本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電器件領(lǐng)域，特別涉及一種LED芯片及其制作方法。

技術(shù)背景

發(fā)光二極管(Light Emitting Diode，簡稱LED)是一種半導(dǎo)體光電器件，利用半導(dǎo)體P-N結(jié)電致發(fā)光原理制成。LED由于能耗低，體積小、壽命長，穩(wěn)定性好，響應(yīng)快，發(fā)光波長穩(wěn)定等好的光電性能，目前已經(jīng)在照明、家電、顯示屏、指示燈等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用。近年來，高亮度藍(lán)綠光LED發(fā)展迅速，已成為全彩色高亮度大型戶外顯示屏、交通信號燈等必需的發(fā)光器件。

傳統(tǒng)LED芯片由于結(jié)構(gòu)的限制，電流主要聚集在電極正下方，電流擴(kuò)散均勻度不能達(dá)到理想效果，導(dǎo)致電極正下方電流密度過高，產(chǎn)生熱量過多，現(xiàn)有技術(shù)為改善電流聚集問題，通常在P電極形成之前在P型半導(dǎo)體表面上相對應(yīng)P電極區(qū)域形成絕緣的電流阻擋層，增加電流的橫向擴(kuò)散，這在一定程度上使電流分布更加均勻，提高發(fā)光效率，但是由于電流阻擋層的設(shè)置，使得P電極與P型半導(dǎo)體層相互隔離無電流通過，這樣P電極底部的有源層由于沒有電流的注入而不發(fā)光,即使得電流阻擋層下方的有源區(qū)不能被充分利用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)光效率高的LED芯片，使得電流阻擋層下方的有源區(qū)可被利用，進(jìn)而提高發(fā)光效率。

本發(fā)明的另一目的是提供上述LED芯片的制作方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種發(fā)光效率高的LED芯片，包括：襯底，所述襯底上自下而上依次形成的外延層、電流阻擋層、透明導(dǎo)電膜以及P電極，所述外延層包括緩沖層、N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層，所述P型半導(dǎo)體層邊緣刻蝕至露出所述N型半導(dǎo)體層，N電極形成在露出的N型半導(dǎo)體層上，所述電流阻擋層中有通孔，所述通孔中填充電導(dǎo)率低于透明導(dǎo)電膜的導(dǎo)電介質(zhì)夾層，所述電流阻擋層與P型半導(dǎo)體層之間形成電導(dǎo)率大于P型半導(dǎo)體層的電流擴(kuò)散薄層，所述電流擴(kuò)散薄層被所述電流阻擋層以及所述導(dǎo)電介質(zhì)夾層覆蓋。

優(yōu)選地，所述通孔形成在電流阻擋層的中央。

優(yōu)選地，所述電流擴(kuò)散薄層材料具有高的反射率。

優(yōu)選地，所述電流擴(kuò)散薄層材料為鋁或銀。

優(yōu)選地，所述電流擴(kuò)散薄層與所述P電極投影重合。

優(yōu)選地，所述N型半導(dǎo)體層為N型GaN，所述發(fā)光層為In摻雜的GaN，所述P型半導(dǎo)體層為P型GaN。

一種LED芯片的制作方法，包括以下步驟：

(1)在襯底上自下而上依次外延生長緩沖層、N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層和P型半導(dǎo)體層以獲得外延片；

(2)蝕刻所述P型半導(dǎo)體層邊緣至露出所述N型半導(dǎo)體層；

(3)在所述P型半導(dǎo)體層表面形成電流擴(kuò)散薄層以及電流阻擋層，所述電流阻擋層中有通孔，所述通孔中填充電導(dǎo)率低于透明導(dǎo)電膜的導(dǎo)電介質(zhì)夾層；

(4)在所述電流阻擋層以及未被電流阻擋層覆蓋的P型半導(dǎo)體層表面形成透明導(dǎo)電膜；

(5)在最透明導(dǎo)電膜上形成P電極，在露出的N型半導(dǎo)體層上形成N電極。

優(yōu)選地，步驟(3)具體過程為首先沉積一層電流擴(kuò)散薄層，然后沉積一層電流阻擋層，刻蝕所述電流阻擋層形成通孔，在所述通孔中沉積導(dǎo)電介質(zhì)夾層。

優(yōu)選地，步驟(3)具體過程為首先沉積一層電流擴(kuò)散薄層，然后沉積一層導(dǎo)電介質(zhì)夾層，刻蝕所述導(dǎo)電介質(zhì)夾層，沉積電流阻擋層覆蓋電流擴(kuò)散薄層，并且包圍導(dǎo)電介質(zhì)夾層。

