一种LED芯片及其制备方法

一种led芯片及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及发光二极管领域，尤其涉及一种led芯片及其制备方法。


背景技术：

2.发光二极管(英文：light emitting diode，简称：led)是一种能发光的半导体电子元件。led具有效率高、寿命长、体积小、功耗低等优点，可以应用于室内外白光照明、屏幕显示、背光源等领域。
3.为了实现led芯片的电流扩展，目前led芯片通常会在发光台面制作电流阻挡层和透明导电层，电流由金属电极传导至透明导电层后，由于电流阻挡层的阻挡作用，电流绕过阻挡层，向透明导电层横向扩展。
4.然而，上述技术方案中，其电流阻挡层面积较大，占发光区面积较大，而电流阻挡层下方无电流通过，导致电流阻挡层区域无法发光，损失芯片发光区域，导致亮度下降；特别是在小尺寸led芯片(如mini-led，micro-led)的应用中，影响非常大。
5.有鉴于此，本发明人专门设计了一种led芯片及其制备方法，本案由此产生。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种led芯片及其制备方法，以解决现有技术中led芯片的电流阻挡层区域无法发光，损失芯片发光区域，导致亮度下降的技术问题。
7.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
8.一种led芯片，包括衬底及设置于所述衬底表面且通过沟槽相互隔离的若干个led阵列单元，所述led阵列单元包括：
9.设置于所述衬底表面的外延叠层；所述外延叠层至少包括沿第一方向依次堆叠的第一型半导体层、有源区及第二型半导体层，且所述外延叠层的局部区域蚀刻至部分所述的第一型半导体层形成凹槽及发光台面；所述第一方向垂直于所述衬底，并由所述衬底指向所述发光结构；
10.第一透明导电层，其设置于所述发光台面的表面，且所述第一透明导电层具有裸露所述第二型半导体层表面的第一通孔；
11.电流阻挡层，其嵌入所述第一通孔；
12.第二透明导电层，其层叠于所述电流阻挡层表面，并延伸至所述发光台面与所述第一透明导电层形成接触；且所述第二透明导电层具有裸露所述电流阻挡层表面的第二通孔；
13.第一电极，其具有相互连接的第一接触电极和扩展电极；所述第一接触电极层叠于所述发光结构的表面，所述扩展电极通过嵌入所述第二通孔的方式在所述第二透明导电层的表面延伸；
14.第二电极，其设置于所述凹槽与所述第一型半导体层形成接触。
15.优选地，所述第一通孔与所述第二通孔沿发光台面的水平方向错位设置。
16.优选地，所述第二透明导电层通过延伸至所述发光台面的方式，与所述第一透明导电层的侧壁形成接触。
17.优选地，在所述电流阻挡层的外围具有第一透明导电层的裸露面，使所述第二透明导电层延伸至所述第一透明导电层的裸露面。
18.进一步地，所述第一透明导电层的裸露面的直径为3μm-4μm，包括端点值。
19.优选地，所述第一通孔具有斜侧壁。
20.优选地，在所述斜侧壁上附有反射材料层。
21.优选地，所述电流阻挡层通过嵌入所述第一通孔的方式形成于所述第一透明导电层的表面。
22.优选地，在所述led芯片的表面还设有绝缘层，所述绝缘层覆盖所述led芯片且裸露所述第一接触电极、第二电极的至少部分表面。
23.优选地，所述led芯片为倒装led芯片，则所述绝缘层包括绝缘反射层。进一步地，所述绝缘反射层包括dbr反射镜。
24.优选地，所述绝缘层以被保持在所述沟槽侧壁的方式层叠于所述衬底。
25.优选地，所述第一电极、第二电极包括al、ti、pt、ti、au中的一种或多种金属堆叠。
26.本发明还提供了一种led芯片的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
27.s01、提供一衬底；
28.s02、生长外延叠层，所述外延叠层包括在所述衬底表面依次堆叠的第一型半导体层、有源区和第二型半导体层；
29.s03、通过蚀刻所述外延叠层，使部分所述第一型半导体层裸露，从而形成若干个凹槽及发光台面，所述凹槽与发光台面相对设置；
