[發明專利]一種LED芯片及其制作方法

有效

• 申請號: 201410545143.0
• 申請日: 2014-10-15
• 公開（公告）號: CN104362234A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 許順成;艾國齊
• 申請（專利權）人: 湘能華磊光電股份有限公司
• 主分類號: H01L33/14
• 分類號: H01L33/14;H01L33/38;H01L33/20;H01L33/00
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;劉華聯

技術領域

本發明涉及半導體領域，特別地，涉及一種LED芯片及其制作方法。

背景技術

相較于內量子效率而言，GaN基LED的外量子效率和光提取效率還有待進一步的技術突破來取得提高。造成GaN基LED外量子效率和光提取效率較低的原因主要包括晶格缺陷對光的吸收、襯底對光的吸收以及光在出射過程中的全反射、材料層中的波導效應等。由于光提取效率和外量子效率在本質上是一致的。影響光子逸出主要有以下原因：光子的全反射，大部分光子在半導體與外部界面上由于全反射而回到半導體內部，全反射光被活性層自身、基板、電極等吸收而無法出射，因此，一般LED芯片的外部取光效率比內量子效率低很多；P-GaN半透明金屬接觸電極層對光的吸收，它能吸收約30％的出射光線；N、P電極上鍵合焊點和引線對出射光線的遮擋；藍寶石襯底對出射光的吸收。

針對影響外量子效率的因素，目前主要通過下列技術方案來提高GaN基LED的外量子效率：(1)倒裝焊技術(flip?chip)；(2)生長分布布喇格反射層(DBR)結構和高反射鏡面電極；(3)表面粗化技術；(4)襯底剝離技術(Laser?lift?off)；(5)制作電流阻擋層。以上方案也存在一些不足之處，倒裝焊技術和襯底剝離技術難度較高，成本較大；DBR需要大型機臺成本較高；本發明通過控制金屬電極部分壓電流擴展導電層的多少和方位，改變電流分布，減少金屬電極對光的吸收，增加光的提取效率。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種結構精簡、亮度高以及電極粘附能力好的LED芯片，具體技術方案如下：

一種LED芯片，包括襯底、緩沖層、n-GaN層、多量子阱層、p-GaN層、P型電極以及N型電極；

所述襯底、緩沖層、n-GaN層、多量子阱層以及p-GaN層形成凸形臺面；

所述凸形臺面的上表面上同軸心設有電流擴展導電層，所述電流擴展導電層上設有貫穿其上表面和下表面的通孔；

所述N型電極的下端設置在所述凸形臺面的上表面上；

所述P型電極的下端一部分貫穿所述通孔設置在p-GaN層的上表面上，另一部分設置在所述電流擴展導電層的上表面上；在垂直于所述凸形臺面的軸線的平面上，所述P型電極壓在所述電流擴展導電層上的橫截面積與所述P型電極的橫截面積的比值為0.01-0.95：1。

以上技術方案中優選的，所述P型電極設置在p-GaN層上表面上的一側到所述N型電極的最小垂直距離大于所述P型電極設置在所述電流擴展導電層上表面上的一側到所述N型電極的最小垂直距離。

以上技術方案中優選的，所述P型電極的形狀為方形柱體或弧形柱體；所述通孔為方形通孔或弧形通孔。

以上技術方案中優選的，所述電流擴展導電層的下表面到所述凸形臺面上表面的最大垂直距離為1-2μm，其側面到所述凸形臺面的側面的垂直距離為15-35μm。

以上技術方案中優選的，在垂直于所述軸線的平面上，所述P型電極壓在所述電流擴展導電層上的橫截面積與所述P型電極的橫截面積的比值為0.1082：1。

以上技術方案中優選的，在垂直于所述軸線的平面上，所述P型電極壓在所述電流擴展導電層上的橫截面積與所述P型電極的橫截面積的比值為0.2003：1。

以上技術方案中優選的，在垂直于所述軸線的平面上，所述P型電極壓在所述電流擴展導電層上的橫截面積與所述P型電極的橫截面積的比值為0.7262：1。

應用本發明的LED芯片，具有以下有益效果：

(1)本發明的LED芯片包括襯底、緩沖層、n-GaN層、多量子阱層、p-GaN層、電流擴展導電層、P型電極以及N型電極，整體結構精簡；所述電流擴展導電層上設有通孔，所述P型電極的下端一部分設置在p-GaN層的上表面上，另一部分設置在電流擴展導電層的上表面上，通過在電流擴展導電層上開設通孔，克服金屬的P型電極和氧化物之間接觸不牢的問題，使P型電極的下端部分直接與p-GaN層接觸，并且限制了P型電極的橫向自由度，增加電極的粘附性；通孔的設計還改變了電流的流向，提高了其亮度；在垂直于所述軸線的平面上，所述P型電極壓在所述電流擴展導電層上的橫截面積與所述P型電極的橫截面積的比值為0.01-0.95：1，結構設計合理，使得LED芯片掉電極的比例下降至5％以下，其光功率提高了4.79％左右。