CN113555480B - 一种具有侧壁异形电极结构的led芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有侧壁异形电极结构的LED芯片，包括：透明衬底；设置在所述透明衬底一侧的外延层，所述外延层包括在第一方向上依次设置的N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述第一方向垂直于所述透明衬底且由所述透明衬底指向所述外延层；设置在所述外延层侧壁的第一电极和第二电极，所述第一电极与所述N型半导体连接，所述第二电极与所述P型半导体连接。该LED芯片通过采用设置在外延层侧壁上的第一电极和第二电极，替换掉常规LED芯片的表面电极结构，进而极大程度的提高了LED芯片的发光区面积，并且，采用透明衬底实现了LED芯片的双面透明出光，以此提高LED芯片的出光效率。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，更具体地说，涉及一种具有侧壁异形电极结构的LED芯片。
背景技术
随着科学技术的不断发展，LED(Light Emitting Diode，发光二极管)作为新型的发光器件，与传统的发光器件相比，LED具有节能、环保、显色性与响应速度好等优点被广泛应用于人们的生活和工作中，为人们的日常生活带来了极大的便利。
但是，目前LED芯片的电极结构均是采用表面电极结构，该表面电极结构占用了一部分发光区域，导致LED芯片的发光效率较低，且无法实现双面发光。
发明内容
有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种具有侧壁异形电极结构的LED芯片，技术方案如下：
一种具有侧壁异形电极结构的LED芯片，所述LED芯片包括：
透明衬底；
设置在所述透明衬底一侧的外延层，所述外延层包括在第一方向上依次设置的N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述第一方向垂直于所述透明衬底且由所述透明衬底指向所述外延层；
设置在所述外延层侧壁的第一电极和第二电极，所述第一电极与所述N型半导体连接，所述第二电极与所述P型半导体连接。
优选的，在上述LED芯片中，所述LED芯片还包括：
设置在所述P型半导体层背离所述透明衬底一侧的电流扩展层。
优选的，在上述LED芯片中，所述LED芯片包括：
贯穿所述电流扩展层、所述P型半导体层和所述有源层，以及部分所述N型半导体层的边缘凹槽，所述边缘凹槽用于暴露出所述N型半导体层的边缘区域。
优选的，在上述LED芯片中，所述第一电极覆盖所述N型半导体层的侧壁以及暴露出的边缘区域。
优选的，在上述LED芯片中，所述LED芯片还包括：
设置在所述第一电极背离所述透明衬底一侧的绝缘层；
所述绝缘层至少完全覆盖所述有源层的侧壁。
优选的，在上述LED芯片中，所述第二电极设置在所述绝缘层背离所述第一电极的一侧；
所述第二电极覆盖所述P型半导体层和所述电流扩展层的侧壁，以及所述电流扩展层的边缘区域。
优选的，在上述LED芯片中，所述LED芯片还包括：
设置在所述电流扩展层背离所述透明衬底一侧的保护层。
优选的，在上述LED芯片中，所述LED芯片包括：
贯穿所述电流扩展层、所述P型半导体层和所述有源层的侧壁凹槽，所述侧壁凹槽用于暴露出所述N型半导体层的一侧边缘区域。
优选的，在上述LED芯片中，所述LED芯片还包括：
第一隔离层，所述第一隔离层设置在所述侧壁凹槽内，且覆盖所述N型半导体层暴露出的一侧边缘区域、以及所述有源层的侧壁、所述P型半导体层的侧壁、所述电流扩展层的侧壁；
第二隔离层，所述第二隔离层与所述第一隔离层相对设置，且覆盖所述N型半导体层的侧壁、所述有源层的侧壁、所述P型半导体层的侧壁、以及所述电流扩展层的侧壁。
优选的，在上述LED芯片中，所述第一电极覆盖所述N型半导体层的侧壁、所述第一隔离层的侧壁、以及所述第一隔离层背离所述透明衬底一侧的部分边缘表面；
