一种抗大电流冲击的LED芯片及其制作方法与流程

本发明涉及发光二极管
技术领域：
，尤其涉及一种抗大电流冲击的led芯片及其制作方法。
背景技术：
：led(lightemittingdiode，发光二极管)是一种利用载流子复合时释放能量形成发光的半导体器件，led芯片具有耗电低、色度纯、寿命长、体积小、响应时间快、节能环保等诸多优势。为了降低成本，现有的led灯具减少了led器件的电路保护装置，如非隔离式电源、减少奇钠二极体等。而现有常规结构的led芯片，无法对抗大电流或是大电压的冲击，当外界供给电源不稳，在缺少电路保护装置的情况下，led灯具中的大部分led芯片就会失效与烧毁，严重影响产品的可靠性与寿命度。公开号为cn201711067904的专利公开了一种提升电流扩展均匀性的倒装led芯片及其制作方法，该专利在金属反射层内部制作不连续的透明绝缘层图形，来增加金属反射层的电阻值，使电流在金属反射层的横向扩展受到抑制，从而提高电流扩展均匀性。该专利使用电流阻塞的方法，增加横向电阻，这会使得芯片整体的电压上升，容易造成元件烧毁，大电流老化性能变差。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题在于，提供一种抗大电流冲击的led芯片，通过设置横向扩散层，以提高芯片的电流横向扩散，从而提高芯片抗击大电流冲击的能力。本发明所还解决的技术问题在于，提供一种抗大电流冲击的led芯片的制作方法，通过设置横向扩散层，以提高芯片的电流横向扩散，从而提高芯片抗击大电流冲击的能力。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种抗大电流冲击的led芯片，包括衬底、设置在衬底上的发光结构、设置在发光结构上的透明叠层、以及第一电极和第二电极；所述透明叠层包括m层横向扩散层和m+1层透明导电层，m≧1，所述横向扩散层设置在两层透明导电层之间；所述横向扩散层的电阻小于所述透明导电层的电阻。作为上述方案的改进，所述横向扩散层的电阻比透明导电层的电阻小3-10％，所述横向扩散层的材料的电阻率小于所述透明导电层的材料的电阻率。作为上述方案的改进，所述横向扩散层由铜、银、金和铝中的一种或几种制成，所述透明导电层由铟锡氧化物制成。作为上述方案的改进，所述横向扩散层的厚度为0.5-20nm，所述透明导电层的厚度为40-360nm。作为上述方案的改进，所述发光结构包括依次设于衬底上的第一半导体层、有源层、第二半导体层以及刻蚀至第一半导体层的裸露区域，其中，第一层透明导电层设置在第二半导体层上，第二电极设置在第m+1层透明导电层上，第一电极设置在第一半导体层上。相应地，本发明还提供了一种抗大电流冲击的led芯片的制作方法，包括：在衬底上形成发光结构；在发光结构上形成透明叠层，所述透明叠层包括m层横向扩散层和m+1层透明导电层，m≧1，所述横向扩散层设置在两层透明导电层之间，其中，所述横向扩散层的电阻小于所述透明导电层的电阻；对透明叠层进行加热，完成合金，合金温度为400-650℃；在第m+1层透明导电层上形成第二电极，在发光结构上形成第二电极。作为上述方案的改进，所述横向扩散层的电阻比透明导电层的电阻小3-10％，所述横向扩散层的材料的电阻率小于所述透明导电层的材料的电阻率。作为上述方案的改进，所述横向扩散层由铜、银、金和铝中的一种或几种制成，所述透明导电层由铟锡氧化物制成。作为上述方案的改进，所述横向扩散层的厚度为0.5-20nm，所述透明导电层的厚度为40-360nm。作为上述方案的改进，所述发光结构包括依次设于衬底上的第一半导体层、有源层、第二半导体层以及刻蚀至第一半导体层的裸露区域，其中，第一层透明导电层设置在第二半导体层上，第一电极设置在第一半导体层上。实施本发明，具有如下有益效果：1、本发明的led芯片通过设置透明叠层，使得透明叠层中各层的电阻产生差异，以达到增强电流横向扩散的效果，从而提高芯片抗击大电流冲击的能力，避免元件烧毁。