CN105742418A - 一种发光二极管芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管芯片及其制作方法，属于半导体技术领域。所述发光二极管芯片包括依次层叠在衬底上的N型层、发光层、P型层，所述P型层上设有从所述P型层延伸至所述N型层的凹槽，P型电极设置在所述P型层上，N型电极设置在所述N型层上，所述P型电极包括焊盘和均匀分布在所述P型层的整个表面的多条电极线，所述电极线之间、以及所述电极线和所述焊盘之间相互连接。本发明通过P型电极可以同时实现传统LED芯片中电极和透明导电层的作用，由于P型电极和N型电极只需要一道光刻工艺即可形成，因此与传统LED芯片制作(电极和透明导电层的制作各需要一道光刻工艺)相比，节省了一道光刻工艺，简化工艺，大幅降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管芯片及其制作方法。
背景技术
发光二极管(LightEmittingDiode，简称LED)是一种将电能转化为光能的半导体器件，具有节能环保、寿命长、能耗低、安全系数高等优点，被广泛应用于显示屏、照明和背光等领域。随着LED在民用中的普及，LED芯片的制造成本需要随之降低。如何简化LED芯片的制作工艺，既保证使用性能，又降低LED芯片的制造成本，成为半导体技术领域内的研究热点。
传统的LED芯片包括依次层叠在衬底上的N型层、发光层、P型层，P型层上设有从P型层延伸至N型层的凹槽，透明导电层设置在P型层上，P型电极设置在透明导电层上，N型电极设置在N型层上。其中，N型电极和P型电极用于提供焊接用的焊盘，以向LED芯片注入电流；透明导电层用于实现电流的扩展。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
传统的LED芯片至少需要凹槽刻蚀、透明导电层制作、以及电极(包括P型电极和N型电极)制作三道光刻工艺，由于目前的工艺过程中，每增加一道光刻工艺，都会增加制造成本，因此传统的LED芯片至少需要三道光刻工艺将会造成制造成本较高。
发明内容
为了解决现有技术光刻工艺多、制造成本较高的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管芯片及其制作方法。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管芯片，所述发光二极管芯片包括依次层叠在衬底上的N型层、发光层、P型层，所述P型层上设有从所述P型层延伸至所述N型层的凹槽，P型电极设置在所述P型层上，N型电极设置在所述N型层上，所述P型电极包括焊盘和均匀分布在所述P型层的整个表面的多条电极线，所述电极线之间、以及所述电极线和所述焊盘之间相互连接。
可选地，所述多条电极线包括相互连接的第一电极线和第二电极线，多条所述第一电极线依次首尾相接围成一个多边形，多条所述第二电极线均匀分布在所述多边形内，且多条所述第二电极线之间相互平行。
可选地，所述多条电极线包括相互连接的第一电极线、第二电极线、以及第三电极线，多条所述第一电极线依次首尾相接围成一个多边形，多条所述第二电极线和多条所述第三电极线均匀分布在所述多边形内，多条所述第二电极线之间相互平行，多条所述第三电极线之间相互平行，且所述第二电极线和所述第三电极线垂直。
优选地，相邻两条所述第二电极线的间距为5～30微米。
可选地，所述电极线的宽度为1～10微米。
可选地，所述焊盘和所述电极线均包括依次层叠在所述P型层上的接触层和焊接层，所述接触层包括多层结构相同的接触子层，每层所述接触子层均包括至少两种不同的金属层。
优选地，每层所述接触子层均包括Cr层、Ni层、Ti层中的至少两层金属层。
优选地，所述接触子层的层数为2～5层。
优选地，所述金属层的厚度为1～5埃。
另一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管芯片的制作方法，所述制作方法包括：
在衬底上依次生长N型层、发光层、P型层；
采用光刻工艺在所述P型层上设置从所述P型层延伸至所述N型层的凹槽；
