一种半导体LED芯片的制作方法

本发明涉及半导体芯片技术，特别涉及一种半导体LED芯片。

背景技术：

近年来，第Ⅲ族氮化物半导体材料及器件成为人们研究的热点，尤其是氮化物发光二极管(LED)，能被广泛地应用于蓝光发光器件。以氮化镓(GaN)为代表的LED具有出光效率高、耗电量小、发热量低、寿命长、体积小和环保节能等诸多优点，因而具有广泛的应用市场，如汽车照明、背光源、信号照明、大屏幕显示及军事等领域，并随着其技术的不断发展与成熟，LED有望成为新型的第四代照明光源。

目前，绝大多数氮化物半导体层都是生长在绝缘的蓝宝石衬底上。作为固态发光元件的LED，其主要结构包括衬底、n型氮化物半导体层、有源层、p型氮化物半导体层。通过ICP刻蚀工艺去除部分p型氮化物半导体层和有源层，以露出n型氮化物半导体层，并在n型和p型氮化物半导体层上分别沉积电极，制作成正装芯片。当注入电流施加于电极上，p型半导体层内的空穴与n型半导体层中的电子分别注入有源层，在有源层复合后发出光并出射。对于传统氮化物发光二极管而言，由于p型氮化物具有较低的导电性使得电流在其内的横向导电性能远低于垂直导电性能，而且电极到有源区的距离是有限的，电流还没来得及横向扩张多远就已经到达有源区，使得有源区发光的区域主要集中在电极下方；另外，对于传统氮化物发光二极管而言，p电极至n电极的路径也并非等距，而电流倾向于流过最短路径或最小距离，因此电流通道过少，造成电流拥挤，扩展不均匀，局部发光较强和局部温度过高，降低了器件的可靠性。

例如，说明书附图1是典型的传统氮化物LED芯片的平面图，其中p焊盘为圆形，从焊盘处延伸出指型电极。通过p、n电极注入电流，由于大部分注入的电流倾向于流过最短路径或最小距离，因此，图1中的电流通道只有一个，会造成芯片电压高，电流分布不均匀，出光效率低。

因此，电极设计需要合理布局n电极和p电极，以增加电流通道、降低电压、改善电流分布以及提高出光效率。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种半导体LED芯片，通过改变电极布局，以增加电流通道，并插入电流传输层，以增强电流迁移速率，减轻电流拥挤，从而提高电流扩散效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种半导体LED芯片，包括第一电极和第二电极，还包括电流传输层，所述电流传输层设置于第一电极与所述第二电极之间，所述第一电极与所述第二电极之间形成至少两个电流通道，所述至少两个电流通道的长度相等，所述电流传输层为透明导电材料。

本发明的有益效果在于：

由于电流倾向于通过最短路径传输，在第一电极与所述第二电极之间形成长度相等的至少两个的电流通道，即增加电流通道为两个以上，使电流分布更均匀，以降低芯片电压。采用电导率和热导率高的材料作为电流传输层，用于增强电子迁移速率和热量扩散，进一步减轻电流拥挤效应，进而提高了出光效率。

附图说明

图1为现有技术中的基于氮化物的半导体LED芯片的平面图；

图2为本发明实施例一的半导体LED芯片的侧面剖视图；

图3为本发明实施例一的半导体LED芯片的平面图；

图4为本发明实施例一的半导体LED芯片的平面图；

图5为本发明实施例二的半导体LED芯片的平面图；

图6为本发明实施例三的半导体LED芯片的平面图；

标号说明：

1、基板；2、第一导电半导体层；3、有源层；4、第二导电半导体层；

5、电流传输层；6、导电层；7、第二电极；71、第二焊盘；72、第二电极分支；73、过渡部；8、第一电极；81、第一焊盘；82、第一电极分支；

100、芯片。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：增设电流传输层，同时增加电流通道至两个以上，使电流分布更均匀，从而提高电流扩散效率。

