一种长寿命的LED芯片及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种长寿命的LED芯片及其制作方法，该LED芯片包括：衬底，所述衬底上自下而上依次形成的外延层、电流阻挡层、透明导电膜以及P电极，其中所述外延层包括缓冲层、N型半导体层、发光层以及P型半导体层，将所述P型半导体层一侧刻蚀至所述N型半导体层，形成台阶，N电极形成在所述台阶上，在所述台阶上形成凹槽，所述凹槽内填充n层电导率大于N型半导体的导电介质层，n为大于1的整数，并且所述n层导电介质层自上而下电导率依次增加，所述N电极形成在所述凹槽外的靠近边缘一侧的台阶上。本发明专利技术有效改善局部电流过大问题，提高芯片寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体光电器件领域，特别涉及一种LED芯片及其制作方法。技术背景发光二极管(LightEmittingDiode，简称LED)是一种半导体光电器件，利用半导体P-N结电致发光原理制成。LED由于能耗低，体积小、寿命长，稳定性好，响应快，发光波长稳定等好的光电性能，目前已经在照明、家电、显示屏、指示灯等领域有很好的应用。近年来，高亮度蓝绿光LED发展迅速，已成为全彩色高亮度大型户外显示屏、交通信号灯等必需的发光器件。氮化镓基LED芯片通常采用蓝宝石作为衬底，由于蓝宝石衬底的导电性能非常差，所以难以制作垂直结构电极的芯片。传统LED芯片由于结构的限制，P电极以及N电极在芯片的同侧，由于电场作用，造成电流横向流动不均匀，电流密度高的地方，产生热量多，热量聚集过多，会使芯片寿命变短，影响发光效率，图1所示，现有技术LED芯片结构，包括一种LED芯片，包括：衬底10，所述衬底上自下而上依次形成的外延层20、电流阻挡层30、透明导电膜40以及P电极50，其中所述外延层20包括缓冲层21、N型半导体层22、发光层23以及P型半导体层24，将所述P型半导体层24一侧刻蚀至所述N型半导体层22，形成台阶60，N电极70形成在所述台阶60上，由于N电极70负电场作用，电流聚集在台阶60转角处与N电极70下方之间的区域，使得该区域局部电流密度过大，热量聚集过多，加速器件退化。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种长寿命的LED芯片，有效改善局部电流过大问题，提高芯片寿命。本专利技术的另一目的是提供上述LED芯片的制作方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种长寿命的LED芯片，包括：衬底，所述衬底上自下而上依次形成的外延层、电流阻挡层、透明导电膜以及P电极，其中所述外延层包括缓冲层、N型半导体层、发光层以及P型半导体层，将所述P型半导体层一侧刻蚀至所述N型半导体层，形成台阶，N电极形成在所述台阶上，在所述台阶上形成凹槽，所述凹槽内填充n层电导率大于N型半导体的导电介质层，n为大于1的整数，并且所述n层导电介质层自上而下电导率依次增加，所述N电极形成在所述凹槽外的靠近边缘一侧的台阶上。优选地，所述N电极与所述凹槽不相连。优选地，所述n层导电介质层厚度自下而上依次减小。优选地，所述N电极靠近边缘一侧部分延伸至所述台阶下的N型半导体层内。优选地，所述导电介质层材料为ITO，各层导电介质层In2O3与SnO2的比例不同。优选地，所述N型半导体层为N型GaN，所述发光层为In掺杂的GaN，所述P型半导体层为P型GaN。优选地，所述衬底为蓝宝石、Si、SiC、GaN、ZnO中的一种。优选地，所述电流阻挡层材料为二氧化硅膜层或氮化硅膜层。优选地，透明导电膜材料为ITO膜。一种LED芯片的制作方法，包括以下步骤：(1)在衬底上自下而上依次外延生长缓冲层、N型半导体层、发光层和P型半导体层以获得外延片；(2)蚀刻所述P型半导体层一侧至露出所述N型半导体层，形成台阶；(3)在所述P型半导体层表面形成电流阻挡层，之后，在所述电流阻挡层以及未被电流阻挡层覆盖的P型半导体层表面形成透明导电膜。(4)刻蚀所述台阶下的N型半导体层，在台阶上形成凹槽，并且在凹槽内沉积n层电导率大于N型半导体层的导电介质层，n为大于1的整数。(5)在透明导电膜上形成P电极，在所述凹槽外的靠近边缘一侧的台阶上形成N电极。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术在所述台阶上形成凹槽，凹槽内填充n层导电介质层，所述N电极形成在凹槽外的靠近边缘一侧的台阶上，所以，P电极电流经过P型半导体层、发光层以及N型半导体层流向N电极前先经过导电介质层，由于导电介质层电导率大于N型半导体层，所以电流更容易流过，由于n层导电介质层自上而下电导率依次增加,在电流受N电极负电场的作用的同时，驱动电流向下流动，能够更均匀的分散电流，使电流均匀地流经导电介质层，最终到达N电极，有效改善台阶转角处与N电极下方之间的区域电流聚集而导致局部电流过大，进而提高芯片寿命。