具有階梯式電流阻擋結構的led芯片及其制作方法

專利名稱：具有階梯式電流阻擋結構的led芯片及其制作方法
技術領域：
本發明涉及一種LED芯片及其制作方法，特別是涉及一種具有階梯式電流阻擋結構的LED芯片及其制作方法。
背景技術：
LED (Light Emitting Diode)芯片，也稱為LED發光芯片，是LED燈的核心組件，是一種固態的半導體器件，它可以直接把電能轉化為光能。LED芯片主要由兩部分組成，一部分是P型半導體，空穴占為多數載流子，另一部分是N型半導體，電子為多數載流子，兩種半導體連接起來時，形成P-N結。當電流通過導線作用于這個芯片的時候，電子就會被推向P區，在P-N結合區(如量子阱區)電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發出能量，這就是LED芯片發光的原理，其中，發出光的顏色依賴于光波長，且由形成P-N結的材料決定的。LED在生產過程中不要添加“汞”，也不需要充氣，不需要玻璃外殼，抗沖擊性好，抗震性好，不易破碎，便于運輸，非常環保，被稱為“綠色能源”。最初LED用作儀器儀表的指示光源，后來各種光色的LED在交通信號燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應用，產生了很好的經濟效益和社會效益。汽車信號燈也是LED光源應用的重要領域。隨著半導體科技的進步，現今的LED芯片已具備了高亮度的輸出，加上LED芯片具有省電、體積小、低電壓驅動、壽命非常長(普遍在5萬至10萬小時之間)等優點，因此，LED芯片已廣泛地應用在顯示器與照明等領域。由于LED芯片是一種電致發光器件，因此需要在發光材料表面制作電極，從電極注入電流來驅動LED芯片發光。電極的面積越大，電流注入越容易，電流分布能做到更均勻，工作電壓也能降低，有利于提高電光轉換效率，但是由于電極都是吸光材料，其面積越大遮光面也越大，因而導致電光轉換效率的下降。為了解決這一矛盾，業界已提出在LED上制作電流阻擋層和透明導電層的方法，即在距離電極正下方一定深度的位置制作絕緣材料來阻止這塊區域的電流通過，并在電流阻擋層及發光材料表面附著透明導電層，這樣在電極的正下方就不會發光，所以電極實際上就沒有或很少遮光，同時，透明導電層使電流更均勻的分散于LED發光材料表面，從而提高LED的電光轉換效率。但是，由于作為透明導電層的ITO (銦錫氧化物半導體)的階梯覆蓋能力不佳，如圖8所示，往往會引起覆蓋在電流阻擋層2’邊緣側壁處(階梯處)的透明導電層3’(IT0膜)厚度變薄，甚至出現斷開的現象，從而導致透明導電層3’(IT0膜)的阻抗增加、正向工作電壓增大、電流擴散能力降低，最終使LED芯片的電光轉換效率降低，造成LED芯片的亮度降低。

發明內容
鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種具有階梯式電流阻擋結構的LED芯片及其制作方法，用于解決現有技術中透明導電層階梯覆蓋能力不佳引起的LED芯片的電光轉換效率降低的問題。
為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種具有階梯式電流阻擋結構的LED芯片的制作方法，所述制作方法至少包括I)提供一 LED外延片,所述LED外延片至少包括襯底及位于所述襯底表面的發光外延結構，其中，所述發光外延結構由上至下依次包括第一導電類型外延層、有源層、及第二導電類型外延層；
