一种高亮正装LED芯片的制作方法

本发明涉及LED芯片的技术领域，特别是一种高亮正装LED芯片。

背景技术：

GaN基LED的发光效率由发光二极管的内量子效率和光提取率决定，电流密度越低，内量子效率越高。GaN基LED主要采用蓝宝石衬底，由于它的绝缘性，芯片的P型电极和N型电极只能设计制作在芯片的同一外延面上。如图1所示，常规的GaN基LED结构包括衬底（1），所述衬底（1）上依次形成有N型层（2）、发光层（3）、P型层（4）和透明导电层（5），P型电极（7）形成于透明导电层（5）上，N型电极（8）形成于N型层（2）上，绝缘层（6）最终形成于透明导电层（5）上并部分覆盖P型电极（7）和N型电极（8）。这种结构的LED由于N型电极和P型电极的欧姆接触区域，以及电极区域的遮挡导致了芯片有效出光区的面积减小。因此，常规的GaN基LED结构限制了GaN基LED发光效率的提高。

技术实现要素：

本发明在传统的正装结构基础上，提供一种高亮正装LED芯片，通过增强P型电极下光线的出射，提升外量子效率，以及减小电流密度，增加内量子效率，增大发光区有效面积，来提升LED芯片的发光效率。

本发明提供了一种高亮正装LED芯片，包括外延层、透明导电层、绝缘层、P型电极和N型电极，所述外延层包括自下而上制作在衬底上的N型层、发光层和P型层，外延层的一侧壁蚀刻至N型层的台面并制作有N型电极，所述透明导电层形成于P型层表面并制作有P型电极，其特征在于：所述绝缘层形成于透明导电层表面并自外延层侧壁延伸至N型层表面，P型电极和N型电极至少有一个电极是部分制作在绝缘层上。

具体的，电极部分的制备可以为以下方案：1）P型电极可以部分在绝缘层上，部分在透明导电层上，N型电极全部在N型层上；2）P型电极可以全部在透明导电层上，N型电极部分在绝缘层上，部分在N型层上；3）P型电极也可以部分在绝缘层上，部分在透明导电层上，N型电极部分在绝缘层上，部分在N型层上。

其中，所述的N型电极是部分制作在绝缘层上，位于绝缘层上的N型电极下方包括自上而下设置的绝缘层、透明导电层、P型层、发光层、N型层和衬底。

所述P型电极为仅由P电极焊盘构成或是由P电极焊盘和P金属扩展电极构成，N型电极由N电极焊盘和N金属扩展电极构成。

其中，所述N型层为N-GaN层，P型层为P-GaN层。

其中，所述绝缘层可以为SiO₂、Al₂O₃或SiN_xO_y等绝缘材料制成，其中x>0，0<y<2。

其中，所述透明导电层可以为ITO、ZnO、AZO、GZO等材料制成，透明导电层可开孔，也可不开孔，以增强电流的导通性能。

其中，所述正装LED芯片还可以包括位于P型层和透明导电层之间的电流阻挡层，电流阻挡层可以为SiO₂、Al₂O₃等绝缘材料制成，电流阻挡层可开孔，也可不开孔。

其中，所述电流阻挡层在水平面上的投影不完全覆盖P型电极的投影，以减少对P型电极的遮挡，增加发光面积。

本发明所提供的高亮正装LED芯片，通过改进P型电极焊盘下的绝缘层、透明导电层、P-GaN层组成的结构，将N型电极的主要部分设置在绝缘层上，减少了刻蚀N型层台面的面积，增加发光区面积；通过设置绝缘层而使得P型电极距离发光层更远，且GaN层、透明导电层、绝缘层及空气的折射率依次递减，改变折射角，加上通过对电流阻挡层结构上的改进，进一步增大了发光区的有效面积，从而显著增强了P型电极下的出光效果，因此，本发明提升了LED芯片的亮度，还增加了电极设计的多样化，并因电极和绝缘层的粘附性比在GaN层和透明导电层上更好，降低了掉电极的风险，从而更加有利于市场推广。