附图说明图1为现有技术LED芯片剖面结构示意图；图2为第一实施例LED芯片剖面结构示意图；图2A-图2E为第一实施例LED制作过程剖面结构示意图；图3为第二实施例LED芯片剖面结构示意图；图4为第三实施例LED芯片剖面结构示意图。具体实施方式下面结合附图以及实施例对本专利技术进行介绍，实施例仅用于对本专利技术进行解释，并不对本专利技术有任何限定作用。第一实施例如图2所示，本实施例的长寿命的LED芯片，包括：衬底10，所述衬底10上自下而上依次形成的外延层20、电流阻挡层30、透明导电膜40以及P电极50，其中所述外延层包括缓冲层21、N型半导体层22、发光层23以及P型半导体层24，将所述P型半导体层24一侧刻蚀至所述N型半导体层22，形成台阶60，N电极70形成在所述台阶60上，在所述台阶60上形成凹槽80，所述凹槽内填充n层电导率大于N型半导体的导电介质层90，n为大于1的整数，并且所述n层导电介质层自上而下电导率依次增加，所述N电极70形成在所述凹槽80外的靠近边缘一侧的台阶60上。具体的，本实施例LED为GaN基发光二极管，所述衬底可为蓝宝石衬底或其他半导体衬底材料，如Si、SiC、GaN、ZnO等；所述缓冲层21为GaN材料，所述N型半导体层22为N型GaN层，所述发光层23为多重量子阱，其材料可为In掺杂的GaN，所述P型半导体层24为P型GaN层；所述电流阻挡层30优选透光的绝缘材料，在保证绝缘，使电流横向扩散的同时，不因遮光而影响发光效率，本实施例电流阻挡层30材料为二氧化硅膜层、氮化硅膜层等；所述透明导电膜40优选透光性良好的ITO膜；所述P电极80和N电极90的材料包括Cr、Pt、Au、Ti、Al、或Sn中的至少一种，可以选择Cr/Pt/Au、Au/Sn、Cr/Ti/Au或Ti/Al/Ti/Au等电极结构。本实施例在所述台阶60上形成凹槽80，凹槽80内填充n层导电介质层，所述N电极70凹槽80靠近边缘一侧的台阶60上，所以，P电极50电流经过P型半导体层24、发光层23以及N型半导体层22流向N电极70前先经过导电介质层90，由于导电介质层90电导率大于N型半导体层22，所以电流更容易流过，由于n层导电介质层自上而下电导率依次增加,在电流受N电极70负电场的作用的同时，驱动电流向下流动，能够更均匀的分散电流，使电流均匀地流经导电介质层90，最终到达N电极70，有效改善台阶60转角处与N电极70下方之间的区域电流聚集而导致局部电流过大，进而提高芯片寿命。本实施例所述导电介质层90材料可为ITO，各层导电介质层In2O3与SnO2的比例不同，进而实现电导率的不同。本实施例所述N电极70与所述凹槽80不相连,导电介质层90与带负电的N电极70被电导率低于导电介质层90的N型半导体层22完全分离，使得受负电场影响的电流流至导电介质层90时更易向下流动，进而使流经导电介质层90的电流分布更均匀。本实施例导电介质层90分为自上而下电导率依次增加的91、92以及93三层，导电介质层数越多，对电流的分散效果越好，但是工艺也会越复杂，实际应用视具体要求而定。本实施例LED芯片的制作方法如图2A-图2E本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种长寿命的LED芯片，包括：衬底，所述衬底上自下而上依次形成的外延层、电流阻挡层、透明导电膜以及P电极，其中所述外延层包括缓冲层、N型半导体层、发光层以及P型半导体层，将所述P型半导体层一侧刻蚀至所述N型半导体层，形成台阶，N电极形成在所述台阶上，其特征在于：在所述台阶上形成凹槽，所述凹槽内填充n层电导率大于N型半导体的导电介质层，n为大于1的整数，并且所述n层导电介质层自上而下电导率依次增加，所述N电极形成在所述凹槽外的靠近边缘一侧的台阶上。

【技术特征摘要】
1.一种长寿命的LED芯片，包括：衬底，所述衬底上自下而上依次形成的外延层、电流阻挡层、透明导电膜以及P电极，其中所述外延层包括缓冲层、N型半导体层、发光层以及P型半导体层，将所述P型半导体层一侧刻蚀至所述N型半导体层，形成台阶，N电极形成在所述台阶上，其特征在于：在所述台阶上形成凹槽，所述凹槽内填充n层电导率大于N型半导体的导电介质层，n为大于1的整数，并且所述n层导电介质层自上而下电导率依次增加，所述N电极形成在所述凹槽外的靠近边缘一侧的台阶上。2.根据权利要求1所述的长寿命的LED芯片，其特征在于：所述N电极与所述凹槽不相连。3.根据权利要求1所述的长寿命的LED芯片，其特征在于：所述n层导电介质层厚度自下而上依次减小。4.根据权利要求1所述的长寿命的LED芯片，其特征在于：所述N电极靠近边缘一侧部分延伸至所述台阶下的N型半导体层内。5.根据权利要求1所述的长寿命的LED芯片，其特征在于：所述导电介质层材料为ITO，各层导电介质层In2O3与SnO2的比例不同。6.根据权利要求1所述的长寿命的LED芯片，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海燕，
申请(专利权)人：东莞市佳乾新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44