Led芯片及其制作方法

Led芯片及其制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種LED芯片及其制作方法。LED芯片包括：襯底；設置在襯底上的第一半導體層，其中第一半導體層上設置有一凹槽，凹槽內設置有第一電極；設置在第一半導體層上的第二半導體層；設置在第二半導體層上的第二電極。通過以上方式，本發明能夠優化電極幾何形狀，使電流分布更加均勻，解決了電流擁擠問題，制作工藝簡單，成本低。
【專利說明】
LED芯片及其制作方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及LED技術領域，特別是涉及一種LED芯片及其制作方法。
【背景技術】
[0002]迄今為止，發光二極管(light emitting d1de，LED)在高電流密度下其光效會降低仍然是業界公認的世界性難題。LED芯片發光的機理是電流通過LED芯片的有源區時，空穴與電子福射復合發光。LED芯片基本上是橫向結構，LED芯片的兩個電極在LED芯片的同一偵U。電流在η-和P-類型限制層中橫向流動不等，會出現橫向電流分布不均的問題。電流密度高的地方也相應產生熱量聚集，并且隨著輸入芯片的電流加大，這一傾向會不斷增強，從而使發光效率下降，工作壽命變短。如圖1所示，LED芯片10是橫向結構，P型半導體(P-GaN)Il和η型半導體(N-GaN) 12設置在襯底16上，P型半導體11和η型半導體12之間設置有InGaN材料構成的有源區13，ρ型半導體11設置有正電極14，η型半導體12上設置有負電極15。電流在P型半導體11和η型半導體12中橫向流動不均衡，在轉角處以及接近負電極處電流密度高，產生熱量聚集。
[0003]目前普通單芯片LED通常采用最為常見的不透明的圓形電極結構，其中電極的形狀直接決定了芯片電流分布的均勻性，進而影響芯片的出光效率，這將導致LED發光效率降低、發熱不均勻、使用壽命下降等問題。由于電流主要集中在圓形電極正下方的部分區域，而電極到有源區的距離有限，當電流還未橫向擴展充分時就己經到達有源區，即有源區中發光的區域主要集中在電極下方的部分有源區，這就是所謂的電流擁擠效應。對于微型LED陣列其像素尺寸小、集成度高，電流擁擠效應對其產生的影響更為顯著。
[0004]電流擁擠效應加速器件退化，原因包括:(I)臺面邊緣局部區域產生過多焦耳熱，熱量不能有效擴散，致使器件的結溫比較高。(2)局部區域電流密度大，使得金屬的電迀移在該局部比較嚴重，加速了器件退化。另外這種電流擁擠效應會隨著器件老化而更加嚴重，形成惡性循環，，最終使得器件失效。因此，優化LED陣列的電極結構，減小電流擁擠效應，對于提高LED陣列的性能非常重要。

【發明內容】

[0005]本發明實施例提供了一種LED芯片及其制作方法，能夠優化電極幾何形狀，解決電流擁擠問題，制作工藝簡單，成本低。
[0006]本發明提供一種LED芯片，包括:襯底;設置在襯底上的第一半導體層，其中第一半導體層上設置有一凹槽，凹槽內設置有第一電極;設置在第一半導體層上的第二半導體層；設置在第二半導體層上的第二電極。
[0007]其中，凹槽貫穿第一半導體層。
[0008]其中，LED芯片還包括有源區，有源區設置在第一半導體層和第二半導體層之間。
[0009]其中，第一電極包括第一薄層金屬鎳、第二層金屬鋁/銅以及第三層金屬鎳/金。
[0010]其中，第一半導體層的厚度大于第二半導體層的厚度。
[0011]本發明還提供一種LED芯片的制作方法，包括:提供一襯底，并在襯底上生長第一半導體層，并在第一半導體層上設置一凹槽，在凹槽內設置第一電極;在第一半導體層上生長第二半導體層;在第二半導體層上形成第二電極。
[0012]其中，方法包括:在第一半導體層和第二半導體層之間設置有源區。
[0013]其中，凹槽貫穿第一半導體層。
[0014]其中，在第一半導體層上設置一凹槽的步驟包括:應用反應離子刻蝕方法刻蝕第一半導體層，形成凹槽。
[0015]其中，在凹槽內設置第一電極的步驟包括:在凹槽上濺射第一薄層金屬鎳;電鍍第二層金屬鋁/銅填充凹槽;制作第三層金屬鎳/金。
[0016]通過上述方案，本發明的有益效果是:本發明的LED芯片，包括:襯底;設置在襯底上的第一半導體層，其中第一半導體層上設置有一凹槽，凹槽內設置有第一電極;設置在第一半導體層上的第二半導體層;設置在第二半導體層上的第二電極，能夠優化電極幾何形狀，使電流分布更加均勻，解決電流擁擠問題，制作工藝簡單，成本低。