優(yōu)選地，所述電流擴(kuò)展薄層與所述導(dǎo)電介質(zhì)夾層材料相同，步驟(3)電流擴(kuò)散薄層與導(dǎo)電介質(zhì)夾層同一步沉積,然后刻蝕并沉積電流阻擋層。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明LED芯片所述電流阻擋層中有通孔，所述通孔中填充電導(dǎo)率低于透明導(dǎo)電膜的導(dǎo)電介質(zhì)夾層，通過導(dǎo)電介質(zhì)夾層的設(shè)置使得電流在電流阻擋層作用下橫向流動的同時，可以流入P電極底部的有源層發(fā)光，增加發(fā)光效率，導(dǎo)電介質(zhì)夾層電導(dǎo)率低于透明導(dǎo)電膜，使得相對于導(dǎo)電介質(zhì)夾層，電流更容易從透明導(dǎo)電膜流過橫向擴(kuò)散，進(jìn)而不會影響電流阻擋層橫向擴(kuò)散電流的作用；所述電流阻擋層與P型半導(dǎo)體層之間形成電導(dǎo)率大于P型半導(dǎo)體層的電流擴(kuò)散薄層，所述電流擴(kuò)散薄層被所述電流阻擋層以及所述導(dǎo)電介質(zhì)夾層覆蓋，使得經(jīng)過導(dǎo)電介質(zhì)夾層的電流可以在電流阻擋層下的P型半導(dǎo)體層上均勻分布，進(jìn)一步增加發(fā)光效率。

因此，本發(fā)明使得電流阻擋層下方的有源區(qū)可被利用，進(jìn)而提高了發(fā)光效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例LED芯片剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例LED芯片電流阻擋層周圍局部剖面結(jié)構(gòu)示意放大圖；

圖3-圖7為本發(fā)明實(shí)施例LED制作過程剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行介紹，實(shí)施例僅用于對本發(fā)明進(jìn)行解釋，并不對本發(fā)明有任何限定作用。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的LED芯片，包括：襯底10，所述襯底10上自下而上依次形成的外延層20、電流阻擋層30、透明導(dǎo)電膜40以及P電極50，所述外延層20包括緩沖層21、N型半導(dǎo)體層22、發(fā)光層23、P型半導(dǎo)體層24，所述P型半導(dǎo)體層24邊緣刻蝕至露出所述N型半導(dǎo)體層22，N電極60形成在露出的N型半導(dǎo)體層22上，所述電流阻擋層30中有通孔70，所述通孔70中填充電導(dǎo)率低于透明導(dǎo)電膜40的導(dǎo)電介質(zhì)夾層80，所述電流阻擋層30與P型半導(dǎo)體層24之間形成電導(dǎo)率大于P型半導(dǎo)體層24的電流擴(kuò)散薄層90，所述電流擴(kuò)散薄層90被所述電流阻擋層30以及所述導(dǎo)電介質(zhì)夾層80覆蓋。

具體的，本發(fā)明實(shí)施例LED為GaN基發(fā)光二極管，所述襯底10可為藍(lán)寶石襯底或其他半導(dǎo)體襯底材料，如碳化硅、硅、GaAs、AlN、ZnO或GaN等；所述緩沖層21為GaN材料，所述N型半導(dǎo)體層22為N型GaN層，所述發(fā)光層23為多重量子阱，其材料可為In摻雜的GaN，所述P型半導(dǎo)體層24為P型GaN層；所述電流阻擋層30優(yōu)選透光的絕緣材料，在保證絕緣，使電流橫向擴(kuò)散的同時，不因遮光而影響發(fā)光效率，本發(fā)明實(shí)施例電流阻擋層30材料可為二氧化硅膜層、氮化硅膜層等；所述透明導(dǎo)電膜70優(yōu)選透光性良好的氧化銦錫(ITO)，還可以為，氧化鋅(ZnO)或氧化鎘錫(CTO)或氧化銦(InO)或銦(In)摻雜氧化鋅(ZnO)或鋁(Al)摻雜氧化鋅(ZnO)或鎵(Ga)摻雜氧化鋅(ZnO)等中的一種或多種；所述P電極80和N電極90的材料包括Cr、Pt、Au、Ti、Al、或Sn中的至少一種，可以選擇Cr/Pt/Au、Au/Sn、Cr/Ti/Au或Ti/Al/Ti/Au等電極結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明實(shí)施例LED芯片，導(dǎo)電介質(zhì)夾層80連接P電極50下的透明導(dǎo)電膜40和電流阻擋層30下的P型半導(dǎo)體層24，通過導(dǎo)電介質(zhì)夾層80的設(shè)置，使得電流在電流阻擋層30作用下橫向流動的同時，可以流入P電極50底部的有源層發(fā)光，增加發(fā)光效率，導(dǎo)電介質(zhì)夾層80電導(dǎo)率低于透明導(dǎo)電膜40，使得相對于導(dǎo)電介質(zhì)夾層80，電流更容易從透明導(dǎo)電膜40流過橫向擴(kuò)散，進(jìn)而不會影響電流阻擋層30橫向擴(kuò)散電流的作用；