采用光刻工艺在所述P型层上设置P型电极，在所述N型层上设置N型电极，所述P型电极包括焊盘和均匀分布在所述P型层的整个表面的多条电极线，所述电极线之间、以及所述电极线和所述焊盘之间相互连接。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过直接在P型层上设置P型电极，P型电极包括焊盘和均匀分布在P型层的整个表面的多条电极线的，电极线之间、以及电极线和焊盘之间相互连接，利用焊盘实现电流的注入，电极线实现电流的扩展，使电流均匀注入P型层，P型电极可以同时实现传统LED芯片中电极和透明导电层的作用(电极实现电流注入，透明导电层实现电流扩展)，由于P型电极和N型电极只需要一道光刻工艺即可形成，因此与传统LED芯片制作(电极和透明导电层的制作各需要一道光刻工艺)相比，节省了一道光刻工艺，简化工艺，大幅降低成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种发光二极管芯片的结构示意图；
图2a-图2c是本发明实施例一提供的P型电极的结构示意图；
图3是本发明实施例二提供的一种发光二极管芯片的制作方法的流程图。
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实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种发光二极管芯片，参见图1，该发光二极管芯片包括依次层叠在衬底1上的N型层2、发光层3、P型层4，P型层4上设有从P型层4延伸至N型层2的凹槽10，P型电极5设置在P型层4上，N型电极6设置在N型层2上。
在本实施例中，参见图2a-图2c，P型电极5包括焊盘51和均匀分布在P型层2的整个表面的多条电极线52，电极线52之间、以及电极线52和焊盘51之间相互连接。
具体地，衬底1可以为蓝宝石衬底，N型层2可以为N型GaN层，发光层3可以包括交替形成的InGaN层和GaN层，P型层4可以为P型GaN层。
可选地，电极线52的宽度可以为1～10微米。当电极线52的宽度小于1微米时，电流的扩展效果不好；当电极线52的宽度大于10微米时，电极线52会遮挡LED芯片的出射光，降低LED芯片的出光效率。
优选地，电极线52的宽度可以为3微米。
在本实施例的一种实现方式中，参见图2a或图2b，多条电极线52可以包括相互连接的第一电极线52a和第二电极线52b，多条第一电极线52a依次首尾相接围成一个多边形，多条第二电极线52b均匀分布在多边形内，且多条第二电极线52b之间相互平行。
可选地，相邻两条第二电极线52b的间距可以为5～30微米。当相邻两条第二电极线52b的间距小于5微米时，实现难度大；当相邻两条第二电极线52b的间距大于30微米时，电流扩展效果较差。
优选地，相邻两条第二电极线52b的间距可以为18微米。
具体地，多边形可以为矩形，第二电极线52b与矩形的长边或短边平行。
在本实施例的另一种实现方式中，参见图2c，多条电极线52可以包括相互连接的第一电极线52a、第二电极线52b、以及第三电极线52c，多条第一电极线52a依次首尾相接围成一个多边形，多条第二电极线52b和多条第三电极线52c均匀分布在多边形内，多条第二电极线52b之间相互平行，多条第三电极线52c之间相互平行，且第二电极线52b和第三电极线52c垂直。
可选地，相邻两条第二电极线52b的间距可以为5～30微米。当相邻两条第二电极线52b的间距小于5微米时，实现难度大；当相邻两条第二电极线52b的间距大于30微米时，电流扩展效果较差。
优选地，相邻两条第二电极线52b的间距可以为18微米。
可选地，相邻两条第三电极线52c的间距可以为5～30微米。当相邻两条第三电极线52c的间距小于5微米时，实现难度大；当相邻两条第三电极线52c的间距大于30微米时，电流扩展效果较差。
优选地，相邻两条第三电极线52c的间距可以为18微米。
具体地，多边形可以为矩形，第二电极线52b和第三电极线52c中的一个与矩形的长边平行，第二电极线52b和第三电极线52c中的另一个与矩形的短边平行。
可选地，参见图1，焊盘51和电极线52均可以包括依次层叠在P型层4上的接触层50a和焊接层50b，接触层50a包括多层结构相同的接触子层50c，每层接触子层50c均包括至少两种不同的金属层。通过依次层叠包括至少两种金属层的接触子层，使P型电极5与P型层4之间直接形成良好的欧姆接触。