【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。其中:
[0018]圖1是現有技術的LED芯片的結構示意圖；
[0019]圖2是本發明第一實施例的LED芯片的結構示意圖；
[0020]圖3是本發明第二實施例的LED芯片的結構示意圖；
[0021 ]圖4是本發明第三實施例的LED芯片的結構示意圖；
[0022]圖5是本發明第一實施例的LED芯片的電流示意圖；
[0023]圖6是本發明實施例的LED芯片的制作方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性的勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0025]圖2是本發明實施例的LED芯片的結構示意圖。如圖2所示，LED芯片20包括:襯底21;設置在襯底21上的第一半導體層22，其中第一半導體層22上設置有一凹槽23，凹槽23內設置有第一電極24;設置在第一半導體層22上的第二半導體層25;設置在第二半導體層25上的第二電極26。其中，第一半導體層22的厚度大于第二半導體層25的厚度。由于第一電極24延伸至第一半導體22中，縮短了電流的傳輸路徑，并且第一電極24與第一半導體22的接觸面積增大，也即電流流向第一電極24的面積增大，進而改善了電流在第一電極24處的電流擁擠效應，使電流分布更加均勻。由于第一半導體層22中的電阻率小于第二半導體層25中的電阻率，適當增加第一半導體層22的厚度也能改善第一半導體層22的電流擁擠效應。
[0026]在本發明實施例中，第一半導體層22為η型GaN層，第二半導體層25為p型GaN層。在從P型GaN層刻蝕露出η型GaN層時，繼續向η型GaN層內刻蝕，即在η型GaN層內刻蝕出凹槽23，其余工藝相同并制作電極。第一電極24包括第一薄層金屬鎳、第二層金屬鋁/銅以及第三層金屬鎳/金。第二電極26為金屬鎳/金。
[0027]更具體地，參見圖3，LED芯片20還包括有源區27，有源區27由InGaN材料構成，設置在第一半導體層22和第二半導體層25之間。第二電極26與第二半導體25之間設置有ITO薄膜層28，作為電流擴展層。第一半導體層22與襯底21之間設置有GaN材料構成的緩沖層29。
[0028]本發明的又一實施例的LED芯片的結構圖參見圖4，在LED芯片30中，凹槽33也可以貫穿第一半導體層32。對應地，第一電極34貫穿第一半導體層32。即電流可以在第一半導體層32的整個截面直接流向第一電極34，從而進一步縮短了電流的傳輸路徑，并且進一步改善了電流在第一電極24處的電流擁擠效應，使電流分布更加均勻。LED芯片30的其他結構與LED芯片20相同，在此不再贅述。
[0029]本發明實施例通過將第一電極24，S卩η電極，向第一半導體層22內部延伸，可以直接增大第一半導體層22的第一電極24與第二半導體層25的第二電極26之間的通道，減小電流的路徑使電流分布更均勻;能夠優化第一電極24幾何形狀，改變電流通道路徑，減小橫向電阻，進而降低電流擁阻，此法工藝簡單，成本較低。具體地測試的電流效果參見圖5，第二半導體層25和有源區27中電流線基本是垂直向下的，沒有橫向傳輸，這是因為ITO薄膜層28電流擴展性很好，致使ITO薄膜層28與第二半導體層25界面處電壓降相差不大。而第一半導體層22中的主要載流子是電子，而第二半導體層25中是空穴，電子迀移率一般是空穴迀移率的兩個數量級，導致第一半導體層22中電流橫向傳輸比較顯著。由于第一電極24深入到第一半導體層22中，使得電流只需要橫向傳輸即可傳輸至第一電極24，不需要再進一步傳輸至第一半導體層22的表面才能傳輸至第一電極24，縮短了電流的傳輸路徑，并使得電流在第一半導體層22中分布均勻得多，解決了電流擁擠問題。制作該LED芯片時，只需要在制作第一電極時，增加一道刻蝕工藝即可，制作工藝簡單，利于大規模生產，成本低。
[0030]如圖6所示，本發明還提供一種LED芯片的制作方法，包括:
[0031 ]步驟SlO:提供一襯底，并在襯底上生長第一半導體層，并在第一半導體層上設置一凹槽，在凹槽內設置第一電極。
[0032]在步驟SlO中，在襯底和第一半導體層之間可以設置GaN材料構成的緩沖層。在生長寫成第一半導體層之后，應用反應離子刻蝕方法刻蝕第一半導體層，形成凹槽。凹槽可以貫穿第一半導體層與緩沖層接觸，，也可以只在第一半導體中達到預設的深度，具體根據需要設置，在此不作限制。在凹槽內設置第一電極時，首先在凹槽上濺射第一薄層金屬鎳，再電鍍第二層金屬鋁/銅填充凹槽，最后制作第三層金屬鎳/金。
