CN111370546A - 一种led芯片及其制备方法 - Google Patents

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陈帅城
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Abstract

本发明提供了一种LED芯片及其制备方法，通过在外延叠层的局部区域蚀刻至部分所述的N型半导体层，使所述外延叠层形成N电极制作区域及第一台面；所述第一台面的表面设有P电极制作区域，且所述第一台面的边缘设有若干个孔洞，各所述孔洞自所述P型半导体层经所述有源区延伸至部分所述N型半导体层；在各所述孔洞的内部填充有透光型绝缘材料，且各所述孔洞至少被填充至与所述有源区同一水平表面；进而在LED芯片的驱动电流一定的情况下，有效提升电流密度达到增强LED芯片内量子效率的效果；同时，能通过孔洞的侧壁出光，增加出光面积，进一步提高LED芯片的外量子效率；从而有效提高LED芯片的光的提取率。

Description

一种LED芯片及其制备方法
技术领域
本发明涉及发光二极管领域，尤其涉及一种LED芯片及其制备方法。
背景技术
随着LED技术的快速发展以及LED光效的逐步提高，LED的应用也越来越广泛，人们越来越关注LED在照明市场的发展前景。LED芯片，作为 LED灯的核心组件，其功能就是把电能转化为光能，具体的，包括外延片和分别设置在外延片上的N型电极和P型电极。所述外延片包括P型半导体层、 N型半导体层以及位于所述N型半导体层和P型半导体层之间的有源层，当有电流通过LED芯片时，P型半导体中的空穴和N型半导体中的电子会向有源层移动，并在所述有源层复合，使得LED芯片发光。
但是，现有的LED芯片，由于其芯片边缘的发光区电流密度相对较低，导致LED芯片的出光效率低；因此，如何提高发光二极管的半导体芯片的出光效率已经成为当今科研领域最重要的课题之一。
有鉴于此，本发明人专门设计了一种LED芯片及其制备方法，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LED芯片及其制备方法，以解决现有技术中因LED芯片边缘的发光区电流密度相对较低，导致LED芯片的出光效率低的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种LED芯片，包括：
衬底；
设置于所述衬底表面的外延叠层，所述外延叠层包括沿第一方向依次堆叠的N型半导体层、有源区以及P型半导体层，且所述外延叠层的局部区域蚀刻至部分所述的N型半导体层，使所述外延叠层形成N电极制作区域及第一台面；所述第一台面的表面设有P电极制作区域，且所述第一台面的边缘设有若干个孔洞，各所述孔洞自所述P型半导体层经所述有源区延伸至部分所述N型半导体层；在各所述孔洞的内部填充有透光型绝缘材料，且各所述孔洞至少被填充至与所述有源区同一水平表面；所述第一方向垂直于所述衬底，并由所述衬底指向所述外延叠层；
电流扩展层，其层叠于所述第一台面的表面，且覆盖各所述孔洞；
N型电极，其层叠于所述N电极制作区域；
P型电极，其层叠于所述电流扩展层背离所述外延叠层的一侧表面且位于所述P电极制作区域的正上方。
优选地，在所述P电极制作区域设有电流阻挡层，且所述电流扩展层环绕所述电流阻挡层并覆盖各所述孔洞；
所述P型电极，其层叠于所述电流阻挡层背离所述外延叠层的一侧表面。
优选地，各所述孔洞的大小均匀，其直径为d；且同一水平线上的各相邻所述孔洞呈等间距排布，其间距为L，则L≥4*d；
各所述孔洞的表面积之和为S，所述电流扩展层的铺设面积为A，则S ≤A/10。
优选地，所述电流扩展层的环绕高度高于所述电流阻挡层，形成凹槽和第二台面；则所述P型电极层叠于所述凹槽内部，并延伸至所述第二台面。
优选地，各所述孔洞的直径范围为0.5um～3um，包括端点值。
优选地，所述LED芯片还包括钝化保护层，其覆盖于所述外延叠层的表面，并显露所述N型电极及所述P型电极的表面。
优选地，各所述孔洞内部所填充的透光型绝缘材料包括但不限于二氧化硅和环氧树脂中的一种或多种。