例如，接触子层50c包括金属层A和金属层B，则P型层上依次层叠金属层A、金属层B、金属层A、金属层B、……又如，接触层50a包括金属层A、金属层B、以及金属层C，则P型层上依次层叠金属层A、金属层B、金属层C、金属层A、金属层B、金属层C、……
具体地，每层接触子层50c可以均包括Cr层、Ni层、Ti层中的至少两层金属层。采用电极通用材料，实现成本低。
优选地，每层接触子层50c可以均包括Cr层和Ni层。
优选地，接触子层50c的层数可以为2～5层。当接触子层50c的层数小于2层时，P型电极5与P型层4之间欧姆接触不良；当接触子层50c的层数大于5层时，会造成材料的浪费，提高生产成本。
更优选地，接触子层50c的层数可以为2层。
优选地，金属层的厚度可以为1～5埃。当金属层的厚度小于1埃时，P型电极5与P型层4之间欧姆接触不良；当金属层的厚度大于5埃时，会造成材料的浪费，提高生产成本。
更优选地，金属层的厚度可以为3埃。
具体地，焊接层50b可以为Au层或Al层。采用电极通用材料，实现成本低。
优选地，焊接层50b可以为Al层。
本发明实施例通过直接在P型层上设置P型电极，P型电极包括焊盘和均匀分布在P型层的整个表面的多条电极线的，电极线之间、以及电极线和焊盘之间相互连接，利用焊盘实现电流的注入，电极线实现电流的扩展，使电流均匀注入P型层，P型电极可以同时实现传统LED芯片中电极和透明导电层的作用(电极实现电流注入，透明导电层实现电流扩展)，由于P型电极和N型电极只需要一道光刻工艺即可形成，因此与传统LED芯片制作(电极和透明导电层的制作各需要一道光刻工艺)相比，节省了一道光刻工艺，简化工艺，大幅降低成本。
实施例二
本发明实施例提供了一种发光二极管芯片的制作方法，适用于制作实施例一提供的发光二极管芯片，参见图3，该制作方法包括：
步骤201：在衬底上依次生长N型层、发光层、P型层。
具体地，衬底可以为蓝宝石衬底，N型层可以为N型GaN层，发光层可以包括交替形成的InGaN层和GaN层，P型层可以为P型GaN层。
步骤202：采用光刻工艺在P型层上设置从P型层延伸至N型层的凹槽。
步骤203：采用光刻工艺在P型层上设置P型电极，在N型层上设置N型电极。
在本实施例中，P型电极包括焊盘和均匀分布在P型层的整个表面的多条电极线，电极线之间、以及电极线和焊盘之间相互连接。
可选地，电极线的宽度可以为1～10微米。当电极线的宽度小于1微米时，电流的扩展效果不好；当电极线的宽度大于10微米时，电极线会遮挡LED芯片的出射光，降低LED芯片的出光效率。
优选地，电极线的宽度可以为3微米。
在本实施例的一种实现方式中，多条电极线可以包括相互连接的第一电极线和第二电极线，多条第一电极线依次首尾相接围成一个多边形，多条第二电极线均匀分布在多边形内，且多条第二电极线之间相互平行。
可选地，相邻两条第二电极线的间距可以为5～30微米。当相邻两条第二电极线的间距小于5微米时，实现难度大；当相邻两条第二电极线的间距大于30微米时，电流扩展效果较差。
优选地，相邻两条第二电极线的间距可以为18微米。
在本实施例的另一种实现方式中，多条电极线可以包括相互连接的第一电极线、第二电极线、以及第三电极线，多条第一电极线依次首尾相接围成一个多边形，多条第二电极线和多条第三电极线均匀分布在多边形内，多条第二电极线之间相互平行，多条第三电极线之间相互平行，且第二电极线和第三电极线垂直。
可选地，相邻两条第二电极线的间距可以为5～30微米。当相邻两条第二电极线的间距小于5微米时，实现难度大；当相邻两条第二电极线的间距大于30微米时，电流扩展效果较差。
优选地，相邻两条第二电极线的间距可以为18微米。
可选地，相邻两条第三电极线的间距可以为5～30微米。当相邻两条第三电极线的间距小于5微米时，实现难度大；当相邻两条第三电极线的间距大于30微米时，电流扩展效果较差。
优选地，相邻两条第三电极线的间距可以为18微米。
可选地，焊盘和电极线均可以包括依次层叠在P型层上的接触层和焊接层，接触层包括多层结构相同的接触子层，每层接触子层均包括至少两种不同的金属层。通过依次层叠包括至少两种金属层的接触子层，使P型电极与P型层之间直接形成良好的欧姆接触。
例如，接触子层包括金属层A和金属层B，则P型层上依次层叠金属层A、金属层B、金属层A、金属层B、……又如，接触层包括金属层A、金属层B、以及金属层C，则P型层上依次层叠金属层A、金属层B、金属层C、金属层A、金属层B、金属层C、……
