CN106206901A - Led芯片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种LED芯片及其制造方法,所述LED芯片包括衬底,位于衬底上的N型半导体层、发光层、P型半导体层,以及与N型半导体层和P型半导体层分别电性连接的N电极和P电极,所述LED芯片包括刻蚀至N型半导体层的N型台面及若干N型电极槽,N型电极槽的侧壁及P型半导体层上方设有横跨N型电极槽的绝缘介质层,所述绝缘介质层上形成有连接N性电极槽底部与N型半导体层电性连接的第一透明导电层,所述N型台面上设有第一N电极,N型电极槽中的第一透明导电层上设有第二N电极,第一N电极和第二N电极通过第一透明导电层电性连接。本发明LED芯片中电流密度分布均匀,提高了LED芯片的发光性能,且有效增大了有源层的面积,提高了芯片的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体芯片领域,尤其涉及一种LED芯片及其制造方法。
背景技术
发光二极管(Light-Emitting Diode,LED)是一种能发光的半导体电子元件。这种电子元件早在1962年出现,早期只能发出低光度的红光,之后发展出其他单色光的版本,时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线,光度也提高到相当的光度。由于其具有节能、环保、安全、寿命长、低功耗、低热、高亮度、防水、微型、防震、易调光、光束集中、维护简便等特点,可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明等领域。
传统LED芯片的结构主要有:横向结构和垂直结构,其中垂直结构LED芯片两个电极分别在LED的上下两侧,P电极在LED外延层的p型氮化镓一侧,N电极在LED芯片外延层的n型氮化镓一侧,使得电流垂直流过LED外延层,芯片出光面只有一个电极遮光。横向结构的LED芯片的两个电极在LED芯片的同一侧,P电极在LED外延层的p型氮化镓区域,N电极分布在通过刻蚀露出的n型氮化镓区域,LED芯片上的P和N电极分布不等距,造成n型氮化镓和p型氮化镓层中的电流分布不均匀,从而影响发光效率。
另外,参图1所示,传统横向机构LED芯片,N电极分81’、82’布在通过刻蚀露出的n型GaN区域,因外延层需要刻蚀区域较大(整个n型区域),因P电极91’、92’和N电极81’、82’都分布在LED芯片的出光面,因此使得出光有效面积下降,因此出光效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LED芯片及其制造方法,其能够增大芯片的发光面积,提高发光效率。
为了实现上述目的,本发明实施例提供的技术方案如下:
一种LED芯片,所述LED芯片包括衬底,位于衬底上的N型半导体层、发光层、P型半导体层,以及与N型半导体层和P型半导体层分别电性连接的N电极和P电极,所述LED芯片包括刻蚀至N型半导体层的N型台面及若干N型电极槽,N型电极槽的侧壁及P型半导体层上方设有横跨N型电极槽的绝缘介质层,所述绝缘介质层上形成有连接N性电极槽底部与N型半导体层电性连接的第一透明导电层,所述N型台面上设有第一N电极,N型电极槽中的第一透明导电层上设有第二N电极,第一N电极和第二N电极通过第一透明导电层电性连接。
作为本发明的进一步改进,所述P型半导体层上在绝缘介质层之外的区域设置有第二透明导电层,所述P电极位于第二透明导电层上,通过第二透明导电层与P型半导体层电性连接。
作为本发明的进一步改进,所述N电极围绕P电极分布。
作为本发明的进一步改进,所述P电极包括第一P电极及自第一P电极横向延伸的第二P电极。
作为本发明的进一步改进,所述第一N电极和第二N电极均设置于LED芯片的侧边部分。
作为本发明的进一步改进,所述第一N电极和第二N电极与P电极等距均匀设置。
作为本发明的进一步改进,所述N型电极槽的横截面呈圆形、矩形、正多边形或不规则形状。
相应地,一种LED芯片的制造方法,其特征在于,所述制造方法包括:
提供一衬底,在衬底上依次外延生长N型半导体层、发光层、P型半导体层;
刻蚀外延层至N型半导体层,形成N型台面及若干N型电极槽;
在N型电极槽的侧壁及P型半导体层上方制备绝缘介质层;
在绝缘介质层上制备第一透明导电层,第一透明导电层覆盖N性电极槽底部并与N型半导体层电性连接,在P型半导体层上绝缘介质层之外的区域制备第二透明导电层;
在N型台面上制备第一N电极,在N型电极槽中的第一透明导电层上制备第二N电极,在第二透明导电层上制备P电极。
作为本发明的进一步改进,所述N型电极槽的横截面呈圆形、矩形、正多边形或不规则形状。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
N电极围绕P电极分布,且电极结构对称,当LED芯片施加电压时,N电极和P电极之间的电流流向分散,避免了现有技术中电极之间电流流向过于集中,而导致注入有源层内的电流密度分布差异大的情况,有源层的电流密度分布均匀,提高了LED芯片的发光性能;
芯片键合点分布合理,可采用倒装共晶焊,提高了芯片可靠性;
N电极区域仅刻蚀掉了N型台面及N型电极槽部分,其余N电极区域的有源层仍保留,有效增大了有源层的面积,大大提高了芯片的发光效率。