2)在位于所述發光外延結構表面、垂直對應預制作第一電極的區域制作階梯式電流阻擋結構；3)在所述發光外延結構及階梯式電流阻擋結構表面制作透明導電層，而后制作連接于所述第二導電類型外延層的第二電極，及于所述透明導電層表面上與所述階梯式電流阻擋結構垂直對應的區域制作第一電極；4)在所述透明導電層及發光外延結構表面形成保護層，而后進行研磨、劃裂以完成具有階梯式電流阻擋結構的LED芯片制作。可選地，所述步驟2)中在制作階梯式電流阻擋結構之前，先在其對應的區域形成一電流阻擋層，所述電流阻擋層為單層結構或疊層結構，其中的所述單層結構或所述疊層結構中的每一層的材料為氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的任意一種。可選地，所述電流阻擋層為多層結構，且所述多層結構由上至下各層材料的刻蝕速率逐層降低。可選地，對所述電流阻擋層交替采用干法刻蝕與氧等離子體灰化，以將所述電流阻擋層制作為所述階梯式電流阻擋結構，其中，所述干法刻蝕至少包括反應離子刻蝕、或電感耦合等離子體刻蝕。可選地，利用緩沖氧化層蝕刻液或氫氟酸刻蝕所述電流阻擋層，以將所述電流阻擋層制作為所述階梯式電流阻擋結構。可選地，所述LED外延片還包括位于所述外延發光結構與所述襯底之間的緩沖層或反射層。本發明還提供一種具有階梯式電流阻擋結構的LED芯片，所述LED芯片至少包括LED外延片，至少包括襯底及位于所述襯底表面的發光外延結構，其中，所述發光外延結構由上至下依次包括第一導電類型外延層、有源層、及第二導電類型外延層；階梯式電流阻擋結構，位于所述發光外延結構表面，以阻擋電流直接垂直注入位于其下的發光外延結構，迫使電流橫向擴展分布；透明導電層，覆蓋于所述發光外延結構及階梯式電流阻擋結構表面，借助所述階梯式電流阻擋結構，進一步使電流均勻分布于所述發光外延結構；第一電極，位于所述透明導電層表面，且與所述階梯式電流阻擋結構垂直對應；第二電極，連接于所述第二導電類型外延層；保護層，位于所述透明導電層及發光外延結構表面。可選地，所述階梯式電流阻擋結構為單層結構或疊層結構，其中的所述單層結構或所述疊層結構中的每一層的材料為氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的任意一種。可選地，所述階梯式電流阻擋結構為由上至下各層材料刻蝕速率逐層降低的多層結構。
可選地，所述LED外延片還包括位于所述外延發光結構與所述襯底之間的緩沖層或反射層。如上所述，本發明的具有 階梯式電流阻擋結構的LED芯片及其制作方法，具有以下有益效果與傳統電流阻擋層相比，本發明采用的階梯式電流阻擋結構邊緣的梯度變緩，增大了透明導電層與階梯式電流阻擋結構的接觸面積，避免了透明導電層(ITO)在電流阻擋結構的邊緣側壁處(階梯處)厚度變薄，甚至出現斷開的現象，提升了透明導電層的階梯覆蓋能力，進而改善了透明導電層的電流擴散能力，增加了 LED芯片的電光轉換效率，提高了 LED芯片的亮度。


圖I至圖6顯示為本發明具有階梯式電流阻擋結構的LED芯片及其制作方法在實施例一中的結構示意圖。圖7顯示為本發明具有階梯式電流阻擋結構的LED芯片及其制作方法在實施例二中的結構示意圖。圖8顯示為現有技術中透明導電層ITO膜在電流阻擋層的邊緣側壁處厚度變薄的結構示意圖。
具體實施例方式以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式
加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。請參閱圖I至圖7。需要說明的是，以下具體實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。由于LED芯片中作為透明導電層的ITO (銦錫氧化物半導體)對電流阻擋層的階梯覆蓋能力不佳，往往會引起覆蓋在電流阻擋層邊緣處(階梯處)的ITO膜厚度變薄，甚至出現斷開的現象，從而導致LED芯片的電光轉換效率降低，造成LED芯片的亮度降低。