本发明的半导体LED芯片可以应用于电子照明领域，例如将本发明的芯片100的第一电极8和第二电极7与外部电路导通，从而芯片100实现发光。本发明的芯片100增加电流通道至两个以上，电流分布更均匀，可提高电流扩散效率，进而使芯片的发光效率得到有效的提高；同时增设电流传输层5，以增强电流迁移速率和热量扩散，减轻电流拥挤，从而提高电流扩散效率和器件的可靠性。

需要说明的是，上述的电流传输层是在半导体LED芯片中增设的一个层级结构，是区别于半导体LED芯片中的导电半导体层、有源层、导电层等常见、通用或惯常使用的层级结构。

请参照图2-图6，一种半导体LED芯片，包括第一电极8和第二电极7，所述第一电极8与所述第二电极7之间形成至少两个的电流通道，至少两个的所述电流通道的长度相等；还包括电流传输层5，所述电流传输层5设置于第一电极8与所述第二电极7之间，所述电流传输层5为透明导电材料。

所述电流通道为电流的传输路径。由于电流倾向于通过最短路径传输，因此，所述电流通道即为电流的最短路径的传输路径，根据上述，即本发明的第一电极与所述第二电极之间形成至少两个长度相等的电流的最短路径的传输路径，即形成至少两个的上述电流通道。

所述的电流传输层5，置于第一电极8与所述第二电极7之间的区域。利用其为透明导电材料，提高电流迁移速率，加快芯片中电流的传输，减轻电流的拥挤，以提高芯片的出光效率。

所述电流传输层5的材质为高透光率的导电材料。理论上，种类方面，所有的透明导电材料均可以作为本发明的电流传输层5，材料透光率高，减少了对量子阱中复合光子的吸收，可出射的光越多，芯片越亮；高电导率和高热导率的材料可快速传输电流和热量，减轻电流拥挤，提高芯片的发光效率和可靠性；数量方面，可以选择一种或多种的导电材料共同作为本发明的电流传输层5。

优选的，可以选择导电性良好的导电材料，例如石墨烯或纳米银；或者选择金属导电材料，或者金属复合导电材料，或者非金属导电材料，或者非金属复合导电材料，或者是金属与非金属复合的导电材料。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：

由于电流倾向于通过最短路径传输，在第一电极与所述第二电极之间形成长度相等的至少两个的电流通道，即增加电流通道为两个以上，使电流分布更均匀，以降低芯片电压，进而提高了出光效率。并且在透明导电层与第二导电半导体层之间插入电流传输层，加快了电流传输和热量扩散，减少了电流拥挤，提高了芯片出光效率和稳定性。

进一步的，所述第二电极7包括第二焊盘71和从所述第二焊盘延伸出的至少一个第二电极分支72；所述第一电极8与所述至少一个第二电极分支82之间形成所述至少两个电流通道。

由上述描述可知，作为一个具体的结构示例，第二电极包括第二焊盘和第二电极分支，第二电极分支延伸于第二焊盘，以实现与电路的导通。此时，电流通道在第一电极与第二电极分支之间形成。

进一步的，所述第一电极8为第一焊盘。

由上述描述可知，作为一个具体的结构示例，第一电极为第一焊盘，即第一电极直接为一焊盘结构，根据第一焊盘的形状特征，电流通道在第二电极分支与第一焊盘之间形成。例如第一焊盘为方形时，电流通道在第二电极分支与方形的第一焊盘的两个对称的端部之间形成，当然第一焊盘的形状不限于方形，例如还可以是三角形、半圆形、圆形或椭圆形等。

进一步的，所述第一电极8包括第一焊盘81以及从第一焊盘延伸的第一电极分支82，所述的第一电极分支82与所述的至少一个第二电极分支72之间形成所述至少两个电流通道。

由上述描述可知，作为一个具体的结构示例，第一电极包括第一焊盘和第一电极分支，第二电极分支的数目为至少两个，例如两个；第一电极分支的数目可以为一个，或者两个以上。此时，电流通道在第二电极分支与第一电极分支形成。例如，第二电极分支的数目为两个，第一电极分支的数目为一个时，通过设计第一电极分支与第二电极分支在芯片上的分布位置，使两个的第二电极分支与一个的第一电极分支的距离相等，进而第二电极分支与第一电极分支之间形成两个的电流通道。