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中记载的一些实施例,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,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中LED芯片的平面结构示意图;
图2a、2b分别为本发明第一实施方式中LED芯片的剖视结构和平面结构示意图;
图3a~3e为本发明第二实施方式中LED芯片的制备方法工艺步骤图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,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,都应当属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种LED芯片,其包括衬底,位于衬底上的N型半导体层、发光层、P型半导体层,以及与N型半导体层和P型半导体层分别电性连接的N电极和P电极,LED芯片包括刻蚀至N型半导体层的N型台面及若干N型电极槽,N型电极槽的侧壁及P型半导体层上方设有横跨N型电极槽的绝缘介质层,绝缘介质层上形成有连接N性电极槽底部与N型半导体层电性连接的第一透明导电层,N型台面上设有第一N电极,N型电极槽中的第一透明导电层上设有第二N电极,第一N电极和第二N电极通过第一透明导电层电性连接。
另外,P型半导体层上在绝缘介质层之外的区域设置有第二透明导电层, P电极位于第二透明导电层上,通过第二透明导电层与P型半导体层电性连接。
相应地,本发明还公开了一种LED芯片的制造方法,包括:
提供一衬底,在衬底上依次外延生长N型半导体层、发光层、P型半导体层;
刻蚀外延层至N型半导体层,形成N型台面及若干N型电极槽;
在N型电极槽的侧壁及P型半导体层上方制备绝缘介质层;
在绝缘介质层上制备第一透明导电层,第一透明导电层覆盖N性电极槽底部并与N型半导体层电性连接,在P型半导体层上绝缘介质层之外的区域制备第二透明导电层;
在N型台面上制备第一N电极,在N型电极槽中的第一透明导电层上制备第二N电极,在第二透明导电层上制备P电极。
以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
参图2a、2b所示,本发明第一实施方式中的LED芯片从下至上依次包括:
衬底10,衬底可以是蓝宝石、Si、SiC、GaN、ZnO等;
N型半导体层20,N型半导体层可以是N型GaN等;
发光层30,发光层可以是GaN、InGaN或InGaN/GaN多量子阱有源层等;
P型半导体层40,P型半导体层可以是P型GaN等;
P电极90和N电极80,P电极90与P型半导体层40电性连接,N电极80与N型半导体层20电性连接。
其中,N型半导体层20上刻蚀形成有N型台面21,在LED芯片的外延层的周边上还形成有若干刻蚀至N型半导体层的N型电极槽50,N电极区域包括N型台面区域及自N型台面沿着LED芯片周围延伸且覆盖N性电极槽50的区域。
绝缘介质层60至少设于N型电极槽50的侧壁、以及P型半导体层40上方横跨N型电极槽50的区域,如图2b所示,N电极区域除了N型台面21和N型电极槽50的底部之外的区域均设有绝缘介质层60,绝缘介质层的材料选自SiO2、Si3N4、SiON等中的一种或多种,本实施方式中以一层绝缘介质层为例进行说明,在其他实施方式中也可以多步沉积形成多层绝缘介质层,以提高绝缘性能。
第一透明导电层71设于绝缘介质层60上方以及N型电极槽50的底部,第一透明导电层71仅与N型电极槽50底部的N型半导体层20电性连接,以导通各个N型电极槽50。
第二透明导电层72位于P型半导体层40上方绝缘介质层60之外的区域,第二透明导电层72与第一透明导电层71在P型半导体层40上方相互分离设置。
本实施方式中的第一透明导电层和第二透明导电层为ITO透明导电层,在其他实施方式中也可以为ZITO、ZIO、GIO、ZTO、FTO、AZO、GZO、In4Sn3O12、NiAu等透明导电层。第一透明导电层和第二透明导电层可以为单层透明导电层,也可以为多层透明导电层的组合。
P电极90位于第二透明导电层72上,其包括第一P电极91及自第一P电极91横向延伸的第二P电极20,第一P电极91和第二P电极92分别通过第二透明导电层72与P型半导体层40电性连接。
N电极80包括设于N型台面21上的第一N电极81、以及位于N型电极槽50底部且与第一透明导电层71电性连接的第二N电极82。第一N电极81位于N型台面21上直接与N型半导体层20电性连接,第二N电极82位于N型电极槽50内,并通过N性电极槽50底部的第一透明导电层71与N型半导体层20电性连接。另外,相邻的第二N电极以、第二N电极和第一N电极之间通过第一透明导电层71相互电性连接。
本实施方式中的P电极(第一P电极与第二P电极)和N电极(第一NID那寄与第二N电极)的材料可选自Ti、Cr、Au、Ni、Al中的一种或多种的组合。
