CN113345986A - 倒装Mini LED芯片及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种倒装Mini LED芯片及其制造方法，倒装Mini LED芯片依次包括衬底、N型半导体层、多量子阱层、和P型半导体层，P型半导体层包括相互间隔设置的第一P型半导体区和第二P型半导体区，多量子阱层包括分别位于第一P型半导体区和第二P型半导体区下方的第一多量子阱区和第二多量子阱区；第一P型半导体区上设有与其电性连接的第一扩展电极，第二P型半导体区上设有第二扩展电极，第二扩展电极延伸至N型半导体层，与其电性连接；第一扩展电极和第二扩展电极上分别设有与其电性连接的第一焊盘电极和第二焊盘电极，第一焊盘电极和第二焊盘电极上端面平齐，能有效避免倒装Mini LED芯片在封装使用时出现固晶不良的问题，保证足够的焊接强度。

Description

倒装Mini LED芯片及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体发光器件领域，具体地涉及一种倒装Mini LED芯片及其制造方法。
背景技术
发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)作为一种新型节能、环保固态照明光源，具有能效高、体积小、重量轻、响应速度快以及寿命长等优点，使其在很多领域得到了广泛应用。其中，倒装LED芯片因其散热好，省打线，可靠性好而被广泛应用。而MiniLED可以提供更好的色域，可以进行动态区域调节，实现HDR的效果，可以实现超薄的应用，另外它也可以实现拼接，替代一些OLED和传统液晶。
然后现有倒装mini LED芯片由于P型半导体区和N型半导体区的台阶结构，P/N电极焊盘存在高度差异，在封装使用时容易出现固晶不良，造成封装灯珠失效的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种倒装Mini LED芯片及其制造方法。
本发明提供一种倒装Mini LED芯片，其依次包括衬底、N型半导体层、多量子阱层、和P型半导体层，所述P型半导体层包括相互间隔设置的第一P 型半导体区和第二P型半导体区，所述多量子阱层包括分别位于所述第一P型半导体区和所述第二P型半导体区下方的第一多量子阱区和第二多量子阱区；
所述第一P型半导体区上设有与其电性连接的第一扩展电极，所述第二P 型半导体区上设有第二扩展电极，所述第二扩展电极延伸至所述N型半导体层，与其电性连接；
所述第一扩展电极和所述第二扩展电极上分别设有与其电性连接的第一焊盘电极和第二焊盘电极，所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极上端面平齐。
作为本发明的进一步改进，所述第一P型半导体区和所述第二P型半导体区、所述第一多量子阱区和所述第二多量子阱区、所述第一扩展电极和所述第二扩展电极、所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极的厚度分别一致。
作为本发明的进一步改进，所述倒装Mini LED芯片表面及侧面还设有一层钝化层，所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极设于所述钝化层之上，分别通过所述钝化层内的通孔电性连接于所述第一扩展电极和所述第二扩展电极。
作为本发明的进一步改进，所述钝化层为SiO2层，或为Si3N4层，或为SiO2层和Ti3O5层交替堆叠设置的布拉格反射层。
作为本发明的进一步改进，所述N型半导体层侧边及中心位置暴露所述衬底，所述钝化层覆盖所述N型半导体层侧边所暴露的部分所述衬底。
作为本发明的进一步改进，所述第一扩展电极和所述第二扩展电极为Cr、 Ti、Al、Ni、Pt、Au或以上金属材料中的两种或多种组成的合金，所述第一扩展电极和所述第二扩展电极的厚度为1nm-3000nm。
作为本发明的进一步改进，所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极为Cr、 Ti、Al、Ni、Pt、Au、Sn或以上金属材料中的两种或多种组成的合金，所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极的厚度为1nm-5000nm。
本发明还提供一种倒装Mini LED芯片的制造方法，包括步骤：
提供一衬底，在所述衬底上依次生长N型半导体层、多量子阱层和P型半导体层；
刻蚀所述P型半导体层和所述多量子阱层，形成间隔设置的第一多量子阱区和第二多量子阱区以及分别位于其上的第一P型半导体区和第二P型半导体区；
分别在所述第一P型半导体区和所述第二P型半导体区上设置第一扩展电极和第二扩展电极，所述第一扩展电极电性连接于所述第一P型半导体区，所述第二扩展电极延伸至所述N型半导体层，与其电性连接；