本发明还提供了一种LED芯片的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(a)、提供一衬底；
(b)、层叠一外延叠层于所述衬底表面，所述外延叠层包括沿第一方向依次堆叠N型半导体层、有源区以及P型半导体层，所述第一方向垂直于所述衬底，并由所述衬底指向所述外延叠层；
(c)、将所述外延叠层的局部区域蚀刻至部分所述的N型半导体层，使所述外延叠层形成N电极制作区域及第一台面；所述第一台面的表面设有P电极制作区域；
(d)、将所述第一台面的边缘蚀刻形成若干个孔洞，各所述孔洞自所述 P型半导体层经所述有源区延伸至部分所述N型半导体层；
(e)、在各所述孔洞的内部填充透光型绝缘材料，且各所述孔洞至少被填充至与所述有源区同一水平表面；
(f)、层叠电流扩展层于所述第一台面的表面，且覆盖各所述孔洞；
(g)、层叠N型电极于所述N电极制作区域；
(h)、在所述电流扩展层背离所述外延叠层的一侧表面且位于所述P 电极制作区域的正上方，层叠P型电极。
优选地，其中，所述步骤(f)包括：
步骤1、在所述P电极制作区域设有电流阻挡层；
步骤2、层叠所述电流扩展层于所述第一台面的表面，且所述电流扩展层环绕所述电流阻挡层并覆盖各所述孔洞；
则，所述步骤(h)包括：在所述电流扩展层背离所述外延叠层的一侧表面且位于所述P电极制作区域的正上方，层叠所述P型电极。
优选地，各所述孔洞的大小均匀，其直径为d；且同一水平线上的各相邻所述孔洞呈等间距排布，其间距为L，则L≥4*d；
各所述孔洞的表面积之和为S，所述电流扩展层的铺设面积为A，则S ≤A/10。
优选地，所述电流扩展层的环绕高度高于所述电流阻挡层，形成凹槽和第二台面；则所述P型电极层叠于所述凹槽内部，并延伸至所述第二台面。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的LED芯片，通过设置于所述衬底表面的外延叠层，所述外延叠层包括沿第一方向依次堆叠的N型半导体层、有源区以及P型半导体层，且所述外延叠层的局部区域蚀刻至部分所述的N 型半导体层，使所述外延叠层形成N电极制作区域及第一台面；所述第一台面的表面设有P电极制作区域，且所述第一台面的边缘设有若干个孔洞，各所述孔洞自所述P型半导体层经所述有源区延伸至部分所述N型半导体层；在各所述孔洞的内部填充有透光型绝缘材料，且各所述孔洞至少被填充至与所述有源区同一水平表面；所述第一方向垂直于所述衬底，并由所述衬底指向所述外延叠层；电流扩展层，其层叠于所述第一台面的表面，且覆盖各所述孔洞；N型电极，其层叠于所述N电极制作区域；P型电极，其层叠于所述电流扩展层背离所述外延叠层的一侧表面且位于所述P电极制作区域的正上方。实现在第一台面(也即LED芯片的发光区)的边缘设置透光孔洞，进而在LED芯片的驱动电流一定的情况下，有效提升电流密度达到增强LED 芯片内量子效率的效果；同时，能通过孔洞的侧壁出光，增加出光面积，进一步提高LED芯片的外量子效率；从而有效提高LED芯片的光的提取率。
其次，通过在所述P电极制作区域设有电流阻挡层，且所述电流扩展层环绕所述电流阻挡层并覆盖各所述孔洞，能有效解决电极的吸光问题。
再次，通过设置各所述孔洞的大小均匀，其直径为d；且同一水平线上的各相邻所述孔洞呈等间距排布，其间距为L，则L≥4*d；各所述孔洞的表面积之和为S，所述电流扩展层的铺设面积为A，则S≤A/10。不仅在保证外延叠层水平表面的有效出光面积的同时，还通过孔洞的配合实现电流密度的有效提升，同时还可通过孔洞的侧壁出光增加出光面积，进一步提高光的提取效率。
然后，通过设置所述电流扩展层的环绕高度高于所述电流阻挡层，形成凹槽和第二台面；则所述P型电极层叠于所述凹槽内部，并延伸至所述第二台面，能有效增强P型电极的黏附效果，防止其脱落。