鑒于此，本發明提供一種具有階梯式電流阻擋結構的LED芯片及其制作方法，由于階梯式電流阻擋結構邊緣的梯度變緩，因此增大了透明導電層與階梯式電流阻擋結構的接觸面積，提升了透明導電層的階梯覆蓋能力，進而改善了透明導電層的電流擴散能力，增加了 LED芯片的電光轉換效率，提高了 LED芯片的亮度。實施例一如圖I至圖4所示，本發明提供一種具有階梯式電流阻擋結構的LED芯片的制作方法，所述制作方法至少包括如圖I所示，首先執行步驟1)，提供一 LED外延片1，所述LED外延片I至少包括襯底11及位于所述襯底表面的發光外延結構12，其中，所述發光外延結構12由上至下依次包括第一導電類型外延層121、有源層122、及第二導電類型外延層123。
需要指出的是，所述襯底11材料至少包括Al2O3 (藍寶石)、GaAs, Si、SiC, GaN,GaP、InP、ZnO及Ge中的任意的一種；采用金屬有機化學氣相沉積、分子束外延、或氫化物氣相外延在所述襯底11上形成所述發光外延結構12 ;所述有源層122為單量子阱結構或多量子阱結構、量子點結構或量子線結構；所述第一導電類型外延層121及第二導電類型外延層123為III-V族化合物半導體材料，至少包括AlxGayIn(1_x_y)N或AlxGayIn(1_x_y)P，其中，0彡X彡l，0<y彡1，且0彡x+y彡1，例如，化合物半導體可含有GaN、AlN、AlGaN、GaInN、InN、AlGaInN, GaP, A1P、AlGaP, GaInP, InP、及 AlGaInP 中的任意一種。需要說明的是，所述LED外延片I還包括位于所述外延發光結構12與所述襯底11之間的緩沖層或反射層，例如，當襯底為Al2O3 (藍寶石)時，所述外延發光結構12與所述襯底11之間存在外延生長的U-GaN層作為緩沖層；當襯底為GaAs時，所述外延發光結構12與所述襯底11之間存在布拉格反射層(Distributed Bragg Ref lector, DBR);當襯底為Si
時，所述外延發光結構12與所述襯底11之間存在金屬作為反射層，本實施例一的圖中未圖示相關的緩沖層或反射層。在本實施例一中，第一導電類型為P型，第二導電類型為N型，諸如Mg和Zn的P型摻雜物可用作第一導電類型摻雜物，諸如Si、Ge、Sn、Se和Te的N型摻雜物可用作第二導電類型摻雜物，第一導電類型外延層121為P型AlxGayIn(1_x_y)N，第二導電類型外延層123為N型AlxGayIn(1_x_y)N;襯底11為Al2O3 (藍寶石)，采用反應離子刻蝕(RIE)、或電感耦合等離子體刻蝕(ICP)去除部分有源層122及部分第一導電類型外延層121，以暴露出第二導電類型外延層123，并使所述第二導電類型外延層123形成具有上臺階部及下臺階部的臺階狀結構，如圖2所示。接著執行步驟2)。如圖3a所示，在步驟2)中在位于所述發光外延結構12表面形成一電流阻擋層2，所述電流阻擋層2為單層結構或疊層結構，其中的所述單層結構或所述疊層結構中的每一層的材料為絕緣且透光的材料，如氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的任意一種，優選的，本實施例一中，所述電流阻擋層2為單層結構的氮氧化硅；而后，如圖3b至3f所示對所述電流阻擋層2交替采用干法刻蝕與氧等離子體灰化方法(O2 Plasma Ash)，即采用多段交叉式刻蝕方法，在垂直對應預制作第一電極的區域，將所述電流阻擋層2制作為至少包括兩級臺階的階梯式電流阻擋結構(電流阻擋層)2，其中，所述干法刻蝕至少包括反應離子刻蝕(RIE)、或電感耦合等離子體刻蝕(ICP)。需要說明的是，在另一實施例中，先采用等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)形成多層結構的所述電流阻擋層2 (未圖示)，并使所述多層結構由上至下各層材料的刻蝕速率逐層降低，以保證形成的多層結構具有不同的刻蝕選擇比，而后利用緩沖氧化層蝕刻液(Buffered Oxide Etch，B0E)或氫氟酸刻蝕所述電流阻擋層2，以將所述多層結構的電流阻擋層2制作為所述階梯式電流阻擋結構2。