一种弧线形N电极及垂直结构LED芯片的制作方法

本发明涉及led制造领域，特别涉及一种弧线形n电极及垂直结构led芯片。

背景技术：

随着led在照明领域的逐步应用，市场对白光led光效的要求越来越高，gan基垂直结构led具有良好的散热能力，能够承受大电流注入，这样一个垂直结构led芯片可以相当于几个正装结构芯片，折合成本只有正装结构的几分之一。因此，gan基垂直结构led是市场所向，是半导体照明发展的必然趋势。与传统的平面结构led相比，垂直结构led具有许多优点：垂直结构led两个电极分别在led的两侧，电流几乎全部垂直流过外延层，没有横向流动的电流，电流分布均匀，产生的热量减少；采用键合与剥离的方法将导热不好的蓝宝石衬底去除，换成导电性好并且具有高热导率的衬底，可有效地散热；n-gan层为出光面，该层具有一定的厚度，便于制作表面微结构，以提高光提取效率。总之，与传统平面结构相比，垂直结构在出光、散热等方面具有明显的优势。

随着半导体技术的高速发展，led的内部量子效率能达到90％以上，而外部量子效率的提高并不显著，受到诸多因素的影响，如led结构，电极形状，电极材料，电流扩展层厚度等，成为制约led发光效率提高的主导因素。相对于其他提高led亮度的方法(如高反射膜，衬底剥离，表面粗化等)而言，最易操作的是对芯片的电极形状进行优化，电极形状对光输出影响很大，如果电流扩散不充分、不均匀，会导致出光减少，通过合理设计电极的形状可以提高led的发光效率。

理论上，在离电极越远的地方，电流越小，亮度越低。对于现有垂直电极结构技术，传统认为电极形状为“十”字形或“米”字形状的led芯片的i-v性能最好。但“十”字形或“米”字形电极在芯片中心部分，由于电极比较集中，电流也相对比较集中，这样导致led电流分布不够均匀，尤其是到台面的边缘部分，电流分布极不均匀，使得边缘部分的亮度很小。在中心圆形电极周围及插指附近，电流拥挤，在芯片边缘部分，电流小。电流趋势从中间到边缘越来越小，亮度也是越来越弱。

一般在制作垂直结构led时，通常使用金属银作为反射层，但是由于ag的易扩散，会制作一层电流阻挡层(barrier)包裹住反射层，每一个芯片周围会有大概5μm～10μm区域没有反射层(如图1)，在图1中，反射层20被电流阻挡层10包围，由于反射层20用于反射光线，而阻挡层10由于材料限制，反射光线极弱，导致该区域反射光线会有很大部分损失，而在蒸镀上一般的“十”字形或“米”字形n电极后，此区域电流分布也不均匀，对出光贡献也大大减小。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种弧线形n电极，很大程度上改善了传统米字型、十字型n电极电流分布不均，吸光严重的问题。

本发明的另一目的在于提供一种垂直结构led芯片，克服了横向结构led芯片的电流拥挤的缺点，极大的改善了电流在芯片内传输的均匀性。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种弧线形n电极，包括插指和焊盘；所述焊盘为长方形；所述插指由中心区域插指及边缘多边形插指组成；

所述边缘多边形插指同时为左右对称结构、上下对称结构；

所述焊盘和中心区域插指位于边缘多边形插指内部，均为左右对称结构，对称轴为边缘多边形插指的左右对称轴；所述中心区域插指的顶端与焊盘相接，并与焊盘长边垂直，底端与边缘多边形插指相接；

所述中心区域插指包括弧线形插指和垂直插指；所述垂直插指位于边缘多边形插指的左右对称轴上。

所述中心区域插指由两根垂直插指及一个圆环插指组成，所述圆环插指关于边缘多边形插指的左右对称轴对称；第一垂直插指连接圆环插指和焊盘；第二垂直插指连接圆环插指和边缘多边形插指。