最后，所述LED芯片还包括钝化保护层，其覆盖于所述外延叠层的表面，并显露所述N型电极及所述P型电极的表面，对透明导电层、P型电极和N 型电极形成有效保护，避免其与外界环境中的酸碱反应，从而提高芯片的可靠性。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的LED芯片的制备方法，其工艺制作简单便捷，且实现在第一台面(也即LED芯片的发光区)的边缘设置透光孔洞，进而在LED芯片的驱动电流一定的情况下，有效提升电流密度达到增强LED芯片内量子效率的效果；同时，能通过孔洞的侧壁出光，增加出光面积，进一步提高LED芯片的外量子效率；从而有效提高LED芯片的光的提取率。
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为本发明实施例所提供的LED芯片的结构示意图；
图2.1至图2.7为本发明实施例所提供的LED芯片的制备方法步骤所对应的结构示意图；
图中符号说明：1、衬底，2、外延叠层，2-1、N型半导体层，2-2、有源区，2-3、P型半导体层，3、N电极制作区域，4、第一台面，5、P电极制作区域，6、孔洞，7、电流阻挡层，8、电流扩展层，9、N型电极，10、P型电极，11、钝化保护层，12、凹槽，13、第二台面。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清晰，下面结合附图对本发明的内容作进一步说明。本发明不局限于该具体实施例。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。
如图1所示，一种LED芯片，包括：
衬底1；
设置于衬底1表面的外延叠层2，外延叠层2包括沿第一方向依次堆叠的N型半导体层2-1、有源区2-2以及P型半导体层2-3，且外延叠层2的局部区域蚀刻至部分的N型半导体层2-1，使外延叠层2形成N电极制作区域 3及第一台面4；第一台面4的表面设有P电极制作区域5，且第一台面4的边缘设有若干个孔洞6，各孔洞6自P型半导体层2-3经有源区2-2延伸至部分N型半导体层2-1；在各孔洞6的内部填充有透光型绝缘材料，且各孔洞 6至少被填充至与有源区2-2同一水平表面；第一方向垂直于衬底1，并由衬底1指向外延叠层2；
电流扩展层8，其层叠于第一台面4的表面，且覆盖各孔洞6；
N型电极9，其层叠于N电极制作区域3；
P型电极10，其层叠于电流扩展层8背离外延叠层2的一侧表面且位于 P电极制作区域5的正上方。
在P电极制作区域5设有电流阻挡层7，且电流扩展层8环绕电流阻挡层7并覆盖各孔洞6；
P型电极10，其层叠于电流阻挡层7背离外延叠层2的一侧表面。
各孔洞6的大小均匀，其直径为d；且同一水平线上的各相邻孔洞6呈等间距排布，其间距为L，则L≥4*d；
各孔洞6的表面积之和为S，电流扩展层8的铺设面积为A，则S≤A/10。
电流扩展层8的环绕高度高于电流阻挡层7，形成凹槽12和第二台面13；则P型电极10层叠于凹槽12内部，并延伸至第二台面13。
各孔洞6的直径范围为0.5um～3um，包括端点值。
LED芯片还包括钝化保护层11，其覆盖于外延叠层2的表面，并显露N 型电极9及P型电极10的表面。
各孔洞6内部所填充的透光型绝缘材料包括但不限于二氧化硅和环氧树脂中的一种或多种。
如图2.1至图2.7所示，本实施例还提供了一种LED芯片的制备方法，制备方法包括如下步骤：
(a)、提供一衬底1；
(b)、层叠一外延叠层2于衬底1表面，外延叠层2包括沿第一方向依次堆叠N型半导体层2-1、有源区2-2以及P型半导体层2-3，第一方向垂直于衬底1，并由衬底1指向外延叠层2；
(c)、将外延叠层2的局部区域蚀刻至部分的N型半导体层2-1，使外延叠层2形成N电极制作区域3及第一台面4；第一台面4的表面设有P电极制作区域5；
(d)、将第一台面4的边缘蚀刻形成若干个孔洞6，各孔洞6自P型半导体层2-3经有源区2-2延伸至部分N型半导体层2-1；
(e)、在各孔洞6的内部填充透光型绝缘材料，且各孔洞6至少被填充至与有源区2-2同一水平表面；
(f)、层叠电流扩展层8于第一台面4的表面，且覆盖各孔洞6；
(g)、层叠N型电极9于N电极制作区域3；
(h)、在电流扩展层8背离外延叠层2的一侧表面且位于P电极制作区域5的正上方，层叠P型电极10。
其中，步骤(f)包括：
步骤1、在P电极制作区域5设有电流阻挡层7；