需要進一步說明的是，多層結構的各層材料存在同種材料和不同材料的情況，其中，當所述多層結構的各層為同種材料時，為保證由上至下各層材料的刻蝕速率逐層降低，此時可形成致密度逐層增加的多層結構。具體地，在一具體實施例中，所述多層結構為相同材料的三層結構，其最下層為致密度最高的氧化硅層、中間層為致密度其次的氧化硅層、最上層為致密度最低的氧化硅層，因此，BOE或氫氟酸對各層會有不同刻蝕選擇比，其中越致密的層(最下層氧化硅層)蝕刻越慢，以將所述多層結構的電流阻擋層2制作為所述階梯式電流阻擋結構2。另外，在其他實施例中，所述多層結構為不同材料的三層結構，具體地，最上層為刻蝕速率最快的氧化硅層、中間層為刻蝕速率其次的氮氧化硅層、最下層為刻蝕速率最慢的氮化硅層，由于多層結構由上至下各層材料的刻蝕速率逐層降低，保證了多層結構具有不同的刻蝕選擇比，因此，可利用緩沖氧化層蝕刻液(Buffered Oxide Etch,B0E)或氫氟酸刻蝕所述電流阻擋層2，以將所述多層結構的電流阻擋層2制作為所述階梯式電流阻擋結構2。需要指出的是，所述多層結構的層數并不限于三層，可根據預制作階梯式電流阻擋結構的臺階級數選擇所述多層結構 的層數，在此不作一一贅述。需要特別說明的是，所述階梯式電流阻擋結構2邊緣大于其對應的預制作第一電極的區域邊緣約0. 5^3 u m,且所述階梯式電流阻擋結構2的最下層階梯的厚度大于20nm，以確保階梯式電流阻擋結構2可以阻止其所在區域的電流通過，以阻擋電流直接垂直注入位于其下的發光外延結構12，迫使電流橫向擴展分布，進而確保預制作的第一電極的正下方不發光，使預制作的第一電極沒有或很少遮光，以達到提高預制作的LED芯片的電光轉換效率的目的。需要進一步說明的是，相較于原始的未形成階梯的電流阻擋層2而言，形成的所述階梯式電流阻擋結構2的邊緣的梯度變緩。具體地，本實施例一中襯底為Al2O3 (藍寶石)，如圖3a所示，在位于所述發光外延結構12表面形成一電流阻擋層2 ;如圖3b所示，在垂直對應且大于預制作第一電極的區域處涂覆光刻膠6，并以此作為掩膜進行反應離子刻蝕(RIE)，以在垂直對應且大于預制作第一電極的區域，形成具有兩級臺階的階梯式電流阻擋結構2，同時減薄其余未作掩膜處理的電流阻擋層2 ;而后,如圖3c所示,采用氧等離子體灰化方法(O2 Plasma Ash)去除部分光刻膠6，以形成面積略小的光刻膠6作為掩膜；之后，如圖3d所示，對所述具有兩級臺階的階梯式電流阻擋結構2再次進行反應離子刻蝕(RIE)，在垂直對應且稍大于預制作第一電極的區域形成具有三級臺階的階梯式電流阻擋結構2，未作掩膜處理的電流阻擋層2同時被減薄；而后，如圖3e所示,再次采用氧等離子體灰化方法(O2 Plasma Ash)去除部分光刻膠6，以形成更小面積的光刻膠6作為掩膜；然后，如圖3f所示，對所述具有三級臺階的階梯式電流阻擋結構2再一次進行反應離子刻蝕(RIE)，直至所述具有三級臺階的階梯式電流阻擋結構2的最下層臺階被刻蝕掉以暴露出所述發光外延結構12的表面，此時同時暴露出垂直對應且略大于預制作第一電極的區域以外的發光外延結構12的表面，最后出去所述光刻膠6，以形成本實施例一中具有三級臺階的階梯式電流阻擋結構2，所述具有三級臺階的階梯式電流阻擋結構2與預制作第一電極的區域垂直對應，且前者的邊緣略大于后者的邊緣。需要指出的是，所述階梯式電流阻擋結構2的臺階級數并不限于本實施例一中的三級臺階，可根據需要，只形成具有兩級臺階的階梯式電流阻擋結構2，或者反復利用所述多段交叉式刻蝕方法，進一步增加階梯式電流阻擋結構的臺階級數，從而減緩所述電流阻擋層2的梯度，在此不作一一贅述。