CN210805813U

CN210805813U - 一种高可靠度的led芯片

Info

Publication number: CN210805813U
Application number: CN201921714406.0U
Authority: CN
Inventors: 崔永进; 庄家铭
Original assignee: Foshan Nationstar Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Foshan Nationstar Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2019-10-12
Filing date: 2019-10-12
Publication date: 2020-06-19
Anticipated expiration: 2029-10-12

Abstract

本实用新型公开了一种高可靠度的LED芯片，其包括：衬底；设于所述衬底上的外延层，所述外延层包括第一半导体层、发光层和第二半导体层；设于所述第一半导体层上的第一电极；设于所述第二半导体层上的第二电极；和设于第二半导体层上的至少一根第一电流扩展线，所述第一电流扩展线与所述第二电极电连接；其中，所述第一电流扩展线通过多个设于所述外延层并贯穿至第一半导体的第一孔洞与所述第一半导体层形成电连接。本实用新型中的第一电流扩展线通过孔洞与第一半导体层连接，其可大幅度提升电流扩展均匀性，防止局部电流集中，导致局部过热，烧毁芯片，提升了LED芯片的可靠度。

Description

一种高可靠度的LED芯片

技术领域

本实用新型涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种高可靠度的LED芯片。

背景技术

发光二极管，英文单词的缩写LED，主要含义：LED＝Light Emitting Diode，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件,作为照明器件,相对传统照明器件,发光二极管有相当大优势——寿命长、光效高、无辐射、低功耗、绿色环保。目前LED主要用于显示屏、指示灯、背光源等领域。

目前，LED已被广泛的应用在照明领域，随着应用领域的扩大，对于LED产品特性的要求也日益提升；如何实现长寿命、高可靠度、高光效的统一是亟待解决的问题。一种提升LED性能的方式是促进电流的扩展性能，如中国专利CN104377282A公开的LED芯片中，即在P电极和N电极一侧制备了电流扩展条，提升了电流的扩展性，提升了LED芯片可靠性；但由于这种电流扩展条需要整体刻蚀，减少了LED的发光面积，降低了光效。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种高可靠度的LED芯片，其可靠度高，光效高。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种高可靠度的LED芯片，其包括：

衬底；

设于所述衬底上的外延层，所述外延层包括第一半导体层、发光层和第二半导体层；

设于所述第一半导体层上的第一电极；

设于所述第二半导体层上的第二电极；和

设于第二半导体层上的至少一根第一电流扩展线，所述第一电流扩展线与所述第一电极电连接；

其中，所述第一电流扩展线通过多个设于所述外延层并贯穿至第一半导体的第一孔洞与所述第一半导体层形成电连接。

作为上述技术方案的改进，所述第一孔洞分布于所述第二电极和第一电极之间，所述第一孔洞的深度由所述第二电极到所述第一电极呈递增变化。

作为上述技术方案的改进，所述第一孔洞的深度为0.6～1.6μm。

作为上述技术方案的改进，相邻第一孔洞之间的间距相等或不相等。

作为上述技术方案的改进，所述第一电流扩展线通过7个间距相等的第一孔洞与所述第一半导体层形成电连接；由第二电极到第一电极分布的各第一孔洞的深度依次为0.8±0.05μm，0.9±0.05μm，1±0.05μm，1.1±0.05μm，1.2±0.05μm，1.3±0.05μm，1.4±0.05μm。

作为上述技术方案的改进，所述外延层包括依次设于所述衬底上的外延缓冲层、u-GaN层、N-GaN层、N-GaN接触层、发光层和P-GaN层；

其中，所述N-GaN接触层中Si的掺杂浓度大于N-GaN层中Si的掺杂浓度。

作为上述技术方案的改进，还包括：电流扩展层和绝缘保护层；所述电流扩展层设于所述第二半导体层上；所述绝缘保护层设于所述第一半导体层、第二半导体层和第一孔洞。

作为上述技术方案的改进，所述电流扩展层由氧化铟锡制成；所述绝缘保护层由SiO₂和/或Si₃N₄制成，其厚度为

作为上述技术方案的改进，还包括第二电流扩展线，所述第二电流扩展线与所述第二电极电连接，并从所述第二电极向第一电极延伸。

实施本实用新型，具有如下有益效果：

1.本实用新型将电流扩展线通过一系列孔洞与半导体层连接，区别于传统LED芯片开一长条区域，可减少蚀刻面积，即增加了芯片的发光面积，提升了芯片的亮度。

2.本实用新型N电极的电流扩展线，通过第一孔洞与N-GaN层连接，且通过控制第一孔洞由浅到深设置，可使得电流扩展均匀性大幅提升，从而避免了局部电流集中导致的局部过热，烧毁芯片的现象，提升了LED芯片的可靠性。