2、本发明在透明导电层中加入低电阻的横向扩散层，由于横向扩散层的电阻低于透明导电层的电阻，因此可以诱导第二电极的电流向第一电极横向扩散，以提高芯片抗击大电流冲击的能力，避免元件烧毁。附图说明图1是本发明led芯片的结构示意图；图2是本发明led芯片的电流扩散示意图；图3是本发明led芯片的制作流程图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。参见图1，本发明提供的一种抗大电流冲击的led芯片，包括衬底10、设置在衬底上的发光结构20、设置在发光结构20上的透明叠层30、以及第一电极41和第二电极42。衬底10的材料可以为蓝宝石、碳化硅或硅，也可以为其他半导体材料，本实施例中的衬底10优选为蓝宝石衬底。发光结构20包括依次设于衬底10上的第一半导体层21、有源层22、第二半导体层23以及刻蚀至第一半导体层21的裸露区域24。优选的，本发明的第一半导体层21和第二半导体层23均为氮化镓基半导体层，有源层22为氮化镓基有源层22。此外，本发明提供的第一半导体层21、第二半导体层23和有源层22的材质还可以为其他材质，对此本申请不做具体限制。其中，第一半导体层21为n型半导体层，第二半导体层23为p型半导体层。需要说明的是，在本申请的其他实施例中，所述衬底10与所述第一半导体层21之间设有缓存冲层(图中未示出)。所述透明叠层30包括m+1层透明导电层31和m层横向扩散层32，m≧1。其中，第一层透明导电层31设置在第二半导体层23上，第一层横向扩散层32设置在第一层透明导电层31上，第二层透明导电层31设置在第一层横向扩散层32上，以此类推，第m+1层透明导电层31设置在第m层横向扩散层32上。其中，横向扩散层32的电阻率低于透明导电层的电阻率。其中，所述横向扩散层32的材料的电阻率小于所述透明导电层31的材料的电阻率。本发明的透明叠层通过在透明导电层中设置横向扩散层，使得透明叠层中各层的电阻产生差异，以达到增强电流横向扩散的效果。参见图2，图2是本发明led芯片的电流扩散示意图，大电流或大电压的冲击时间是很短暂的，电流非常集中，且电量很大，本发明在透明导电层中加入低电阻的横向扩散层，由于横向扩散层的电阻低于透明导电层的电阻，因此可以诱导第二电极的电流向第一电极横向扩散，以提高芯片抗击大电流冲击的能力，避免元件烧毁。具体的，申请人已经应用此项技术，使led芯片抗击大电流大电压的能力上升50-70％，另外，led芯片亮度的老化衰减程度，也降低一半。优选的，横向扩散层32的电阻比透明导电层31的电阻小3-10％。当横向扩散层32的电阻比透明导电层31的电阻小于3％时，横向扩散层32诱导电流的能力变差，不能有效地提高芯片抗击大电流冲击的能力；当横向扩散层32的电阻比透明导电层31的电阻大于10％时，过多的电流从横向扩散层32向第一电极横向扩散，也不能有效地提高芯片抗击大电流冲击的能力。由于横向扩散层32的电阻与横向扩散层的材料、横截面积和长度有关，因此，不能简单地通过有限次试验得到上述的电阻比例范围。更优的，横向扩散层32的电阻比透明导电层31的电阻小4-8％。具体的，横向扩散层32由低电阻金属制成。优选的，横向扩散层32由铜、银、金和铝中的一种或几种制成。其中，横向扩散层32的厚度对横向扩散层的透光率和电阻起中重要的作用。优选的，横向扩散层的厚度为0.5-20nm。由于一个原子的大小约在0.3nm左右，因此横向扩散层的厚度不能小于0.5nm，此外，当横向扩散层的厚度小于0.5nm时，横向扩散层诱导电流的能力会降低。由于横向扩散层32由金属制成，因此横向扩散层的厚度大20nm时，会阻挡或吸收有源层的出光。优选的，横向扩散层的厚度为1-10nm。进一步地，为了防止横向扩散层吸收光线，需要根据led发光波段来调整横向扩散层的原子光谱特性。