进一步的，所述第一电极8包括第一焊盘81和从所述第一焊盘上延伸的至少一个的第一电极分支82，所述至少一个第一电极分支82与所述至少一个第二电极分支72之间形成所述至少一个电流通道，所述第一焊盘81与所述第二电极分支72之间形成至少一个的所述电流通道。

由上述描述可知，作为一个具体的结构示例，第一电极包括第一焊盘和第一电极分支，电流通道在第一电极分支与第二电极分支之间、以及第一焊盘与第二电极分支之间形成。例如，第一电极分支与第二电极分支的数目均为一个时，此时，根据电流倾向于通过最短路径传输，对第一焊盘、第一电极分支与第二电极分支的分布进行设计，使得，第一电极分支与第二电极分支之间形成一个电流通道，第一焊盘与第二电极分支之间也形成了一个电流通道，即总得获得两个电流通道。当然，在实际应用时，可以根据需要，设计第一电极分支与第二电极分支的数目，例如均为两个或多个，使得在第一电极分支与第二电极分支之间、以及第一焊盘与第二电极分支之间形成的电流通道的数目大于两个，从而获得良好的芯片出光效率。

进一步的，所述的第二电极分支72至少为两个，所述至少两个第二电极分支72之间分别间隔设置。

由上述描述可知，作为一个具体的结构示例，第二电极分支的数目为多个时，多个第二电极分支之间间隔设置。同理，第一电极分支的数目为多个时，多个的所述第一电极分支之间也可以采用上述间隔设置的方式。

进一步的，所述第一电极分支82的横截面沿长度方向逐渐减少，所述第一电极分支82的末端为针尖结构，所述第一电极分支82的针尖结构朝向第二电极。

由上述描述可知，作为一个具体的结构示例，第一电极分支的形状可以是逐渐过渡缩小的针状。

进一步的，所述第二电极分支72的横截面沿长度方向逐渐减少，所述第二电极分支72的末端为针尖结构，所述第二电极分支72的针尖结构朝向第一电极。

由上述描述可知，作为一个具体的结构示例，第二电极分支的形状可以是逐渐过渡缩小的针状。上述针状的第二电极的形状设计会一定程度上改善电流拥挤情况。

进一步的，所述第一焊盘81的形状为三角形、四方形、圆形、椭圆形、半圆形或半椭圆形。

由上述描述可知，作为一个具体的结构示例，第一焊盘的形状可以为三角形、四方形、圆形、椭圆形、半圆形或半椭圆形。优选的，可以利用上述形状特征，设置第一焊盘与第二电极分支的分布情况，从而获得两个以上的电流通道。例如，设计使得四方形的第一焊盘的两个端部至第二电极分支之间的距离相等，从而，一个第二电极分支与一个四方形的第一焊盘的两个角之间便可以形成两个电流通道。

进一步的，所述第二焊盘71的形状为所述第二焊盘的形状为三角形、四方形、圆形、椭圆形、半圆形或半椭圆形。

由上述描述可知，作为一个具体的结构示例，第二焊盘的形状可以为三角形、四方形、圆形、椭圆形、半圆形或半椭圆形。

相比于现有技术中的圆形焊盘和指状电极，本发明的第一电极分支、第二电极分支、第一焊盘和第二焊盘的的形状可以在一定程度上改善电流拥挤情况。

进一步的，所述的第二电极分支72为两个，所述两个第二电极分支72分别对称的设置于所述第二焊盘71的两侧。

由上述描述可知，作为一个具体的结构示例，第二电极分支的数目为两个时，可以采用对称设置的分布方式。同理，所述第一电极分支的数目为两个时，两个的所述第一电极分支亦可以对称的设置于所述第一焊盘的两侧。