所述圆环插指的半径范围是150um-250um。

所述中心区域插指由一根垂直插指及一条曲线插指组成；所述垂直插指连接曲线插指和焊盘；所述曲线插指与边缘多边形插指相接；所述曲线插指为一条开口向下的抛物线。

所述抛物线的方程是为y²＝kx，其中，0.5<k<2。

所述插指的宽度范围为4μm～11μm；所述焊盘的长边边长范围是50μm-100μm,短边边长范围是30um-80um。

一种垂直结构led芯片，包括所述的弧线形n电极。

所述的垂直结构led芯片，由下至上依次包括p电极层、反射层、电流阻挡层、外延层及弧线形n电极，所述电流阻挡层的形状与弧线形n电极的形状构成相似图形，所述流阻挡层的尺寸比弧线形n电极的尺寸大18％～25％；所述外延层由下至上依次包括p-gan、量子阱和n-gan。

所述p电极层由下至上依次包括种子层、键合层、掺杂硅衬底层、防氧化层。

所述电流阻挡层的制备方法如下：

利用pecvd在p-gan表面先生长一层sio2，再匀一层正性光刻胶，用正胶光刻板曝光与弧线形n电极图案垂直投影区域相对应部分的光刻胶，用boe溶液洗掉曝光区的sio2，以光刻胶为掩膜，使用icp对曝光区域的gan进行o2plasma表面轰击微处理，再使用全自动去胶机去除剩余光刻胶，再在处理过的表面进行反射镜，保护层等一系列金属层的生长，反射镜与p-gan形成微处理过的区域形成肖特基接触，形成高势垒区，形成电流阻挡层。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

(1)本发明的弧线形n电极，很大程度上改善了传统米字型、十字型n电极电流分布不均，吸光严重的问题。弧线形中心区域简化了米字型和十字型图案的复杂性，电极中心区域的主要部分置于边缘，改善了电极的吸光问题；同时边缘多边形插指解决了十字型或米字型电极边缘部分电流较弱，分布较少的问题。

(2)本发明的垂直结构led芯片克服了横向结构led芯片的电流拥挤的缺点，极大的改善了电流在芯片内传输的均匀性。

(3)本发明利用icp刻蚀p型gan部分区域接触形成肖特势垒高阻区，进而形成电流阻挡层的方法。在与n电极对应的垂直投影区域形成电流阻挡层的方法，代替了直接在n电极下方沉积sio2作为电流阻挡层的方法，使电流更加充分的利用，更加充分的扩散到整个芯片。

(4)本发明采用金属电极保护层替代sio2防止ag反射镜的扩散和氧化，并且反射光的能力大为增强，减小保护层对ag反射镜反射效率的影响。

附图说明

图1为现有技术中p电极层包围反射层的结构示意图。

图2为本发明的实施例1的弧线形n电极的示意图。

图3为本发明的实施例1垂直结构led芯片的截面示意图。

图4为本发明的实施例2的弧线形n电极的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图2所示，本实施例的弧线形n电极，包括插指和焊盘11；所述焊盘为长方形；所述插指由中心区域插指及边缘多边形插指12组成；所述边缘多边形插指12为正方形；所述焊盘和中心区域插指位于边缘多边形插指内部，均为左右对称结构，对称轴为边缘多边形插指的左右对称轴；所述中心区域插指的顶端与焊盘相接，并与焊盘长边垂直，底端与边缘多边形插指相接。

所述中心区域插指由第一垂直插指13、第二垂直插指15和一根圆环形插指14组成。所述圆环插指关于边缘多边形插指的左右对称轴对称；第一垂直插、第二垂直插位于边缘多边形插指的左右对称轴上；第一垂直插指连接圆环插指和焊盘；第二垂直插指连接圆环插指和边缘多边形插指。

本实施例的插指的宽度范围可为4μm～11μm；所述焊盘的长边边长范围是50μm-100μm,短边边长范围是30um-80um；所述圆环形插指的半径范围是150um-250um；所述n电极的材质为al、ti、au、ni或类似金属的一种或多种。

