[发明专利]一种LED芯片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别地，涉及一种LED芯片及其制作方法。

背景技术

相较于内量子效率而言，GaN基LED的外量子效率和光提取效率还有待进一步的技术突破来取得提高。造成GaN基LED外量子效率和光提取效率较低的原因主要包括晶格缺陷对光的吸收、衬底对光的吸收以及光在出射过程中的全反射、材料层中的波导效应等。由于光提取效率和外量子效率在本质上是一致的。影响光子逸出主要有以下原因：光子的全反射，大部分光子在半导体与外部界面上由于全反射而回到半导体内部，全反射光被活性层自身、基板、电极等吸收而无法出射，因此，一般LED芯片的外部取光效率比内量子效率低很多；P-GaN半透明金属接触电极层对光的吸收，它能吸收约30％的出射光线；N、P电极上键合焊点和引线对出射光线的遮挡；蓝宝石衬底对出射光的吸收。

针对影响外量子效率的因素，目前主要通过下列技术方案来提高GaN基LED的外量子效率：(1)倒装焊技术(flip chip)；(2)生长分布布喇格反射层(DBR)结构和高反射镜面电极；(3)表面粗化技术；(4)衬底剥离技术(Laser lift off)；(5)制作电流阻挡层。以上方案也存在一些不足之处，倒装焊技术和衬底剥离技术难度较高，成本较大；DBR需要大型机台成本较高；本发明通过控制金属电极部分压电流扩展导电层的多少和方位，改变电流分布，减少金属电极对光的吸收，增加光的提取效率。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种结构精简、亮度高以及电极粘附能力好的LED芯片，具体技术方案如下：

一种LED芯片，包括衬底、缓冲层、n-GaN层、多量子阱层、p-GaN层、P型电极以及N型电极；

所述衬底、缓冲层、n-GaN层、多量子阱层以及p-GaN层形成凸形台面；

所述凸形台面的上表面上同轴心设有电流扩展导电层，所述电流扩展导电层上设有贯穿其上表面和下表面的通孔；

所述N型电极的下端设置在所述凸形台面的上表面上；

所述P型电极的下端一部分贯穿所述通孔设置在p-GaN层的上表面上，另一部分设置在所述电流扩展导电层的上表面上；在垂直于所述凸形台面的轴线的平面上，所述P型电极压在所述电流扩展导电层上的横截面积与所述P型电极的横截面积的比值为0.01-0.95：1。

以上技术方案中优选的，所述P型电极设置在p-GaN层上表面上的一侧到所述N型电极的最小垂直距离大于所述P型电极设置在所述电流扩展导电层上表面上的一侧到所述N型电极的最小垂直距离。

以上技术方案中优选的，所述P型电极的形状为方形柱体或弧形柱体；所述通孔为方形通孔或弧形通孔。

以上技术方案中优选的，所述电流扩展导电层的下表面到所述凸形台面上表面的最大垂直距离为1-2μm，其侧面到所述凸形台面的侧面的垂直距离为15-35μm。

以上技术方案中优选的，在垂直于所述轴线的平面上，所述P型电极压在所述电流扩展导电层上的横截面积与所述P型电极的横截面积的比值为0.1082：1。

以上技术方案中优选的，在垂直于所述轴线的平面上，所述P型电极压在所述电流扩展导电层上的横截面积与所述P型电极的横截面积的比值为0.2003：1。

以上技术方案中优选的，在垂直于所述轴线的平面上，所述P型电极压在所述电流扩展导电层上的横截面积与所述P型电极的横截面积的比值为0.7262：1。

应用本发明的LED芯片，具有以下有益效果：

(1)本发明的LED芯片包括衬底、缓冲层、n-GaN层、多量子阱层、p-GaN层、电流扩展导电层、P型电极以及N型电极，整体结构精简；所述电流扩展导电层上设有通孔，所述P型电极的下端一部分设置在p-GaN层的上表面上，另一部分设置在电流扩展导电层的上表面上，通过在电流扩展导电层上开设通孔，克服金属的P型电极和氧化物之间接触不牢的问题，使P型电极的下端部分直接与p-GaN层接触，并且限制了P型电极的横向自由度，增加电极的粘附性；通孔的设计还改变了电流的流向，提高了其亮度；在垂直于所述轴线的平面上，所述P型电极压在所述电流扩展导电层上的横截面积与所述P型电极的横截面积的比值为0.01-0.95：1，结构设计合理，使得LED芯片掉电极的比例下降至5％以下，其光功率提高了4.79％左右。