进一步的，所述两个第二电极分支72互相连接并形成一U型，所述U型的底部与第二焊盘71连接，所述U型的两个端部至第一焊盘81之间形成所述电流通道。

由上述描述可知，作为一个具体的结构示例，两个的第二电极分支互相连接并形成一U型，更利于电流扩散。此时，电流通道在U型的两个端部至第一焊盘之间形成。

进一步的，所述的两个第二电极分支72相互连接形成一钟摆型，所述钟摆型的两个端部至第一焊盘81之间形成所述的电流通道。

由上述描述可知，作为一个具体的结构示例，两个的第二电极分支互相连接并形成一钟摆型，此时，电流通道在钟摆型的两个端部至第一焊盘之间形成。

进一步的，所述的两个第二电极分支72相互连接形成一槽型，所述槽型的两个端部至第一焊盘81之间形成所述的电流通道。

由上述描述可知，作为一个具体的结构示例，两个的第二电极分支还可以互相连接并形成一槽型，此时，电流通道在槽型的两个端部至第一焊盘之间形成。

进一步的，所述两个第二电极分支72在芯片上对称设置，所述的一第二电极分支72与芯片100边缘的距离是另一第二电极分支72与芯片100中线距离的一半。

由上述描述可知，作为一个具体的结构示例，两个第二电极分支在芯片上对称设置。例如，可以形成上述U型、钟摆型或槽型等等的对称结构。并且，设计一第二电极分支与芯片边缘的距离是另一第二电极分支与芯片中线距离的一半，便于增强了芯片上的电流扩散效率。

进一步的，所述第二电极7还包括一过渡部73，所述过渡部73的一端从所述第二焊盘71向外延伸，所述过渡部73的另一端设置于所述U型结构底部的中心位置。

由上述描述可知，作为一个具体的结构示例，第二电极还包括一过渡部，U型结构的第二电极分支通过过渡部与第二焊盘连接，以实现电路的导通。此时，应注意过渡部与U型结构的对称设置，保证U型结构的两个端部至第一焊盘之间的电流通道的距离相等。

基于本发明的基础技术构思，本领域的技术人员可以得出以下结论，上述对第一电流分支和第二电流分支的结构、形状以及连接关系的描述，对于第一电流分支和第二电流分支相互对调后的方案也可以适用，即上述对第一电流分支和第二电流分支的结构、形状和连接关系的描述也适用于将第一电流分支直接替换为第二电流分支，第二电流分支直接替换为第一电流分支的方案。第一电流分支和第二电流分支相互对调后的方案同样可以获得两个以上的电流通道，改善电流的分布，以降低芯片电压，进而提高了出光效率。

进一步的，还包括基板1、第一导电半导体层2、有源层3、第二导电半导体层4和透明导电层6、介于第二导电半导体层4和透明导电层6之间的高速电流传输层5，所述第一导电半导体层2沉积在所述基板1上，所述第一导电半导体层2远离基板1的表面包括第一区域和第二区域，所述第一电极8沉积在所述第一区域上，所述有源层3、第二导电半导体层4、高速电子传导层5、透明导电层6和第二电极7分别依次沉积在所述第二区域上。

由上述描述可知，作为一个具体的结构示例，半导体LED芯片还包括基板、第一导电半导体层、有源层、第二导电半导体层和导电层，介于第二导电半导体层和导电层之间的高速电子传导层，并按照上述设置形成一具体、完整的芯片结构。

进一步的，所述电流传输层5设置于第二导电半导体层和透明导电层之间。

进一步的，电流传输层5的材质为石墨烯和纳米银中的至少一种。

由上述描述可知，作为一个具体的结构示例，电流传输层5可置于P型氮化物发光层和透明导电层之间，其材质可以是石墨烯、纳米银等具有优异导电性的材料，但不仅限于这两种材料。