例如：如果led发光波段为紫光波段，则横向扩散层的材料为银，厚度为0.5-2nm；如果led发光波段为蓝绿光波段，则横向扩散层的材料为铝,厚度为1-10nm；如果led发光波段为红黄光波段，则横向扩散层的材料为铜,厚度为1-20nm。本发明透明导电层31的材质为铟锡氧化物，但不限于此。铟锡氧化物中铟和锡的比例为70-99:1-30。优选的，铟锡氧化物中铟和锡的比例为95:5。这样有利提高透明导电层的导电能力，防止载流子聚集在一起，还提高芯片的出光效率。其中，透明导电层31的厚度对透明透明层的透光率和电阻起中重要的作用。优选的，透明导电层31的厚度为40-360nm。当透明导电层31的厚度小于40nm时，透明导电层的电阻过大，影响电流的扩散，使电流聚集在横向扩散层；当透明导电层的厚度大于360nm时，透明导电层的透光率严重下降，影响芯片的出光。优选的，透明导电层31的厚度为80-200nm。更优的，透明导电层31的厚度为80-150nm。需要说明的是，本发明的第一电极41设置在裸露区域24的第一半导体层21上，第二电极42设置在第m+1层透明导电层31上。其中，第一电极41和第二电极42由金属制成，本发明不作具体限制。本发明的led芯片还包括绝缘层，所述绝缘层覆盖在透明导电层上，并延伸至发光结构的侧壁，以防止led芯片发生短路、漏电。参见图1和图3，图3是本发明抗大电流冲击的led芯片的制作流程图，本发明还提供了一种抗大电流冲击的led芯片的制作方法，包括以下步骤：s101、在衬底上形成发光结构；衬底10的材料可以为蓝宝石、碳化硅或硅，也可以为其他半导体材料，本实施例中的衬底10优选为蓝宝石衬底。发光结构20包括依次设于衬底10上的第一半导体层21、有源层22、第二半导体层23以及刻蚀至第一半导体层21的裸露区域24。优选的，本发明的第一半导体层21和第二半导体层23均为氮化镓基半导体层，有源层22为氮化镓基有源层22。此外，本发明提供的第一半导体层21、第二半导体层23和有源层22的材质还可以为其他材质，对此本申请不做具体限制。其中，第一半导体层21为n型半导体层，第二半导体层23为p型半导体层。需要说明的是，在本申请的其他实施例中，所述衬底10与所述第一半导体层21之间设有缓存冲层(图中未示出)。s102、在发光结构上形成透明叠层；所述透明叠层30包括m+1层透明导电层31和m层横向扩散层32，m≧1。其中，第一层透明导电层31设置在第二半导体层23上，第一层横向扩散层32设置在第一层透明导电层31上，第二层透明导电层31设置在第一层横向扩散层32上，以此类推，第m+1层透明导电层31设置在第m层横向扩散层32上。其中，横向扩散层32的材料的电阻率低于透明导电层的材料的电阻率。本发明的透明叠层通过在透明导电层中设置横向扩散层，使得透明叠层中各层的电阻产生差异，以达到增强电流横向扩散的效果。具体的，采用光刻胶或sio2作为掩膜，采用电子束蒸发工艺在所述第二半导体层23表面蒸镀一层透明导电层31。其中，蒸镀温度为0-300℃，氧气流量为5-20sccm，蒸镀腔体真空度为3.0-10.0e-5，蒸镀时间为100-300min。当蒸镀温度低于0℃时，透明导电层无法获取足够的能量进行迁移，形成的透明导电层质量较差，缺陷多；当蒸镀温度高于300℃时，温度过高，薄膜能量过大不易于在外延层上沉积，沉积速率变慢，效率降低。氧气流量小于5sccm时，氧气流量过低，透明导电层氧化不充分，薄膜质量不佳，氧气流量大于20sccm时，氧气流量太大，透明导电层过度氧化，膜层缺陷密度增加。蒸镀时间小于100min时，薄膜需要较高的沉积速率才能达到所需厚度，沉积速率太快，原子来不及迁移，因此薄膜生长质量较差，缺陷多。优选的，蒸镀温度为290℃，氧气流量为10sccm，蒸镀腔体真空度为3.0*10-5-10.0*10-5。本发明透明导电层31的材质为铟锡氧化物，但不限于此。