CN106449919A - 一种长寿命的led芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种长寿命的LED芯片及其制作方法,该LED芯片包括:衬底,所述衬底上自下而上依次形成的外延层、电流阻挡层、透明导电膜以及P电极,其中所述外延层包括缓冲层、N型半导体层、发光层以及P型半导体层,将所述P型半导体层一侧刻蚀至所述N型半导体层,形成台阶,N电极形成在所述台阶上,在所述台阶上形成凹槽,所述凹槽内填充n层电导率大于N型半导体的导电介质层,n为大于1的整数,并且所述n层导电介质层自上而下电导率依次增加,所述N电极形成在所述凹槽外的靠近边缘一侧的台阶上。本发明有效改善局部电流过大问题,提高芯片寿命。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电器件领域,特别涉及一种LED芯片及其制作方法。
技术背景
发光二极管(Light Emitting Diode,简称LED)是一种半导体光电器件,利用半导体P-N结电致发光原理制成。LED由于能耗低,体积小、寿命长,稳定性好,响应快,发光波长稳定等好的光电性能,目前已经在照明、家电、显示屏、指示灯等领域有很好的应用。近年来,高亮度蓝绿光LED发展迅速,已成为全彩色高亮度大型户外显示屏、交通信号灯等必需的发光器件。
氮化镓基LED芯片通常采用蓝宝石作为衬底,由于蓝宝石衬底的导电性能非常差,所以难以制作垂直结构电极的芯片。传统LED芯片由于结构的限制,P电极以及N电极在芯片的同侧,由于电场作用,造成电流横向流动不均匀,电流密度高的地方,产生热量多,热量聚集过多,会使芯片寿命变短,影响发光效率,图1所示,现有技术LED芯片结构,包括一种LED芯片,包括:衬底10,所述衬底上自下而上依次形成的外延层20、电流阻挡层30、透明导电膜40以及P电极50,其中所述外延层20包括缓冲层21、N型半导体层22、发光层23以及P型半导体层24,将所述P型半导体层24一侧刻蚀至所述N型半导体层22,形成台阶60,N电极70形成在所述台阶60上,由于N电极70负电场作用,电流聚集在台阶60转角处与N电极70下方之间的区域,使得该区域局部电流密度过大,热量聚集过多,加速器件退化。
发明内容
本发明的目的是提供一种长寿命的LED芯片,有效改善局部电流过大问题,提高芯片寿命。
本发明的另一目的是提供上述LED芯片的制作方法。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种长寿命的LED芯片,包括:衬底,所述衬底上自下而上依次形成的外延层、电流阻挡层、透明导电膜以及P电极,其中所述外延层包括缓冲层、N型半导体层、发光层以及P型半导体层,将所述P型半导体层一侧刻蚀至所述N型半导体层,形成台阶,N电极形成在所述台阶上,在所述台阶上形成凹槽,所述凹槽内填充n层电导率大于N型半导体的导电介质层,n为大于1的整数,并且所述n层导电介质层自上而下电导率依次增加,所述N电极形成在所述凹槽外的靠近边缘一侧的台阶上。
优选地,所述N电极与所述凹槽不相连。
优选地,所述n层导电介质层厚度自下而上依次减小。
优选地,所述N电极靠近边缘一侧部分延伸至所述台阶下的N型半导体层内。
优选地,所述导电介质层材料为ITO,各层导电介质层In2O3与SnO2的比例不同。
优选地,所述N型半导体层为N型GaN,所述发光层为In掺杂的GaN,所述P型半导体层为P型GaN。
优选地,所述衬底为蓝宝石、Si、SiC、GaN、ZnO中的一种。
优选地,所述电流阻挡层材料为二氧化硅膜层或氮化硅膜层。
优选地,透明导电膜材料为ITO膜。
一种LED芯片的制作方法,包括以下步骤:
(1)在衬底上自下而上依次外延生长缓冲层、N型半导体层、发光层和P型半导体层以获得外延片;
(2)蚀刻所述P型半导体层一侧至露出所述N型半导体层,形成台阶;
(3)在所述P型半导体层表面形成电流阻挡层,之后,在所述电流阻挡层以及未被电流阻挡层覆盖的P型半导体层表面形成透明导电膜。
(4)刻蚀所述台阶下的N型半导体层,在台阶上形成凹槽,并且在凹槽内沉积n层电导率大于N型半导体层的导电介质层,n为大于1的整数。
