CN202094166U

CN202094166U - 一种具有反射型电流阻挡层的led芯片

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Publication number: CN202094166U
Application number: CN2011201891908U
Authority: CN
Inventors: 樊邦扬; 叶国光; 梁伏波; 杨小东; 曹东兴
Original assignee: Guangdong Yinyu Chip Semiconductor Co ltd
Current assignee: Guangdong Yinyu Chip Semiconductor Co ltd
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2011-06-03
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2021-06-03

Abstract

本实用新型提供了一种具有反射型电流阻挡层的LED芯片，包括N型半导体层、形成在N型半导体层上的发光层、形成在发光层上的P型半导体层、形成在P型半导体层上的透明导电层、形成在透明导电层上的P电极和形成于N型半导体层上的N电极，在P型半导体层上P电极对应的正下方形成有第一沟槽，第一沟槽上形成有电流阻挡层，电流阻挡层由多层二氧化硅层和二氧化钛层交互层叠而成。本实用新型具有散热效率高、电流扩散均匀、出光效率高等优点。电流阻挡层既起到阻挡电流的作用，使LED芯片的电流扩散均匀以达到热稳定的性能，又起到光线反射的作用以提高LED芯片的出光效率，同时，本实用新型还具有结构简单、易于量产、良率高的优点。

Description

一种具有反射型电流阻挡层的LED芯片

【技术领域】

本实用新型涉及一种LED芯片，尤其是涉及一种具有反射型电流阻挡层的LED芯片。

【背景技术】

目前，发光二极管(LED)芯片结构有正装结构，垂直结构和倒装焊结构，其中正装结构的发光二极管芯片如图1所示，主要包括衬底1、形成在衬底上的缓冲层2(buffer layer)、形成在缓冲层上的N型半导体层3、形成在N型半导体层上的发光层4、形成在发光层上的P型半导体层5，形成P型半导体层5上的透明导电层6、以及P电极81和N电极82。由于LED芯片的电流积聚效应特别明显，即电流主要集中在电极正下方的发光层部分区域，横向扩展比较小，电流分布很不均匀，导致局部电流密度过大，热量过高，大大降低了芯片的使用效率和寿命。同时，在此区域电流密度最大，自然发光强度也最大，但此区域出射的光绝大部分会被正上方的不透明电极所遮挡，导致LED的出光效率降低。为了解决上述问题，行业内的普遍方法是在P型半导体层和P型电极之间直接镀上一层绝缘介质作电流阻挡层，请参见图2，这样虽然能够减少电极下方的电流比例，在一定程度上增加电流的扩散性，但增加的电流阻挡层势必会吸收一部分的光线，降低发光二极管的出光效率。

【实用新型内容】

本实用新型要解决的技术问题是提供一种散热效率高、电流扩散均匀、出光效率高的具有反射型电流阻挡层的LED芯片。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种具有反射型电流阻挡层的LED芯片，包括N型半导体层、形成在N型半导体层上的发光层、形成在发光层上的P型半导体层、形成在P型半导体层上的透明导电层、形成在透明导电层上的P电极和形成于N型半导体层上的N电极，其特征在于，在所述P型半导体层上P电极对应的正下方形成有第一沟槽，所述第一沟槽上形成有电流阻挡层，所述电流阻挡层由多层二氧化硅层和二氧化钛层交互层叠而成。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：由于在P型半导体层上P电极对应的正下方形成有第一沟槽，在第一沟槽的表面形成有电流阻挡层，电流阻挡层能够起到阻挡电流的作用，沟槽的形成破坏了P电极下的PN结结构，沟槽边缘能够防止P电极的金属层跨越P、N电极形成的漏电流，对电流起到一定的阻挡作用，减少电流向P电极积聚，起到双层电流阻挡的作用，使P电极注入的电流横向扩展到P电极下方以外的发光区，降低了电流积聚在P电极下方时产生的热量，提高了LED芯片热稳定性能的同时也延长了器件的使用寿命；由于电流阻挡层由多层二氧化硅层和二氧化钛层交互层叠而成，这样形成布拉格反射层，这样可以增加P电极下光的反射效率，减少P电极下方对光线的吸收，最大限度的提升LED芯片的外部光萃取效率，本实用新型的电流阻挡层既起到阻挡电流的作用，使LED芯片的电流扩散均匀以达到热稳定的性能，又起到光线反射的作用以提高LED芯片的出光效率，同时，本实用新型还具有结构简单、易于量产、良率高的优点。

优选的，在N型半导体层上N电极对应的正下方形成有第二沟槽，采用这样的结构能够使N电极下方的电流扩散更均匀。

优选的，所述第一沟槽和第二沟槽的深度在100nm至1000nm之间，该沟槽的厚度范围能有效阻挡电流，避免电流积聚在P电极下方，使电流扩散均匀。

优选的，所述第一沟槽和第二沟槽的深度为500nm，该沟槽的厚度为优选值，能有效阻挡电流，避免电流积聚在P电极下方，使电流扩散均匀。

优选的，所述电流阻挡层的厚度在2000nm至6000nm之间，电流阻挡层的宽度大于所述P电极的宽度，两者的宽度差距在3um到10um之间，该结构及相应的数值范围能有效阻挡电流，避免电流积聚在P电极下方，使电流扩散均匀。