参图2b所示,本实施方式中的N电极80围绕P电极90分布,其中,第一N电极81和第二N电极82均设置于LED芯片的侧边部分,第一N电极81位于LED芯片的一侧,第二N电极82在第一N电极81的两侧沿LED芯片的周边均匀分布。P电极包括圆形的第一P电极91以及纵长型的第二P电极92,第一N电极81和第二N电极82与P电极90等距均匀设置。
本实施方式中的N电极围绕P电极分布,该LED芯片施加电压时,N电极和P电极之间的电流流向分散,避免了现有技术中电极之间电流流向过于集中,而导致注入有源层内的电流密度分布差异大的情况,有源层的电流密度分布均匀,提高了LED芯片的发光性能。
另外,N电极区域仅刻蚀掉了N型台面及N型电极槽部分,其余N电极区域的有源层仍保留,有效增大了有源层的面积,大大提高了芯片的发光效率。
应当理解的是,本实施方式中N型电极槽的横截面呈圆形设置,在其他实施方式中N型电极槽的横截面也可以为矩形、正多边形或不规则形状等,此处不再一一举例进行说明。
参图3a~3e并结合图2b所示,本发明第二实施方式中LED芯片的制造方法,具体包括以下步骤:
参图3a所示,提供一衬底10,在衬底10上依次外延生长N型半导体层20、发光层30、P型半导体层40,优选地,本实施方式中衬底10为蓝宝石衬底,N型半导体层20为N型GaN,发光层30为InGaN/GaN多量子阱有源层,P型半导体层40为P型GaN;
参图3b所示,刻蚀外延层至N型半导体层,形成N型台面21及若干N型电极槽50;
参图3c所示,在N型电极槽50的侧壁及P型半导体层上方制备绝缘介质层60,绝缘介质层选自SiO2、Si3N4、SiON等中的一种或多种;
参图3d所示,在绝缘介质层60上制备第一透明导电层71,第一透明导电层71覆盖N性电极槽50底部并与N型半导体层20电性连接,在P型半导体层40上绝缘介质层60之外的区域制备第二透明导电层72,第一透明导电层和第二透明导电层为ITO、ZITO、ZIO、GIO、ZTO、FTO、AZO、GZO、In4Sn3O12、NiAu等;
参图3e并结合图2b所示,在N型台面21上制备第一N电极81,在N型电极槽50中的第一透明导电层71上制备第二N电极82,在第二透明导电层72上制备第一P电极91和第二P电极92,P电极和N电极材料选自Ti、Cr、Au、Ni、Al中的一种或多种。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
N电极围绕P电极分布,且电极结构对称,当LED芯片施加电压时,N电极和P电极之间的电流流向分散,避免了现有技术中电极之间电流流向过于集中,而导致注入有源层内的电流密度分布差异大的情况,有源层的电流密度分布均匀,提高了LED芯片的发光性能;
芯片键合点分布合理,可采用倒装共晶焊,提高了芯片可靠性;
N电极区域仅刻蚀掉了N型台面及N型电极槽部分,其余N电极区域的有源层仍保留,有效增大了有源层的面积,大大提高了芯片的发光效率。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种LED芯片,所述LED芯片包括衬底,位于衬底上的N型半导体层、发光层、P型半导体层,以及与N型半导体层和P型半导体层分别电性连接的N电极和P电极,其特征在于,所述LED芯片包括刻蚀至N型半导体层的N型台面及若干N型电极槽,N型电极槽的侧壁及P型半导体层上方设有横跨N型电极槽的绝缘介质层,所述绝缘介质层上形成有连接N性电极槽底部与N型半导体层电性连接的第一透明导电层,所述N型台面上设有第一N电极,N型电极槽中的第一透明导电层上设有第二N电极,第一N电极和第二N电极通过第一透明导电层电性连接。
2.根据权利要求1所述的LED芯片,其特征在于,所述P型半导体层上在绝缘介质层之外的区域设置有第二透明导电层,所述P电极位于第二透明导电层上,通过第二透明导电层与P型半导体层电性连接。
3.根据权利要求1所述的LED芯片,其特征在于,所述N电极围绕P电极分布。
4.根据权利要求3所述的LED芯片,其特征在于,所述P电极包括第一P电极及自第一P电极横向延伸的第二P电极。
5.根据权利要求3所述的LED芯片,其特征在于,所述第一N电极和第二N电极均设置于LED芯片的侧边部分。
6.根据权利要求5所述的LED芯片,其特征在于,所述第一N电极和第二N电极与P电极等距均匀设置。
7.根据权利要求1所述的LED芯片,其特征在于,所述N型电极槽的横截面呈圆形、矩形、正多边形或不规则形状。
8.一种权利要求1~7中任一项所述的LED芯片的制造方法,其特征在于,所述制造方法包括:
提供一衬底,在衬底上依次外延生长N型半导体层、发光层、P型半导体层;
刻蚀外延层至N型半导体层,形成N型台面及若干N型电极槽;
在N型电极槽的侧壁及P型半导体层上方制备绝缘介质层;
在绝缘介质层上制备第一透明导电层,第一透明导电层覆盖N性电极槽底部并与N型半导体层电性连接,在P型半导体层上绝缘介质层之外的区域制备第二透明导电层;
在N型台面上制备第一N电极,在N型电极槽中的第一透明导电层上制备第二N电极,在第二透明导电层上制备P电极。
9.根据权利要求8所述的LED芯片的制造方法,其特征在于,所述N型电极槽的横截面呈圆形、矩形、正多边形或不规则形状。
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