一种led芯片结构及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种LED芯片结构及其制造方法，包括衬底、N型层、有源层、P型层、N型半导体粗化层、透明导电层、P电极和N电极，衬底上依次形成N型层、有源层和P型层，N型层和N电极连接，P型层上形成N型半导体粗化层，N型半导体粗化层由N型半导体材料经区域性粗化后形成的粗化区和未经粗化的电流阻挡区构成，粗化区由同一个平面上多个单独的锥形凸块组成，粗化深度为露出P型层，N型半导体粗化层以及粗化后露出的P型层上形成与其欧姆接触的透明导电层，透明导电层上形成P电极。本发明提升了出光效率、杜绝由于电流阻挡区被打线打裂导致的掉电极现象、改善了芯片表面的电流分布。
【专利说明】
一种LED芯片结构及其制造方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及LED技术领域，特别涉及一种LED芯片结构及其制造方法。
【背景技术】
[0002]常规的GaN基LED芯片结构，由于GaN的折射率与空气之间的折射率之间存在较大差异，在与空气交接的界面有全反射现象的存在，根据斯涅耳定律，其最大的光入射临界角度只有23.5°左右，也就是说只有入射角小于23.5°的入射光才能出射到空气中，其余入射角大于23.5°的光只能再反射回芯片的内部，这极大的影响LED芯片的外量子效率。
[0003]为了提高光取出效率，通常会对芯片与空气接触的界面进行粗化。对于正装芯片，主要粗化区分为两类:一是P-GaN，例如申请专利号为:CN20 I I 10064300.2、〇似01410091099.0、0似01310424414.2的专利文献；一是11'0层，例如申请专利号为:CN201210281687.1的专利文献。P-GaN由于受本身特性所限，其厚度不会太厚，一般在几千埃的厚度范围，对于这么薄一层P-GaN进行粗化，极难控制粗化深度，容易出现粗化过深情况，从而影响芯片有源区。对于ITO粗化的方式，由于LED芯片结构越来越成熟，对于LED芯片亮度的要求也越来越高，基于对亮度提升的需求，ITO厚度越来越薄，目前常见使用厚度为300-2000埃，对此厚度的ITO进行粗化，极难控制ITO粗化的程度，如果加厚厚度粗化，不仅会增加成本，而且粗化工艺提升的亮度会被由于ITO加厚亮度下降所抵消。
[0004]同时，由于常规的LED芯片结构上ITO与整面的P-GaN形成欧姆接触，电流在电极附近聚集的现象严重。虽然增加图形化的电流阻挡层可以杜绝电极正下方电流聚集现象，但是在电流阻挡层的边缘仍然存在电流聚集现象，由于电流聚集现象，LED芯片仅仅是部分区域被充分利用来发光，这会导致LED芯片Droop效应，限制芯片饱和电流。同时现有的电流阻挡层均采用硅的氧化物或者氮化物制成，在芯片封装打线的过程中，常出现电流阻挡层被打碎从而导致芯片电极脱落的现象。
[0005]鉴于此，本发明人为此研制出一种LED芯片结构及其制造方法，有效的解决了上述问题，本案由此产生。
【发明内容】
[0006]本发明提供的一种LED芯片结构及其制造方法，提升了LED芯片的出光效率，杜绝了现有电流阻挡层在打线时被打裂导致掉电极的现象，改善了芯片表面的电流分布。
[0007]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:
一种LED芯片结构，其特征在于:包括衬底、N型层、有源层、P型层、N型半导体粗化层、透明导电层、P电极和N电极，衬底上依次形成N型层、有源层和P型层，N型层和N电极连接，P型层上形成N型半导体粗化层，N型半导体粗化层由N型半导体材料经区域性粗化后形成的粗化区和未经粗化的电流阻挡区构成，粗化区由同一个平面上多个单独的锥形凸块组成，粗化深度为露出P型层，N型半导体粗化层以及粗化后露出的P型层上形成与其欧姆接触的透明导电层，透明导电层上形成P电极。
[0008]所述N型层为N-GaN层，P型层为P-GaN层，N型半导体材料为N-GaN，所述透明导电层采用ITO或AZO。
[0009]所述N型半导体粗化层由N型半导体材料区域粗化后露出的P型层面积，在远离P电极的方向上逐渐增加。
[0010]所述粗化区和电流阻挡区在远离P电极的方向上交替布置。
[0011]所述N型半导体粗化层厚度为1μηι-4μηι。
[0012]所述锥形凸块为六棱锥形凸块。
[0013]一种LED芯片结构的制造方法，包括如下步骤:
S1:采用金属气象外延方式在衬底上依次沉积N型层、有源层、P型层和N型半导体层；
S2:通过刻蚀裸露出部分N型层；
S3:N型半导体层选择性区域粗化形成粗化区和未粗化的电流阻挡区，从而制得N型半导体粗化层，其中粗化区为采用N型半导体粗化液进行粗化，形成多个单独的锥形凸块，锥形凸块之间漏出P型层；
S4:利用蒸镀或者溅镀的方式在电流阻挡区和粗化区上沉积一层透明导电层，采用高温加热的方式使透明导电层与粗化区锥形凸块之间露出的P型层及N型半导体粗化层形成欧姆接触；
S5:依次利用光刻、蒸镀和剥离的方式形成P电极和N电极。
[0014]所述衬底为带有PSS结构的蓝宝石衬底，N型层、P型层和型半导体分别为N-GaN层、P-GaN层和N-GaN，所述透明导电层采用ITO或AZO。
[0015]还包括S6，在P电极和N电极之间利用S12或Si3N4形成钝化层。
[0016]步骤S4中高温加热LED芯片的方式为，使用快速退火炉加热LED芯片，温度500°C，持温时间为Imin。
[0017]采用上述方案后，本发明电流横向扩散机构由选择性区域粗化的N型半导体粗化层和透明导电层组成。N型半导体粗化层由于与P型层形成反向PN节无法直接向下传导电流，起到电流阻挡的作用。而与P型层形成欧姆接触的透明导电层起到向下传输电流作用，通过合理的分配锥形凸起之间露出P型层面积的分布可以改变LED芯片表面电流分布，从而达到提升电流密度均匀性、提升芯片亮度的目的。
[0018]利用粗化区的锥形凸块，还可增加光的向外扩散，增强出光效率。
[0019]由于未使用硅的氧化物或者氮化物制成的电流阻挡层，因此不存在在打线时掉电极的现象。
【附图说明】
[0020]图1是本发明一种实施例的结构示意图；
图2是本发明另一种实施例的结构示意图。
[0021]标号说明
衬底I，N-GaN层2，有源层3，P-GaN层4，N型半导体粗化层5，电流阻挡区51，粗化区52，六棱锥形凸块521，透明导电层6，P电极7，N电极8。
【具体实施方式】
[0022]为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
[0023]如图1-2所示，是本发明揭示的一种LED芯片结构，包括衬底1、N_GaN层2、有源层3、P-GaN层4、N型半导体粗化层5、透明导电层6、P电极7和N电极8。
[0024]衬底I上依次形成N-GaN层2、有源层3和P-GaN层4、N型半导体粗化层5 A-GaN层2和N电极8连接。
[0025]P-GaN层4上形成厚度为1μπι-4μπι的N型半导体粗化层5 A型半导体粗化层5包括处于同一平面上的未粗化形成的电流阻挡区51和粗化区52构成，电流阻挡区51和粗化区52由N-GaN制成。
[0026]粗化区52由同一个平面上多个单独的六棱锥形凸块521组成，六棱锥形凸块521之间露出P型层。N型半导体粗化层5以及粗化后露出的P型层上形成透明导电层6，透明导电层与粗化后露出的P型层以及N型半导体粗化层形成欧姆接触。
[0027]透明导电层6上形成P电极7。因此透明导电层6可通过六棱锥形凸块521之间的空隙，将电流直接向下传导。透明导电层6优选采用ITO或AZO制成。
[0028]其中P电极7和N电极8之间还利用S12或Si3N4形成钝化层(常见结构，图中未示出)，以提高成品率、可靠性和改善光电参数。
[0029]如图1所示，是电流阻挡区51和粗化区52分布情况的一种实施例，S卩P电极7下形成的为电流阻挡区51，无电极分布区域为粗化区52。
[0030]如图2所示，是电流阻挡区51和粗化区52分布情况的另一种实施例，S卩P电极7下形成的为电流阻挡区51，无电极分布区域部分形成粗化区52，另一部分为电流阻挡区51，比如图示中粗化区52和电流阻挡区51交替布置。
[0031]选择性粗化最重要的是，使粗化区52露出的P-GaN层4面积在远离P电极7的方向面积增加。减少P电极7附近的电流聚集，以达到电流选择性分布的目的，使P-GaN层4表面的电流分布更均匀。
[0032]本发明由于和P-GaN层4接触的电流阻挡区51和粗化区52起到防止P极电流直接向下传导的作用，起到CBL(电流阻挡层)的作用，无需使用由硅的氧化物或者氮化物制成的CBL，因此不存在打线时掉电极的现象。同时粗化区52两锥形凸块之间填充的透明导电层6，又具有使P极电流直接向下传导的作用，因此通过合理的分配电流阻挡区51和粗化区52的分布情况，即可改变LED芯片表面电流的分布情况，从而进行电流分布优化。再者利用粗化区52的六棱锥形凸块521，还可增加光的向外扩散，增强出光的效率。