3.本实用新型中的LED芯片，将传统的电流阻挡层和钝化层合为一体，减少工序，降低了制造成本。

附图说明

图1是本实用新型一实施例中高可靠度LED芯片的结构示意图；

图2是图1中A-A方向的剖视图；

图3是图1中B-B方向的剖视图；

图4是本实用新型另一实施例中高可靠度LED芯片的结构示意图；

图5是本实用新型又一实施例中外延结构的示意图；

图6是本实用新型一种高可靠度LED芯片的制备方法流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。仅此声明，本实用新型在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本实用新型的附图为基准，其并不是对本实用新型的具体限定。

参见图1～图3，本实施例提供了一种高可靠度的LED芯片，其包括衬底1；设于所述衬底1上的外延层2，所述外延层2包括第一半导体层21、发光层22和第二半导体层23；设于所述第一半导体层21上的第一电极3；设于所述第二半导体层23上的第二电极4；和设于第二半导体层23上的至少一根第一电流扩展线5，所述第一电流扩展线5与所述第二电极4电连接；其中，所述第一电流扩展线5通过多个设于所述外延层2并贯穿至第一半导体21的第一孔洞24与所述第一半导体层21形成电连接。通过多个第一孔洞将第一电流扩展线5和第一半导体层21连接，可提升电流扩展性能，防止局部过热，提升LED芯片可靠性，同时，也能减少对发光层22的刻蚀量，提升LED芯片的亮度。

其中，外延层2为GaN基外延层，但不限于此；第一半导体层21为掺杂Si的GaN层，即N-GaN层，发光层22为MQW层，第二半导体层23为掺杂Mg的GaN层，即P-GaN层，但不限于此。

具体的，在本实施例之中，第一扩展线5通过多个第一孔洞24与第一半导体层21连接。第一孔洞24分布在第一电极3和第二电极4之间，且第一孔洞24的深度由第二电极4到第一电极3呈递增变化；不同深度的第一孔洞24的底部位于第一半导体层21的不同位置，不同位置的第一半导体层21的Si掺杂浓度不同，电流扩展能力也不同。通过采用由第二电极4到第一电极3递增深度的第一孔洞，可根据LED芯片电流分布的特点在形成有层次的电流扩展线，大幅度提升电流扩展性能。

具体的，第一孔洞24的深度为0.6～1.6μm，优选为0.8～1.5μm；第一孔洞24的截面形状为圆形、方形、椭圆形或星形，但不限于此。

具体的，相邻第一孔洞24之间的间距相等或不相等，优选的，相邻第一孔洞24之间的间距相等，即第一孔洞24间距均匀地分布在外延层2上。

优选的，在本实用新型的优选实施例之中，LED芯片设有一条第一电流扩展线5，其通过7个间距均匀分布的第一孔洞24与第一半导体层21形成电连接；由第二电极到第一电极分布的各第一孔洞的深度依次为0.8±0.05μm，0.9±0.05μm，1±0.05μm，1.1±0.05μm，1.2±0.05μm，1.3±0.05μm，1.4±0.05μm。此种第一扩展线具有更加良好的电流扩展效果。

参考图2～图3，在本实施例之中，LED芯片还包括电流扩展层6和绝缘保护层7；其中，电流扩展层6由ITO(氧化铟锡)或IZO(氧化铟锌)制成，但不限于此；电流扩展层6可进一步提升电流扩展的均匀性。电流扩展层6的厚度为

优选为

其中，绝缘保护层7由SiO₂和/或Si₃N₄制成，绝缘保护层7的厚度为

具体的，在本实施例之中，电流扩展层6分布在第二半导体层23上；绝缘保护层7设于电流扩展层6、第一半导体层21和第一孔洞24中，并暴露出第一电极3和第二电极4；绝缘保护层7可对整体的芯片结构形成保护。需要说明的是，在一般的LED芯片结构中，在P电极下方，ITO层与P-GaN层之间设置电流阻挡层；在N电极与N-GaN层之间也会设置电流阻挡层；同时还在芯片表面设置了钝化层；这种电流阻挡层能够防止电流直接由电极区域流入半导体层，促进电流的扩散；由于本实用新型中通过电流扩展条促进了电流的扩散，因此，无需设置电流阻挡层，简化了生产工序。