需要進一步指出的是，在其他實施例中，當所述電流阻擋層2為具有不同材料多層結構時，至少包括反應離子刻蝕(RIE)或電感耦合等離子體刻蝕(ICP)的干法刻蝕對于不同層會有不同的刻蝕選擇比，更易形成所述階梯式電流阻擋結構2。接著執行步驟3)。如圖4所示，在步驟3)中，在所述發光外延結構12及階梯式電流阻擋結構2表面制作透明導電層3，其中，所述透明導電層3順延階梯式電流阻擋結構2的表面形狀，呈階梯式覆蓋于所述階梯式電流阻擋結構2表面，所述透明導電層至少包括ITO(銦錫氧化物半導體)；而后采用濺射法或蒸發法制作透明電極，即第一電極41及第二電極42，其中，所述第一電極41位于所述透明導電層3表面上且與所述階梯式電流阻擋結構2垂直對應，并使其邊緣略小于所述階梯式電流阻擋結構2的邊緣約0. 5^3 u m,所述第二電極42連接于所述第二導電類型外延層123。所述第一電極41或第二電極42為ITO或Ni/Au。具體地，在本實施例一圖4所示的所述第二導電類型外延層123表面未形成透明導電層3，且所述第二電極42直接連接于所述第二導電類型外延層123表面，但并不局限于此，在另一實施例中，所述的第二電極42與第二導電類型外延層123之間可存在透明導電層3。需要指出的是，本實施例一中圖4所示的透明導電層3 (ITO)將所述的發光外延結構12中第一導電類型外延層121的上表面全部覆蓋,但并不局限于此,在另一實施例中，所述透明導電層3 (ITO)可部分覆蓋第一導電類型外延層121的上表面，即完成步驟3)的制作時，所述第一導電類型外延層121的上表面部分未被覆蓋透明導電層3 (IT0)。需要說明的是，由于所述階梯式電流阻擋結構2邊緣的梯度變緩，增大了透明導電層3與階梯式電流阻擋結構2的接觸面積，避免了透明導電層3 (ITO)在電流阻擋結構
2的邊緣側壁處(階梯處)厚度變薄，甚至出現斷開的現象，提升了透明導電層3 (ITO)的階梯覆蓋能力，進而改善了透明導電層3的電流擴散能力。接著執行步驟4)。在步驟4)中，采用等離子體化學氣相沉積方法，在所述透明導電層及發光外延結構表面形成保護層5，而后進行研磨、劃裂以完成具有階梯式電流阻擋結構的LED芯片制作，其中，所述保護層5為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅，使水氣和污染物對LED芯片的影響降低，對于GaN基的LED芯片而言，亦可以降低封裝打線時PN結短路(PN short)的問題。具 體地，在本實施例一中，所述保護層5覆蓋于如圖5所示的所述發光外延結構12及透明導電層3的表面,其中，由于襯底11為Al2O3(藍寶石),所述發光外延結構12的表面包括第一導電類型外延層121的側面、有源層122的側面、及第二導電類型外延層123的上臺階部側面及下臺階部的表面。需要說明的是，在另一實施例中，所述發光外延結構12的表面還包括未被所述透明導電層3 (ITO)所覆蓋的部分第一導電類型外延層121的上表面，因此該未被覆蓋的部分第一導電類型外延層121的上表面也形成有保護層5 (未圖示)。需要進一步說明的是，如圖6所示，在另一實施例中，所述保護層5還存在于第一電極41及第二電極42的側壁或部分表面，即在所述第一電極41及第二電極42表面形成窗口式保護層5。需要指出的是，由于步驟3)中透明導電層3的電流擴散能力得到改善，進而增加了 LED芯片的電光轉換效率，提高了 LED芯片的亮度。與傳統電流阻擋層相比，本實施例一中具有階梯式電流阻擋結構的LED芯片的制作方法，采用單層或多層結構的階梯式電流阻擋結構，使其邊緣的梯度變緩，增大了透明導電層與階梯式電流阻擋結構的接觸面積，避免了透明導電層(ITO)在電流阻擋結構的邊緣側壁處(階梯處)厚度變薄，甚至出現斷開的現象，提升了透明導電層的階梯覆蓋能力，進而改善了透明導電層的電流擴散能力，增加了 LED芯片的電光轉換效率，提高了 LED芯片的亮度。