铟锡氧化物中铟和锡的比例为70-99:1-30。优选的，铟锡氧化物中铟和锡的比例为95:5。这样有利提高透明导电层的导电能力，防止载流子聚集在一起，还提高芯片的出光效率。其中，透明导电层31的厚度对透明透明层的透光率和电阻起中重要的作用。优选的，透明导电层31的厚度为40-360nm。当透明导电层31的厚度小于40nm时，透明导电层的电阻过大，影响电流的扩散，使电流聚集在横向扩散层；当透明导电层的厚度大于360nm时，透明导电层的透光率严重下降，影响芯片的出光。优选的，透明导电层31的厚度为80-200nm。更优的，透明导电层31的厚度为80-150nm。采用蒸镀、磁控溅射或离子布植方法在透明导电层31上形成横向扩散层32。其中，横向扩散层32由低电阻金属制成。优选的，横向扩散层32由铜、银、金和铝中的一种或几种制成。需要说明的是，横向扩散层32的厚度对横向扩散层的透光率和电阻起中重要的作用。优选的，横向扩散层的厚度为0.5-20nm。由于一个原子的大小约在0.3nm左右，因此横向扩散层的厚度不能小于0.5nm，此外，当横向扩散层的厚度小于0.5nm时，横向扩散层诱导电流的能力会降低。由于横向扩散层32由金属制成，因此横向扩散层的厚度大20nm时，会阻挡或吸收有源层的出光。优选的，横向扩散层的厚度为1-10nm。参见图2，图2是本发led芯片的电流扩散示意图，大电流或大电压的冲击时间是很短暂的，电流非常集中，且电量很大，本发明在透明导电层中加入低电阻的横向扩散层，由于横向扩散层的电阻低于透明导电层的电阻，因此可以诱导第二电极的电流向第一电极横向扩散，以提高芯片抗击大电流冲击的能力，避免元件烧毁。具体的，申请人已经应用此项技术，使led芯片抗击大电流大电压的能力上升50-70％，另外，led芯片亮度的老化衰减程度，也降低一半。优选的，横向扩散层32的电阻比透明导电层31的电阻小3-10％。当横向扩散层32的电阻比透明导电层31的电阻小于3％时，横向扩散层32诱导电流的能力变差，不能有效地提高芯片抗击大电流冲击的能力；当横向扩散层32的电阻比透明导电层31的电阻大于10％时，过多的电流从横向扩散层32向第一电极横向扩散，也不能有效地提高芯片抗击大电流冲击的能力。由于横向扩散层32的电阻与横向扩散层的材料、横截面积和长度有关，因此，不能简单地通过有限次试验得到上述的电阻比例范围。更优的，横向扩散层32的电阻比透明导电层31的电阻小4-8％。进一步地，为了防止横向扩散层吸收光线，需要根据led发光波段来调整横向扩散层的原子光谱特性。例如：如果led发光波段为紫光波段，则横向扩散层的材料为银，厚度为0.5-2nm；如果led发光波段为蓝绿光波段，则横向扩散层的材料为铝,厚度为1-10nm；如果led发光波段为红黄光波段，则横向扩散层的材料为铜,厚度为1-20nm。s103、对透明叠层进行加热，完成合金；透明叠层形成后，透明导电层与横向扩散层之间的介面会存在一定的空隙，严重影响透明叠层的电流扩散能力。本发通过对叠层进行加热、退火，让介面原子缓慢移动排列，填补这些空隙，可以降低透明叠层的整体电阻。需要说明的是，合金温度与透明导电层、横向扩散层的材质、厚度存在相关关系。优选的，合金温度为400-650℃。当合金温度小于400℃时，合金温度太低，动能不足，介面原子重新排列缓慢，耗时太长，甚至没有作用；当合金温度大于650℃时，会损伤有源层的结构，影响芯片的光电性能。s104、在第m+1层透明导电层上形成第二电极，在发光结构上形成第二电极。采用蒸镀或磁控溅射的方法在在第m+1层透明导电层上沉积金属层，形成第二电极，在裸露区域的第一半导体层上沉积金属，形成第一电极。其中，第一电极41和第二电极42由金属制成，本发明不作具体限制。