CN115172558A - 一种具有反射电极结构的led芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有反射电极结构的LED芯片及其制备方法，属于半导体技术领域，包括：金属电极层、ITO透明导电层、CBL电流阻挡层、金属保护层、反射金属层以及外延层；通过将反射金属层移植到CBL结构中，形成具有反射作用的全新CBL结构的LED芯片结构。本发明既能反射电极下面的光线使之不被金属吸收，又能有效的扩散注入电流达到提高电流均匀性的目的，两者的作用都可以提高光的提取效率增加亮度，且金属反射层不参与导电不会主动产生热量，对反射电极的可靠性有很大提高。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，更具体的说是涉及一种具有反射电极结构的LED芯片及其制备方法。
背景技术
发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)是一种可以把电能转化成光能的半导体二极管。LED的心脏是一个半导体的晶片，称为LED芯片。LED芯片按照封装方式的不同，可以划分为正装结构、倒装结构和垂直结构。与传统正装结构芯片相比，倒装结构芯片在封装过程中不需要焊接金线，可以大电流驱动，芯片热阻较低，可靠性较高，因此倒装结构芯片在普通照明、背光、闪光灯、车用照明灯领域都有非常好的应用，并且越来越受到客户的青睐，应用范围也在不断的扩大。
GaN材料作为直接带隙的半导体材料，具有高热导，高硬度，高化学稳定性，高电导率等特性。在固态照明，光信息技术方面有巨大的应用潜力。现在的GaN材料生长及芯片制作方法主要为：在蓝宝石衬底上生长包括U-GaN层,N-GaN层,多量子阱层，P-GaN层结构，然后在这种结构上通过半导体加工方法制作出P,N极的电极，再通过切割的方法将单个芯片进行分离，成为单个器件。
现有技术中所具有的一些提高出光效率的芯片结构为：CBL电流阻挡层，金属反射电极层，表面粗化层，侧面平滑处理等结构和工艺方法。CBL膜层的作用是将透明的绝缘膜层铺垫在起电流注入作用的金属电极下面，可使电流注入时绕开金属电极接触区域，减少金属电极对光的吸收，而反射电极是在金属电极与外延片接触面上使用一种具有高反射率的金属层，有利于将从金属电极处出射的可见光再次反射会芯片里面，通过二次反射或者多次反射从其他不吸光的区域出射，防止光线被金属电极吸收。但是反射电极应用在LED芯片结构中有一种缺陷，例如反射金属层一般为AL,AG等高反射率金属，这类金属化学性质比较活泼，容易和氧元素，硫元素发生反应而破坏金属的反射率和导电性，甚至会破坏与之相接面的粘附性，在LED芯片结构中，反射层金属是与ITO透明导电层相接触，把注入电流传进ITO层，电流在ITO层中扩散进一步传输到GaN材料中。ITO薄膜层中含有一些活跃的氧元素，还容易吸附一些其他杂质，在LED芯片制作工艺中的高温退火和使用中的芯片发热，都会造成ITO薄膜的氧元素和其他杂志元素进入到金属反射层中，进而破坏反射层的作用而危及到芯片的性能。有一种方法可以解决此问题，就是在金属反射层和ITO薄膜层之间加入很薄的一层金属隔离层，比如铬，镍，鈦等，但是这会显著影响金属反射层的反射率，降低反射电极的作用。
因此，如何提供一种具有反射电极结构的LED芯片及其制备方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种具有反射电极结构的LED芯片及其制备方法，将反射电极中的金属反射层移植到CBL电流阻挡层中去，使得金属反射层的正面和侧面全部包裹在CBL薄层中隔绝外界杂质的侵入，在高温融合ITO时不会有不良反应，且由于与金属电极不直接接触，没有电流流过不会主动产生热量，进而提高其稳定性。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一方面，本发明提供了一种具有反射电极结构的LED芯片，包括：金属电极层、ITO透明导电层、CBL电流阻挡层、金属保护层、反射金属层以及外延层；
其中，所述反射金属层、所述金属保护层、所述CBL电流阻挡层、所述ITO透明导电层以及所述金属电极层依次层叠在所述外延层上。
优选的，所述CBL电流阻挡层的厚度大于所述反射金属层的厚度。