步骤2、层叠电流扩展层8于第一台面4的表面，且电流扩展层8环绕电流阻挡层7并覆盖各孔洞6；
则，步骤(h)包括：在电流扩展层8背离外延叠层2的一侧表面且位于 P电极制作区域5的正上方，层叠P型电极10。
各孔洞6的大小均匀，其直径为d；且同一水平线上的各相邻孔洞6呈等间距排布，其间距为L，则L≥4*d；
各孔洞6的表面积之和为S，电流扩展层8的铺设面积为A，则S≤A/10。
电流扩展层8的环绕高度高于电流阻挡层7，形成凹槽12和第二台面13；则P型电极10层叠于凹槽12内部，并延伸至第二台面13。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的LED芯片，通过设置于衬底1 表面的外延叠层2，外延叠层2包括沿第一方向依次堆叠的N型半导体层2-1、有源区2-2以及P型半导体层2-3，且外延叠层2的局部区域蚀刻至部分的N 型半导体层2-1，使外延叠层2形成N电极制作区域3及第一台面4；第一台面4的表面设有P电极制作区域5，且第一台面4的边缘设有若干个孔洞 6，各孔洞6自P型半导体层2-3经有源区2-2延伸至部分N型半导体层2-1；在各孔洞6的内部填充有透光型绝缘材料，且各孔洞6至少被填充至与有源区2-2同一水平表面；第一方向垂直于衬底1，并由衬底1指向外延叠层2；电流扩展层8，其层叠于第一台面4的表面，且覆盖各孔洞6；N型电极9，其层叠于N电极制作区域3；P型电极10，其层叠于电流扩展层8背离外延叠层2的一侧表面且位于P电极制作区域5的正上方。实现在第一台面4(也即LED芯片的发光区)的边缘设置透光孔洞6，进而在LED芯片的驱动电流一定的情况下，有效提升电流密度达到增强LED芯片内量子效率的效果；同时，能通过孔洞6的侧壁出光，增加出光面积，进一步提高LED芯片的外量子效率；从而有效提高LED芯片的光的提取率。
其次，通过在P电极制作区域5设有电流阻挡层7，且电流扩展层8环绕电流阻挡层7并覆盖各孔洞6，能有效解决电极的吸光问题。
再次，通过设置各孔洞6的大小均匀，其直径为d；且同一水平线上的各相邻孔洞6呈等间距排布，其间距为L，则L≥4*d；各孔洞6的表面积之和为S，电流扩展层8的铺设面积为A，则S≤A/10。不仅在保证外延叠层2 水平表面的有效出光面积的同时，还通过孔洞6的配合实现电流密度的有效提升，同时还可通过孔洞6的侧壁出光增加出光面积，进一步提高光的提取效率。
然后，通过设置电流扩展层8的环绕高度高于电流阻挡层7，形成凹槽 12和第二台面13；则P型电极10层叠于凹槽12内部，并延伸至第二台面 13，能有效增强P型电极10的黏附效果，防止其脱落。
最后，LED芯片还包括钝化保护层11，其覆盖于外延叠层2的表面，并显露N型电极9及P型电极10的表面，对透明导电层、P型电极10和N型电极9形成有效保护，避免其与外界环境中的酸碱反应，从而提高芯片的可靠性。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的LED芯片的制备方法，其工艺制作简单便捷，且实现在第一台面4(也即LED芯片的发光区)的边缘设置透光孔洞6，进而在LED芯片的驱动电流一定的情况下，有效提升电流密度达到增强LED芯片内量子效率的效果；同时，能通过孔洞6的侧壁出光，增加出光面积，进一步提高LED芯片的外量子效率；从而有效提高LED芯片的光的提取率。
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申请。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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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，包括：
衬底；
