Led芯片及其制作方法

Led芯片及其制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种LED芯片及其制作方法。LED芯片包括：衬底；设置在衬底上的第一半导体层，其中第一半导体层上设置有一凹槽，凹槽内设置有第一电极；设置在第一半导体层上的第二半导体层；设置在第二半导体层上的第二电极。通过以上方式，本发明能够优化电极几何形状，使电流分布更加均匀，解决了电流拥挤问题，制作工艺简单，成本低。
【专利说明】
LED芯片及其制作方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及LED技术领域，特别是涉及一种LED芯片及其制作方法。
【背景技术】
[0002]迄今为止，发光二极管(light emitting d1de，LED)在高电流密度下其光效会降低仍然是业界公认的世界性难题。LED芯片发光的机理是电流通过LED芯片的有源区时，空穴与电子福射复合发光。LED芯片基本上是横向结构，LED芯片的两个电极在LED芯片的同一侦U。电流在η-和P-类型限制层中横向流动不等，会出现横向电流分布不均的问题。电流密度高的地方也相应产生热量聚集，并且随着输入芯片的电流加大，这一倾向会不断增强，从而使发光效率下降，工作寿命变短。如图1所示，LED芯片10是横向结构，P型半导体(P-GaN)Il和η型半导体(N-GaN) 12设置在衬底16上，P型半导体11和η型半导体12之间设置有InGaN材料构成的有源区13，ρ型半导体11设置有正电极14，η型半导体12上设置有负电极15。电流在P型半导体11和η型半导体12中横向流动不均衡，在转角处以及接近负电极处电流密度高，产生热量聚集。
[0003]目前普通单芯片LED通常采用最为常见的不透明的圆形电极结构，其中电极的形状直接决定了芯片电流分布的均匀性，进而影响芯片的出光效率，这将导致LED发光效率降低、发热不均匀、使用寿命下降等问题。由于电流主要集中在圆形电极正下方的部分区域，而电极到有源区的距离有限，当电流还未横向扩展充分时就己经到达有源区，即有源区中发光的区域主要集中在电极下方的部分有源区，这就是所谓的电流拥挤效应。对于微型LED阵列其像素尺寸小、集成度高，电流拥挤效应对其产生的影响更为显著。
[0004]电流拥挤效应加速器件退化，原因包括:(I)台面边缘局部区域产生过多焦耳热，热量不能有效扩散，致使器件的结温比较高。(2)局部区域电流密度大，使得金属的电迀移在该局部比较严重，加速了器件退化。另外这种电流拥挤效应会随着器件老化而更加严重，形成恶性循环，，最终使得器件失效。因此，优化LED阵列的电极结构，减小电流拥挤效应，对于提高LED阵列的性能非常重要。

【发明内容】

[0005]本发明实施例提供了一种LED芯片及其制作方法，能够优化电极几何形状，解决电流拥挤问题，制作工艺简单，成本低。
[0006]本发明提供一种LED芯片，包括:衬底;设置在衬底上的第一半导体层，其中第一半导体层上设置有一凹槽，凹槽内设置有第一电极;设置在第一半导体层上的第二半导体层；设置在第二半导体层上的第二电极。
[0007]其中，凹槽贯穿第一半导体层。
[0008]其中，LED芯片还包括有源区，有源区设置在第一半导体层和第二半导体层之间。
[0009]其中，第一电极包括第一薄层金属镍、第二层金属铝/铜以及第三层金属镍/金。
[0010]其中，第一半导体层的厚度大于第二半导体层的厚度。
[0011]本发明还提供一种LED芯片的制作方法，包括:提供一衬底，并在衬底上生长第一半导体层，并在第一半导体层上设置一凹槽，在凹槽内设置第一电极;在第一半导体层上生长第二半导体层;在第二半导体层上形成第二电极。
[0012]其中，方法包括:在第一半导体层和第二半导体层之间设置有源区。
[0013]其中，凹槽贯穿第一半导体层。
[0014]其中，在第一半导体层上设置一凹槽的步骤包括:应用反应离子刻蚀方法刻蚀第一半导体层，形成凹槽。
[0015]其中，在凹槽内设置第一电极的步骤包括:在凹槽上溅射第一薄层金属镍;电镀第二层金属铝/铜填充凹槽;制作第三层金属镍/金。
[0016]通过上述方案，本发明的有益效果是:本发明的LED芯片，包括:衬底;设置在衬底上的第一半导体层，其中第一半导体层上设置有一凹槽，凹槽内设置有第一电极;设置在第一半导体层上的第二半导体层;设置在第二半导体层上的第二电极，能够优化电极几何形状，使电流分布更加均匀，解决电流拥挤问题，制作工艺简单，成本低。
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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。其中:
[0018]图1是现有技术的LED芯片的结构示意图；
[0019]图2是本发明第一实施例的LED芯片的结构示意图；
[0020]图3是本发明第二实施例的LED芯片的结构示意图；
[0021 ]图4是本发明第三实施例的LED芯片的结构示意图；
[0022]图5是本发明第一实施例的LED芯片的电流示意图；
[0023]图6是本发明实施例的LED芯片的制作方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0024]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的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。
[0025]图2是本发明实施例的LED芯片的结构示意图。如图2所示，LED芯片20包括:衬底21;设置在衬底21上的第一半导体层22，其中第一半导体层22上设置有一凹槽23，凹槽23内设置有第一电极24;设置在第一半导体层22上的第二半导体层25;设置在第二半导体层25上的第二电极26。其中，第一半导体层22的厚度大于第二半导体层25的厚度。由于第一电极24延伸至第一半导体22中，缩短了电流的传输路径，并且第一电极24与第一半导体22的接触面积增大，也即电流流向第一电极24的面积增大，进而改善了电流在第一电极24处的电流拥挤效应，使电流分布更加均匀。由于第一半导体层22中的电阻率小于第二半导体层25中的电阻率，适当增加第一半导体层22的厚度也能改善第一半导体层22的电流拥挤效应。
[0026]在本发明实施例中，第一半导体层22为η型GaN层，第二半导体层25为p型GaN层。在从P型GaN层刻蚀露出η型GaN层时，继续向η型GaN层内刻蚀，即在η型GaN层内刻蚀出凹槽23，其余工艺相同并制作电极。第一电极24包括第一薄层金属镍、第二层金属铝/铜以及第三层金属镍/金。第二电极26为金属镍/金。
[0027]更具体地，参见图3，LED芯片20还包括有源区27，有源区27由InGaN材料构成，设置在第一半导体层22和第二半导体层25之间。第二电极26与第二半导体25之间设置有ITO薄膜层28，作为电流扩展层。第一半导体层22与衬底21之间设置有GaN材料构成的缓冲层29。
[0028]本发明的又一实施例的LED芯片的结构图参见图4，在LED芯片30中，凹槽33也可以贯穿第一半导体层32。对应地，第一电极34贯穿第一半导体层32。即电流可以在第一半导体层32的整个截面直接流向第一电极34，从而进一步缩短了电流的传输路径，并且进一步改善了电流在第一电极24处的电流拥挤效应，使电流分布更加均匀。LED芯片30的其他结构与LED芯片20相同，在此不再赘述。
[0029]本发明实施例通过将第一电极24，S卩η电极，向第一半导体层22内部延伸，可以直接增大第一半导体层22的第一电极24与第二半导体层25的第二电极26之间的通道，减小电流的路径使电流分布更均匀;能够优化第一电极24几何形状，改变电流通道路径，减小横向电阻，进而降低电流拥阻，此法工艺简单，成本较低。具体地测试的电流效果参见图5，第二半导体层25和有源区27中电流线基本是垂直向下的，没有横向传输，这是因为ITO薄膜层28电流扩展性很好，致使ITO薄膜层28与第二半导体层25界面处电压降相差不大。而第一半导体层22中的主要载流子是电子，而第二半导体层25中是空穴，电子迀移率一般是空穴迀移率的两个数量级，导致第一半导体层22中电流横向传输比较显著。由于第一电极24深入到第一半导体层22中，使得电流只需要横向传输即可传输至第一电极24，不需要再进一步传输至第一半导体层22的表面才能传输至第一电极24，缩短了电流的传输路径，并使得电流在第一半导体层22中分布均匀得多，解决了电流拥挤问题。制作该LED芯片时，只需要在制作第一电极时，增加一道刻蚀工艺即可，制作工艺简单，利于大规模生产，成本低。
[0030]如图6所示，本发明还提供一种LED芯片的制作方法，包括:
[0031 ]步骤SlO:提供一衬底，并在衬底上生长第一半导体层，并在第一半导体层上设置一凹槽，在凹槽内设置第一电极。
[0032]在步骤SlO中，在衬底和第一半导体层之间可以设置GaN材料构成的缓冲层。在生长写成第一半导体层之后，应用反应离子刻蚀方法刻蚀第一半导体层，形成凹槽。凹槽可以贯穿第一半导体层与缓冲层接触，，也可以只在第一半导体中达到预设的深度，具体根据需要设置，在此不作限制。在凹槽内设置第一电极时，首先在凹槽上溅射第一薄层金属镍，再电镀第二层金属铝/铜填充凹槽，最后制作第三层金属镍/金。