附图说明

图1为常规GaN基LED的结构示意图。

图2为本发明的结构示意图。

图中，1-衬底；2-N型层；3-发光层；4-P型层；5-透明导电层；6-绝缘层；7-P型电极；8-N型电极。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图2所示，本发明所提供的高亮正装LED芯片，包括衬底（1），形成于衬底（1）上的N型层（2），形成于N型层（2）上的发光层（3），形成于发光层（3）上的P型层（4），外延层的一侧壁蚀刻至N型层（2）的台面并制作有N型电极（8），P型层（4）表面形成有透明导电层（5）且透明导电层（5）表面制作有P型电极（7），透明导电层（5）可以为ITO透明导电层，绝缘层（6）形成于透明导电层（5）表面并自外延层侧壁延伸至N型层（2）的表面，P型电极（7）和N型电极（8）至少有一个电极是部分制作在绝缘层（6）上；

在本实施例中，绝缘层（6）用SiO₂材料制成，绝缘层（6）经蚀刻露出部分透明导电层（5）和部分N型层（2），所述P型电极（7）由P电极焊盘和P金属扩展电极构成，N型电极（8）由N电极焊盘和N金属扩展电极构成，电极部分的制备采用如下方案：P电极焊盘设置在绝缘层（6）表面，与P电极焊盘连接的P金属扩展电极延伸至透明导电层（5）上，N电极焊盘设置在绝缘层（6）表面，与N电极焊盘连接的N金属扩展电极延伸至N型层上，N型焊盘和P型焊盘可不在同一高度。

作为进一步的方案，为了使得自P型电极（7）端导入的电流经透明导电层（5）均匀分布于LED结构的外延层，则本实施例还可以在透明导电层（5）下进一步设置电流阻挡层；

优选地，由于在常规的GaN基LED结构设计中，电流阻挡层以及透明导电层在水平面上的投影通常会覆盖与整个P型电极底部区域（电流阻挡层、透明导电层和P型电极的底部投影面积依次减小），由于P-GaN的电流横向扩展性能差，加上电流阻挡层是不导电的，所以电流阻挡层的下方是很难将电流扩展过去，所以电流阻挡层下方不能算作发光的有效面积，因此，电流阻挡层的面积越大会相应减小有效的发光面积，本发明中则将电流阻挡层和透明导电层的结构设计为仅覆盖P金属扩展电极以及部分P电极焊盘的底部区域，这就减小了电流阻挡层的面积，并相应增加发光面积而提升了光效，同时由于本发明中将P 型电极的主要部分设置在绝缘层上，也能通过P 型电极、透明导电层以及电流阻挡层设计的多样化来提高流入LED外延层中的电流均匀性。

作为进一步的方案，本实施例中的透明导电层（5）和电流阻挡层均可根据实际需要进行开孔，同时上述实施例中的外延层结构也可以进一步包括缓冲层、超晶格层等中间层。

相对于图1所示的常规GaN基LED结构，本发明的P型电极（7）距离发光层（3）更远，发光层（3）面积更大。由于本发明中将绝缘层（6）设置在P型电极（7）和透明电极之间，使得P型电极（7）距离发光层更远，且GaN层、ITO透明导电层（5）、SiO₂绝缘层（6）及外部空气的折射率呈递减状态，因而能更有利于P型电极（7）下光的出射，提升外量子效率，最终提升光效。同时，由于N型电极（8）的主要部分设置在绝缘层（6）上，减少了对外延层中P型层（4）、发光层（3）的蚀刻，增大了发光层（3）的面积，P型电极（7）的主要部分设置在绝缘层（6）上，同时通过改进电流阻挡层以及对P型电极（7）（P电极焊盘、P金属扩展电极）的结构设计，在保障外延层中电流均匀性的同时也增加了有效发光面积，发光层（3）面积更大，相同电流下，可以降低电流密度，提升内量子效率，最终提升光效。

上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。