设置于所述衬底表面的外延叠层，所述外延叠层包括沿第一方向依次堆叠的N型半导体层、有源区以及P型半导体层，且所述外延叠层的局部区域蚀刻至部分所述的N型半导体层，使所述外延叠层形成N电极制作区域及第一台面；所述第一台面的表面设有P电极制作区域，且所述第一台面的边缘设有若干个孔洞，各所述孔洞自所述P型半导体层经所述有源区延伸至部分所述N型半导体层；在各所述孔洞的内部填充有透光型绝缘材料，且各所述孔洞至少被填充至与所述有源区同一水平表面；所述第一方向垂直于所述衬底，并由所述衬底指向所述外延叠层；
电流扩展层，其层叠于所述第一台面的表面，且覆盖各所述孔洞；
N型电极，其层叠于所述N电极制作区域；
P型电极，其层叠于所述电流扩展层背离所述外延叠层的一侧表面且位于所述P电极制作区域的正上方。
2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，在所述P电极制作区域设有电流阻挡层，且所述电流扩展层环绕所述电流阻挡层并覆盖各所述孔洞；
所述P型电极，其层叠于所述电流阻挡层背离所述外延叠层的一侧表面。
3.根据权利要求1或2所述的LED芯片，其特征在于，各所述孔洞的大小均匀，其直径为d；且同一水平线上的各相邻所述孔洞呈等间距排布，其间距为L，则L≥4*d；
各所述孔洞的表面积之和为S，所述电流扩展层的铺设面积为A，则S≤A/10。
4.根据权利要求1或2所述的LED芯片，其特征在于，所述电流扩展层的环绕高度高于所述电流阻挡层，形成凹槽和第二台面；则所述P型电极层叠于所述凹槽内部，并延伸至所述第二台面。
5.根据权利要求1或2所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片还包括钝化保护层，其覆盖于所述外延叠层的表面，并显露所述N型电极及所述P型电极的表面。
6.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，各所述孔洞内部所填充的透光型绝缘材料包括但不限于二氧化硅和环氧树脂中的一种或多种。
7.一种LED芯片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(a)、提供一衬底；
(b)、层叠一外延叠层于所述衬底表面，所述外延叠层包括沿第一方向依次堆叠N型半导体层、有源区以及P型半导体层，所述第一方向垂直于所述衬底，并由所述衬底指向所述外延叠层；
(c)、将所述外延叠层的局部区域蚀刻至部分所述的N型半导体层，使所述外延叠层形成N电极制作区域及第一台面；所述第一台面的表面设有P电极制作区域；
(d)、将所述第一台面的边缘蚀刻形成若干个孔洞，各所述孔洞自所述P型半导体层经所述有源区延伸至部分所述N型半导体层；
(e)、在各所述孔洞的内部填充透光型绝缘材料，且各所述孔洞至少被填充至与所述有源区同一水平表面；
(f)、层叠电流扩展层于所述第一台面的表面，且覆盖各所述孔洞；
(g)、层叠N型电极于所述N电极制作区域；
(h)、在所述电流扩展层背离所述外延叠层的一侧表面且位于所述P电极制作区域的正上方，层叠P型电极。
8.根据权利要求7所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，其中，所述步骤(f)包括：
步骤1、在所述P电极制作区域设有电流阻挡层；
步骤2、层叠所述电流扩展层于所述第一台面的表面，且所述电流扩展层环绕所述电流阻挡层并覆盖各所述孔洞；
则，所述步骤(h)包括：在所述电流扩展层背离所述外延叠层的一侧表面且位于所述P电极制作区域的正上方，层叠所述P型电极。
9.根据权利要求7或8所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，各所述孔洞的大小均匀，其直径为d；且同一水平线上的各相邻所述孔洞呈等间距排布，其间距为L，则L≥4*d；
各所述孔洞的表面积之和为S，所述电流扩展层的铺设面积为A，则S≤A/10。
10.根据权利要求9所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，所述电流扩展层的环绕高度高于所述电流阻挡层，形成凹槽和第二台面；则所述P型电极层叠于所述凹槽内部，并延伸至所述第二台面。
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