[0033]上述一种LED芯片结构的制造方法，包括如下步骤:
S1:准备带有PSS结构的蓝宝石衬底I，并采用金属气象外延方式在衬底I上依次沉积N-GaN层2、有源层3、P-GaN层4和N型半导体层。
[0034]S2:通过刻蚀裸露出部分N-GaN层2。
[0035]S3:N型半导体层选择性区域粗化形成粗化区52和未粗化的电流阻挡区51，从而制得N型半导体粗化层5。其中粗化区52为采用N-GaN粗化液进行粗化形成多个单独的六棱锥形凸块521，六棱锥形凸块521之间漏出P-GaN层4。
[0036]S4:利用蒸镀或者溅镀的方式在电流阻挡区51和粗化区52上沉积一层透明导电层6。使用快速退火炉加热整个LED芯片，温度500°C，持温时间为lmin，使透明导电层6与粗化区52锥形凸块521之间露出的P-GaN层4及N型半导体粗化层5形成欧姆接触。透明导电层6采用ITO或AZO。
[0037]S5:依次利用光刻、蒸镀和剥离的方式形成P电极7和N电极8。
[0038]S6:在P电极7和N电极8之间利用S12或Si3N4形成钝化层。
[0039]以上仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的保护范围的限定。凡依本案的设计思路所做的等同变化，均落入本案的保护范围。
【主权项】
1.一种LED芯片结构，其特征在于:包括衬底、N型层、有源层、P型层、N型半导体粗化层、透明导电层、P电极和N电极，衬底上依次形成N型层、有源层和P型层，N型层和N电极连接，P型层上形成N型半导体粗化层，N型半导体粗化层由N型半导体材料经区域性粗化后形成的粗化区和未经粗化的电流阻挡区构成，粗化区由同一个平面上多个单独的锥形凸块组成，粗化深度为露出P型层，N型半导体粗化层以及粗化后露出的P型层上形成与其欧姆接触的透明导电层，透明导电层上形成P电极。2.如权利要求1所述的一种LED芯片结构，其特征在于:所述N型层为N-GaN层，P型层为P-GaN层，N型半导体材料为N-GaN，所述透明导电层采用ITO或AZO。3.如权利要求1所述的一种LED芯片结构，其特征在于:所述N型半导体粗化层由N型半导体材料区域粗化后露出的P型层面积，在远离P电极的方向上逐渐增加。4.如权利要求1所述的一种LED芯片结构，其特征在于:所述粗化区和电流阻挡区在远离P电极的方向上交替布置。5.如权利要求1所述的一种LED芯片结构，其特征在于:所述N型半导体粗化层厚度为1μm-4um06.如权利要求1所述的一种LED芯片结构，其特征在于:所述锥形凸块为六棱锥形凸块。7.一种LED芯片结构的制造方法，其特征在于包括如下步骤: S1:采用金属气象外延方式在衬底上依次沉积N型层、有源层、P型层和N型半导体层； S2:通过刻蚀裸露出部分N型层； S3:N型半导体层选择性区域粗化形成粗化区和未粗化的电流阻挡区，从而制得N型半导体粗化层，其中粗化区为采用N型半导体粗化液进行粗化，形成多个单独的锥形凸块，锥形凸块之间漏出P型层； S4:利用蒸镀或者溅镀的方式在电流阻挡区和粗化区上沉积一层透明导电层，采用高温加热LED芯片的方式使透明导电层与粗化区锥形凸块之间露出的P型层及N型半导体层形成欧姆接触； S5:依次利用光刻、蒸镀和剥离的方式形成P电极和N电极。8.如权利要求7所述的一种LED芯片结构的制造方法，其特征在于:所述衬底为带有PSS结构的蓝宝石衬底，N型层、P型层和型半导体分别为N-GaN层、P-GaN层和N-GaN，所述透明导电层采用ITO或ΑΖ0。9.如权利要求7所述的一种LED芯片结构的制造方法，其特征在于:还包括S6，在P电极和N电极之间利用S12或Si3N4形成钝化层。10.如权利要求7所述的一种LED芯片结构的制造方法，其特征在于:步骤S4中高温加热LED芯片的方式为，使用快速退火炉加热LED芯片，温度500°C，持温时间为lmin。
【文档编号】H01L33/14GK106025027SQ201610557066
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月15日
【发明人】邬新根, 张永, 陈凯轩, 李俊贤, 吴奇隆, 李小平, 陈亮, 刘英策, 魏振东, 周弘毅, 黄新茂, 蔡立鹤
【申请人】厦门乾照光电股份有限公司