所述第二电极覆盖所述第二隔离层，且与所述电流扩展层背离所述透明衬底的一侧表面接触。
相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：
本发明提供的一种具有侧壁异形电极结构的LED芯片包括：透明衬底；设置在所述透明衬底一侧的外延层，所述外延层包括在第一方向上依次设置的N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述第一方向垂直于所述透明衬底且由所述透明衬底指向所述外延层；设置在所述外延层侧壁的第一电极和第二电极，所述第一电极与所述N型半导体连接，所述第二电极与所述P型半导体连接。
该LED芯片通过采用设置在外延层侧壁上的第一电极和第二电极，替换掉常规LED芯片的表面电极结构，进而极大程度的提高了LED芯片的发光区面积，并且，采用透明衬底实现了LED芯片的双面透明出光，以此提高LED芯片的出光效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种具有侧壁异形电极结构的LED芯片的结构示意图；
图2-图11为图1所示LED芯片制作过程中对应的局部结构示意图；
图12为本发明实施例提供的另一种具有侧壁异形电极结构的LED芯片的结构示意图；
图13-图23为图12所示LED芯片制作过程中对应的局部结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1，图1为本发明实施例提供的一种具有侧壁异形电极结构的LED芯片的结构示意图。
所述LED芯片包括：
透明衬底11；
设置在所述透明衬底11一侧的外延层，所述外延层包括在第一方向上依次设置的N型半导体层12、有源层13和P型半导体层14，所述第一方向垂直于所述透明衬底11且由所述透明衬底11指向所述外延层；
设置在所述外延层侧壁的第一电极15和第二电极16，所述第一电极15与所述N型半导体12连接，所述第二电极16与所述P型半导体14连接。
在该实施例中，该LED芯片通过采用设置在外延层侧壁上的第一电极15和第二电极16，替换掉常规LED芯片的表面电极结构，进而极大程度的提高了LED芯片的发光区面积，并且，采用透明衬底实现了LED芯片的双面透明出光，以此提高LED芯片的出光效率。
其中，所述N型半导体层12包括但不限定于N型氮化镓层；所述P型半导体层14包括但不限定于P型氮化镓层。
具体的，如图1所示，所述LED芯片还包括：
设置在所述P型半导体层14背离所述透明衬底11一侧的电流扩展层17。
其中，该电流扩展层17用于进行电流表面扩展，其材料包括但不限定于ITO。
具体的，如图1所示，所述LED芯片包括：
贯穿所述电流扩展层17、所述P型半导体层14和所述有源层13，以及部分所述N型半导体层12的边缘凹槽，所述边缘凹槽用于暴露出所述N型半导体层12的边缘区域。即使N型半导体层12的边缘区域形成台阶结构。
其中，暴露出的所述N型半导体层12的边缘区域的宽度为2μm-10μm；可选的，暴露出的所述N型半导体层12的边缘区域的宽度为2.5μm或4.2μm或7μm或8.6μm等。
所述N型半导体层12台阶结构上的厚度为11000埃-18000埃。
具体的，如图1所示，所述第一电极15覆盖所述N型半导体层12的侧壁以及暴露出的边缘区域。
其中，所述第一电极15在第一方向上的厚度小于所述N型半导体层12在第一方向上的厚度，即保证第一电极15与有源层13无接触。
可选的，所述第一电极15位于所述N型半导体层12台阶结构上的厚度为30000埃-40000埃。
具体的，如图1所示，所述LED芯片还包括：
设置在所述第一电极15背离所述透明衬底11一侧的绝缘层18；
所述绝缘层18至少完全覆盖所述有源层13的侧壁。
可选的，所述绝缘层18在所述第一方向上的厚度为2000埃-5000埃。
具体的，如图1所示，所述第二电极16设置在所述绝缘层18背离所述第一电极15的一侧；