30.s04、通过深蚀刻所述外延叠层至裸露所述衬底表面，形成通过沟槽相互间隔排布的若干个外延叠层；
31.s05、在各所述独立的外延叠层的发光台面沉积第一透明导电层，且所述第一透明导电层具有裸露所述第二型半导体层表面的第一通孔；
32.s06、在所述第一透明导电层表面形成电流阻挡层，其通过嵌入所述第一通孔的方式形成于所述第一透明导电层的表面；
33.s07、制作第二透明导电层，其层叠于所述电流阻挡层表面，并延伸至所述发光台面与所述第一透明导电层形成接触；且所述第二透明导电层具有裸露所述电流阻挡层表面的第二通孔；
34.s08、制作第一电极和第二电极，所述第一电极具有相互连接的第一接触电极和扩展电极；所述第一接触电极层叠于所述发光结构的表面，所述扩展电极通过嵌入所述第二通孔的方式在所述第二透明导电层的表面延伸；所述第二电极，其设置于所述凹槽与所述第一型半导体层形成接触；
35.s09、制作绝缘层，所述绝缘层覆盖所述led芯片且裸露所述第一接触电极、第二电极的至少部分表面。
36.优选地，所述第一通孔与所述第二通孔沿发光台面的水平方向错位设置。
37.经由上述的技术方案可知，本发明提供的led芯片，通过在发光台面设置第一透明导电层、电流阻挡层以及第二透明导电层；其中，所述第一透明导电层设置于所述发光台面
的表面，且所述第一透明导电层具有裸露所述第二型半导体层表面的第一通孔；所述电流阻挡层通过嵌入所述第一通孔的方式形成于所述第一透明导电层的表面；所述第二透明导电层层叠于所述电流阻挡层表面，并延伸至所述发光台面与所述第一透明导电层形成接触，且所述第二透明导电层具有裸露所述电流阻挡层表面的第二通孔。从而，当电流由金属电极传导至第一透明导电层后，电流绕过电流阻挡层，向第一透明导电层横向扩展，使得电流阻挡层下方的发光区得以利用，从而提升芯片亮度。
38.其次，通过设置所述第一通孔与所述第二通孔沿发光台面的水平方向错位；从而，在避免电流阻挡层区域无法发光的同时，最大限度地保证了电流阻挡层的阻挡面积及其阻挡效果，使其有效配合第一透明导电层、第二透明导电层进行电流的横向扩展。
39.然后，在所述电流阻挡层的外围具有第一透明导电层的裸露面，使所述第二透明导电层延伸至所述第一透明导电层的裸露面。从而保证第一透明导电层和第二透明导电层的接触。
40.接着，所述第一通孔具有斜侧壁；使所述电流阻挡层的上表里阻挡面积最大，但在底部面积最小，呈现椎体形状，当电流由金属电极传导至第一透明导电层后，电流绕过电流阻挡层，向第一透明导电层横向扩展，使得电流阻挡层下方的发光区得以利用，且在第一通孔底部分布的电流最少，大部分电流可以在第一通孔表面有效扩展至远离第一接触电极的部位，从而有效提升芯片亮度。
41.进一步地，在所述斜侧壁上附有反射材料层，以增加电流阻挡层挡光区域的反射效果，从而更好地提高出光效率。
42.本发明还提供了一种led芯片的制备方法，所制备的发光芯片在实现上述有益效果的同时，其制作工艺简单，操作方便，易于实现。
附图说明
43.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
44.图1为本发明实施例1所提供的led芯片的结构示意图；
45.图2.1至图2.9为本发明实施例1所提供的led芯片的制备方法所对应的结构示意图；
46.图3为本发明实施例1所提供的led芯片的电流流向示意图；
47.图4为本发明实施例2所提供的led芯片的结构示意图；
48.图5为本发明实施例2所提供的led芯片的电流流向示意图；
49.图6为本发明实施例3所提供的led芯片的电流流向示意图；
50.图7为本发明实施例4所提供的led芯片的电流流向示意图；
51.图中符号说明：
52.1、衬底，
53.2、第一型半导体层，
54.3、有源区，
55.4、第二型半导体层，41、凹槽，42、发光台面，43、沟槽；
56.5、第一透明导电层，51、第一通孔；
57.6、电流阻挡层，
58.7、第二透明导电层，71、第二通孔；
59.8、第一接触电极，
60.9、扩展电极，
61.10、第二电极，
62.11、绝缘层，
63.12、反射材料层。
具体实施方式
64.为使本发明的内容更加清晰，下面结合附图对本发明的内容作进一步说明。本发明不局限于该具体实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
