發(fā)光二極管芯片及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體照明領(lǐng)域，具體的說是一種出光面無金屬擴(kuò)展電極的發(fā)光二極管芯片及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年，發(fā)光二極管(light emitting d1de,簡稱LED)得到了廣泛的應(yīng)用，在各種顯示系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、汽車尾燈等領(lǐng)域起著越來越重要的作用。
[0003]圖1顯示了現(xiàn)有的一種AlGalnP系LED芯片結(jié)構(gòu)，其采用鍵合技術(shù)將吸光的砷化鎵基板轉(zhuǎn)換成具有鏡面系統(tǒng)的硅基板以達(dá)到增加亮度的方法。但是，電極需與外延半導(dǎo)體形成歐姆接觸，并通過擴(kuò)展條進(jìn)行電流擴(kuò)散，但電極拓展條有遮蔽出光減少光電效率之影響，后續(xù)有提出采用ΙΤ0傳導(dǎo)取代金屬擴(kuò)展條之結(jié)構(gòu)，但是能和ΙΤ0形成歐姆接觸之半導(dǎo)體材料有限，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面臨諸多限制。
[0004]圖2顯示了現(xiàn)有的另一種LED芯片種結(jié)構(gòu)，其以內(nèi)崁式金屬搭配溝槽結(jié)構(gòu)取代表面擴(kuò)展條，電流從頂部電極7流向η型半導(dǎo)體層3，借由半導(dǎo)體材料之電子飄移橫向傳導(dǎo)，連通有源層1與Ρ型半導(dǎo)體層2，接著通過金屬材料5與底部電極6導(dǎo)通完成回路，其中介電層4用于隔絕有源層1與金屬材料5。但因電流選擇最低阻值最短路徑導(dǎo)通，導(dǎo)致電流橫向拓展效果不理想，電流路徑R1示意外圈電流橫向傳導(dǎo)最遠(yuǎn)范圍，電流路徑R2之導(dǎo)通效果已消失，實(shí)際尺寸發(fā)光面積不及整面發(fā)光區(qū)，因此光電原件之特性轉(zhuǎn)換相較于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)更差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述問題，本發(fā)明提出一種LED芯片及制作方法，其在發(fā)光外延疊層的出光面上設(shè)置電連接層，可由介電材料間隔從而不相連，表面經(jīng)化學(xué)機(jī)械研磨拋光(CMP)處理后在極平坦的面上鍍上透明電流擴(kuò)展層，從而降低透明電流擴(kuò)展層的橫向傳導(dǎo)阻值并代替金屬擴(kuò)展條進(jìn)行橫向傳導(dǎo)。
[0006]本發(fā)明解決問題的具體方案為:發(fā)光二極管芯片，包括:發(fā)光外延疊層，包含第一類型半導(dǎo)體、第二類型半導(dǎo)體及夾在兩者之間的有源層，具有相對的兩個表面，其中第二表面為出光面；第一電連接層，位于所述發(fā)光外延疊層的第一表面上，由第一幾何圖形陣列排列構(gòu)成；第二電連接層，位于所述發(fā)光外延疊層的第二表面上，由第二幾何圖形陣列排列構(gòu)成；透明電流擴(kuò)展層，位于所述二電連接層的表面上；當(dāng)接通外部電源時，電流流經(jīng)所述透明電流擴(kuò)展層之橫面電阻值小于其流經(jīng)所述第二電連接層的電阻值。
[0007]進(jìn)一步地，所述LED芯片還包括設(shè)于所述第二電連接層上的頂部電極，當(dāng)向該頂部電極注入電流時，傳導(dǎo)至所述透明電流擴(kuò)展層時優(yōu)先進(jìn)行橫向傳導(dǎo)后注入第二電連接層。
[0008]在上述LED芯片中，透明電流擴(kuò)展層主要負(fù)責(zé)橫向傳導(dǎo)，與第二電連接層相接，不直接與外延層結(jié)構(gòu)導(dǎo)通，克服大部分外延四元材料無法直接與透明電流擴(kuò)展層歐姆接觸導(dǎo)通的問題。
[0009]優(yōu)選地，所述第二電連接層表面的粗糙度均值Ra小于或等于lnm。
[0010]優(yōu)選地，所述第一幾何圖形陣列和所述第二幾何圖形陣列交錯排列。
[0011]優(yōu)選地，所述第一幾何圖形陣列由第一介電材料間隔從而不相連，所述第二幾何圖形陣列由第二介電材料間隔從而不相連。
[0012]優(yōu)選地，所述第一、第二幾何圖形陣列的尺寸為5~10微米。
[0013]優(yōu)選地，所述第二幾何圖形陣列的面積小于或等于所述發(fā)光外延疊層的出光面積的 1/10。
[0014]優(yōu)選地，所述第一介電材料由單層或多層材料構(gòu)成，具有反射有源層輻射之光源并且減少光學(xué)損耗。
[0015]優(yōu)選地，所述第二介電材料由單層或多層材料構(gòu)成，具有抗反射作用，增加有源層輻射之光源穿透量并且減少光學(xué)損耗。
[0016]優(yōu)選地，所述第二電連接層為AuGe、AuGeNi或TiAu合金。
[0017]優(yōu)選地，所述發(fā)光外延疊層選用AlGalnP系材料。