所述第二电极16覆盖所述P型半导体层14和所述电流扩展层17的侧壁，以及所述电流扩展层17的边缘区域。
可选的，所述第二电极16在所述第一方向上的厚度为8000埃-18000埃。
其中，所述绝缘层18用于将所述第一电极15和所述第二电极16在第一方向上进行绝缘隔离。
具体的，如图1所示，所述LED芯片还包括：
设置在所述电流扩展层17背离所述透明衬底11一侧的保护层19。
可选的，在本发明另一实施例中，基于图1所示的一种具有侧壁异形电极结构的LED芯片，下面对其制作过程进行阐述，具体如下：
步骤一：
如图2所示，提供一基础衬底20。
步骤二：
如图3所示，在该基础衬底20上形成外延层，所述外延层包括在第一方向上依次设置的N型半导体层12、有源层13和P型半导体层14，所述第一方向垂直于所述基础衬底20且由所述基础衬底20指向所述外延层。
步骤三：
如图4所示，在所述P型半导体层14背离所述有源层13的一侧形成电流扩展层17。
其中，该电流扩展层17用于进行电流表面扩展，其材料包括但不限定于ITO。
步骤四：
如图5所示，将图4所示的晶圆结构进行深刻蚀，直至所述基础衬底20，留出沟道AA便于芯粒间电极隔开。
其中，所述沟道AA的宽度为10μm-100μm，具体的，该沟道AA的宽度选择可根据实际情况而定，只需满足在该宽度范围内即可。
步骤五：
如图6所示，在图5所示的晶圆结构基础上，再次进行刻蚀处理，以贯穿所述电流扩展层17、所述P型半导体层14和所述有源层13，以及部分所述N型半导体层12的边缘区域，用于暴露出未刻蚀的N型半导体层12的边缘区域，该N型半导体层12的边缘区域与沟道AA，形成一种台阶结构BB。
其中，暴露出的所述N型半导体层12的边缘区域的宽度为2μm-10μm；可选的，暴露出的所述N型半导体层12的边缘区域的宽度为2.5μm或4.2μm或7μm或8.6μm等。
所述N型半导体层12处于台阶结构上的厚度为11000埃-18000埃，也可以理解为对N型半导体层12的刻蚀深度为11000埃-18000埃。
步骤六：
如图7所示，在图6所示的晶圆结构基础上，在N型半导体层12暴露出的区域进行第一电极15的蒸镀，以形成N电极。
其中，所述第一电极15覆盖所述N型半导体层12的侧壁以及暴露出的边缘区域。
其中，所述第一电极15在第一方向上的厚度小于所述N型半导体层12在第一方向上的厚度，即保证第一电极15与有源层13无接触。
可选的，所述第一电极15位于所述N型半导体层12台阶结构上的厚度为30000埃-40000埃。
步骤七：
如图8所示，在图7所示的晶圆结构基础上，在第一电极15背离基础衬底20的一侧蒸镀一层绝缘层18。
所述绝缘层18至少完全覆盖所述有源层13的侧壁。
可选的，所述绝缘层18在所述第一方向上的厚度为2000埃-5000埃。
步骤八：
如图9所示，在图8所示的晶圆结构基础上，在绝缘层18背离基础衬底20的一侧蒸镀第二电极16，以形成P电极。
所述第二电极16覆盖所述P型半导体层14和所述电流扩展层17的侧壁，以及所述电流扩展层17的边缘区域。
可选的，所述第二电极16在所述第一方向上的厚度为8000埃-18000埃。
其中，所述绝缘层18用于将所述第一电极15和所述第二电极16在第一方向上进行绝缘隔离。
通过步骤六、步骤七和步骤八，即可完成侧壁异形电极的制作，替换掉常规LED芯片的表面电极结构，减少电极占用芯片表面面积，进而极大程度的提高了LED芯片的发光区面积，并且通过实验证明本发明实施例提供的LED芯片的发光面积可增加3％-40％。
并且，如图10所示，该侧壁异形电极的制作不受芯片形状影响，可以制作各种外形的芯片。
步骤九：
如图11所示，在图9所示的晶圆结构基础上，在所述电流扩展层17背离所述基础衬底20的一侧形成保护层19。
其中，所述保护层19包括但不限定于二氧化硅保护层，其在第一方向上的厚度为800埃-2300埃。
步骤十：
