一种发光效率高的LED芯片及其制作方法与流程

本发明涉及半导体光电器件领域，特别涉及一种LED芯片及其制作方法。

技术背景

发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)是一种半导体光电器件，利用半导体P-N结电致发光原理制成。LED由于能耗低，体积小、寿命长，稳定性好，响应快，发光波长稳定等好的光电性能，目前已经在照明、家电、显示屏、指示灯等领域有很好的应用。近年来，高亮度蓝绿光LED发展迅速，已成为全彩色高亮度大型户外显示屏、交通信号灯等必需的发光器件。

传统LED芯片由于结构的限制，电流主要聚集在电极正下方，电流扩散均匀度不能达到理想效果，导致电极正下方电流密度过高，产生热量过多，现有技术为改善电流聚集问题，通常在P电极形成之前在P型半导体表面上相对应P电极区域形成绝缘的电流阻挡层，增加电流的横向扩散，这在一定程度上使电流分布更加均匀，提高发光效率，但是由于电流阻挡层的设置，使得P电极与P型半导体层相互隔离无电流通过，这样P电极底部的有源层由于没有电流的注入而不发光,即使得电流阻挡层下方的有源区不能被充分利用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种发光效率高的LED芯片，使得电流阻挡层下方的有源区可被利用，进而提高发光效率。

本发明的另一目的是提供上述LED芯片的制作方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种发光效率高的LED芯片，包括：衬底，所述衬底上自下而上依次形成的外延层、电流阻挡层、透明导电膜以及P电极，所述外延层包括缓冲层、N型半导体层、发光层、P型半导体层，所述P型半导体层边缘刻蚀至露出所述N型半导体层，N电极形成在露出的N型半导体层上，所述电流阻挡层中有通孔，所述通孔中填充电导率低于透明导电膜的导电介质夹层，所述电流阻挡层与P型半导体层之间形成电导率大于P型半导体层的电流扩散薄层，所述电流扩散薄层被所述电流阻挡层以及所述导电介质夹层覆盖。

优选地，所述通孔形成在电流阻挡层的中央。

优选地，所述电流扩散薄层材料具有高的反射率。

优选地，所述电流扩散薄层材料为铝或银。

优选地，所述电流扩散薄层与所述P电极投影重合。

优选地，所述N型半导体层为N型GaN，所述发光层为In掺杂的GaN，所述P型半导体层为P型GaN。

一种LED芯片的制作方法，包括以下步骤：

(1)在衬底上自下而上依次外延生长缓冲层、N型半导体层、发光层和P型半导体层以获得外延片；

(2)蚀刻所述P型半导体层边缘至露出所述N型半导体层；

(3)在所述P型半导体层表面形成电流扩散薄层以及电流阻挡层，所述电流阻挡层中有通孔，所述通孔中填充电导率低于透明导电膜的导电介质夹层；

(4)在所述电流阻挡层以及未被电流阻挡层覆盖的P型半导体层表面形成透明导电膜；

(5)在最透明导电膜上形成P电极，在露出的N型半导体层上形成N电极。

优选地，步骤(3)具体过程为首先沉积一层电流扩散薄层，然后沉积一层电流阻挡层，刻蚀所述电流阻挡层形成通孔，在所述通孔中沉积导电介质夹层。

优选地，步骤(3)具体过程为首先沉积一层电流扩散薄层，然后沉积一层导电介质夹层，刻蚀所述导电介质夹层，沉积电流阻挡层覆盖电流扩散薄层，并且包围导电介质夹层。

优选地，所述电流扩展薄层与所述导电介质夹层材料相同，步骤(3)电流扩散薄层与导电介质夹层同一步沉积,然后刻蚀并沉积电流阻挡层。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明LED芯片所述电流阻挡层中有通孔，所述通孔中填充电导率低于透明导电膜的导电介质夹层，通过导电介质夹层的设置使得电流在电流阻挡层作用下横向流动的同时，可以流入P电极底部的有源层发光，增加发光效率，导电介质夹层电导率低于透明导电膜，使得相对于导电介质夹层，电流更容易从透明导电膜流过横向扩散，进而不会影响电流阻挡层横向扩散电流的作用；所述电流阻挡层与P型半导体层之间形成电导率大于P型半导体层的电流扩散薄层，所述电流扩散薄层被所述电流阻挡层以及所述导电介质夹层覆盖，使得经过导电介质夹层的电流可以在电流阻挡层下的P型半导体层上均匀分布，进一步增加发光效率。

因此，本发明使得电流阻挡层下方的有源区可被利用，进而提高了发光效率。

附图说明

图1为本发明实施例LED芯片剖面结构示意图；

图2为本发明实施例LED芯片电流阻挡层周围局部剖面结构示意放大图；

图3-图7为本发明实施例LED制作过程剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明进行介绍，实施例仅用于对本发明进行解释，并不对本发明有任何限定作用。