优选的，所述电流阻挡层的厚度为4000nm，电流阻挡层的宽度大于所述P电极的宽度，两者的差距为6um，该结构及相应的数值范围能有效阻挡电流，避免电流积聚在P电极下方，使电流扩散均匀。

优选的，所述电流阻挡层沿第一沟槽表面延伸至沟槽两侧，该结构能有效阻挡电流，避免电流积聚在P电极下方，使电流扩散均匀。

优选的，所述P电极与透明导电层之间还形成有欧姆接触层，该结构可以使P电极与透明导电层之间结构良好。

优选的，还包括衬底和形成于衬底上的缓冲层，所述N型半导体层、发光层、P型半导体层依次形成于所述缓冲层上，增加缓冲层能够避免衬底和N型半导体层因材料不同造成两者间存在较大的晶格缺陷，使两者间的晶格匹配度更高。

【附图说明】

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为现有技术LED芯片的结构示意图。

图2为现有技术带电流阻挡层的LED芯片的结构示意图。

图3为本实用新型具有反射型电流阻挡层的LED芯片的结构示意图。

图4为本实用新型电流阻挡层的放大结构示意图。

图5为LED外延片结构示意图；

图6为图5的基础上通过刻蚀形成N电极台面的结构示意图；

图7为图6的基础上形成沟槽后的结构示意图；

图8为图7的基础上形成电流阻挡层后的结构示意图；

图9为图8的基础上形成透明导电层后的结构示意图。

【具体实施方式】

请参见图3，本实用新型包括N型半导体层3、形成于N型半导体层3上的发光层4、形成于发光层上的P型半导体层5、形成于P型半导体层上的透明导电层6、形成于透明导电层上的P电极81和形成于N型半导体层上的N电极82，在P型半导体层5上P型电极81对应的正下方形成有第一沟槽73，所述第一沟槽73上形成有电流阻挡层70，所述电流阻挡层70由多层二氧化硅层71和二氧化钛层72交互层叠而成。在实际生产中，根据需要LED芯片还包括衬底1和形成于衬底上的缓冲层2，所述N型半导体层3、发光层4、P型半导体层5依次形成于所述缓冲层2上。增加缓冲层2，能够避免衬底1和N型半导体层3因材料不同造成两者间存在较大的晶格缺陷，使两者间的晶格匹配度更高。省略衬底1结构，能够使LED芯片更薄，在倒装结构的芯片中，减少衬底的吸光，增加芯片出光效率，但在芯片切割中容易导致LED芯片碎裂。因此生长好的外延片一般包括衬底1、缓冲层2、N型半导体层3、发光层4和P型半导体层5，在后续工艺中，制作完成的LED芯片需经过研磨，将衬底打磨到一定的厚度，或者根据需要将整个衬底全部剥离。在N型半导体层3上N电极82对应的正下方还形成有第二沟槽74，采用这样的结构能够使N电极下方的电流扩散更均匀。所述第一沟槽73和第二沟槽74的深度在100nm至1000nm之间，优选第一沟槽73和第二沟槽74的深度为500nm。所述电流阻挡层70的材料可以是TiO₂、Al₂O₃、SiO₂、Si₃N₄中的两种组合，电流阻挡层70的厚度在2000nm至6000nm之间，电流阻挡层70的宽度大于P电极81的宽度，两者间的差距在3um到10um之间，优选为所述电流阻挡层70沿着第一沟槽73表面沉积并左右延伸出P电极81的两侧，电流阻挡层70的厚度为4000nm，电流阻挡层70的宽度大于P电极81的宽度，两者间的差距为6um，即延伸出P电极81两侧的电流阻挡层70分别为3um。上述电流阻挡层70是通过光学镀膜机蒸镀工艺设置在所述第一沟槽73表面的。所述P电极81与透明导电层6之间还形成有欧姆接触层9。

在本实用新型中，不但增加的电流阻挡层72能够起到阻挡电流的作用，同时第一沟槽73也能够防止P电极81金属层跨越P电极81、N电极82形成漏电流对电流起到一定的阻挡作用，具有双重的电流阻挡结构，使P电极81注入的电流能够均匀的扩散到P电极81下方的发光区，减少了电流积聚在P电极81下方时产生的热量，提高了LED芯片的热稳定性能也延长了器件的使用寿命。同时表面光滑的第一沟槽73相对于较粗化的外延片表面，能够增加出射到P电极81下光的反射机率，减少光在P电极81下的吸收量，能够最大限度的提升芯片的外部光萃取效率。

