[发明专利]一种改进的具有电流阻挡层的LED芯片及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明属于半导体技术领域，涉及LED芯片结构及其制备方法，特指一种改进的具有电流阻挡层的LED芯片及其制备方法。

【背景技术】

目前，发光二极管(LED)芯片结构有正装结构，垂直结构和倒装焊结构，其中正装结构的发光二极管芯片如图1所示，主要包括衬底1、形成在衬底上的缓冲层2(buffer layer)、形成在缓冲层上的N型半导体层3、形成在N型半导体层上的发光层4、形成在发光层上的P型半导体层5，形成P型半导体层5上的透明导电层6、以及P电极81和N电极82。由于LED芯片的电流积聚效应特别明显，即电流主要集中在电极正下方的发光层部分区域，横向扩展比较小，电流分布很不均匀，导致局部电流密度过大，热量过高，大大降低了芯片的使用效率和寿命。同时，在此区域电流密度最大，自然发光强度也最大，但此区域出射的光绝大部分会被正上方的不透明电极所遮挡，导致LED的出光效率降低。为了解决上述问题，行业内的普遍方法是在P型半导体层和P型电极之间直接镀上一层绝缘介质作电流阻挡层，请参见图2，这样虽然能够减少电极下方的电流比例，在一定程度上增加电流的扩散性，但增加的电流阻挡层势必会吸收一部分的光线，降低发光二极管的出光效率。

【发明内容】

针对现有技术中LED芯片热量高、电流扩散不均匀、出光效率低等问题，本发明的目的是提供一种具有高的热稳定性能、电流扩散性好、出光效率高并可以规模量产的LED芯片结构及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：一种改进的具有电流阻挡层的LED芯片包括：N型半导体层、形成于N型半导体层上的发光层、形成于发光层上的P型半导体层、形成于P型半导体层上的透明导电层、形成于透明导电层上的P电极和形成于N型半导体层上的N电极，在P型半导体层上P型电极对应的正下方形成有表面光滑的第一沟槽，所述第一沟槽上形成有电流阻挡层。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：由于在本发明中P型半导体层上P电极对应的正下方形成有表面光滑的第一沟槽，沟槽的表面上形成有电流阻挡层，采用这样的结构，不但电流阻挡层能够起到阻挡电流的作用，通过一定工艺形成的沟槽，由于破坏了P电极下PN结的结构，因此沟槽边缘能够防止P极金属层跨越PN极形成漏电流，对电流起到一定的阻挡作用，降低电流向P电极积聚沉度，因此能够起到双层电流阻挡的作用，使P电极注入的电流横向扩展到电极下方以外的发光区，减少了电流积聚在P电极下方时产生的热量，提高了LED芯片的热稳定性能也延长了器件的使用寿命。同时，光滑的第一沟槽表面相对于较粗化的外延片表面，能够增加出射到P电极下光的反射机率，减少光在P电极下的吸收量，能够最大限度的提升芯片的外部光萃取效率。

优选的，在N型半导体层上N电极对应的正下方形成有第二沟槽。采用这样的结构能够使N电极下方的电流扩散更均匀。

优选的，所述第一沟槽和第二沟槽的深度在100nm至1000nm之间。

优选的，所述第一沟槽和第二沟槽的深度为500nm。

优选的，所述电流阻挡层的厚度在500A至5000A之间，宽度大于所述P电极的宽度，两者的差距在3um到10um之间。

优选的，所述改进的具有电流阻挡层的LED芯片还包括衬底和缓冲层，所述缓冲层形成在所述衬底上，所述N型半导体层形成在所述缓冲层上。

本发明还提供一种改进的具有电流阻挡层的LED芯片的制备方法，包括如下步骤：

(1)在衬底的正面上依次生长缓冲层、N型半导体层、发光层、P型半导体层的叠层结构；

(2)通过刻蚀形成用于制作N电极的台面结构；

(3)分别在P型半导体层和N型半导体层上刻蚀形成第一沟槽和第二沟槽；

(4)在P型半导体层的第一沟槽上沉积绝缘材料形成电流阻挡层；

(5)在P型半导体层上形成透明导电层；

(6)在透明导电层上对应的电流阻挡层的正上方形成P电极，在N型导电层的第二沟槽正上方形成N电极。

通过本发明中制备方法生产出来的LED芯片结构，不但具有电流阻挡作用，且通过蚀刻工艺形成的沟槽，表面光滑，能起到反光的目的，因此能够提升LED芯片的出光效率并延长使用寿命。同时该制备方法在现有工艺上做简单改进即能实现，制作方便，完全能够满足大规模的量产要求。

优选的，所述第一沟槽和第二沟槽通过热酸溶液腐蚀、光学刻蚀和电感耦合等离子体刻蚀形成。通过此种工艺刻蚀形成的沟槽边缘光滑，能够增加出射到P电极下光的反射机率，减少光在P电极下的吸收量，能够最大限度的提升芯片的外部光萃取效率。