(5)在透明导电膜上形成P电极,在所述凹槽外的靠近边缘一侧的台阶上形成N电极。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
本发明在所述台阶上形成凹槽,凹槽内填充n层导电介质层,所述N电极形成在凹槽外的靠近边缘一侧的台阶上,所以,P电极电流经过P型半导体层、发光层以及N型半导体层流向N电极前先经过导电介质层,由于导电介质层电导率大于N型半导体层,所以电流更容易流过,由于n层导电介质层自上而下电导率依次增加,在电流受N电极负电场的作用的同时,驱动电流向下流动,能够更均匀的分散电流,使电流均匀地流经导电介质层,最终到达N电极,有效改善台阶转角处与N电极下方之间的区域电流聚集而导致局部电流过大,进而提高芯片寿命。
附图说明
图1为现有技术LED芯片剖面结构示意图;
图2为第一实施例LED芯片剖面结构示意图;
图2A-图2E为第一实施例LED制作过程剖面结构示意图;
图3为第二实施例LED芯片剖面结构示意图;
图4为第三实施例LED芯片剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及实施例对本发明进行介绍,实施例仅用于对本发明进行解释,并不对本发明有任何限定作用。
第一实施例
如图2所示,本实施例的长寿命的LED芯片,包括:衬底10,所述衬底10上自下而上依次形成的外延层20、电流阻挡层30、透明导电膜40以及P电极50,其中所述外延层包括缓冲层21、N型半导体层22、发光层23以及P型半导体层24,将所述P型半导体层24一侧刻蚀至所述N型半导体层22,形成台阶60,N电极70形成在所述台阶60上,在所述台阶60上形成凹槽80,所述凹槽内填充n层电导率大于N型半导体的导电介质层90,n为大于1的整数,并且所述n层导电介质层自上而下电导率依次增加,所述N电极70形成在所述凹槽80外的靠近边缘一侧的台阶60上。
具体的,本实施例LED为GaN基发光二极管,所述衬底可为蓝宝石衬底或其他半导体衬底材料,如Si、SiC、GaN、ZnO等;所述缓冲层21为GaN材料,所述N型半导体层22为N型GaN层,所述发光层23为多重量子阱,其材料可为In掺杂的GaN,所述P型半导体层24为P型GaN层;所述电流阻挡层30优选透光的绝缘材料,在保证绝缘,使电流横向扩散的同时,不因遮光而影响发光效率,本实施例电流阻挡层30材料为二氧化硅膜层、氮化硅膜层等;所述透明导电膜40优选透光性良好的ITO膜;所述P电极80和N电极90的材料包括Cr、Pt、Au、Ti、Al、或Sn中的至少一种,可以选择Cr/Pt/Au、Au/Sn、Cr/Ti/Au或Ti/Al/Ti/Au等电极结构。
本实施例在所述台阶60上形成凹槽80,凹槽80内填充n层导电介质层,所述N电极70凹槽80靠近边缘一侧的台阶60上,所以,P电极50电流经过P型半导体层24、发光层23以及N型半导体层22流向N电极70前先经过导电介质层90,由于导电介质层90电导率大于N型半导体层22,所以电流更容易流过,由于n层导电介质层自上而下电导率依次增加,在电流受N电极70负电场的作用的同时,驱动电流向下流动,能够更均匀的分散电流,使电流均匀地流经导电介质层90,最终到达N电极70,有效改善台阶60转角处与N电极70下方之间的区域电流聚集而导致局部电流过大,进而提高芯片寿命。本实施例所述导电介质层90材料可为ITO,各层导电介质层In2O3与SnO2的比例不同,进而实现电导率的不同。
本实施例所述N电极70与所述凹槽80不相连,导电介质层90与带负电的N电极70被电导率低于导电介质层90的N型半导体层22完全分离,使得受负电场影响的电流流至导电介质层90时更易向下流动,进而使流经导电介质层90的电流分布更均匀。
本实施例导电介质层90分为自上而下电导率依次增加的91、92以及93三层,导电介质层数越多,对电流的分散效果越好,但是工艺也会越复杂,实际应用视具体要求而定。
本实施例LED芯片的制作方法如图2A-图2E所示,包括以下步骤:
(1)如图2A所示,在衬底10上自下而上依次外延生长缓冲层21、N型半导体层22、发光层23和P型半导体层24以获得外延片20;
