专利名称：一种n型透明电极结构的功率型led芯片的制作方法
—种N型透明电极结构的功率型LED芯片技术领域
本发明属于半导体光电子器件制造技术领域，具体涉及到一种N型透明电极结构的功率型LED芯片。
背景技术：
LED是一种将电能转化成光能的光电子器件。它具有体积小、寿命长、无污染、耐振动、光电转换效率高等优点。目前，它已经在全彩显示、景观照明、交通信号灯、背光源等领域有着广泛的应用。
对于现在的功率型LED芯片来说，一般是以蓝宝石为衬底。由于蓝宝石是绝缘体，在制作电极的时候，P和N电极应位于外延层的同侧，因此对于蓝宝石衬底的功率型LED芯片，电极结构的设计至关重要，关系到电流能否均匀地扩散。一般来说，在优化电极结构时需要注意3个方面:1)使用N电极环绕P电极的方法，这样能够让电流在尽可能大的面积上由P电极进入N电极，增加有效发光长度；2) N与P电极之间的距离应相等，使电流尽可能均匀的分布；3)N电极分布在外侧，这与I)的理由相同。对氮化镓基LED来说，由于氮化镓材料的折射率为2.4，对应于全反射角为24.62°，因此只有位于该光锥内的光线才能从芯片的表面出射。理想的情况下，根据计算，对于发光层内的发光点有上下左右前后六个出射光锥，所以氮化镓基LED的总的光提取效n.=6^n1-cos24.62) = 27.3%。如果在理想的情况下只考虑四个侧面的出光，则其光提取效率可以达到18.2%，在理想的情况下从侧面出射的光是很可观的。然而在实际的功率型LED芯片中，由于电极结构复杂，N型电极环绕在芯片外围，即使从侧面的光能很好地导出，这些出射的光线也被环顾在芯片外围的N型电极阻挡，而现如今大多说N电极都是利用吸收系数很高的金属材料制成的，因此导致芯片侧面出射的光线被不透明的N电极吸收，对于功率型LED芯片来说，大大降低了芯片的发光亮度。发明内容
针对现有的功率型LED芯片中的N型电极采用吸收系数很高的不透明电极制作而成，导致从侧面出射的光线被阻挡和吸收，本发明的目的是提出一种N型透明电极的结构以改变传统N型电极对光线的吸收和阻挡，从而提高芯片的发光亮度。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是:
一种N型透明电极 结构的功率型LED芯片，其从下至上依次包括衬底、缓冲层、本征层、N型半导体层、发光层和P型半导体层，P型半导体层上端还设有透明导电层和电流阻挡层，透明导电层和电流阻挡层均与P型半导体层接触，且电流阻挡层除上下端面外的侧面均被透明导电层包围，电流阻挡层的上端面部分被透明导电层覆盖，电流阻挡层未被透明导电层覆盖的上端面部分与P电极连接；所述N型半导体层为凸台状，凸台凸出的部分侧面周围设有N型透明电极，凸台突出的部分中间开槽，该槽被N型透明电极覆盖，并且该槽的上方的发光层、P型半导体层和电流阻挡层层均开有相应的槽，N型透明电极的周围与凸台中间开槽的交叉处设有N型焊点处电极。
进一步的，N型透明电极分布在芯片的外围和凸台部分中间的开槽处，该槽位于N型半导体层上面，且N型电极焊点处电极IOb的下端面与N型半导体层接触，如图lb，正下方无透明电极，只是N型电极焊点处电极IOb的边缘接触到透明电极，N电极焊点处沉积金属电极合金，N型电极焊点处既和正下方的N型半导体层形成很好的欧姆接触，又和边缘处的透明电极形成良好的接触。
进一步的，所述的N型透明电极的宽度为5unT20um。
进一步的，所述的N型透明电极IOa的宽度为12um。
进一步的，所述的N型透明电极的边缘离P型半导体层边缘的水平距离为2um 10umo
进一步的，所述的N型透明电极的边缘离P型半导体层边缘的水平距离为5um.