具体的，在本实施例之中，第一电极3通过设于外延层2的第二孔洞25与第一半导体层21电连接；第二孔洞25的深度为1.4～2μm，优选为1.5±0.05μm；第二孔洞的宽度为3～10μm，优选为3～8μm；第二孔洞25的横截面形状为圆形、椭圆形、星型或方形，当不限于此。第一电极3和第二电极4通过电子束蒸镀、热蒸镀、磁控溅射中的一种形成。

参考图4，在本实用新型的另一实施例之中，还包括多条第二电流扩展线8，其与第二电极电连接。第二电流扩展线8设于第二半导体层23表面，并从第二电极5向第一电极4延伸。第二电流扩展线可进一步提升本实用新型中芯片的电流扩展作用。

参考图5，在本实用新型的又一实施例之中，外延层2包括依次设于衬底1上的外延缓冲层26、u-GaN层27、N-GaN层21、N-GaN接触层28、发光层22和P-GaN层；其中，N-GaN层21和N-GaN接触层28均为硅掺杂的GaN层；N-GaN接触层28中Si的掺杂浓度大于N-GaN层21中Si的掺杂浓度；N-GaN接触层28可降低电压，解决电流扩展层6、第一电流扩展线5、第二电流扩展线8带来的电压升高的问题。

相应的，参考图6，本实施例还公开了一种上述LED芯片的制备方法，其包括以下步骤：

S1：提供一衬底；

其中，衬底可选用蓝宝石，但不限于此。

S2：在衬底上形成外延层；

S3：对外延层进行光刻刻蚀，形成多个贯穿至第一半导体层的第一孔洞；

具体的，S3包括：

S31：对外延层进行光刻刻蚀，形成多个贯穿至第一半导体层的第一孔洞；

具体的，使用黄光开图，然后采用干法刻蚀蚀刻出多个深度依次增加的第一孔洞；

S32：对外延层进行光刻刻蚀，形成贯穿至第一半导体层的第二孔洞；

S33：在第二半导体层表面形成电流扩展层；

具体的，可采用磁控溅射法在第二半导体层上形成电流扩展层。

S34：形成绝缘保护层，并电极区域和电流扩展线区域开孔；

S4：形成第一电极、第二电极和第一电流扩展线，得到高可靠度的LED芯片成品。

具体的，可采用电子束蒸镀、热蒸镀、磁控溅射中的一种进行蒸镀，形成第一电极、第二电极和第一电流扩展线。

优选的，本实用新型中LED芯片的制备方法还包括以下步骤：

S5：研磨减薄衬底，激光划痕，劈裂，点测分选。

其中，采用355nm或1046nm的激光进行划痕操作。

以上所述是实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种高可靠度的LED芯片，其特征在于，包括：

衬底；

设于所述第一半导体层上的第一电极；

设于所述第二半导体层上的第二电极；和

2.如权利要求1所述的高可靠度的LED芯片，其特征在于，所述第一孔洞分布于所述第二电极和第一电极之间，所述第一孔洞的深度由所述第二电极到所述第一电极呈递增变化。

3.如权利要求1或2所述的高可靠度的LED芯片，其特征在于，所述第一孔洞的深度为0.6～1.6μm。

4.如权利要求1所述的高可靠度的LED芯片，其特征在于，相邻第一孔洞之间的间距相等或不相等。

5.如权利要求1所述的高可靠度的LED芯片，其特征在于，所述第一电流扩展线通过7个间距相等的第一孔洞与所述第一半导体层形成电连接；由第二电极到第一电极分布的各第一孔洞的深度依次为0.8±0.05μm，0.9±0.05μm，1±0.05μm，1.1±0.05μm，1.2±0.05μm，1.3±0.05μm，1.4±0.05μm。

6.如权利要求1所述的高可靠度的LED芯片，其特征在于，所述外延层包括依次设于所述衬底上的外延缓冲层、u-GaN层、N-GaN层、N-GaN接触层、发光层和P-GaN层；

7.如权利要求1所述的高可靠度的LED芯片，其特征在于，还包括：电流扩展层和绝缘保护层；所述电流扩展层设于所述第二半导体层上；所述绝缘保护层设于所述第一半导体层、第二半导体层和第一孔洞。

8.如权利要求7所述的高可靠度的LED芯片，其特征在于，所述电流扩展层由氧化铟锡制成；所述绝缘保护层由SiO₂或Si₃N₄制成，其厚度为

9.如权利要求1所述的高可靠度的LED芯片，其特征在于，还包括第二电流扩展线，所述第二电流扩展线与所述第二电极电性、连接，并从所述第二电极向第一电极延伸。