在另一端再进行电性连接而形成p电极。
2.根据权利要求1所述的阵列式n极通孔叉指电极正装LED芯片，其特征在于，所述绝缘隔离层与绝缘隔离壁为一体成型。
3.根据权利要求1所述的阵列式n极通孔叉指电极正装LED芯片，其特征在于，所述电流扩展层材质为透明导电材料。
4.根据权利要求1至3任一项所述的阵列式n极通孔叉指电极正装LED芯片，其特征在于，所述绝缘隔离层材质为二氧化硅或者氮化硅。
5.一种如权利要求1至4任一项所述的阵列式n极通孔叉指电极正装LED芯片的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
A：提供衬底，然后在衬底上自下而上依次外延生长n型半导体层、发光层和p型半导体层；
B：刻蚀发光层和p型半导体层，形成暴露至n型半导体层的多个n极通孔，所述n极通孔呈矩形阵列分布而互不相连；
C：在p型半导体层上沉积电流扩展层，同时在电流扩展层上与n极通孔对应的位置进行刻蚀以向上延伸n极通孔；
D：在电流扩展层上沉积绝缘隔离层，绝缘隔离层覆盖电流扩展层并填充n极通孔；
E：在绝缘隔离层上与n极通孔对应的位置进行刻蚀以向上延伸n极通孔，同时在n极通孔内壁形成绝缘隔离壁；在绝缘隔离层上刻蚀并排设置的多列p极通孔或者p极通槽，沿左右方向一列p极通孔或者p极通槽与一列n极通孔交替布置而形成叉指结构，所述p极通孔或者p极通槽直达电流扩展层；
F：在绝缘隔离层上涂覆一层光刻胶，并对光刻胶进行光刻形成叉指结构电极空缺图形，然后在上面蒸镀金属电极材料，填充n极通孔形成n极导电柱，填充p极通孔或者p极通槽形成p极导电柱，最后将残余的光刻胶及沉积在残余光刻胶上的蒸镀金属电极材料去除，从而形成呈叉指电极结构的n电极和p电极。
6.根据权利要求5所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述步骤B和步骤C中进行刻蚀时所使用的掩膜板是相同的。
7.根据权利要求6所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，n电极和p电极的材质为铬、铂、金、银、铜、钛、铅和镍中的一种或者多种。
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