进一步的，所述的N型透明电极的厚度为1500埃 5000埃。
进一步的，所述的N型透明电极的厚度为3100埃。
进一步的，N型透明电极采用与透明导电层相同的材料，在制作透明导电层的过程中即可制作出N型透明电极，不会增加工艺制程。
优选的，N电极焊点处的正下方无透明电极，只有边缘接触到N型透明电极，增加了 N电极焊点处与N型半导体层的欧姆接触。
优选的，N型透明电极结构取代传统的金属电极，降低了生产的成本。
本发明的N型透明电极和透明导电层使用相同的材料，在蒸镀透明导电层的同时即可制作N型透明电极，不会增加额外的工艺流程。N型透明电极取代价格昂贵的金属电极，降低了生产的成本。该N型透明电极结构能够避免传统的N型金属电极对光线的阻挡和吸收，从而提闻了芯片的发光売度。
优选的，N电极焊点处的正下方无透明电极，只有边缘接触到N型透明电极，增加了 N电极焊点处与N型半导体层的欧姆接触。N型透明电极取代传统的金属电极，降低了生产的成本。
与现有结构相比，本发明的有益效果是:该N型透明电极不会阻挡和吸收从侧面导出的光，从而有效地 提高了芯片的发光亮度，并且该N型透明电极结构采用与透明导电层相同的材料，不会增加工艺制程。N电极焊点处正下方处无透明电极结构，只有边缘处接触到N型透明电极，增加了 N电极焊点处与N型半导体层和边缘透明电极的接触特性，同时用N型透明电极取代价格昂贵的金属电极，降低了生产的成本。
图1a是本发明的一种N型透明电极结构的功率型LED芯片的俯视图。
图1b是图1中包含N型焊点处电极IOb的局部放大图(A-A剖视图)。
图2是一种N型透明电极结构的功率型LED芯片左视图的剖面图(B_B剖视图)。
图3是LED外延片结构的剖面图。
图4是在图3的基础上通过刻蚀形成的N型台面结构后的剖面图。
图5是在图4的基础上形成电流阻挡层结构后的剖面图。
图6是在图5的基础上形成透明导电层和N型透明电极结构后的剖面图。
图7是具有N型透明电极结构的功率型LED芯片的剖面图。
图中:1-衬底，2-缓冲层，3-本征层，4-N型半导体层，5-发光层，6-P型半导体层，7-电流阻挡层,8-透明导电层，9-P电极，IOa-N型透明电极，IOb-N型焊点处电极。 具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。
如图la、图2，一种N型透明电极结构的功率型LED芯片从下至上依次包括衬底1、缓冲层2、本征层3、N型半导体层4、发光层5和P型半导体层6，P型半导体层6上端还设有透明导电层8和电流阻挡层7，透明导电层8和电流阻挡层7均与P型半导体层6接触，且电流阻挡层7除上下端面外的侧面均被透明导电层8包围，电流阻挡层7的上端面部分被透明导电层8覆盖，电流阻挡层7未被透明导电层8覆盖的上端面部分与P电极连接；所述N型半导体层4为凸台状，凸台凸出的部分侧面周围设有N型透明电极10a，凸台突出的部分中间开槽，该槽被N型透明电极IOa覆盖，并且该槽的上方的发光层5、P型半导体层6和电流阻挡层7层均开有相应的槽，N型透明电极IOa的周围与凸台中间开槽的交叉处设有N型焊点处电极10b。
N型透明电极分布在芯片的外围和凸台部分中间的开槽处，该槽位于N型半导体层上面，且N型电极焊点处IOb的下端面与N型半导体层接触，如图lb，正下方无透明电极，只是N型电极焊点处IOb的边缘接触到透明电极，N电极焊点处沉积金属电极合金，N型电极焊点处既和正下方的N型半导体层形成很好的欧姆接触，又和边缘处的透明电极形成良好的接触
在实际的生产过程当中，根据生产的需要，还包括形成于衬底I下的DBR (分布布拉格反射)层以及芯片表面的钝化层。衬底I采用化学或机械抛光的方法减薄至所需厚度后，在衬底I下面背镀DBR反射层，对于正装结构的功率型LED芯片来说，可以将射向衬底I的光线反射回去，从而提高了芯片的出光效率。而对于芯片表面的钝化层，一方面可以避免LED在工作过程中发生短路，对芯片起到保护作用；另一方面通过控制钝化层的折射率，可以降低临界角的损失。本发明中，N型透明电极能够将射向侧面的光更好地被利用，从而提高了芯片的发光亮度。参见图1，所述的N型透明电极结构的宽度IOa为5um至20um之间，优选的宽度为12um ;所述的N型透明电极结构离P型半导体层边缘的距离为2um至lOum。优选的距离为5um。参见图2，所述的N型透明电极结构的厚度为1500埃至5000埃，优选的厚度为3100埃。
