LED芯片的制作方法

本实用新型涉及发光器件技术领域，特别涉及一种LED芯片。

背景技术：

LED（Lighting Emitting Diode，发光二极管）芯片是LED的核心结构，目前，LED芯片大多采用蓝宝石作为衬底，如图1所示，芯片结构包括：(1)、在蓝宝石衬底材料上分别沉积外延层，从下到上依次为缓冲层、N型GaN层，MQW（Multiple Quantum Wells，多量子阱）发光层，P型GaN层。（2）、将芯片从P型GaN层刻蚀至N型GaN层，在刻蚀区域上制备N电极即负极。（3）、在P型GaN层上沉积ITO（Indium tin oxide，氧化铟锡）层，在ITO层上制备P电极即正极，其中，ITO层之上包括二氧化硅钝化层。

常规的水平结构的LED芯片含有一个正极和一个负极金属接触层，通入直流电源后能够正常发光。水平结构的LED芯片电流在芯片内部扩散时，由于芯片结构差异和不同层级材料的电阻的差异，会造成芯片电流扩散非常不均匀。电流会选择最容易扩散的方式流通于正负极，换句话说就是朝着电阻小的区域扩散。如2图所示，直线线条模拟了电流的流动趋势，水平结构芯片的电流会聚集在正负电极直线连线上靠近负极的区域，因为直线距离最短，电流直线流过时电阻最小。但是，随着芯片的持续工作，电流聚集处会产生大量的热，长期发热严重的芯片会因为过热而加快老化，影响芯片的使用寿命；而且发热过多说明更多电功率用于发热，间接也影响芯片的发光效率。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。为此，本实用新型需要提出一种LED芯片，该LED芯片可以有效减小电流拥堵，使得电流扩散更加均匀，发光效率得到提高，寿命长、稳定性得到增强。

为解决上述问题，本实用新型一方面实施例提出一种LED芯片，包括：衬底，在所述衬底之上依次形成的缓冲层、N型半导体层、发光层和P型半导体层，所述P型半导体层上形成有刻蚀至N型半导体层的台阶；P电极，所述P电极形成在所述P型半导体层上；N电极，所述N电极形成在台阶上并与N型半导体层电连接；其中，所述台阶上形成有延伸至N型半导体层中的第一沟槽，及在所述第一沟槽内的部分区域形成的延伸至衬底的第二沟槽。

本实用新型实施例提出的LED芯片还具有如下的附加特征：

所述第一沟槽和第二沟槽为圆弧形状。

所述第一沟槽和第二沟槽位于台阶表面与所述发光层的交接处。

所述第二沟槽的宽度小于或等于第一沟槽的宽度。

所述第一沟槽和第二沟槽的宽度为5-10μm。

所述第一沟槽和第二沟槽相对于所述P电极和N电极之间的连线对称。

进一步地，所述第二沟槽位于P电极和N电极的直线连接线的区域上。

所述第一沟槽和第二沟槽中填充有结缘材料。

所述LED芯片，还包括导电层，所述导电层位于所述P型半导体层之上。

进一步地，所述LED芯片还包括绝缘保护层，所述绝缘保护层形成在导电层上以及所述台阶表面上。

根据本实用新型实施例的LED芯片，通过在LED芯片的台阶上形成延伸至N型半导体层中的第一沟槽，及在第一沟槽内的部分区域形成的延伸至衬底的第二沟槽，对流通的电流起到截流和分流的作用，使得电流扩散更加均匀，进而芯片的发光效率得到提高，寿命长、稳定性得到增强。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有技术的一种LED芯片的结构示意图；

图2为现有技术的LED芯片的电流流向示意图；

图3为根据本实用新型的一个实施例的LED芯片的结构示意图；

图4为根据本实用新型的一个实施例的LED芯片的俯视图；

图5为根据本实用新型的一个实施例的LED芯片的剖面图；

图6为根据本实用新型的一个实施例的LED芯片的制备方法中制备的具有台阶的结构示意图；

图7为根据本实用新型的一个实施例的LED芯片的制备方法中制备的具有第一沟槽的结构示意图；

图8为根据本实用新型的一个实施例的LED芯片的制备方法中制备的具有第一沟槽和第二沟槽的结构示意图；

图9为根据本实用新型的一个实施例的LED芯片的制备方法中制备的具有导电层的结构示意图；

图10为根据本实用新型的一个实施例的LED芯片的制备方法中制备的具有电极的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本实用新型的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本实用新型的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本实用新型的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本实用新型的实施例的范围不受此限制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面参照附图描述根据本实用新型实施例提出的LED芯片以及LED芯片的制备方法。首先，对本实用新型实施例的LED芯片进行说明。图3为根据本实用新型的一个实施例的LED芯片的结构示意图。如图3和图4所示，本实用新型实施例的LED芯片包括衬底10例如蓝宝石衬底、在衬底10之上依次包括缓冲层20、N型半导体层30例如N型GaN层、发光层40例如MQW层、P型半导体层50例如P型GaN层，P型半导体层50上形成有刻蚀至N型半导体层30的台阶，以及形成在P型半导体层50上并与P型半导体层50电连接的P电极81，和形成在台阶上并与N型半导体层30电连接的N电极82，具体地，在实例中，电极即P电极81和N电极82可以包括Cr/Ti/Au电极、Cr/Pt/Au电极和Ti/Al/Ti/Au电极中的一种或两种。