(2)如图2B所示,图案化刻蚀工艺蚀刻所述P型半导体层24一侧至露出所述N型半导体层22,形成台阶60;
(3)如图2C所示,在所述P型半导体层24表面通过溅镀或蒸镀等方法形成电流阻挡层30,之后,在所述电流阻挡层30以及未被电流阻挡层30覆盖的P型半导体层24表面通过溅镀或蒸镀等方法形成透明导电膜40。
(4)如图2D所示,图案化刻蚀工艺刻蚀所述台阶60下的N型半导体层22,在台阶60上形成凹槽80,并且在凹槽80内通过掩膜工艺以及溅镀或蒸镀等方法沉积三层电导率大于N型半导体的导电介质层90。
(5)如图2E所示,通过掩膜以及蒸镀或电镀工艺在透明导电膜40上形成P电极50,在所述凹槽80外的靠近边缘一侧的台阶上60形成N电极70。
第二实施例
如图3所示,本实施例与第一实施例技术方案基本相同,不同之处在于,本实施例所述导电介质层90厚度自上而下依次增加,最上层导电介质层91与N电极70负电极电场最接近,电流容易受负电场影响,因此导电介质层91、导电介质层92以及导电介质层93厚度依次增加,以使得电流较快流入电导率较大的导电介质层,实现电流更好的在导电介质层90内扩散,使电流更均匀的分布。
第三实施例
如图4所示,本实施例与第一实施例技术方案基本相同,不同之处在于,所述N电极70靠近边缘一侧部分延伸至所述台阶60下的N型半导体层22内,使得N电极70与N型半导体层22接触面积更大,增加电流的传输路径,使电流更均匀的分布。
Claims (10)
1.一种长寿命的LED芯片,包括:衬底,所述衬底上自下而上依次形成的外延层、电流阻挡层、透明导电膜以及P电极,其中所述外延层包括缓冲层、N型半导体层、发光层以及P型半导体层,将所述P型半导体层一侧刻蚀至所述N型半导体层,形成台阶,N电极形成在所述台阶上,其特征在于:在所述台阶上形成凹槽,所述凹槽内填充n层电导率大于N型半导体的导电介质层,n为大于1的整数,并且所述n层导电介质层自上而下电导率依次增加,所述N电极形成在所述凹槽外的靠近边缘一侧的台阶上。
2.根据权利要求1所述的长寿命的LED芯片,其特征在于:所述N电极与所述凹槽不相连。
3.根据权利要求1所述的长寿命的LED芯片,其特征在于:所述n层导电介质层厚度自下而上依次减小。
4.根据权利要求1所述的长寿命的LED芯片,其特征在于:所述N电极靠近边缘一侧部分延伸至所述台阶下的N型半导体层内。
5.根据权利要求1所述的长寿命的LED芯片,其特征在于:所述导电介质层材料为ITO,各层导电介质层In2O3与SnO2的比例不同。
6.根据权利要求1所述的长寿命的LED芯片,其特征在于:所述N型半导体层为N型GaN,所述发光层为In掺杂的GaN,所述P型半导体层为P型GaN。
7.根据权利要求1所述的长寿命的LED芯片,其特征在于:所述衬底为蓝宝石、Si、SiC、GaN、ZnO中的一种。
8.根据权利要求1所述的长寿命的LED芯片,其特征在于:所述电流阻挡层材料为二氧化硅膜层或氮化硅膜层。
9.根据权利要求1所述的长寿命的LED芯片,其特征在于:透明导电膜材料为ITO膜。
10.一种长寿命的LED芯片的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)在衬底上自下而上依次外延生长缓冲层、N型半导体层、发光层和P型半导体层以获得外延片;
(2)蚀刻所述P型半导体层一侧至露出所述N型半导体层,形成台阶;
(3)在所述P型半导体层表面形成电流阻挡层,之后,在所述电流阻挡层以及未被电流阻挡层覆盖的P型半导体层表面形成透明导电膜。
(4)刻蚀所述台阶下的N型半导体层,在台阶上形成凹槽,并且在凹槽内沉积n层电导率大于N型半导体层的导电介质层,n为大于1的整数。
(5)在透明导电膜上形成P电极,在所述凹槽外的靠近边缘一侧的台阶上形成N电极。
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GR01 | Patent grant | ||
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