本发明公开上述结构的制作工艺。第一步，将蓝宝石衬底I放入MOCVD (金属有机化合物气相外延)中，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，高温下通过热解反应，生成II1- V族化合物。通过沉积在衬底I的上面依次生长缓冲层2、本征层3、N型半导体层4、发光层5、P型半导体层6，生长出LED外延片结构，参见图3所示。第二步，通过刻蚀形成制作N型透明电极IOa的台面结构，通过图形曝光半导体平面工艺技术，采用ICP (电感耦合等离子体)刻蚀技术，刻蚀出N型台面，刻蚀出的边缘部分的厚度小于未被刻蚀的中心部分的厚度，然后采用化学腐蚀的方法腐蚀掉掩膜层，得出N型台面结构(N型半导体层为凸台状)，参见图4所示。第三步，在P型层的上面形成电流阻挡层结构，用作该电流阻挡层的材料可以是Si02、SiON, SixNy等，清洗吹干后，该电流阻挡层可以通过PECVD (等离子体增强化学气相沉积)工艺来实现，然后通过光刻制程，再通过化学腐蚀将不做电流阻挡层的部分腐蚀掉，然后去除掩膜层，清洗甩干后，得到电流阻挡层结构，参见图5所示。第四步，利用蒸发台或者溅射镀膜法在P型半导体层和N型半导体层的台面上蒸镀ITO (氧化铟锡)薄膜，然后通过光刻、腐蚀、清洗、合金制程，得到透明导电层结构8和N型透明电极结构10a，参见图6所示。第五步，通过蒸发、黄光、剥离、清洗等工艺，在透明导电层8上和对应的电流阻挡层7的正上方形成金属电极结构的P电极9，在N型半导体层和N型透明电极的边缘处形成N型焊点处电极10b，用作该电极的材料可以是Cr/Pt/Au合金、Ni/Au合金、Ti/Al/Ti/Au合金或前述的任意组合，这样就制作出了具有N型透明电极结构的功率型LED芯片，参见图7所示。
以上所述仅以方便说明本发明专利，在不脱离本发明专利的精神范畴内，熟悉此技术的本领域的技术人员所作的简单的变相与修饰仍属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种N型透明电极结构的功率型LED芯片，其特征在于从下至上依次包括衬底、缓冲层、本征层、N型半导体层、发光层和P型半导体层，P型半导体层上端还设有透明导电层和电流阻挡层，透明导电层和电流阻挡层均与P型半导体层接触，且电流阻挡层除上下端面外的侧面均被透明导电层包围，电流阻挡层的上端面部分被透明导电层覆盖，电流阻挡层未被透明导电层覆盖的上端面部分与P电极连接；所述N型半导体层为凸台状，凸台凸出的部分侧面周围设有N型透明电极，凸台突出的部分中间开槽，该槽被N型透明电极覆盖，并且该槽的上方的发光层、P型半导体层和电流阻挡层层均开有相应的槽，N型透明电极的周围与凸台中间开槽的交叉处设有N型焊点处电极。
2.根据权利要求1所述的一种N型透明电极结构的功率型LED芯片，其特征在于:N型透明电极分布在芯片的外围和凸台部分中间的开槽处，该槽位于N型半导体层上面；N型电极焊点处电极的下端面与N型半导体层接触，正下方无透明电极，只是N型电极焊点处电极的边缘接触到透明电极，N电极焊点处沉积金属电极合金，N型电极焊点处既和正下方的N型半导体层形成很好的欧姆接触，又和边缘处的透明电极形成良好的接触。
3.根据权利要求1所述的一种N型透明电极结构的功率型LED芯片，其特征在于:所述的N型透明电极的宽度为5unT20um。
4.根据权利要求1所述的一种N型透明电极结构的功率型LED芯片，其特征在于:所述的N型透明电极的边缘离P型半导体层边缘的水平距离为2unTlOUm。
5.根据权利要求1所述的一种N型透明电极结构的功率型LED芯片，其特征在于:所述的N型透明电极的厚度为1500埃 5000埃。
全文摘要
本发明属于半导体光电子器件制造技术领域，具体涉及到一种N型透明电极结构的功率型LED芯片，其具体结构包括衬底、缓冲层、缓冲层上的本征层、本征层上的N型层、N型层上的发光层、发光层上的P型层、P型层上的电流阻挡层、P型层和电流阻挡层上的透明导电层、P电极和形成于N型台面上的N型透明电极以及N型焊点处电极。本发明制作的N型透明电极能够有效地改善传统功率型芯片中大面积N电极金属对光的阻挡和吸收，提高了芯片的发光亮度。同时该发明还具有工艺制作简单，用透明电极取代价格昂贵的金属电极，极大地降低了生产成本。
文档编号H01L33/38GK103199171SQ20121054452
公开日2013年7月10日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者王洪, 吴跃锋, 黄华茂, 黄晓升 申请人:华南理工大学