如图3所示，本实施例的垂直结构led芯片，由下至上依次包括p电极保护层100、反射层110、电流阻挡层120、外延层130及弧线形n电极140，所述电流阻挡层120的形状与弧线形n电极140的形状构成相似图形，所述流阻挡层120的尺寸比弧线形n电极140的尺寸大18％～25％。其中，所述外延层由下至上依次包括p-gan131、量子阱132和n-gan133。所述p电极保护层由下至上依次包括种子层、键合层、掺杂硅衬底层、防氧化层。

本实施例的电流阻挡层的制备方法如下：

利用pecvd在p-gan表面先生长一层sio2，再匀一层正性光刻胶，用正胶光刻板曝光与弧线形n电极图案垂直投影区域相对应部分的光刻胶,用boe溶液洗掉曝光区的sio2，以光刻胶为掩膜，使用icp对曝光区域的gan进行o2plasma表面轰击微处理，再使用全自动去胶机去除剩余光刻胶，再在处理过的表面进行反射镜，保护层等一系列金属层的生长，反射镜与p-gan形成微处理过的区域形成肖特基接触，形成高势垒区，形成电流阻挡层。

在本实施例中，边缘多边形插指能够使电流在n-gan面分布的更加均匀，提高发光和发热，增加led芯片的发光效率，此外，由于圆环形插指形成在反光较强的电极保护层的正上方，不会降低较多的反射镜的反射效率。

实施例2

如图4所示，本实施例的弧线形n电极，包括插指和焊盘11；所述焊盘为长方形；所述插指由中心区域插指及边缘多边形插指12组成；所述边缘多边形插指12为正方形；所述焊盘和中心区域插指位于边缘多边形插指内部，均为左右对称结构，对称轴为边缘多边形插指的左右对称轴；所述中心区域插指的顶端与焊盘相接,并与焊盘长边垂直，底端与边缘多边形插指相接。

所述中心区域插指由一根垂直插指23和一根抛物线插指24组成。所述垂直插指位于边缘多边形插指的左右对称轴上，所述垂直插指连接抛物线插指插指和焊盘；所述抛物线插指与边缘多边形插指相接。

本实施例的插指的宽度范围可为4μm～11μm；所述焊盘的长边边长范围是50μm-100μm,短边边长范围是30um-80um；所述酒杯形插指的图形是曲线是抛物线y²＝kx(0.5<k<2)；所述n电极的材质为al、ti、au、ni或类似金属的一种或多种。

本实施例的垂直结构led芯片，由下至上依次包括p电极保护层、反射层、电流阻挡层、外延层及弧线形n电极，所述电流阻挡层的形状与酒杯形n电极的形状构成相似图形，所述流阻挡层的尺寸比酒杯形n电极的尺寸大18％～25％。其中，所述外延层由下至上依次包括p-gan、量子阱和n-gan。所述p电极保护层由下至上依次包括种子层、键合层、掺杂硅衬底层、防氧化层。

本实施例的电流阻挡层的制备方法如下：

利用pecvd在p-gan表面先生长一层sio2，再匀一层正性光刻胶，用正胶光刻板曝光与弧线形n电极图案垂直投影区域相对应部分的光刻胶，用boe溶液洗掉曝光区的sio2，以光刻胶为掩膜，使用icp对曝光区域的gan进行o2plasma表面轰击微处理，再使用全自动去胶机去除剩余光刻胶，再在处理过的表面进行反射镜，保护层等一系列金属层的生长，反射镜与p-gan形成微处理过的区域形成肖特基接触，形成高势垒区，形成电流阻挡层。

在本实施例中，边缘多边形插指能够使电流在n-gan面分布的更加均匀，提高发光和发热，增加led芯片的发光效率，此外，由于抛物线插指形成在反光较强的电极保护层的正上方，不会降低较多的反射镜的反射效率。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。