[0033]步驟Sll:在第一半導體層上生長第二半導體層。
[0034]在步驟Sll中，在第一半導體層和第二半導體層之間還可以設置有由InGaN材料構成的源區。其中，第一半導體層22的厚度大于第二半導體層25的厚度。
[0035]步驟S12:在第二半導體層上形成第二電極。
[0036]其中在第二半導體層與第二電極之間還可以設置ITO薄膜層作為電流擴散層。
[0037]本發明實施例通過將第一電極向第一半導體層內部延伸，可以直接增大第一半導體層的第一電極與第二半導體層的第二電極之間的通道;能夠優化第一電極幾何形狀，縮短了電流傳輸路徑，減小橫向電阻，進而降低電流擁阻，此法工藝簡單，成本較低。
[0038]LED芯片制作完成后進行封裝測試，其測試的電流效果參見圖5，第二半導體層和有源區中電流線基本是垂直向下的，沒有橫向傳輸，這是因為ITO薄膜層電流擴展性很好，致使ITO薄膜層與第二半導體層界面處電壓降相差不大。而第一半導體層中的主要載流子是電子，而第二半導體層中是空穴，電子迀移率一般是空穴迀移率的兩個數量級，導致第一半導體層中電流橫向傳輸比較顯著。由于第一電極深入到第一半導體層中，使得電流只需要橫向傳輸即可傳輸至第一電極，不需要再進一步傳輸至第一半導體層的表面才能傳輸至第一電極，縮短了電流的傳輸路徑，并使得電流在第一半導體層中分布均勻得多，解決了電流擁擠問題。制作該LED芯片時，只需要在制作第一電極時，增加一道刻蝕工藝即可，制作工藝簡單，利于大規模生產，成本低。
[0039]綜上所述，本發明的LED芯片，包括:襯底;設置在襯底上的第一半導體層，其中第一半導體層上設置有一凹槽，凹槽內設置有第一電極;設置在第一半導體層上的第二半導體層;設置在第二半導體層上的第二電極，能夠優化電極幾何形狀，解決電流擁擠問題，制作工藝簡單，成本低。
[0040]以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。
【主權項】
1.一種LED芯片，其特征在于，所述LED芯片包括: 襯底； 設置在所述襯底上的第一半導體層，其中所述第一半導體層上設置有一凹槽，所述凹槽內設置有第一電極； 設置在所述第一半導體層上的第二半導體層； 設置在所述第二半導體層上的第二電極。2.根據權利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述凹槽貫穿所述第一半導體層。3.根據權利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片還包括有源區，所述有源區設置在所述第一半導體層和所述第二半導體層之間。4.根據權利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述第一電極包括第一薄層金屬鎳、第二層金屬鋁/銅以及第三層金屬鎳/金。5.根據權利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述第一半導體層的厚度大于所述第二半導體層的厚度。6.一種LED芯片的制作方法，其特征在于，所述方法包括: 提供一襯底，并在所述襯底上生長第一半導體層，并在所述第一半導體層上設置一凹槽，在所述凹槽內設置第一電極； 在所述第一半導體層上生長第二半導體層； 在所述第二半導體層上形成第二電極。7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法包括:在所述第一半導體層和所述第二半導體層之間設置有源區。8.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述凹槽貫穿所述第一半導體層。9.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述在所述第一半導體層上設置一凹槽的步驟包括: 應用反應離子刻蝕方法刻蝕所述第一半導體層，形成所述凹槽。10.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述在所述凹槽內設置第一電極的步驟包括: 在所述凹槽上濺射第一薄層金屬鎳； 電鍍第二層金屬鋁/銅填充所述凹槽； 制作第三層金屬鎳/金。
【文檔編號】H01L33/48GK106025003SQ201610452133
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月21日
【發明人】柴廣躍, 羅劍生, 劉 文, 陳祖軍, 劉志慧
【申請人】深圳大學