65.实施例1
66.一种led芯片，包括衬底1及设置于所述衬底1表面且通过沟槽43相互隔离的若干个led阵列单元，如图1所示，所述led阵列单元包括：
67.设置于所述衬底1表面的外延叠层；所述外延叠层至少包括沿第一方向依次堆叠的第一型半导体层2、有源区3及第二型半导体层4，且所述外延叠层的局部区域蚀刻至部分所述的第一型半导体层2形成凹槽41及发光台面42；所述第一方向垂直于所述衬底1，并由所述衬底1指向所述发光结构；
68.第一透明导电层5，其设置于所述发光台面42的表面，且所述第一透明导电层5具有裸露所述第二型半导体层4表面的第一通孔51；
69.电流阻挡层6，其通过嵌入所述第一通孔51的方式形成于所述第一透明导电层5的表面；
70.第二透明导电层7，其层叠于所述电流阻挡层6表面，并延伸至所述发光台面42与所述第一透明导电层5形成接触；且所述第二透明导电层7具有裸露所述电流阻挡层6表面的第二通孔71；
71.第一电极，其具有相互连接的第一接触电极8和扩展电极9；所述第一接触电极8层叠于所述发光结构的表面，所述扩展电极9通过嵌入所述第二通孔71的方式在所述第二透明导电层7的表面延伸；
72.第二电极10，其设置于所述凹槽41与所述第一型半导体层2形成接触。
73.需要说明的是，衬底1的类型在本实施例的微型发光元件不受限制，例如，衬底1可以是但不限于蓝宝石衬底1、硅衬底1等。
74.相应地，本实施例中不限定外延叠层的具体材料构成，也即第一型半导体层2、有源区3、第二型半导体层4的具体材料类型在本实施例中也可以不受限制，例如，第一型半导体层2可以是但不限于n-gan层，相应地，第二型半导体层4可以是但不限于p-gan层。
75.本技术实施例中，第一、第二透明导电层7的材料可以是ito，zno，iwo，azo等，具体视情况而定，本技术对此并不做限定。
76.本技术实施例中，所述第一通孔51与所述第二通孔71沿发光台面42的水平方向错位设置。
77.本技术实施例中，所述第二透明导电层7通过延伸至所述发光台面42的方式，与所述第一透明导电层5的侧壁形成接触。
78.本技术实施例中，在所述电流阻挡层6的外围具有第一透明导电层5的裸露面，使所述第二透明导电层7延伸至所述第一透明导电层5的裸露面。
79.进一步地，所述第一透明导电层5的裸露面的直径为3μm-4μm，包括端点值。
80.本技术实施例中，在所述led芯片的表面还设有绝缘层11，所述绝缘层11覆盖所述led芯片且裸露所述第一接触电极8、第二电极10的至少部分表面。
81.本技术实施例中，所述led芯片为倒装led芯片，则所述绝缘层11包括绝缘反射层。进一步地，所述绝缘反射层包括dbr反射镜。
82.本技术实施例中，所述绝缘层11以被保持在所述沟槽43侧壁的方式层叠于所述衬底1。
83.本技术实施例中，所述第一电极、第二电极10包括al、ti、pt、ti、au中的一种或多种金属堆叠。
84.本发明实施例还提供了一种led芯片的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
85.s01、如图2.1所示，提供一衬底1；
86.s02、如图2.2所示，生长外延叠层，所述外延叠层包括在所述衬底1表面依次堆叠的第一型半导体层2、有源区3和第二型半导体层4；
87.s03、如图2.3所示，通过蚀刻所述外延叠层，使部分所述第一型半导体层2裸露，从而形成若干个凹槽41及发光台面42，所述凹槽41与发光台面42相对设置；
88.需要说明的是，本实施例不限定独立外延叠层的个数，具体视情况而定。
89.s04、如图2.4所示，通过深蚀刻所述外延叠层至裸露所述衬底1表面，形成通过沟槽43相互间隔排布的若干个外延叠层；
90.相应地，本实施例不限定独立外延叠层的个数，具体视情况而定。
91.s05、如图2.5所示，在各所述独立的外延叠层的发光台面42沉积第一透明导电层5，且所述第一透明导电层5具有裸露所述第二型半导体层4表面的第一通孔51；
92.需要说明的是，为了突显本发明的设计要点，附图仅展示了一个外延叠层单元所对应的结构应用情况，在本技术的实际应用中，可包含成千上万个外延叠层单元，具体视情况而定，本技术对此不做限定。