分别在所述第一扩展电极和所述第二扩展电极上形成与其电性连接的第一焊盘电极和第二焊盘电极。
作为本发明的进一步改进，在“分别在所述第一扩展电极和所述第二扩展电极上形成与其电性连接的第一焊盘电极和第二焊盘电极”之前还包括步骤：
在所述倒装Mini LED芯片表面及侧面形成一层钝化层。
作为本发明的进一步改进，“分别在所述第一扩展电极和所述第二扩展电极上形成与其电性连接的第一焊盘电极和第二焊盘电极”具体包括：
在所述钝化层上刻蚀形成两个通孔，分别暴露所述第一扩展电极和所述第二扩展电极；
在所述钝化层上蒸镀第一焊盘电极和第二焊盘电极，所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极填充所述通孔，分别与所述第一扩展电极和所述第二扩展电极电性连接。
作为本发明的进一步改进，在“刻蚀所述P型半导体层和所述多量子阱层”之后还包括步骤：
刻蚀所述N型半导体层侧边及中心区域至暴露所述衬底。
本发明的有益效果是：本发明通过在N型半导体层上设置用于起结构支撑作用的第二P型半导体区和第二多量子阱区，并在其上方设置延伸至N型半导体层的扩展电极，以将第二焊盘电极与N型半导体层电性连接，从而在第一焊盘电极以及第二焊盘电极下方形成高度一致的结构，使得第一焊盘电极和第二焊盘电极的上端面平齐，能有效避免倒装Mini LED芯片在封装使用时出现固晶不良的问题，保证足够的焊接强度。
附图说明
图1是本发明一实施方式中的倒装Mini LED芯片的俯视图。
图2是本发明一实施方式中的倒装Mini LED芯片的侧视图。
图3是本发明一实施方式中的倒装Mini LED芯片制造方法的流程示意图。
图4至图7是本发明一实施方式中的倒装Mini LED芯片制造方法的各步骤示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施方式及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，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方式，都属于本申请保护的范围。
下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
为方便说明，本文使用表示空间相对位置的术语来进行描述，例如“上”、“下”、“后”、“前”等，用来描述附图中所示的一个单元或者特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的装置翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“上方”的单元将位于其他单元或特征“下方”或“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括下方和上方这两种空间方位。
如图1和图2所示，本发明提供一种倒装Mini LED芯片，其依次包括衬底1、N型半导体层2、多量子阱层3、和P型半导体层4。
所述衬底1的材质为蓝宝石、碳化硅、硅或上述材料的复合衬底，也可以为其他常用LED芯片衬底材料。
N型半导体层2和P型半导体层4为本领域常用的任一种III族氮化物基半导体层，本发明对此不作具体限制。
在本发明的一些实施方式中，所述衬底1上还设有氮化物缓冲层，以减小所述衬底1和半导体层之间的晶格失配，提高外延层的生长质量。
P型半导体层4包括相互间隔设置的第一P型半导体区41和第二P型半导体区42，多量子阱层3包括分别位于第一P型半导体区41和第二P型半导体区42下方的第一多量子阱区31和第二多量子阱区32。即第一P型半导体区41 与第一多量子阱区31外轮廓重叠，共同构成第一岛状结构a形成于N型半导体层2上；第二P型半导体区42与第二多量子阱区32外轮廓重叠，共同构成第二岛状结构b形成于N型半导体层2上。第一岛状结构a和第二岛状结构b间隔设置，以避免设置电极后两处形成电性连接。
具体的，第一岛状结构a和第二岛状结构b分别在形成多量子阱层3和P 型半导体层4后通过刻蚀形成，在本实施方式中，第一岛状结构a和第二岛状结构b横截面形状均呈圆角矩形，第一岛状结构a横截面积较大，其与N型半导体层2共同构成LED芯片的主要功能区用以发光，第二岛状结构b横截面积小于第一岛状结构a，其用于作为设置电极的支撑结构，其横截面积近似于设于其上的电极平面面积，以减少第二岛状结构b在LED芯片中所占据的空间体积。
由于第一岛状结构a和第二岛状结构b是通过刻蚀多量子阱层3和P型半导体层4多余部分形成，故第一岛状结构a和第二岛状结构b厚度一致。
在本发明的一些其他实施方式中，第一岛状结构a和第二岛状结构b也可根据LED芯片尺寸及电极形状而调整其形状。
第一P型半导体区41上设有与其电性连接的第一扩展电极51，第二P型半导体上设有第二扩展电极52，第二扩展电极52延伸至N型半导体层2，与其电性连接，且第二扩展电极52与第一P型半导体区41及第一多量子阱区31 之间绝缘间隔设置。