其中，所述台阶上形成延伸至N型半导体层30中的第一沟槽91，及在所述第一沟槽91内的部分区域形成的延伸至衬底10的第二沟槽92。具体地，没有沟槽即第一沟槽91和第二沟槽92的时候，电流会聚集在正负电极之间连线的直线区域并指向负极流动，制作完沟槽后，对正负电极间流通的电流起到截流和分流的作用，从图5可看出，第一沟槽91和第二沟槽92组合成倒凸型沟槽，由于第二沟槽92刻蚀至蓝宝石衬底，第二沟槽92刚好阻断了正负电极的直线连线区域的电流，因此第二沟槽92起到了截流作用，恰好截流区域就是电流聚集最密集的区域，被截断的电流只能往就近的侧面扩散。同时第一沟槽91是刻蚀至N型半导体层30之中，第一沟槽91下方未刻蚀的区域的电阻值相比原先没有沟槽的芯片的电阻值要大，电流不会过多集中于此处，而是一部分电流进一步向沟槽的两侧扩散，一部分电流也会向第一沟槽91下方扩散，起到了均匀分散电流的作用。总之，第一沟槽91和第二沟槽92阻断了电流聚集于正负电极的连线区域，并进一步将电流分散至沟槽的两侧。

总而言之，根据本实用新型实施例的LED芯片，通过在LED芯片的台阶上形成延伸至N型半导体层30中的第一沟槽91，及在第一沟槽91内的部分区域形成的延伸至衬底10的第二沟槽92，对流通的电流起到截流和分流的作用，使得电流扩散更加均匀，进而芯片的发光效率得到提高，寿命长、稳定性得到增强。

具体地，如图4所示，所述沟槽的形状与台阶边缘的形状相一致，沟槽的形状可以是直线形、圆弧形或者其它形状。优选地，所述沟槽即第一沟槽91和第二沟槽92为圆弧形状，如此有利于电流分布更加均匀。

所述第一沟槽91和第二沟槽92位于台阶表面与所述发光层40的交接处，即是说，沟槽位于台阶表面与发光层40相交的位置处。

制作沟槽的过程中，现在台阶表面刻蚀形成第一沟槽91，第一沟槽91的深度延伸到N型半导体层30之中，可以刻蚀至N型半导体层30厚度的一半；然后在第一沟槽91底部的部分区域刻蚀形成第二沟槽92，第二沟槽92的位置优选位于P电极81和N电极82的直线连接线的区域上，由于水平结构LED芯片的电流会聚集在正负电极的直线连线上，因此将第二沟槽92设置在P电极81和N电极82的直线连接线的区域上，可实现对大部分电流的截流，使其向第二沟槽92的两侧扩散，有利于均匀分散电流。刻蚀时，所述第二沟槽92的宽度可以小于或等于第一沟槽91的宽度，在本实用新型的一个实施例中，所述第二沟槽92的宽度小于所述第一沟槽91的宽度。第一沟槽91和第二沟槽92的宽度为5-10μm。在本实用新型的一个实施例中，所述第一沟槽91和第二沟槽92相对于所述P电极81和N电极82之间的连线对称，所述第一沟槽91和第二沟槽92中填充有结缘材料，例如二氧化硅。

在本实用新型实施例中，所述LED芯片还包括形成在P型半导体层50之上的导电层60，导电层60为透明材质，例如ITO层。导电层60也能起到电流均匀扩散的作用。制作完成后的导电层60与台阶的边界之间留有一定的间距，此距离为3-5μm。

进一步地，上述LED芯片还包括绝缘保护层70，绝缘保护层70位于导电层60之上除了P电极81的部分，以及所述台阶表面上除了N电极82的部分。可以理解为，绝缘保护层层70例如二氧化硅层覆盖表面裸漏的导电层60以及台阶上裸漏的N型半导体层30，绝缘保护层70可以减少光的全反射，同时对LED芯片具有保护作用。

基于上述方面实施例的LED芯片结构，下面参考附图描述根据本实用新型的另一方面实施例提出的LED芯片的制作方法。

本实用新型实施例的LED芯片的制备方法包括以下步骤：

S1，在衬底10上依次外延生长缓冲层20、N型半导体层30、发光层40和P型半导体层50以获得外延片。

具体地，以蓝宝石为衬底10，采用MOCVD（金属有机化学气相沉积）设备制备LED的外延层，从蓝宝石衬底依次向上包括：缓冲层20例如氮化镓，N型半导体层30例如N-GaN（n型氮化镓），发光层40例如MQW（多量子肼层）结构，P型半导体层50例如P-GaN（p型氮化镓）。