本实用新型公开上述结构的制作工艺，第一步，将衬底1放入有机化学气相沉积炉(MOCVD)，通入III族金属元素的烷基化合物蒸汽与非金属的氢化物气体，在高温下通过热解反应，生成III-V族化合物，通过沉积依次在衬底1的正面上生长缓冲层2、N型半导体层3、发光层4、P型半导体层5的叠层结构，衬底1的材料选自硅、蓝宝石、S iC、ZnO、GaN等，参见图5所示；第二步，通过刻蚀形成用于制作N电极82的台面结构，通过图形曝光半导体平面工艺技术，使用ICP刻蚀，移除上述叠层结构的边缘部分，直至N型半导体层3的边缘部分被暴露，当然N型半导体层3也可以进一步蚀刻使得N型半导体层3的边缘部分厚度小于中心部分的厚度，形成台阶状的台面结构，参见图6所示；第三步，在P型半导体层5和N型半导体层3上刻蚀形成第一沟槽73和第二沟槽74，首先将第二步骤后形成的具有台面的叠层结构清洗后，在其表面沉积厚度为3000～20000埃的二氧化硅做掩膜，然后经过匀胶、曝光、显影、坚膜后采用热酸溶液腐蚀法在P型半导体层5和N型半导体层3上对应刻蚀深度在100nm至1000nm之间的第一沟槽73、第一沟槽74，最后采用BOE(Buffere oxide etch)腐蚀液去除氧化硅掩膜。所述热酸溶液为硫酸和磷酸的混合液，在相同浓度下的体积比在1∶1至3∶1之间，温度在150℃至320℃之间，具体的，所述第一沟槽73和第二沟槽74的深度为500nm，参见图7所示，选用的硫酸和磷酸的在相同浓度下的体积比为2∶1，温度为250℃。除热酸溶液腐蚀法外，所述第一沟槽73、第一沟槽74还可以通过光学刻蚀或者电感耦合等离子体(ICP)刻蚀方法形成；第四步，在P型半导体层5的第一沟槽73通过光学镀膜机蒸镀工艺设置电流阻挡层70，所述电流阻挡层70由多层二氧化硅层71和二氧化钛层72交互层叠而成，参见图4和图8所示，该电流阻挡层70的材料也可以是TiO₂、Al₂O₃、SiO₂、Si₃N₄中两种组合，其厚度在2000nm至6000nm之间，电流阻挡层70的宽度大于P电极81的宽度，两者间的差距在3um到10um之间，具体的，所述电流阻挡层70沿着第一沟槽73表面沉积并左右延伸出P电极81的两侧，其厚度为4000nm，电流阻挡层70的宽度大于P电极81的宽度，两者间的差距为6um，即延伸出P电极81两侧的电流阻挡层70分别为3um；第五步，利用蒸发台或者溅射镀膜法在P型半导体层5上镀氧化铟锡(ITO)薄膜以形成透明导电层6，参见图9所示；第六步，通过刻蚀、蒸发、剥离等工艺，在透明导电层6上对应的电流阻挡层70的正上方形成P电极81，在N型导电层3的第二沟槽74正上方形成N电极82，这样就完成了具有电流阻挡层的发光二极管芯片制作，其结构请参见图3所。

以上所述仅以方便说明本实用新型，在不脱离本实用新型创作的精神范畴内，熟悉此技术的本领域的技术人员所做的各种简单的变相与修饰仍属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种具有反射型电流阻挡层的LED芯片，包括N型半导体层、形成在N型半导体层上的发光层、形成在发光层上的P型半导体层、形成在P型半导体层上的透明导电层、形成在透明导电层上的P电极和形成于N型半导体层上的N电极，其特征在于：在所述P型半导体层上P电极对应的正下方形成有第一沟槽，所述第一沟槽上形成有电流阻挡层，所述电流阻挡层由多层二氧化硅层和二氧化钛层交互层叠而成。

2.根据权利要求1所述的具有反射型电流阻挡层的LED芯片，其特征在于：在N型半导体层上N电极对应的正下方形成有第二沟槽。

3.根据权利要求2所述的具有反射型电流阻挡层的LED芯片，其特征在于：所述第一沟槽和第二沟槽的深度在100nm至1000nm之间。

4.根据权利要求3所述的具有反射型电流阻挡层的LED芯片，其特征在于：所述第一沟槽和第二沟槽的深度为500nm。

5.根据权利要求1所述的具有反射型电流阻挡层的LED芯片，其特征在于：所述电流阻挡层的厚度在2000nm至6000nm之间，电流阻挡层的宽度大于所述P电极的宽度，两者的宽度差距在3um到10um之间。

6.根据权利要求5所述的具有反射型电流阻挡层的LED芯片，其特征在于：所述电流阻挡层的厚度为4000nm，电流阻挡层的宽度大于所述P电极的宽度，两者的宽度差距为6um。

7.根据权利要求1所述的具有反射型电流阻挡层的LED芯片，其特征在于：所述电流阻挡层沿第一沟槽表面延伸至沟槽两侧。

8.根据权利要求1所述的具有反射型电流阻挡层的LED芯片，其特征在于，所述P电极与透明导电层之间还形成有欧姆接触层。

9.根据权利要求1所述的具有反射型电流阻挡层的LED芯片，其特征在于，还包括衬底和形成于衬底上的缓冲层，所述N型半导体层、发光层、P型半导体层依次形成于所述缓冲层上。