第一扩展电极51基本覆于第一P型半导体区41的上表面所有区域，其增加了电流横向扩展的路径，起到了扩展电流作用，缓解了电流拥挤效应。第二扩展电极52覆于第二岛状结构b表面，并沿第二岛状结构b侧面延伸至N型半导体层2，且在N型半导体层2表面扩展分布，以同样起到在N型半导体层 2上扩展电流的作用。
进一步的，第一扩展电极51和第二扩展电极52为Cr、Ti、Al、Ni、Pt、 Au或上述金属材料中的两种或多种组成的合金，第一扩展电极51和第二扩展电极52的厚度为1nm-3000nm。
由于第一扩展电极51与第二扩展电极52通过蒸镀同时形成，因此第一扩展电极51与第二扩展电极52厚度一致，即第一扩展电极51的上端面与第二扩展电极52在第二岛状结构b上方部分的上端面平齐。
具体的，在本实施方式中，第二扩展电极52沿第二岛状结构b朝向第一岛状结构a的侧面、以及与其相邻的两侧面向下延伸设置，从而使第二扩展电极 52与N型半导体层2之间具有更大的接触面积，以弥补第二扩展电极52未直接设置在N型半导体层2上的缺陷。于本发明的其他实施方式中，也可根据 LED芯片尺寸及形状等参数，而调整第二扩展电极52的形状。
在本发明的一些其他实施方式中，第一扩展电极51与第一P型半导体区 41之间还可设置一层透明导电层，以进一步起到扩展电流的作用，透明导电层为铟锡氧化物层或诸如掺铝氧化锌的其他透明导电材料，厚度范围为 10-300nm。
进一步的，在本发明的一些实施方式中，LED芯片表面及侧面还设有一层钝化层6，钝化层6为SiO2层，或为Si3N4层，或为SiO2层和Ti3O5层交替堆叠设置的布拉格反射层等绝缘性能优良的保护层，通过设置钝化层6，来对LED 芯片起到绝缘保护的作用。
更进一步的，N型半导体层2侧边及中心位置暴露衬底1，钝化层6覆盖 N型半导体层2侧边所暴露的衬底1，以起到侧边短路保护的作用，在N型半导体层2中间设置暴露衬底1的通孔(未示出)，作为顶针伸入区，避免顶针在顶起LED芯片时，破坏LED芯片表面结构。
钝化层6在第一扩展电极51及第二扩展电极52的上方分别形成有第一通孔61和第二通孔62，第一焊盘电极71和第二焊盘电极72设于钝化层6上，并分别填充第一通孔61和第二通孔62内空间，从而与第一扩展电极51和第二扩展电极52电性连接。
进一步的，第一焊盘电极71和第二焊盘电极72为Cr、Ti、Al、Ni、Pt、 Au、Sn或上述金属材料中的两种或多种组成的合金，第一焊盘电极71和第二第二焊盘电极72的厚度为1nm-5000nm。
由于第一焊盘电极71与第二焊盘电极72通过蒸镀同时形成，所以第一焊盘电极71与第二焊盘电极72厚度一致，即第一焊盘电极71和第二焊盘电极 72上端面平齐。
综上，本发明通过在N型半导体层2上设置用于起结构支撑作用的第二P 型半导体区42和第二多量子阱区32，并在其上方设置延伸至N型半导体层2 的扩展电极，以将第二焊盘电极72与N型半导体层2电性连接，从而在第一焊盘电极71以及第二焊盘电极72下方形成高度一致的结构，使得第一焊盘电极71和第二焊盘电极72的上端面平齐，能有效避免倒装Mini LED芯片在封装使用时出现固晶不良的问题，保证足够的焊接强度。
如图3所示，本发明还提供一种倒装Mini LED芯片的制造方法，包括步骤：
S1：如图4所示，提供一衬底1，在衬底1上依次生长N型半导体层2、多量子阱层3和P型半导体层4。
所述衬底1的材质为蓝宝石、碳化硅、硅或上述材料的复合衬底1，也可以为其他常用LED衬底1材料。
N型半导体层2和P型半导体层4为本领域常用的任一种III族氮化物基半导体层，本发明对此不作具体限制。
于发明的一些实施方式中，还可在所述衬底1上生长氮化物缓冲层，以减小所述衬底1和半导体层之间的晶格失配，提高外延层的生长质量。
S2：如图5所示，刻蚀P型半导体层4和多量子阱层3，形成间隔设置的第一多量子阱区31和第二多量子阱区32以及分别位于其上的第一P型半导体区41和第二P型半导体区42。
具体的，在本实施方式中，刻蚀P型半导体层4和多量子阱区的多余部分，形成横截面形状呈圆角矩形的第一岛状结构a和第二岛状结构b，第一P型半导体区41与第一多量子阱区31共同构成第一岛状结构a，第二P型半导体区 42与第二多量子阱区32共同构成第二岛状结构b。于其他实施方式，也可根据 LED芯片的型号尺寸及电极形状调整刻蚀区域。
进一步的，在本发明的一些实施方中，在步骤S2之后，还包括步骤：刻蚀N型半导体层2侧边缘与中心区域至暴露衬底1。
S3：如图6所示，分别在第一P型半导体区41和第二P型半导体区42上设置第一扩展电极51和第二扩展电极52，第一扩展电极51电性连接于第一P 型半导体区41，第二扩展电极52延伸至N型半导体层2，与其电性连接，且第二扩展电极52与第一P型半导体区41及第一多量子阱区31之间绝缘间隔设置。
S4：如图7所示，分别在第一扩展电极51和第二扩展电极52上形成与其电性连接的第一焊盘电极71和第二焊盘电极72。