优选的，所述反射金属层材料为对可见光具有高反射率的单层金属或多层金属的任一种，所述反射金属层与所述外延层接触面为高反射率金属，对于440-470nm波段的反射率大于90％。
优选的，所述反射金属层的厚度范围为：0-100nm。
更优的，所述反射金属层为Ag、Al或者其他具有高反射率的金属，厚度在0-100nm之间时，反射效果随厚度递增，厚度超过100nm后反射率不在增加。
优选的，所述CBL电流阻挡层为透明绝缘薄膜，形状与所述反射金属层相同，其中，所述CBL电流阻挡层边缘向外延伸3.10-15UM，使所述CBL电流阻挡层完全覆盖所述反射金属层。
优选的，所述CBL电流阻挡层的厚度范围为：100-200nm。
更优的，所述CBL电流阻挡层为二氧化硅、氮化硅、三氧化铝、氮化铝等一种或者组合材料，厚度100-200nm，低于100nm阻挡效果差，高于200nm薄膜应力增加。
优选的，所述ITO透明导电层的厚度范围为60nm-230nm，对于440-470nm波段的透射率率大于90％。
更优的，所述透明电极层的厚度在60-230nm之间，当小于60nm会影响整体电流传输的均匀性，产生电性不良，超过230nm会导致对光的透过率不足。
优选的，所述金属电极层为一层或多层金属的任一种形式，所述金属电极层所用的金属材料为具备反射效果或不具备反射效果任一种形式。
优选的，所述金属保护层的厚度范围为：10nm-100nm。
更优的，所述金属保护层为Ti、W、Cr等具有较强粘附性，且化学***较稳定的金属，厚度10nm-100nm，厚度小于10nm对反射金属的保护性变差，大于100nm整体金属太厚，对薄膜应力有不良影响。
另一方面，本发明还提供了一种具有反射电极结构的LED芯片的制备方法，包括如下步骤：
S100：将生长好的外延层进行清洗后利用干法蚀刻出P-N平台；
S200：以溅射或蒸镀的任一种方式得到一层反射金属层，并利用剥离或刻蚀的任一种方法形成大小形状与所述金属电极成一致的图形；
其中，所述反射金属层包括单层金属或多层金属的任一种，所述反射金属层与所述外延层的接触面为高反射率金属；
S300：沉积一层透明绝缘的氮氧化物层作为CBL电流阻挡层，利用蚀刻的方式制作与所述反射金属层相同的图形，并将图形边缘向外延伸10-15UM做到完全覆盖所述金属反射层的图形；
S400：以蒸镀或溅射的任一种方式得到一层ITO透明导电层；
S500：以蒸镀一层或多层金属的任一种方法制备金属电极层，并利用蚀刻或剥离的任一种方法将所述金属电极层的外貌制作成与所述反射金属层一致的图形。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种具有反射电极结构的LED芯片及其制备方法，具备CBL电流阻挡层结构，并且将反射金属层移植到CBL结构中，形成具有反射作用的全新CBL结构的LED芯片结构。本发明既能反射电极下面的光线使之不被金属吸收，又能有效的扩散注入电流达到提高电流均匀性的目的，两者的作用都可以提高光的提取效率增加亮度，且金属反射层不参与导电不会主动产生热量，对反射电极的可靠性有很大提高。
附图说明
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。
图1为本发明提供的一种具有反射电极结构的LED芯片结构示意图；
图2为本发明实施例2提供的一种具有反射电极结构的LED芯片结构示意图；
图3为本发明实施例3提供的一种具有反射电极结构的LED芯片结构示意图；
图4为本发明实施例4提供的一种具有反射电极结构的LED芯片结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
实施例1
一方面，参见附图1所示，本发明实施例1公开了一种具有反射电极结构的LED芯片，同时具有反射电极结构及CBL电流阻挡层结构，且反射电极中的金属反射层要移植到CBL结构中去，CBL厚度要大于反射金属层厚度这样有利于完全包裹反射金属层的侧面，且CBL厚度范围在100-200nm之间，反射金属层为保证高反射率，厚度应该大于100nm；
金属反射层可以为AL,AG等对可见光具有高反射率的单层金属或者多层金属，与外延片接触面必须为高反射率金属对于440-470nm波段的反射率要大于90％。其他金属的作用可以是保护高反射率金属或者是增强与CBL膜层的粘附性；