[0033]步骤Sll:在第一半导体层上生长第二半导体层。
[0034]在步骤Sll中，在第一半导体层和第二半导体层之间还可以设置有由InGaN材料构成的源区。其中，第一半导体层22的厚度大于第二半导体层25的厚度。
[0035]步骤S12:在第二半导体层上形成第二电极。
[0036]其中在第二半导体层与第二电极之间还可以设置ITO薄膜层作为电流扩散层。
[0037]本发明实施例通过将第一电极向第一半导体层内部延伸，可以直接增大第一半导体层的第一电极与第二半导体层的第二电极之间的通道;能够优化第一电极几何形状，缩短了电流传输路径，减小横向电阻，进而降低电流拥阻，此法工艺简单，成本较低。
[0038]LED芯片制作完成后进行封装测试，其测试的电流效果参见图5，第二半导体层和有源区中电流线基本是垂直向下的，没有横向传输，这是因为ITO薄膜层电流扩展性很好，致使ITO薄膜层与第二半导体层界面处电压降相差不大。而第一半导体层中的主要载流子是电子，而第二半导体层中是空穴，电子迀移率一般是空穴迀移率的两个数量级，导致第一半导体层中电流横向传输比较显著。由于第一电极深入到第一半导体层中，使得电流只需要横向传输即可传输至第一电极，不需要再进一步传输至第一半导体层的表面才能传输至第一电极，缩短了电流的传输路径，并使得电流在第一半导体层中分布均匀得多，解决了电流拥挤问题。制作该LED芯片时，只需要在制作第一电极时，增加一道刻蚀工艺即可，制作工艺简单，利于大规模生产，成本低。
[0039]综上所述，本发明的LED芯片，包括:衬底;设置在衬底上的第一半导体层，其中第一半导体层上设置有一凹槽，凹槽内设置有第一电极;设置在第一半导体层上的第二半导体层;设置在第二半导体层上的第二电极，能够优化电极几何形状，解决电流拥挤问题，制作工艺简单，成本低。
[0040]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种LED芯片，其特征在于，所述LED芯片包括: 衬底； 设置在所述衬底上的第一半导体层，其中所述第一半导体层上设置有一凹槽，所述凹槽内设置有第一电极； 设置在所述第一半导体层上的第二半导体层； 设置在所述第二半导体层上的第二电极。2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述凹槽贯穿所述第一半导体层。3.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片还包括有源区，所述有源区设置在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间。4.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述第一电极包括第一薄层金属镍、第二层金属铝/铜以及第三层金属镍/金。5.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述第一半导体层的厚度大于所述第二半导体层的厚度。6.一种LED芯片的制作方法，其特征在于，所述方法包括: 提供一衬底，并在所述衬底上生长第一半导体层，并在所述第一半导体层上设置一凹槽，在所述凹槽内设置第一电极； 在所述第一半导体层上生长第二半导体层； 在所述第二半导体层上形成第二电极。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法包括:在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间设置有源区。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述凹槽贯穿所述第一半导体层。9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在所述第一半导体层上设置一凹槽的步骤包括: 应用反应离子刻蚀方法刻蚀所述第一半导体层，形成所述凹槽。10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在所述凹槽内设置第一电极的步骤包括: 在所述凹槽上溅射第一薄层金属镍； 电镀第二层金属铝/铜填充所述凹槽； 制作第三层金属镍/金。
【文档编号】H01L33/48GK106025003SQ201610452133
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】柴广跃, 罗剑生, 刘 文, 陈祖军, 刘志慧
【申请人】深圳大学