进一步的，所述第一导电半导体层2和第二导电半导体层4的材料分别为第Ⅲ族氮化物。

由上述描述可知，第一导电半导体层和第二导电半导体层的材料为第Ⅲ族氮化物，从而可以获得第Ⅲ族氮化物半导体的优良性能。

具体的，第一导电半导体层、第二导电半导体层和有源层可以由具有化合物In_xAl_yGa_1-x-yN(此处，0≤x，0≤y，且x+y≤1)的半导体材料形成。更具体地，第一导电半导体层或第二导电半导体层可以由掺杂有n型导电杂质的GaN或GaN/AlGaN层形成。例如，n型掺杂可以是Si、Ge、Sn等，优选地使用Si。另外，第二导电半导体层或第一导电半导体层可以由掺杂有p型导电杂质的GaN或GaN/AlGaN层形成。例如，p型掺杂可以是Mg、Zn、Be等，优选地使用Mg。有源层可以由具有多量子阱结构的InGaN/GaN层形成。

进一步的，所述高速电子传导层可以是石墨烯、纳米银等具有优异导电性的材料，但不仅限于这两种材料。

进一步的，所述透明导电层可以是ITO、GZO、ZnO等具有高穿透率和导电性的材料。

进一步的，所述第一电极8与所述第二电极7依次为n电极和p电极，或者，所述第一电极8与所述第二电极7依次为p电极和n电极。

基于本发明的基础技术构思，本领域的技术人员显然可以得出以下结论，上述第一电极8与第二电极7可以任意选择n电极和p电极，即第一电极8与第二电极7也可以相互对调，并且对调后的方案也具有改善电流分布的技术效果。

由上述描述可知，上述的本发明的半导体LED芯片中，第一电极可以是n电极，第二电极则为p电极，此时，第一导电半导体层为n型半导体层，第二导电半导体层为p型半导体层，或者相反亦可。

请参照图2至图4，本发明的实施例一为：

参考图2、图3和图4，本实施例的半导体LED芯片包括：基板1，在基板1上依次沉积n型氮化物半导体层(即第一导电半导体层2)、有源层3、p型氮化物半导体层(即第二导电半导体层4)、透明导电层6、介于透明导电层和p型氮化物半导体层之间的电流传输层5，其材质选择石墨烯和/或纳米银，并蚀刻一部分的有源层3、p型氮化物半导体层4，以形成台面结构，然后利用ICP等刻蚀工艺暴露出n型氮化物半导体层的部分上表面，即第一区域，未暴露出的即为第二区域。在透明导电层6上形成的p电极(即第二电极7)和在露出的n型氮化物半导体层上形成的n电极(即第一电极8)。

考虑到晶格匹配和技术问题，通常使用蓝宝石作为基板1。蓝宝石衬底的平面有利于GaN膜的生长，并且在高温下稳定，使得其被用作蓝色或绿色发光器件的衬底。

第二电极7包括第二焊盘71和从第二焊盘延伸出的第二电极分支72。本发明中所述的第二焊盘71为椭圆形，延伸出的第二电极分支72为针状，第二电极分支72的顶部粗且底部细。参见图3-4中的d处的截面面积大于e处的截面面积。相比于图1中的圆形焊盘和指状电极，本实施例的针状的第二电极的形状会一定程度上改善电流拥挤情况。

第一电极8包括第一焊盘81和从第一焊盘两侧延伸出的两个的第一电极分支82。两个的第一电极分支82设置在第一焊盘81的对称的两侧，形成一钟摆型。要使电流分布均匀，优选地，第二电极分支72的末端和第一焊盘81之间的最小距离(图3和图4中的b)、第二电极分支72的末端和第一电极分支82的末端的距离(图3和图4中的a和c)相等。即，a、b、c距离相等。由于电流倾向于通过最短路径传输，所以相比于图1，本实施例中，参见图3和图4，电流通道由一个增加到3个，电流分布更均匀，芯片电压会降低，出光效率提高。需强调的是，第一电极分支82的形状并非局限于图3和图4这两种，其他形状的第一电极分支82，能体现本发明的第二电极分支72的末端和第一焊盘81之间的最小距离、第二电极分支72的末端和第一电极分支82的末端的距离相等的，均在保护范围内。