CBL膜层可以是SIO2，SIN，AL2O3，ALN等透明且绝缘的薄膜，形状与反射层相同，图形边缘向外延伸10-15UM做到完全覆盖金属反射层的图形，完全包裹金属反射层使其在后续的ITO高温融合中不会受到高温的破坏而影响其反射率；
ITO透明导电层的厚度为60nm-230nm之间，对于440-470nm波段的透射率率要大于90％；
制作的金属电极可以具有反射效果也可以不具有反射效果，其原因是反射电极的反射层已经移植到CBL，所以金属电极可以不具备反射效果。但是从材料的成本考虑也可以应用AL金属等具有反射效果的金属来代替AU等贵金属使其具有反射效果。
具体的包括：金属电极层、ITO透明导电层、CBL电流阻挡层、金属保护层、反射金属层以及外延层；
其中，反射金属层、金属保护层、CBL电流阻挡层、ITO透明导电层以及金属电极层依次层叠在外延层上。
在一个具体实施例中，CBL电流阻挡层的厚度大于反射金属层的厚度。
在一个具体实施例中，反射金属层材料为对可见光具有高反射率的单层金属或多层金属的任一种，反射金属层与外延层接触面为高反射率金属，对于440-470nm波段的反射率大于90％。
在一个具体实施例中，反射金属层的厚度范围为：0-100nm。
具体的，反射金属层为Ag、Al或者其他具有高反射率的金属，厚度在0-100nm之间时，反射效果随厚度递增，厚度超过100nm后反射率不在增加。
在一个具体实施例中，CBL电流阻挡层为透明绝缘薄膜，形状与反射金属层相同，其中，CBL电流阻挡层边缘向外延伸3.10-15UM，使CBL电流阻挡层完全覆盖反射金属层。
在一个具体实施例中，CBL电流阻挡层的厚度范围为：100-200nm。
具体的，CBL电流阻挡层为二氧化硅、氮化硅、三氧化铝、氮化铝等一种或者组合材料，厚度100-200nm，低于100nm阻挡效果差，高于200nm薄膜应力增加。
在一个具体实施例中，ITO透明导电层的厚度范围为60nm-230nm，对于440-470nm波段的透射率率大于90％。
具体的，透明电极层的厚度在60-230nm之间，当小于60nm会影响整体电流传输的均匀性，产生电性不良，超过230nm会导致对光的透过率不足。
在一个具体实施例中，金属电极层为一层或多层金属的任一种形式，金属电极层所用的金属材料为具备反射效果或不具备反射效果任一种形式。
在一个具体实施例中，金属保护层的厚度范围为：10nm-100nm。
具体的，金属保护层为Ti、W、Cr等具有较强粘附性，且化学***较稳定的金属，厚度10nm-100nm，厚度小于10nm对反射金属的保护性变差，大于100nm整体金属太厚，对薄膜应力有不良影响。
另一方面，本发明实施例1公开了一种具有反射电极结构的LED芯片的制备方法，包括如下步骤：
S100：将生长好的外延层进行清洗后利用干法蚀刻出P-N平台；
S200：以溅射或蒸镀的任一种方式得到一层反射金属层，并利用剥离或刻蚀的任一种方法形成大小形状与金属电极成一致的图形；
其中，反射金属层包括单层金属或多层金属的任一种，反射金属层与外延层的接触面为高反射率金属；
S300：沉积一层透明绝缘的氮氧化物层作为CBL电流阻挡层，利用蚀刻的方式制作与反射金属层相同的图形，并将图形边缘向外延伸10-15UM做到完全覆盖金属反射层的图形；
S400：以蒸镀或溅射的任一种方式得到一层ITO透明导电层，并利用蚀刻的方法制作出电流传导层；
S500：以蒸镀一层或多层金属的任一种方法制备金属电极层，并利用蚀刻或剥离的任一种方法将金属电极层的外貌制作成与反射金属层一致的图形。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种具有反射电极结构的LED芯片及其制备方法，既能反射电极下面的光线使之不被金属吸收，又能有效的扩散注入电流达到提高电流均匀性的目的，两者的作用都可以提高光的提取效率增加亮度，且金属反射层不参与导电不会主动产生热量，对反射电极的可靠性有很大提高。
实施例2
参见附图2所示，为本实施例2提供的一种具有反射电极结构的LED芯片结构的一种形式。其所用的制备方法可以为：
制备方法一的流程包括：
1、清洗外延片后，利用干法蚀刻出P-N台阶，芯片尺寸为12*12mil。
2、蒸镀两层金属，分别是Al 100nm Cr 10nm，Al为金属反射层与外延片表面接触，Cr为保护层，利用蚀刻或者是剥离的方式制作出相应图形。
3、沉积一层SIO2薄膜，利用蚀刻的方式得到相应图形，图形完全覆盖住金属反射层形成CBL电流阻挡层结构，且向外延伸12um。