进一步的，在本发明的一些实施方式中，在步骤S4之前还包括步骤：
在倒装Mini LED芯片表面及侧面形成一层钝化层6。
具体的，形成焊盘电极包括步骤：
在钝化层6上刻蚀形成两个通孔，分别暴露第一扩展电极51和第二扩展电极52。
在钝化层6上蒸镀第一焊盘电极71和第二焊盘电极72，第一焊盘电极71 和第二焊盘电极72填充通孔，分别与第一扩展电极51和第二扩展电极52电性连接。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种倒装Mini LED芯片，其依次包括衬底、N型半导体层、多量子阱层、和P型半导体层，其特征在于，
所述P型半导体层包括相互间隔设置的第一P型半导体区和第二P型半导体区，所述多量子阱层包括分别位于所述第一P型半导体区和所述第二P型半导体区下方的第一多量子阱区和第二多量子阱区；
所述第一P型半导体区上设有与其电性连接的第一扩展电极，所述第二P型半导体区上设有第二扩展电极，所述第二扩展电极延伸至所述N型半导体层，与其电性连接；
所述第一扩展电极和所述第二扩展电极上分别设有与其电性连接的第一焊盘电极和第二焊盘电极，所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极上端面平齐。
2.根据权利要求1所述的倒装Mini LED芯片，其特征在于，所述第一P型半导体区和所述第二P型半导体区、所述第一多量子阱区和所述第二多量子阱区、所述第一扩展电极和所述第二扩展电极、所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极的厚度分别一致。
3.根据权利要求2所述的倒装Mini LED芯片，其特征在于，所述倒装Mini LED芯片表面及侧面还设有一层钝化层，所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极设于所述钝化层之上，分别通过所述钝化层内的通孔电性连接于所述第一扩展电极和所述第二扩展电极。
4.根据权利要求3所述的倒装Mini LED芯片，其特征在于，所述钝化层为SiO2层，或为Si3N4层，或为SiO2层和Ti3O5层交替堆叠设置的布拉格反射层。
5.根据权利要求4所述的倒装Mini LED芯片，其特征在于，所述N型半导体层侧边及中心位置暴露所述衬底，所述钝化层覆盖所述N型半导体层侧边所暴露的部分所述衬底。
6.根据权利要求1所述的倒装Mini LED芯片，其特征在于，所述第一扩展电极和所述第二扩展电极为Cr、Ti、Al、Ni、Pt、Au或以上金属材料中的两种或多种组成的合金，所述第一扩展电极和所述第二扩展电极的厚度为1nm-3000nm。
7.根据权利要求1所述的倒装Mini LED芯片，其特征在于，所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极为Cr、Ti、Al、Ni、Pt、Au、Sn或以上金属材料中的两种或多种组成的合金，所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极的厚度为1nm-5000nm。
8.一种倒装Mini LED芯片的制造方法，其特征在于，包括步骤：
提供一衬底，在所述衬底上依次生长N型半导体层、多量子阱层和P型半导体层；
刻蚀所述P型半导体层和所述多量子阱层，形成间隔设置的第一多量子阱区和第二多量子阱区以及分别位于其上的第一P型半导体区和第二P型半导体区；
分别在所述第一P型半导体区和所述第二P型半导体区上设置第一扩展电极和第二扩展电极，所述第一扩展电极电性连接于所述第一P型半导体区，所述第二扩展电极延伸至所述N型半导体层，与其电性连接；
分别在所述第一扩展电极和所述第二扩展电极上形成与其电性连接的第一焊盘电极和第二焊盘电极。
9.根据权利要求8所述的倒装Mini LED芯片的制造方法，其特征在于，在“分别在所述第一扩展电极和所述第二扩展电极上形成与其电性连接的第一焊盘电极和第二焊盘电极”之前还包括步骤：
在所述倒装Mini LED芯片表面及侧面形成一层钝化层。
10.根据权利要求9所述的倒装Mini LED芯片的制造方法，其特征在于，“分别在所述第一扩展电极和所述第二扩展电极上形成与其电性连接的第一焊盘电极和第二焊盘电极”具体包括：
在所述钝化层上刻蚀形成两个通孔，分别暴露所述第一扩展电极和所述第二扩展电极；
在所述钝化层上蒸镀第一焊盘电极和第二焊盘电极，所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极填充所述通孔，分别与所述第一扩展电极和所述第二扩展电极电性连接。
11.根据权利要求8所述的倒装Mini LED芯片的制造方法，其特征在于，在“刻蚀所述P型半导体层和所述多量子阱层”之后还包括步骤：
刻蚀所述N型半导体层侧边及中心区域至暴露所述衬底。
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