93.s06、如图2.6所示，在所述第一透明导电层5表面形成电流阻挡层6，其通过嵌入所述第一通孔51的方式形成于所述第一透明导电层5的表面；
94.s07、如图2.7所示，制作第二透明导电层7，其层叠于所述电流阻挡层6表面，并延伸至所述发光台面42与所述第一透明导电层5形成接触；且所述第二透明导电层7具有裸露所述电流阻挡层6表面的第二通孔71；
95.s08、如图2.8所示，制作第一电极和第二电极10，所述第一电极具有相互连接的第一接触电极8和扩展电极9；所述第一接触电极8层叠于所述发光结构的表面，所述扩展电极9通过嵌入所述第二通孔71的方式在所述第二透明导电层7的表面延伸；所述第二电极10，其设置于所述凹槽41与所述第一型半导体层2形成接触；
96.s09、如图2.9所示，制作绝缘层11，所述绝缘层11覆盖所述led芯片且裸露所述第一接触电极8、第二电极10的至少部分表面。
97.本技术实施例中，所述第一通孔51与所述第二通孔71沿发光台面42的水平方向错位设置。
98.经由上述的技术方案可知，本发明提供的led芯片，通过在发光台面42设置第一透明导电层5、电流阻挡层6以及第二透明导电层7；其中，所述第一透明导电层5设置于所述发光台面42的表面，且所述第一透明导电层5具有裸露所述第二型半导体层4表面的第一通孔51；所述电流阻挡层6通过嵌入所述第一通孔51的方式形成于所述第一透明导电层5的表面；所述第二透明导电层7层叠于所述电流阻挡层6表面，并延伸至所述发光台面42与所述第一透明导电层5形成接触，且所述第二透明导电层7具有裸露所述电流阻挡层6表面的第二通孔71。从而，如图3所示，当电流由金属电极传导至第一透明导电层5后，电流绕过电流阻挡层6，向第一透明导电层5横向扩展，使得电流阻挡层6下方的发光区得以利用，从而提升芯片亮度。
99.其次，通过设置所述第一通孔51与所述第二通孔71沿发光台面42的水平方向错位；从而，在避免电流阻挡层6区域无法发光的同时，最大限度地保证了电流阻挡层6的阻挡面积及其阻挡效果，使其有效配合第一透明导电层5、第二透明导电层7进行电流的横向扩展。
100.然后，在所述电流阻挡层6的外围具有第一透明导电层5的裸露面，使所述第二透明导电层7延伸至所述第一透明导电层5的裸露面。从而保证第一透明导电层5和第二透明导电层7的接触。
101.本发明还提供了一种led芯片的制备方法，所制备的发光芯片在实现上述有益效果的同时，其制作工艺简单，操作方便，易于实现。
102.实施例2
103.如图4、图5所示，本实施例与实施例1相比，所存在的区别在于：本实施例中，电流阻挡层6仅仅嵌入所述第一通孔51。
104.实施例3
105.如图6所示，本实施例与实施例2相比，所存在的区别在于：本实施例中，所述第一通孔51具有斜侧壁。从而，使所述电流阻挡层6的上表里阻挡面积最大，但在底部面积最小，呈现椎体形状，当电流由金属电极传导至第一透明导电层5后，电流绕过电流阻挡层6，向第一透明导电层5横向扩展，使得电流阻挡层6下方的发光区得以利用，且在第一通孔51底部分布的电流最少，大部分电流可以在第一通孔51表面有效扩展至远离第一接触电极8的部位，从而有效提升芯片亮度。
106.实施例4
107.如图7所示，本实施例与实施例3相比，所存在的区别在于：在所述斜侧壁上附有反射材料层12，以增加电流阻挡层6挡光区域的反射效果，从而更好地提高出光效率。
108.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
109.还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间
存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