4、蒸镀或者溅射一层ITO透明导电层，利用蚀刻的方式得到相应的图形。
5、蒸镀三层金属为Cr，Ni，Au厚度为20nm，100nm，1000nm做为芯片的金属电极层，利用剥离的方式得到相应的图形，图形形状大小位置与金属反射层完全一致。
6、将芯片减薄切割后，进行SMD 2835封装后测试芯片亮度比正常反射电极的芯片高2％左右。
制备方法二的流程包括：
1、清洗外延片后，利用干法蚀刻出P-N台阶，芯片尺寸为12*12mil。
2、蒸镀两层金属，分别是Al 100nm Cr 10nm，Al为金属反射层与外延片表面接触，Cr为保护层，利用蚀刻或者是剥离的方式制作出相应图形。
3、沉积一层SIN薄膜，利用蚀刻的方式得到相应图形，图形完全覆盖住金属反射层形成CBL电流阻挡层结构，且向外延伸12um。
4、蒸镀或者溅射一层ITO透明导电层，利用蚀刻的方式得到相应的图形。
5、蒸镀三层金属为Cr，Ni，Au厚度为20nm，100nm，2000nm做为芯片的金属电极层，利用剥离的方式得到相应的图形，图形形状大小位置与金属反射层完全一致，如图3。
6、将芯片减薄切割后，进行SMD 3535封装后测试芯片亮度比正常反射电极的芯片高3％左右。
实施例3：
参见附图3所示，为本实施例3提供的一种具有反射电极结构的LED芯片结构的一种形式。其所用的制备方法可以为：
制备方法一的流程包括：
1、清洗外延片后，利用干法蚀刻出P-N台阶，芯片尺寸为32*32mil。
2、蒸镀两层金属，分别是Ag 100nmNi 10nm，Ag为金属反射层与外延片表面接触，Ni为保护层，利用蚀刻或者是剥离的方式制作出相应图形。
3、沉积一层SIO2薄膜，利用蚀刻的方式得到相应图形，图形完全覆盖住金属反射层形成CBL电流阻挡层结构，且向外延伸15um。
4、蒸镀或者溅射一层ITO透明导电层，利用蚀刻的方式得到相应的图形。
5、蒸镀三层金属为Cr，Ni，Au厚度为20nm，100nm，2000nm做为芯片的金属电极层，利用剥离的方式得到相应的图形，图形形状大小位置与金属反射层完全一致。
6、将芯片减薄切割后，进行SMD 5050封装后测试芯片亮度比正常反射电极的芯片高3％左右。
制备方法二的流程包括：
1、清洗外延片后，利用干法蚀刻出P-N台阶，芯片尺寸为32*32mil。
2、蒸镀两层金属，分别是Ag 100nm Ni 10nm，Ag为金属反射层与外延片表面接触，Ni为保护层，利用蚀刻或者是剥离的方式制作出相应图形。
3、沉积一层SIN薄膜，利用蚀刻的方式得到相应图形，图形完全覆盖住金属反射层形成CBL电流阻挡层结构，且向外延伸15um。
4、蒸镀或者溅射一层ITO透明导电层，利用蚀刻的方式得到相应的图形。
5、蒸镀三层金属为Cr，Ni，Au厚度为20nm，100nm，2000nm做为芯片的金属电极层，利用剥离的方式得到相应的图形，图形形状大小位置与金属反射层完全一致。
6、将芯片减薄切割后，进行SMD 5050封装后测试芯片亮度比正常反射电极的芯片高3％左右。
实施例4：
参见附图4所示，为本实施例3提供的一种具有反射电极结构的LED芯片结构的一种形式。其所用的制备方法可以为：
1、清洗外延片后，利用干法蚀刻出P-N台阶，芯片尺寸为45*45mil。
2、蒸镀两层金属，分别是Ag 100nm Ni 10nm，Ag为金属反射层与外延片表面接触，Ni为保护层，利用蚀刻或者是剥离的方式制作出相应图形。
3、沉积一层SIN薄膜，利用蚀刻的方式得到相应图形，图形完全覆盖住金属反射层形成CBL电流阻挡层结构，且向外延伸15um。
4、蒸镀或者溅射一层ITO透明导电层，利用蚀刻的方式得到相应的图形。
5、蒸镀三层金属为Cr，Al，Ni，Al厚度为1nm，120nm，100nm，2000nm做为芯片的金属电极层，利用剥离的方式得到相应的图形，图形形状大小位置与金属反射层完全一致。利用Al代替Au既节约了成本，且电极表面也具反射作用可以把一些被封装器件反射回芯片的光再次反射出去，提高出光效率。
6、将芯片减薄切割后，进行SMD 5050封装后测试芯片亮度比正常反射电极的芯片高4％左右。