實施例二如圖I所示，本發明還提供一種具有階梯式電流阻擋結構的LED芯片，所述LED芯片至少包括LED外延片I、階梯式電流阻擋結構2、透明導電層3、第一電極41、第二電極42、保護層5。所述LED外延片I至少包括襯底11及位于所述襯底11表面的發光外延結構12，其中，所述發光外延結構12由上至下依次包括第一導電類型外延層121、有源層122、及第二導電類型外延層123。其中，所述襯底11材料至少包括Al2O3 (藍寶石)、GaAs> Si、SiC、GaN> GaP> InP、ZnO及Ge中的任意的一種；所述有源層122為單量子阱結構或多量子阱結構、量子點結構或量子線結構；所述第一導電類型外延層121及第二導電類型外延層123為III-V族化合物半導體材料，至少包括AlxGayIn(1_x_y)N或AlxGayIn(1_x_y)P，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，且0≤x+y≤1，例如，化合物半導體可含有63隊41隊4163隊6&111隊InN、AlGalnN、GaP、A1P、AlGaP、GaInP、InP、及 AlGaInP 中的任意一種。需要說明的是，所述LED外延片I還包括位于所述外延發光結構12與所述襯底11之間的緩沖層或反射層，例如，當襯底為Al2O3 (藍寶石)時，所述外延發光結構12與所述襯底11之間存在U-GaN層作為緩沖層；當襯底為GaAs時，所述外延發光結構12與所述襯底11之間存在布拉格反射層(Distributed Bragg Reflector, DBR);當襯底為Si時,所述外延發光結構12與所述襯底11之間存在金屬作為反射層，本實施例二的圖7中未圖示相關的緩沖層或反射層。在本實施例二中，第一導電類型為P型，第二導電類型為N型，諸如Mg和Zn的P型摻雜物可用作第一導電類型摻雜物，諸如Si、Ge、Sn、Se和Te的N型摻雜物可用作第二導電類型摻雜物，第一導電類型外延層121為P型AlxGayIn(1_x_y)P，第二導電類型外延層123為 N 型 AlxGayIn(1_x_y)P ;襯底 11 為 GaAs。所述階梯式電流阻擋結構2位于所述發光外延結構12表面，至少包括兩級臺階，與所述階梯式電流阻擋結構2垂直對應。其中，所述階梯式電流阻擋結構2為單層結構或疊層結構，其中的所述單層結構或所述疊層結構中的每一層的材料為絕緣且透光的材料，如氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的任意一種。進一步，所述階梯式電流阻擋結構2為由上至下各層材料刻蝕速率逐層降低的多層結構，其中，所述多層結構的各層材料存在同種材料和不同材料的情況，當所述多層結構的各層為同種材料時，為保證由上至下各層材料的刻蝕速率逐層降低，此時可形成致密度逐層增加的多層結構。具體地，本實施例二中，所述多層結構為不同材料的三層結構，其最上層為刻蝕速率最快的氧化硅層、中間層為刻蝕速率其次的氮氧化硅層、最下層為刻蝕速率最慢的氮化硅層，但圖7中未具體圖示各層，僅以所述階梯式電流阻擋結構2整體代表此三層結構。需要指出的是，所述階梯式電流阻擋結構2的臺階級數并不限于本實施例二中的三級臺階，可根據需要選擇所述階梯式電流阻擋結構2的臺階級數，在此不作一一贅述。需要說明的是，所述階梯式電流阻擋結構2邊緣大于其對應的第一電極的區域邊緣約0. 5^3 u m,且所述階梯式電流阻擋結構2的最下層階梯的厚度大于20nm，以確保階梯式電流阻擋結構2可以阻止其所在區域的電流通過，以阻擋電流直接垂直注入位于其下的發光外延結構12，迫使電流橫向擴展分布，進而確保所述與所述階梯式電流阻擋結構2垂直對應的第一電極41的正下方不發光，使所述第一電極41沒有或很少遮光，以達到提高LED的電光轉換效率的目的。