如图1所示，在图11所示的晶圆结构基础上，去除基础衬底20，并将晶圆结构转移至透明衬底11上，形成双面出光的LED芯片结构。
可选的，该透明衬底可以为透明柔性衬底，可通过侧壁异形电极(第一电极15和第二电极16)进行通电，无需在芯粒正面或者背面进行电极封装，形成双面出光的LED芯片结构，且出光面积较大。
可选的，在本发明另一实施例中还提供了另一种具有侧壁异形电极结构的LED芯片，参考图12，图12为本发明实施例提供的另一种具有侧壁异形电极结构的LED芯片的结构示意图。
所述LED芯片包括：
透明衬底11；
设置在所述透明衬底11一侧的外延层，所述外延层包括在第一方向上依次设置的N型半导体层12、有源层13和P型半导体层14，所述第一方向垂直于所述透明衬底11且由所述透明衬底11指向所述外延层；
设置在所述外延层侧壁的第一电极15和第二电极16，所述第一电极15与所述N型半导体12连接，所述第二电极16与所述P型半导体14连接。
在该实施例中，该LED芯片通过采用设置在外延层侧壁上的第一电极15和第二电极16，替换掉常规LED芯片的表面电极结构，进而极大程度的提高了LED芯片的发光区面积，并且，采用透明衬底实现了LED芯片的双面透明出光，以此提高LED芯片的出光效率。
其中，所述N型半导体层12包括但不限定于N型氮化镓层；所述P型半导体层14包括但不限定于P型氮化镓层。
具体的，如图12所示，所述LED芯片还包括：
设置在所述P型半导体层14背离所述透明衬底11一侧的电流扩展层17。
其中，该电流扩展层17用于进行电流表面扩展，其材料包括但不限定于ITO。
具体的，如图12所示，所述LED芯片包括：
贯穿所述电流扩展层17、所述P型半导体层14和所述有源层13的侧壁凹槽，所述侧壁凹槽用于暴露出所述N型半导体层12的一侧边缘区域。
其中，暴露出的所述N型半导体层12的一侧边缘区域的宽度为10μm-100μm；可选的，暴露出的所述N型半导体层12的一侧边缘区域的宽度为12μm或43μm或64μm或86μm等。
具体的，如图12所示，所述LED芯片还包括：
第一隔离层18，所述第一隔离层18设置在所述侧壁凹槽内，且覆盖所述N型半导体层12暴露出的一侧边缘区域、以及所述有源层13的侧壁、所述P型半导体层14的侧壁、所述电流扩展层17的侧壁；
第二隔离层19，所述第二隔离层19与所述第一隔离层18相对设置，且覆盖所述N型半导体层12的侧壁、所述有源层13的侧壁、所述P型半导体层14的侧壁、以及所述电流扩展层17的侧壁。
具体的，如图12所示，所述第一电极15覆盖所述N型半导体层12的侧壁、所述第一隔离层18的侧壁、以及所述第一隔离层18背离所述透明衬底11一侧的部分边缘表面；
所述第二电极16覆盖所述第二隔离层19，且与所述电流扩展层17背离所述透明衬底11的一侧表面接触。
可选的，在本发明另一实施例中，基于图12所示的一种具有侧壁异形电极结构的LED芯片，下面对其制作过程进行阐述，具体如下：
步骤一：
如图13所示，提供一基础衬底20。
步骤二：
如图14所示，在该基础衬底20上形成外延层，所述外延层包括在第一方向上依次设置的N型半导体层12、有源层13和P型半导体层14，所述第一方向垂直于所述基础衬底20且由所述基础衬底20指向所述外延层。
步骤三：
如图15所示，在所述P型半导体层14背离所述有源层13的一侧形成电流扩展层17。
其中，该电流扩展层17用于进行电流表面扩展，其材料包括但不限定于ITO。
步骤四：
如图16所示，将图15所示的晶圆结构进行深刻蚀，直至所述基础衬底20，留出沟道AA便于芯粒间电极隔开。
其中，所述沟道AA的宽度为10μm-100μm，具体的，该沟道AA的宽度选择可根据实际情况而定，只需满足在该宽度范围内即可。
步骤五：
如图17所示，在图16所示的晶圆结构基础上，再次进行刻蚀处理，以贯穿所述电流扩展层17、所述P型半导体层14和所述有源层13的边缘区域，用于暴露出N型半导体层12的边缘区域，该N型半导体层12的边缘区域与沟道AA，形成一种台阶结构BB。