更具体的，制作的金属电极层可以具有反射效果也可以不具有反射效果，其原因是反射电极的反射层已经移植到CBL，所以金属电极层可以不具备反射效果。但是从材料的成本考虑也可以应用AL金属等具有反射效果的金属来代替AU等贵金属使其具有反射效果。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种具有反射电极结构的LED芯片及其制备方法，具备CBL电流阻挡层结构，并且将反射金属层移植到CBL结构中，形成具有反射作用的全新CBL结构的LED芯片结构。本发明既能反射电极下面的光线使之不被金属吸收，又能有效的扩散注入电流达到提高电流均匀性的目的，两者的作用都可以提高光的提取效率增加亮度，且金属反射层不参与导电不会主动产生热量，对反射电极的可靠性有很大提高。
需要说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。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。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
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发明。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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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。
Claims (10)
1.一种具有反射电极结构的LED芯片，其特征在于，包括：金属电极层、ITO透明导电层、CBL电流阻挡层、金属保护层、反射金属层以及外延层；
其中，所述反射金属层、所述金属保护层、所述CBL电流阻挡层、所述ITO透明导电层以及所述金属电极层依次层叠在所述外延层上。
2.根据权利要求1所述的一种具有反射电极结构的LED芯片，其特征在于，所述CBL电流阻挡层的厚度大于所述反射金属层的厚度。
3.根据权利要求2所述的一种具有反射电极结构的LED芯片，其特征在于，所述反射金属层材料为对可见光具有高反射率的单层金属或多层金属的任一种，所述反射金属层与所述外延层接触面为高反射率金属，对于440-470nm波段的反射率大于90％。
4.根据权利要求3所述的一种具有反射电极结构的LED芯片，其特征在于，所述反射金属层的厚度范围为：0-100nm。
5.根据权利要求4所述的一种具有反射电极结构的LED芯片，其特征在于，所述CBL电流阻挡层为透明绝缘薄膜，形状与所述反射金属层相同，其中，所述CBL电流阻挡层边缘向外延伸3.10-15UM，使所述CBL电流阻挡层完全覆盖所述反射金属层。
6.根据权利要求5所述的一种具有反射电极结构的LED芯片，其特征在于，所述CBL电流阻挡层的厚度范围为：100-200nm。
7.根据权利要求1所述的一种具有反射电极结构的LED芯片，其特征在于，所述ITO透明导电层的厚度范围为60nm-230nm，对于440-470nm波段的透射率率大于90％。
8.根据权利要求1所述的一种具有反射电极结构的LED芯片，其特征在于，所述金属电极层为一层或多层金属的任一种形式，所述金属电极层所用的金属材料为具备反射效果或不具备反射效果任一种形式。
9.根据权利要求1所述的一种具有反射电极结构的LED芯片，其特征在于，所述金属保护层的厚度范围为：10nm-100nm。
10.一种具有反射电极结构的LED芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100：将生长好的外延层进行清洗后利用干法蚀刻出P-N平台；
S200：以溅射或蒸镀的任一种方式得到一层反射金属层，并利用剥离或刻蚀的任一种方法形成大小形状与所述金属电极成一致的图形；
其中，所述反射金属层包括单层金属或多层金属的任一种，所述反射金属层与所述外延层的接触面为高反射率金属；
S300：沉积一层透明绝缘的氮氧化物层作为CBL电流阻挡层，利用蚀刻的方式制作与所述反射金属层相同的图形，并将图形边缘向外延伸10-15UM做到完全覆盖所述金属反射层的图形；
S400：以蒸镀或溅射的任一种方式得到一层ITO透明导电层；
S500：以蒸镀一层或多层金属的任一种方法制备金属电极层，并利用蚀刻或剥离的任一种方法将所述金属电极层的外貌制作成与所述反射金属层一致的图形。
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