需要進一步說明的是，相較于原始的未形成階梯的電流阻擋層2而言，形成的所述階梯式電流阻擋結構2的邊緣的梯度變緩。所述透明導電層3覆蓋于所述發光外延結構12及階梯式電流阻擋結構2表面，所述透明導電層3順延階梯式電流阻擋結構2的表面形狀，呈階梯式覆蓋于所述階梯式電流阻擋結構2表面，并借助所述階梯式電流阻擋結構，進一步使電流均勻分布于所述發光外延結構I。所述透明導電層3至少包括ITO (銦錫氧化物半導體)。需要說明的是，由于所述階梯式電流阻擋結構2邊緣的梯度變緩，增大了透明導電層3與階梯式電流阻擋結構2的接觸面積，避免了透明導電層3 (ITO)在電流阻擋結構2的邊緣側壁處(階梯處)厚度變薄，甚至出現斷開的現象，提升了透明導電層3 (ITO)的階梯覆蓋能力，進而改善了透明導電層3的電流擴散能力。所述第一電極41為位于所述透明導電層表面的透明電極，與所述階梯式電流阻擋結構2垂直對應，并使其邊緣略小于所述階梯式電流阻擋結構2的邊緣約0. 5^3 um,以確保所述階梯式電流阻擋結構2可以阻止其所在區域的電流通過，以阻擋電流直接垂直注入位于其下的發光外延結構12，迫使電流橫向擴展分布，進而確保所述第一電極41的正下方不發光，使第一電極沒有或很少遮光，以達到提高LED的電光轉換效率的目的。其中，所述第一電極41為ITO或Ni/Au。所述第二電極42連接于所述第二導電類型外延層123。其中，所述第二電極42為ITO或Ni/Au。在本實施例二中，所述襯底11為GaAs，為導電材料，因此所述第二電極42通過GaAs襯底11連接于所述第二導電類型外延層123。所述保護層5位于所述透明導電層3及發光外延結構12表面，使水氣和污染物對LED芯片的影響降低，對于GaN基的LED芯片而言，亦可以降低封裝打線時PN結短路(PNshort)的問題。其中，所述保護層5為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。需要說明的是，在另一實施例中，所述發光外延結構12的表面還包括未被所述透明導電層3 (ITO)所覆蓋的部分第一導電類型外延層121的上表面，因此該未被覆蓋的部分第一導電類型外延層121的上表面也存在保護層5。需要進一步說明的是，在另一實施例中，所述保護層5還存在于第一電極41及第二電極42的側壁或部分表面，即在所述第一電極41及第二電極42表面形成窗口式保護層5 (未圖不)。綜上所述，本發明具有階梯式電流阻擋結構的LED芯片及其制作方法，采用階梯式電流阻擋結構使其邊緣的梯度變緩，增大了透明導電層與階梯式電流阻擋結構的接觸面積，避免了透明導電層(ITO)在電流阻擋結構的邊緣側壁處(階梯處)厚度變薄，甚至出現斷開的現象，提升了透明導電層的階梯覆蓋能力，進而改善了透明導電層的電流擴散能力，增加了 LED芯片的電光轉換效率，提高了 LED芯片的亮度。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
權利要求
1.一種具有階梯式電流阻擋結構的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述制作方法至少包括 1)提供一LED外延片，所述LED外延片至少包括襯底及位于所述襯底表面的發光外延結構，其中，所述發光外延結構由上至下依次包括第一導電類型外延層、有源層、及第二導電類型外延層； 2)在位于所述發光外延結構表面、垂直對應預制作第一電極的區域制作階梯式電流阻擋結構； 3)在所述發光外延結構及階梯式電流阻擋結構表面制作透明導電層，而后制作連接于所述第二導電類型外延層的第二電極，及于所述透明導電層表面上與所述階梯式電流阻擋結構垂直對應的區域制作第一電極； 4)在所述透明導電層及發光外延結構表面形成保護層，而后進行研磨、劃裂以完成具有階梯式電流阻擋結構的LED芯片制作。