所述電流阻擋層30與P型半導(dǎo)體層24之間形成電導(dǎo)率大于P型半導(dǎo)體層24的電流擴(kuò)散薄層90，所述電流擴(kuò)散薄層90被所述電流阻擋層30以及所述導(dǎo)電介質(zhì)夾層80覆蓋，使得經(jīng)過導(dǎo)電介質(zhì)夾層80的電流可以在電流阻擋層30下的P型半導(dǎo)體層24上均勻分布，進(jìn)一步增加發(fā)光效率。

本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選地，所述通孔70形成在電流阻擋層30的中央，所以導(dǎo)電介質(zhì)夾層80填充在電流阻擋層30的中央，可以使電流阻擋層30下的P型半導(dǎo)體24上的電流更加勻稱。

本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選地，所述電流擴(kuò)散薄層90材料具有高的反射率，如鋁或銀，使得有源區(qū)發(fā)射出來的光在射向P電極50底部前被有效反射出光，抑制P電極50對光的吸收，進(jìn)而提高出光效率。當(dāng)然本發(fā)明實(shí)施例電流擴(kuò)展薄層90也可為其他導(dǎo)電材料，其可以與導(dǎo)電介質(zhì)夾層80相同也可以不同，導(dǎo)電介質(zhì)夾層80電導(dǎo)率低于透明導(dǎo)電膜40，其材料也可以為氧化銦錫(ITO)，氧化鋅(ZnO)或氧化鎘錫(CTO)或氧化銦(InO)或銦(In)摻雜氧化鋅(ZnO)或鋁(Al)摻雜氧化鋅(ZnO)或鎵(Ga)摻雜氧化鋅(ZnO)等。

本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選地，所述電流擴(kuò)散薄層90與所述P電極50投影重合，所以LED芯片制作過程中P電極50與電流擴(kuò)散薄層90形成可用同一塊掩膜版，節(jié)約成本。

本發(fā)明實(shí)施例LED芯片的制作方法，包括以下步驟：

(1)在襯底10上自下而上依次外延生長緩沖層21、N型半導(dǎo)體層22、發(fā)光層23和P型半導(dǎo)體層24以獲得外延片20；

(2)蝕刻所述P型半導(dǎo)體層24邊緣至露出所述N型半導(dǎo)體層24；

(3)在所述P型半導(dǎo)體層24表面形成電流擴(kuò)散薄層90以及電流阻擋層30，所述電流阻擋層中有通孔70，所述通孔70中填充電導(dǎo)率低于透明導(dǎo)電膜40的導(dǎo)電介質(zhì)夾層80；

(4)在所述電流阻擋層30以及未被電流阻擋層30覆蓋的P型半導(dǎo)體層24表面形成透明導(dǎo)電膜40；

(5)在透明導(dǎo)電膜40上形成P電極50，在露出的N型半導(dǎo)體層22上形成N電極60。

本發(fā)明實(shí)施例，步驟(3)具體過程可為首先通過掩膜沉積工藝一層電流擴(kuò)散薄層90，然后通過掩膜沉積工藝沉積一層電流阻擋層30，刻蝕所述電流阻擋層30形成通孔70，在所述通孔70中通過掩膜沉積工藝沉積導(dǎo)電介質(zhì)夾層80。

本發(fā)明實(shí)施例，步驟(3)具體過程還可以為首先通過掩膜沉積工藝沉積一層電流擴(kuò)散薄層90，然后通過掩膜沉積工藝沉積一層導(dǎo)電介質(zhì)夾層80，刻蝕所述導(dǎo)電介質(zhì)夾層80，沉積電流阻擋層30覆蓋電流擴(kuò)散薄層90，并且包圍導(dǎo)電介質(zhì)夾層80。

本發(fā)明實(shí)施例，所述電流擴(kuò)展薄層90與所述導(dǎo)電介質(zhì)夾層80材料相同時，步驟(3)電流擴(kuò)散薄層90與導(dǎo)電介質(zhì)夾層80同一步沉積，然后刻蝕并沉積電流阻擋層30，可簡化工藝流程。