具体地，每层接触子层可以均包括Cr层、Ni层、Ti层中的至少两层金属层。采用电极通用材料，实现成本低。
优选地，每层接触子层可以均包括Cr层和Ni层。
优选地，接触子层的层数可以为2～5层。当接触子层的层数小于2层时，P型电极与P型层之间欧姆接触不良；当接触子层的层数大于5层时，会造成材料的浪费，提高生产成本。
更优选地，接触子层的层数可以为2层。
优选地，金属层的厚度可以为1～5埃。当金属层的厚度小于1埃时，P型电极与P型层之间欧姆接触不良；当金属层的厚度大于5埃时，会造成材料的浪费，提高生产成本。
更优选地，金属层的厚度可以为3埃。
具体地，焊接层可以为Au层或Al层。采用电极通用材料，实现成本低。
优选地，焊接层可以为Al层。
本发明实施例通过直接在P型层上设置P型电极，P型电极包括焊盘和均匀分布在P型层的整个表面的多条电极线的，电极线之间、以及电极线和焊盘之间相互连接，利用焊盘实现电流的注入，电极线实现电流的扩展，使电流均匀注入P型层，P型电极可以同时实现传统LED芯片中电极和透明导电层的作用(电极实现电流注入，透明导电层实现电流扩展)，由于P型电极和N型电极只需要一道光刻工艺即可形成，因此与传统LED芯片制作(电极和透明导电层的制作各需要一道光刻工艺)相比，节省了一道光刻工艺，简化工艺，大幅降低成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种发光二极管芯片，所述发光二极管芯片包括依次层叠在衬底上的N型层、发光层、P型层，所述P型层上设有从所述P型层延伸至所述N型层的凹槽，P型电极设置在所述P型层上，N型电极设置在所述N型层上，其特征在于，所述P型电极包括焊盘和均匀分布在所述P型层的整个表面的多条电极线，所述电极线之间、以及所述电极线和所述焊盘之间相互连接。
2.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述多条电极线包括相互连接的第一电极线和第二电极线，多条所述第一电极线依次首尾相接围成一个多边形，多条所述第二电极线均匀分布在所述多边形内，且多条所述第二电极线之间相互平行。
3.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述多条电极线包括相互连接的第一电极线、第二电极线、以及第三电极线，多条所述第一电极线依次首尾相接围成一个多边形，多条所述第二电极线和多条所述第三电极线均匀分布在所述多边形内，多条所述第二电极线之间相互平行，多条所述第三电极线之间相互平行，且所述第二电极线和所述第三电极线垂直。
4.根据权利要求2或3所述发光二极管芯片，其特征在于，相邻两条所述第二电极线的间距为5～30微米。
5.根据权利要求1-3任一项所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述电极线的宽度为1～10微米。
6.根据权利要求1-3任一项所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述焊盘和所述电极线均包括依次层叠在所述P型层上的接触层和焊接层，所述接触层包括多层结构相同的接触子层，每层所述接触子层均包括至少两种不同的金属层。
7.根据权利要求6所述的发光二极管芯片，其特征在于，每层所述接触子层均包括Cr层、Ni层、Ti层中的至少两层金属层。
8.根据权利要求6所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述接触子层的层数为2～5层。
9.根据权利要求6所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述金属层的厚度为1～5埃。
10.一种发光二极管芯片的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
在衬底上依次生长N型层、发光层、P型层；
采用光刻工艺在所述P型层上设置从所述P型层延伸至所述N型层的凹槽；
采用光刻工艺在所述P型层上设置P型电极，在所述N型层上设置N型电极，所述P型电极包括焊盘和均匀分布在所述P型层的整个表面的多条电极线，所述电极线之间、以及所述电极线和所述焊盘之间相互连接。
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