下面将以具体实施例来阐述本发明实施例1一种抗大电流冲击的led芯片，包括衬底、设置在衬底上的发光结构、设置在发光结构上的透明叠层、以及第一电极和第二电极；所述透明叠层包括1层横向扩散层和2层透明导电层，所述横向扩散层设置在两层透明导电层之间；所述横向扩散层由银制成，所述透明导电层由铟锡氧化物制成，所述横向扩散层的厚度为1nm，所述透明导电层的厚度为50nm；所述横向扩散层的电阻比透明导电层的电阻小3％。其中，本实施例中透明叠层的合金温度为450℃。实施例2一种抗大电流冲击的led芯片，包括衬底、设置在衬底上的发光结构、设置在发光结构上的透明叠层、以及第一电极和第二电极；所述透明叠层包括1层横向扩散层和2层透明导电层，所述横向扩散层设置在两层透明导电层之间；所述横向扩散层由铝制成，所述透明导电层由铟锡氧化物制成，所述横向扩散层的厚度为2nm，所述透明导电层的厚度为80nm；所述横向扩散层的电阻比透明导电层的电阻小5％。其中，本实施例中透明叠层的合金温度为500℃。实施例3一种抗大电流冲击的led芯片，包括衬底、设置在衬底上的发光结构、设置在发光结构上的透明叠层、以及第一电极和第二电极；所述透明叠层包括1层横向扩散层和2层透明导电层，所述横向扩散层设置在两层透明导电层之间；所述横向扩散层由铜制成，所述透明导电层由铟锡氧化物制成，所述横向扩散层的厚度为5nm，所述透明导电层的厚度为120nm；所述横向扩散层的电阻比透明导电层的电阻小6％。其中，本实施例中透明叠层的合金温度为530℃。实施例4一种抗大电流冲击的led芯片，包括衬底、设置在衬底上的发光结构、设置在发光结构上的透明叠层、以及第一电极和第二电极；所述透明叠层包括2层横向扩散层和3层透明导电层，所述横向扩散层设置在两层透明导电层之间；所述横向扩散层由银制成，所述透明导电层由铟锡氧化物制成，所述横向扩散层的厚度为0.5nm，所述透明导电层的厚度为100nm；所述横向扩散层的电阻比透明导电层的电阻小5％。其中，本实施例中透明叠层的合金温度为500℃。实施例5一种抗大电流冲击的led芯片，包括衬底、设置在衬底上的发光结构、设置在发光结构上的透明叠层、以及第一电极和第二电极；所述透明叠层包括3层横向扩散层和4层透明导电层，所述横向扩散层设置在两层透明导电层之间；所述横向扩散层由铝制成，所述透明导电层由铟锡氧化物制成，所述横向扩散层的厚度为5nm，所述透明导电层的厚度为200nm；所述横向扩散层的电阻比透明导电层的电阻小7％。其中，本实施例中透明叠层的合金温度为570℃。实施例6一种抗大电流冲击的led芯片，包括衬底、设置在衬底上的发光结构、设置在发光结构上的透明叠层、以及第一电极和第二电极；所述透明叠层包括2层横向扩散层和3层透明导电层，所述横向扩散层设置在两层透明导电层之间；所述横向扩散层由铜制成，所述透明导电层由铟锡氧化物制成，所述横向扩散层的厚度为10nm，所述透明导电层的厚度为300nm；所述横向扩散层的电阻比透明导电层的电阻小8％。其中，本实施例中透明叠层的合金温度为600℃。对比例1一种led芯片，包括衬底、设置在衬底上的发光结构、设置在发光结构上的透明导电层、以及第一电极和第二电极；所述透明导电层由铟锡氧化物制成，所述透明导电层的厚度为100nm。将实施例1-6和对比例1的led芯片进行大电流大电压和老化试验(1000小时)，结果如下：项目抗击电压(v)抗击电流(ma)光衰老化率(％)实施例19180-2实施例210180-2实施例310180-2实施例410180-2实施例59180-2实施例610180-2对比例16150-4由此可知，本发明的led芯片通过设置透明叠层，有效地提高了芯片抗打电压大电流的能力，延长产品的寿命。需要说明的是，在光衰老化试验中，光衰变化的初始值设为零，光衰亮度下降，则为负值，光衰亮度上升，则为正值。与对比例1相比，本发明的led芯片的光衰亮度下降较低。以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。当前第1页12