[0018]優(yōu)選地，所述透明電流擴(kuò)展層包含氧化銦錫、氧化鋅等透明導(dǎo)電氧化物。
[0019]本發(fā)明還提供了一種發(fā)光二極管芯片的制作方法，包括步驟:1)外延生長發(fā)光外延疊層，其包含第一類型半導(dǎo)體、第二類型半導(dǎo)體及夾在兩者之間的有源層，具有相對的兩個表面，其中第一表面為出光面；2)在所述發(fā)光外延疊層的第一表面上制作第一電連接層，其由第一幾何圖形陣列構(gòu)成；3)在所述發(fā)光外延疊層的第二表面上制作第二電連接層，其由第二幾何圖形陣列構(gòu)成；4)在所述第二電連接層上制作透明電流擴(kuò)展層，當(dāng)接通外部電源時，電流流經(jīng)所述透明電流擴(kuò)展層之橫面電阻值小于其流經(jīng)所述第一電連接層的電阻值。
[0020]進(jìn)一步地，還包括步驟6):在所述透明電流擴(kuò)展層上制作電極，當(dāng)向該第一電極注入電流時，傳導(dǎo)至所述透明電流擴(kuò)展層時優(yōu)先進(jìn)行橫向傳導(dǎo)后注入第一電連接層。
[0021]優(yōu)選地，所述步驟3)為:在所述發(fā)光外延疊層的第二表面上蒸鍍第二電連接層；繼續(xù)在所述表面上蒸鍍第二介電材料層，蝕刻第二電連接層區(qū)域使其裸露出第二電連接層，采用CMP工藝對所述第二連接層的表面進(jìn)行平坦化處理。優(yōu)選地，經(jīng)過CMP平坦化處理后的表面采用原子力顯微鏡掃測，其粗糙度均值Ra可降低至lnm以下，在極平坦的接口上蒸鍍透明電流擴(kuò)展層可有效增加導(dǎo)電率，實(shí)現(xiàn)進(jìn)行橫向傳導(dǎo)導(dǎo)通的功效。
[0022]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0023]附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。
[0024]圖1為現(xiàn)有一種LED芯片的側(cè)面剖視圖。
[0025]圖2為現(xiàn)有的另一種LED芯片的側(cè)面剖視圖。
[0026]圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種LED芯片的側(cè)面剖視圖。
[0027]圖4為圖3所示LED芯片之第一電連接層和第二電連接層的分布示意圖。
[0028]圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的另一種LED芯片的側(cè)面剖視圖。
[0029]圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的另一種LED芯芯片的側(cè)面剖視圖。
[0030]圖7~14為制作圖5所示LED芯片過程中的部分側(cè)面剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面各實(shí)施例公開了一種LED芯片，分別在發(fā)光外延疊層的兩側(cè)表面形成第一電連接層與第二電連接層，該第一、第二電連接層尺寸極小并以陣列排列布滿整面，兩陣列以正面俯視皆不重迭，呈現(xiàn)交錯堆積之布局，出光面上無金屬擴(kuò)展電極連接。進(jìn)一步地，發(fā)光外延疊層的發(fā)光面除第二電連接層外，采用介電材料光學(xué)膜布滿其間，表面經(jīng)過CMP工藝平坦化處理達(dá)到極低的粗糙度值，平坦化處理后制作透明電流擴(kuò)展層，電流傳導(dǎo)至該透明電流擴(kuò)展層的橫面電阻值小于其傳導(dǎo)至發(fā)光外延疊層的阻值，因此通過透明電流擴(kuò)展層傳導(dǎo)，可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通第二電連接層各個區(qū)域；發(fā)光外延疊層的下方采用具高反射率之介電層光學(xué)膜結(jié)構(gòu)布滿其間。因此，該LED芯片表面電極遮蔽率極小，電流導(dǎo)引流通范圍增大從而增加芯片尺寸發(fā)光面積，達(dá)到提升組件光電轉(zhuǎn)換效率之效果。
[0032]請參看附圖3，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種發(fā)光二極管芯片，從上到下依次包括:頂部電極10、透明電流擴(kuò)展層11、第二電連接層12、第二類型半導(dǎo)體層14、有源層15、第一類型半導(dǎo)體層16、第一電連接層18、金屬材料層19，導(dǎo)電基板20。
[0033]具體的，第一半導(dǎo)體層16、有源層15和第二半導(dǎo)體層14構(gòu)成發(fā)光外延疊層，其中第二類型半導(dǎo)體層14的一側(cè)表面為出光面。在本實(shí)施例中，采用AlGalnP系材料，其中第一類型半導(dǎo)體層16為ρ型材料，第二類型半導(dǎo)體層14為η型材料。較佳的，發(fā)光外延疊層的出光面可以作粗化處理，如圖5所示。
[0034]第一電連接層18為與第一類型半導(dǎo)體層16形成歐姆接觸的金屬材料，具體可以為AuBe、AuZn、CrAu等合金；第二電連接層12為和第二類型半導(dǎo)體層14