110.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种led芯片，包括衬底及设置于所述衬底表面且通过沟槽相互隔离的若干个led阵列单元，其特征在于，所述led阵列单元包括：设置于所述衬底表面的外延叠层；所述外延叠层至少包括沿第一方向依次堆叠的第一型半导体层、有源区及第二型半导体层，且所述外延叠层的局部区域蚀刻至部分所述的第一型半导体层形成凹槽及发光台面；所述第一方向垂直于所述衬底，并由所述衬底指向所述发光结构；第一透明导电层，其设置于所述发光台面的表面，且所述第一透明导电层具有裸露所述第二型半导体层表面的第一通孔；电流阻挡层，其嵌入所述第一通孔；第二透明导电层，其层叠于所述电流阻挡层表面，并延伸至所述发光台面与所述第一透明导电层形成接触；且所述第二透明导电层具有裸露所述电流阻挡层表面的第二通孔；第一电极，其具有相互连接的第一接触电极和扩展电极；所述第一接触电极层叠于所述发光结构的表面，所述扩展电极通过嵌入所述第二通孔的方式在所述第二透明导电层的表面延伸；第二电极，其设置于所述凹槽与所述第一型半导体层形成接触。2.根据权利要求1所述的led芯片，其特征在于，所述第一通孔与所述第二通孔沿发光台面的水平方向错位设置。3.根据权利要求1所述的led芯片，其特征在于，所述第二透明导电层通过延伸至所述发光台面的方式，与所述第一透明导电层的侧壁形成接触。4.根据权利要求1所述的led芯片，其特征在于，在所述电流阻挡层的外围具有第一透明导电层的裸露面，使所述第二透明导电层延伸至所述第一透明导电层的裸露面。5.根据权利要求1所述的led芯片，其特征在于，所述第一通孔具有斜侧壁。6.根据权利要求5所述的led芯片，其特征在于，在所述斜侧壁上附有反射材料层。7.根据权利要求1所述的led芯片，其特征在于，所述电流阻挡层通过嵌入所述第一通孔的方式形成于所述第一透明导电层的表面。8.根据权利要求1所述的led芯片，其特征在于，所述led芯片为倒装led芯片，则所述绝缘层包括绝缘反射层。9.一种led芯片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：s01、提供一衬底；s02、生长外延叠层，所述外延叠层包括在所述衬底表面依次堆叠的第一型半导体层、有源区和第二型半导体层；s03、通过蚀刻所述外延叠层，使部分所述第一型半导体层裸露，从而形成若干个凹槽及发光台面，所述凹槽与发光台面相对设置；s04、通过深蚀刻所述外延叠层至裸露所述衬底表面，形成通过沟槽相互间隔排布的若干个外延叠层；s05、在各所述独立的外延叠层的发光台面沉积第一透明导电层，且所述第一透明导电层具有裸露所述第二型半导体层表面的第一通孔；s06、在所述第一透明导电层表面形成电流阻挡层，其通过嵌入所述第一通孔的方式形成于所述第一透明导电层的表面；
s07、制作第二透明导电层，其层叠于所述电流阻挡层表面，并延伸至所述发光台面与所述第一透明导电层形成接触；且所述第二透明导电层具有裸露所述电流阻挡层表面的第二通孔；s08、制作第一电极和第二电极，所述第一电极具有相互连接的第一接触电极和扩展电极；所述第一接触电极层叠于所述发光结构的表面，所述扩展电极通过嵌入所述第二通孔的方式在所述第二透明导电层的表面延伸；所述第二电极，其设置于所述凹槽与所述第一型半导体层形成接触；s09、制作绝缘层，所述绝缘层覆盖所述led芯片且裸露所述第一接触电极、第二电极的至少部分表面。10.根据权利要求9所述的led芯片的制备方法，其特征在于，所述第一通孔与所述第二通孔沿发光台面的水平方向错位设置。

技术总结
本发明提供了一种LED芯片及其制备方法，通过在发光台面设置第一透明导电层、电流阻挡层以及第二透明导电层；其中，所述第一透明导电层设置于所述发光台面的表面，且所述第一透明导电层具有裸露所述第二型半导体层表面的第一通孔；所述电流阻挡层通过嵌入所述第一通孔的方式形成于所述第一透明导电层的表面；所述第二透明导电层层叠于所述电流阻挡层表面，并延伸至所述发光台面与所述第一透明导电层形成接触，且所述第二透明导电层具有裸露所述电流阻挡层表面的第二通孔。从而，当电流由金属电极传导至第一透明导电层后，电流绕过电流阻挡层，向第一透明导电层横向扩展，使得电流阻挡层下方的发光区得以利用，从而提升芯片亮度。度。度。


技术研发人员：葛炬锋 林志伟 周耀东
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：2023.05.08
技术公布日：2023/9/20