2.根據權利要求I所述的具有階梯式電流阻擋結構的LED芯片的制作方法，其特征在于所述步驟2)中在制作階梯式電流阻擋結構之前，先在其對應的區域形成一電流阻擋層，所述電流阻擋層為單層結構或疊層結構，其中的所述單層結構或所述疊層結構中的每一層的材料為氧化娃、氮化娃及氮氧化娃中的任意一種。
3.根據權利要求2所述的具有階梯式電流阻擋結構的LED芯片的制作方法，其特征在于所述電流阻擋層為多層結構，且所述多層結構由上至下各層材料的刻蝕速率逐層降低。
4.根據權利要求2或3所述的具有階梯式電流阻擋結構的LED芯片的制作方法，其特征在于對所述電流阻擋層交替采用干法刻蝕與氧等離子體灰化，以將所述電流阻擋層制作為所述階梯式電流阻擋結構，其中，所述干法刻蝕至少包括反應離子刻蝕、或電感耦合等離子體刻蝕。
5.根據權利要求3所述的具有階梯式電流阻擋結構的LED芯片的制作方法，其特征在于利用緩沖氧化層蝕刻液或氫氟酸刻蝕所述電流阻擋層，以將所述電流阻擋層制作為所述階梯式電流阻擋結構。
6.根據權利要求I所述的具有階梯式電流阻擋結構的LED芯片的制作方法，其特征在于所述LED外延片還包括位于所述外延發光結構與所述襯底之間的緩沖層或反射層。
7.一種具有階梯式電流阻擋結構的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片至少包括 LED外延片，至少包括襯底及位于所述襯底表面的發光外延結構，其中，所述發光外延結構由上至下依次包括第一導電類型外延層、有源層、及第二導電類型外延層； 階梯式電流阻擋結構，位于所述發光外延結構表面，以阻擋電流直接垂直注入位于其下的發光外延結構，迫使電流橫向擴展分布； 透明導電層，覆蓋于所述發光外延結構及階梯式電流阻擋結構表面，借助所述階梯式電流阻擋結構，進一步使電流均勻分布于所述發光外延結構； 第一電極，位于所述透明導電層表面，且與所述階梯式電流阻擋結構垂直對應； 第二電極，連接于所述第二導電類型外延層； 保護層，位于所述透明導電層及發光外延結構表面。
8.根據權利要求7所述的具有階梯式電流阻擋結構的LED芯片，其特征在于所述階梯式電流阻擋結構為單層結構或疊層結構，其中的所述單層結構或所述疊層結構中的每一層的材料為氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的任意一種。
9.根據權利要求8所述的具有階梯式電流阻擋結構的LED芯片，其特征在于所述階梯式電流阻擋結構為由上至下各層材料刻蝕速率逐層降低的多層結構。
10.根據權利要求7所述的具有階梯式電流阻擋結構的LED芯片，其特征在于所述LED外延片還包括位于所述外延發光結構與所述襯底之間的緩沖層或反射層。
全文摘要
本發明提供一種具有階梯式電流阻擋結構的LED芯片及其制作方法，提供一至少包括襯底及位于其上的發光外延結構的LED外延片；在位于LED外延片表面、垂直對應預制作第一電極的區域制作階梯式電流阻擋結構；在LED外延片及階梯式電流阻擋結構表面制作透明導電層，而后相應的制作第一電極、第二電極、及保護層。本發明采用的階梯式電流阻擋結構邊緣的梯度變緩，增大了透明導電層與階梯式電流阻擋結構的接觸面積，避免透明導電層(ITO)在電流阻擋結構的邊緣側壁處(階梯處)厚度變薄甚至出現斷開的現象，提升了透明導電層的階梯覆蓋能力，進而改善了透明導電層的電流擴散能力，增加了LED芯片的電光轉換效率，提高了LED芯片的亮度。
文檔編號H01L33/00GK102751410SQ201210243438
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月13日 優先權日2012年7月13日
發明者盧昶鳴 申請人:合肥彩虹藍光科技有限公司