请参照图5和图6，本发明的实施例二为：

在实施例一的半导体LED芯片的基础上，本实施例的半导体LED芯片中，第二电极7包括椭圆形的第二焊盘71和其上延伸出的条形的第二电极分支72。图5中第二焊盘71位于芯片的中线，从第二焊盘71两侧延伸出的两个第二电极分支72到芯片边缘的距离为第二电极分支72到芯片中线距离的一半。两个第二电极分支72的末端到方形的第一焊盘81两侧的端点的距离相等，参见图5中，f＝g。第二电极分支72到芯片边缘的距离(参见图5中的A)为两个第二电极分支72到芯片中线距离(参见图5中的2A)的一半。本实施例中，电流有两个迁移通道，改善了电流分布，降低芯片电压，提高发光效率。要强调的是，第二电极分支72不局限与此实施例中的两种形状，任何能体现本发明思想的形状都应在保护范围内。

请参照图4和图6，本发明的实施例三为：

在实施例一的半导体LED芯片的基础上，本实施例的半导体LED芯片中，第二电极7包括椭圆形的第二焊盘71和其上延伸出的条形的第二电极分支72。图6中第二焊盘71位于芯片的中线，从第二焊盘71中间延伸出具有一定长度的过渡部73，过渡部73再与两个第二电极分支72连接。两侧延伸出的两个第二电极分支72到芯片边缘的距离为第二电极分支72到芯片中线距离的一半。两个第二电极分支72的末端到方形的第一焊盘81两侧的端点的距离相等，参见图6中，f＝g。图6的第二电极7的第二电极分支72的长度(L2)与从第二焊盘71处延伸出来的过渡部73的长度(L1)相等，L1＝L2。同样的，第二电极分支72到芯片边缘的距离(参见图6中的A)为两个第二电极分支72到芯片中线距离(参见图6中的2A)的一半。本实施例中，电流有两个迁移通道，改善了电流分布，降低芯片电压，提高发光效率。要强调的是，第二电极分支72不局限与此实施例中的两种形状，任何能体现本发明思想的形状都应在保护范围内。

要强调的是，本发明中第二电极分支72和第一电极分支82的条数视具体情况而定。对于大尺寸的芯片，可以同时有第二电极分支72和第一电极分支82。保持多条第二电极分支72到多条第一电极分支82的距离相等，就可以增加了电流通道，保证电流通道在两个以上，也就是增强了电流扩散效率，因此可以降低电压，提高芯片出光效率。

表1为现有技术的氮化物半导体LED芯片与本发明实施例一至三的半导体LED芯片未增设电流传输层时(即与实施例一至三的半导体LED芯片仅仅区别在于“未增设电流传输层”，其他结构设计均相同)的电压和出光效率的对比表。

表1

由表1可以看到，相比于图1的现有技术的氮化物半导体LED芯片，本发明的半导体LED芯片随着电流通道的增加，可以不同程度地降低电压，提高了出光效率。

还需要强调的是，本发明是利用两个以上电流通道以及增设电流传输层的配合设计，以达到提高芯片出光效率的技术效果。

表2为现有技术的氮化物半导体LED芯片与本发明实施例一至三的半导体LED芯片(即有增设电流传输层)的电压和出光效率的对比表。

表2

由表2可以看到，相比于图1的现有技术的氮化物半导体LED芯片，本发明的半导体LED芯片通过电流通道的增加以及增设电流传输层的配合设计，可以一定程度地降低电压，提高出光效率。

需要说明的有，在半导体LED芯片技术领域中，如何降低电压并提高出光效果是众多技术人员长期研究、致力攻克的技术重难点。本发明的上述表2中的电压值与效率值跟表1对比，其数值上显示的“较小”的变化，却是申请人通过长期的研发获得的技术成果，对如何降低电压并提高出光效果起到了实质的技术贡献。

综上所述，本发明提供的半导体LED芯片具有降低电压，提高出光效率的优点。

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同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。