如图1所示，本发明实施例的LED芯片，包括：衬底10，所述衬底10上自下而上依次形成的外延层20、电流阻挡层30、透明导电膜40以及P电极50，所述外延层20包括缓冲层21、N型半导体层22、发光层23、P型半导体层24，所述P型半导体层24边缘刻蚀至露出所述N型半导体层22，N电极60形成在露出的N型半导体层22上，所述电流阻挡层30中有通孔70，所述通孔70中填充电导率低于透明导电膜40的导电介质夹层80，所述电流阻挡层30与P型半导体层24之间形成电导率大于P型半导体层24的电流扩散薄层90，所述电流扩散薄层90被所述电流阻挡层30以及所述导电介质夹层80覆盖。

具体的，本发明实施例LED为GaN基发光二极管，所述衬底10可为蓝宝石衬底或其他半导体衬底材料，如碳化硅、硅、GaAs、AlN、ZnO或GaN等；所述缓冲层21为GaN材料，所述N型半导体层22为N型GaN层，所述发光层23为多重量子阱，其材料可为In掺杂的GaN，所述P型半导体层24为P型GaN层；所述电流阻挡层30优选透光的绝缘材料，在保证绝缘，使电流横向扩散的同时，不因遮光而影响发光效率，本发明实施例电流阻挡层30材料可为二氧化硅膜层、氮化硅膜层等；所述透明导电膜70优选透光性良好的氧化铟锡(ITO)，还可以为，氧化锌(ZnO)或氧化镉锡(CTO)或氧化铟(InO)或铟(In)掺杂氧化锌(ZnO)或铝(Al)掺杂氧化锌(ZnO)或镓(Ga)掺杂氧化锌(ZnO)等中的一种或多种；所述P电极80和N电极90的材料包括Cr、Pt、Au、Ti、Al、或Sn中的至少一种，可以选择Cr/Pt/Au、Au/Sn、Cr/Ti/Au或Ti/Al/Ti/Au等电极结构。

本发明实施例LED芯片，导电介质夹层80连接P电极50下的透明导电膜40和电流阻挡层30下的P型半导体层24，通过导电介质夹层80的设置，使得电流在电流阻挡层30作用下横向流动的同时，可以流入P电极50底部的有源层发光，增加发光效率，导电介质夹层80电导率低于透明导电膜40，使得相对于导电介质夹层80，电流更容易从透明导电膜40流过横向扩散，进而不会影响电流阻挡层30横向扩散电流的作用；

所述电流阻挡层30与P型半导体层24之间形成电导率大于P型半导体层24的电流扩散薄层90，所述电流扩散薄层90被所述电流阻挡层30以及所述导电介质夹层80覆盖，使得经过导电介质夹层80的电流可以在电流阻挡层30下的P型半导体层24上均匀分布，进一步增加发光效率。

本发明实施例优选地，所述通孔70形成在电流阻挡层30的中央，所以导电介质夹层80填充在电流阻挡层30的中央，可以使电流阻挡层30下的P型半导体24上的电流更加匀称。

本发明实施例优选地，所述电流扩散薄层90材料具有高的反射率，如铝或银，使得有源区发射出来的光在射向P电极50底部前被有效反射出光，抑制P电极50对光的吸收，进而提高出光效率。当然本发明实施例电流扩展薄层90也可为其他导电材料，其可以与导电介质夹层80相同也可以不同，导电介质夹层80电导率低于透明导电膜40，其材料也可以为氧化铟锡(ITO)，氧化锌(ZnO)或氧化镉锡(CTO)或氧化铟(InO)或铟(In)掺杂氧化锌(ZnO)或铝(Al)掺杂氧化锌(ZnO)或镓(Ga)掺杂氧化锌(ZnO)等。

本发明实施例优选地，所述电流扩散薄层90与所述P电极50投影重合，所以LED芯片制作过程中P电极50与电流扩散薄层90形成可用同一块掩膜版，节约成本。

本发明实施例LED芯片的制作方法，包括以下步骤：

(1)在衬底10上自下而上依次外延生长缓冲层21、N型半导体层22、发光层23和P型半导体层24以获得外延片20；

(2)蚀刻所述P型半导体层24边缘至露出所述N型半导体层24；

(3)在所述P型半导体层24表面形成电流扩散薄层90以及电流阻挡层30，所述电流阻挡层中有通孔70，所述通孔70中填充电导率低于透明导电膜40的导电介质夹层80；

(4)在所述电流阻挡层30以及未被电流阻挡层30覆盖的P型半导体层24表面形成透明导电膜40；

(5)在透明导电膜40上形成P电极50，在露出的N型半导体层22上形成N电极60。

本发明实施例，步骤(3)具体过程可为首先通过掩膜沉积工艺一层电流扩散薄层90，然后通过掩膜沉积工艺沉积一层电流阻挡层30，刻蚀所述电流阻挡层30形成通孔70，在所述通孔70中通过掩膜沉积工艺沉积导电介质夹层80。

本发明实施例，步骤(3)具体过程还可以为首先通过掩膜沉积工艺沉积一层电流扩散薄层90，然后通过掩膜沉积工艺沉积一层导电介质夹层80，刻蚀所述导电介质夹层80，沉积电流阻挡层30覆盖电流扩散薄层90，并且包围导电介质夹层80。

本发明实施例，所述电流扩展薄层90与所述导电介质夹层80材料相同时，步骤(3)电流扩散薄层90与导电介质夹层80同一步沉积，然后刻蚀并沉积电流阻挡层30，可简化工艺流程。