S2，在外延片上制作台阶。

具体地，如图6所示，在外延片上制取台阶具体包括：通过光刻方法在外延片上制备掩膜，例如，采用正性光刻胶对外延片表面进行光刻以制作掩膜，暴露出需要刻蚀的N-GaN的部位。进而对带有掩膜的外延片进行刻蚀以获得台阶，例如，利用ICP（Inductive Coupled Plasma Emission Spectrometer，电感耦合等离子体）刻蚀机对具有掩膜的外延片进行干法刻蚀，刻蚀时间例如为10-14分钟，刻蚀深度达到1.2-1.5 um，刻蚀完成后，去除残余光刻胶，即获得台阶。

S3，在外延片的台阶上制作第一沟槽91和第二沟槽92。

具体地，如图7和图8所示，在台阶表面制作掩膜，用ICP刻蚀机进行干法刻蚀，在台阶表面刻蚀第一沟槽91，第一沟槽延伸91至N型半导体层30中，第一沟槽91的深度为1-3μm，长度为90-180μm，宽度为5-10μm ；然后在第一沟槽91中制作第二沟槽92，先在第一沟槽91中制作掩膜，暴露出需要刻蚀的第二沟槽92区域，用ICP刻蚀机进行干法刻蚀，刻蚀深度从第一沟槽91的底部直到蓝宝石衬底，制作完成去除光刻胶，第二沟槽92的长度为18-60μm，宽度可以小于或等于第一沟槽91的宽度。

S4，制备P电极81和N电极82。

具体地，首先，采用光刻方法在制备的外延片上获得电极掩膜，例如，在黄光区，利用负性光刻胶对外延片进行光刻以制备电极掩膜，以暴露出需要制备电极的区域。然后，采用蒸镀方法在P型半导体层50上制备P电极81和在台阶表面上制备N电极82，将制备好掩膜的外延片放入金属蒸镀机内进行蒸镀，其中，电极材料可以为Cr\Ti\Au 、Cr\Pt\Au和Ti\Al\Ti\Au中的一种或两种。

在蒸镀完成之后，去除电极掩膜，并在去除所述电极掩膜之后，在氮气氛围内对外延片进行热处理，其中，热处理温度为300-350℃，时间为15-25分钟，进行合金热处理之后，完成电极的制备，制备获得P电极和N电极如图5所示。

在制备P型电极和N型电极之后，为了减少出射光的漫反射和保护LED芯片，上述制备方法还可以包括：

S5，在制备电极的外延片上沉积绝缘保护层70。

具体地，绝缘保护层70可以为二氧化硅层。在制作完电极的外延片表面用PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积）设备沉积一层SiO₂，二氧化硅层的厚度为80-120nm。进而采用光刻、刻蚀方法对绝缘保护层进行处理以获得电极部分，例如，用光刻技术制作掩膜以暴露出电极部分，用HF-NH₄F缓冲刻蚀液去除掉暴露部分的SiO₂，刻蚀完成后，去除掉残余的光刻胶，即获得沉积绝缘保护层的LED芯片，制作绝缘保护层的同时，第一沟槽和第二沟槽中也填充了绝缘材料SiO₂，至此完成整个LED芯片的制备。

另外，在本实用新型的另一实施例中，在上述步骤S3制作完第一沟槽91和第二沟槽92之后，还可以包括步骤S31，在外延片的P型半导体层50上制备导电层60。

具体地，如图9所示，采用蒸镀方法在P型半导体层50上蒸镀透明的导电层60，例如，将制作完台阶的外延片进行化学溶液表面处理，然后放入蒸镀机内进行蒸镀以形成导电层例如ITO薄膜，导电层即薄膜的最终厚度100-300 nm，完成薄膜后再次进行黄光光刻，保留需要的区域：需要的ITO薄膜只覆盖在P型半导体层表面，并且与台阶边界处留有3-5 um 的距离没有ITO薄膜 。光刻完成后利用ITO刻蚀液对ITO进行湿法刻蚀，时间10-20分钟。刻蚀完成后，去除残余光刻胶。然后对导电层在氮气氛围内进行退火处理，例如，退火在纯氮气氛围中，退火温度为450-540℃，退火时间为20-40分钟，完成ITO制备，获得导电层。此后，如图10所示，在制作P电极81时，将P电极81制作在导电层60上，然后绝缘保护层70形成在导电层60上，最终制作完成的LED芯片如图3所示。

综上所述，根据本实用新型实施例的LED芯片，通过在LED芯片的台阶上形成延伸至N型半导体层中的第一沟槽，及在第一沟槽内的部分区域形成的延伸至衬底的第二沟槽，对流通的电流起到截流和分流的作用，使得电流扩散更加均匀，进而芯片的发光效率得到提高，寿命长、稳定性得到增强。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。