其中，暴露出的所述N型半导体层12的边缘区域的宽度为2μm-10μm；可选的，暴露出的所述N型半导体层12的边缘区域的宽度为2.5μm或4.2μm或7μm或8.6μm等。
步骤六：
如图18所示，在图17所示的晶圆结构基础上，沉积隔离层21，便于电极隔离。
步骤七：
如图19所示，在图18所示的晶圆结构基础上，对该隔离层21进行DE刻蚀处理，一侧刻蚀出N型半导体层12，即第一隔离层18，所述第一隔离层18设置在所述侧壁凹槽内，且覆盖所述N型半导体层12暴露出的一侧边缘区域、以及所述有源层13的侧壁、所述P型半导体层14的侧壁、所述电流扩展层17的侧壁。
另一侧保留隔离层，即第二隔离层19，所述第二隔离层19与所述第一隔离层18相对设置，且覆盖所述N型半导体层12的侧壁、所述有源层13的侧壁、所述P型半导体层14的侧壁、以及所述电流扩展层17的侧壁。
步骤八：
如图20所示，在图19所示的晶圆结构基础上，蒸镀第一电极15(N电极)和第二电极16(P电极)，所述第一电极15覆盖所述N型半导体层12的侧壁、所述第一隔离层18的侧壁、以及所述第一隔离层18背离所述基础衬底20一侧的部分边缘表面；
所述第二电极16覆盖所述第二隔离层19，且与所述电流扩展层17背离所述基础衬底20的一侧表面接触。
通过步骤六、步骤七和步骤八，即可完成侧壁异形电极的制作，替换掉常规LED芯片的表面电极结构，减少电极占用芯片表面面积，进而极大程度的提高了LED芯片的发光区面积，并且通过实验证明本发明实施例提供的LED芯片的发光面积可增加3％-40％。
步骤九：
如图12所示，在图20所示的晶圆结构基础上，去除基础衬底20，并将晶圆结构转移至透明衬底11上，形成双面出光的LED芯片结构。
可选的，该透明衬底11可以为透明柔性衬底，可通过侧壁异形电极(第一电极和第二电极)进行通电，无需在芯粒正面或者背面进行电极封装，形成双面出光的LED芯片结构，且出光面积较大。
进一步的，如图21、图22和图23所示，该侧壁异形电极的制作不受芯片形状影响，可以制作各种外形的芯片。
以上对本发明所提供的一种具有侧壁异形电极结构的LED芯片进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种具有侧壁异形电极结构的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片包括：
透明衬底；
设置在所述透明衬底一侧的外延层，所述外延层包括在第一方向上依次设置的N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述第一方向垂直于所述透明衬底且由所述透明衬底指向所述外延层；
设置在所述外延层侧壁的第一电极和第二电极，所述第一电极与所述N型半导体连接，所述第二电极与所述P型半导体连接；
贯穿所述P型半导体层和所述有源层，以及部分所述N型半导体层的边缘凹槽，所述边缘凹槽用于暴露出所述N型半导体层的边缘区域；
所述第一电极覆盖所述N型半导体层的侧壁以及暴露出的边缘区域；
设置在所述第一电极背离所述透明衬底一侧的绝缘层；所述绝缘层至少完全覆盖所述有源层的侧壁。
2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片还包括：
设置在所述P型半导体层背离所述透明衬底一侧的电流扩展层。
3.根据权利要求2所述的LED芯片，其特征在于，所述第二电极设置在所述绝缘层背离所述第一电极的一侧；
所述第二电极覆盖所述P型半导体层和所述电流扩展层的侧壁，以及所述电流扩展层的边缘区域。
4.根据权利要求3所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片还包括：
设置在所述电流扩展层背离所述透明衬底一侧的保护层。
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