[發(fā)明專利]具有改善出光率的LED芯片及其制作工藝

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710044095.7
• 申請(qǐng)日: 2007-07-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101350384A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郝茂盛;邵春林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海宇體光電有限公司
• 主分類號(hào): H01L33/00
• 分類號(hào): H01L33/00
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 張政權(quán)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及LED芯片，尤其涉及一種可以改善出光效率的LED芯片設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)

作為一種新型的發(fā)光器件，LED在生產(chǎn)和生活中的很多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。LED，全稱為發(fā)光二極管(light?emitting?diode)，通常包括N型和P型半導(dǎo)體材料，以及夾在二者之間的活性發(fā)光層，通常為多量子阱MQW層。通常情況下，通過(guò)給LED的PN結(jié)兩端施加電壓，將電子和空穴注入到活性發(fā)光層，電子和空穴如果發(fā)生輻射復(fù)合，就會(huì)產(chǎn)生光子，也就是發(fā)射一定波長(zhǎng)的光。所發(fā)光的顏色(波長(zhǎng))，主要由活性發(fā)光層材料的禁帶寬度和量子阱的寬度所決定。

圖1為L(zhǎng)ED器件結(jié)構(gòu)的縱剖面示意圖。如圖所示的LED結(jié)構(gòu)包括襯底和位于襯底上的LED器件層。在N型材料層和P型材料層上分別沉積N型電極層和P型電極層，然后進(jìn)行合金化，也就是退火處理，從而形成N電極和P電極。當(dāng)在P電極和N電極之間施加一定的電壓，LED器件層中的發(fā)光活性層就可以發(fā)光。

圖2為常規(guī)的LED芯片的俯視圖。可以看到，在芯片的左下角設(shè)置了N電極，而芯片的其余部分則被P電極覆蓋。當(dāng)然，N電極和P電極之間是被電絕緣地隔離開(kāi)的。在圖2所示的結(jié)構(gòu)中，P電極的面積被做得較大，具體而言，采用透明電極(可由ITO材料或者Ni/Au合金材料制成)覆蓋芯片，并在透明電極的幾何中心(或大致接近于幾何中心處)設(shè)置一加厚電極，隨后執(zhí)行金屬合金化步驟而形成P金屬電極。

當(dāng)在圖2中的N型電極和P型電極之間施加電壓時(shí)，電流自P電極流入，流經(jīng)P型材料、活性層、N型材料，最后經(jīng)N電極流出。然而，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，電流在流動(dòng)過(guò)程中會(huì)趨向于“尋找”電阻最小的路徑。若電流從不同位置“進(jìn)入”N型材料層，則會(huì)有不同的導(dǎo)電路徑，這些導(dǎo)電路徑的總電阻顯然是不同的。例如，圖3中示意性的給出了電流從不同位置進(jìn)入N型材料的情況。可以看到，由于位置1比位置2更接近N電極，故而導(dǎo)電路徑1`的總電阻比導(dǎo)電路徑2`的總電阻小。電流會(huì)更多地選擇總電阻較小的導(dǎo)電路徑1`進(jìn)行流動(dòng)。這種現(xiàn)象通常被稱為“電流聚集(current?crowding)”效應(yīng)。

電流聚集效應(yīng)對(duì)LED的發(fā)光的均勻性會(huì)產(chǎn)生不利的影響。如前所述，LED器件發(fā)光現(xiàn)象的機(jī)理在于：電子和空穴在復(fù)合過(guò)程中以光子形式釋放能量。換言之，電流流經(jīng)LED器件的活性層導(dǎo)致了發(fā)光現(xiàn)象。在一定范圍內(nèi)，活性層的發(fā)光亮度和流經(jīng)該層的電流大小是正相關(guān)的。由于在圖2所示的結(jié)構(gòu)中，電流趨向于從更接近N電極的位置進(jìn)入N型材料層，因此在距離N電極較遠(yuǎn)的位置流入活性層的電流強(qiáng)度較小，其發(fā)光強(qiáng)度不及接近于N電極的區(qū)域。這導(dǎo)致了LED器件發(fā)光亮度的分布不均勻。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決由于前述的電流聚集效應(yīng)所導(dǎo)致的LED器件發(fā)光性能不均勻的問(wèn)題。

根據(jù)本發(fā)明的一種LED芯片，包括：襯底；第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體材料層；活性發(fā)光層；第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體材料層，其中所述第一半導(dǎo)體材料層、活性發(fā)光層、和第二半導(dǎo)體材料層依次堆疊，部分第一半導(dǎo)體材料未被活性發(fā)光層和第二半導(dǎo)體材料層覆蓋而暴露在外；和被暴露的部分第一半導(dǎo)體材料層電連接的第一電極；和第二半導(dǎo)體材料層電連接的第二電極；所述第二電極由透明電極和位于透明電極局部的第一加厚電極組成，第一電極處在LED芯片的非幾何邊緣位置，并且被所述透明電極所環(huán)繞。

在上述結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選地，第一電極被設(shè)置于LED芯片的幾何中心位置。

在上述結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選地，第二電極還可包括條狀加厚電極，所述條狀加厚電極被設(shè)置于LED芯片的幾何邊緣處。

在上述結(jié)構(gòu)中，所述第一半導(dǎo)體類型材料層可為N型半導(dǎo)體材料層，亦可為P型半導(dǎo)體材料層。同樣，所述第二半導(dǎo)體類型材料層可為P型半導(dǎo)體材料層，亦可為N型半導(dǎo)體材料層。

在上述結(jié)構(gòu)中，所述透明電極用Ni/Au合金或者ITO等透明導(dǎo)電材料形成。

在上述結(jié)構(gòu)中，所述活性發(fā)光層是由多量子阱MQW層等構(gòu)成的。

根據(jù)本發(fā)明的一種制造LED芯片的方法，包括以下步驟：形成襯底；形成第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體材料層；形成活性發(fā)光層；形成第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體材料層；在LED芯片的非幾何邊緣位置，通過(guò)選擇性刻蝕除去部分第二半導(dǎo)體材料層和活性發(fā)光層，從而暴露出部分第一半導(dǎo)體材料層；在暴露的第一半導(dǎo)體材料層上形成與之電連接的第一電極；在第二半導(dǎo)體材料層上形成與之電連接的第二電極，其中所述第二電極由透明電極和位于透明電極局部區(qū)域的第一加厚電極組成，所述透明電極環(huán)繞所述第一電極。

在上述制造工藝中，優(yōu)選地，第一電極被設(shè)置于LED芯片的幾何中心位置。