CN117012875A - 一种led芯片及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种LED芯片及其制作方法，通过：在所述导电基板的表面依次设置导电型键合层、金属反射层、介质层、第二欧姆接触层以及外延叠层；其中，所述介质层具有若干个通孔，且在所述通孔内设有第一欧姆接触层；所述第二欧姆接触层与所述第一欧姆接触层形成接触。从而，在所述外延叠层表面通过介质层+金属反射层的配合形成了ODR全方向反射镜，使光线被反射后从LED芯片的上表面取出，有效地提升了芯片整体反射率、增加了光提取效率；同时，通过所述第一欧姆接触层、第二欧姆接触层和通孔的配合接触，在保证金属反射层与外延叠层的半导体材料接触的同时，可横向阻挡所述金属反射层和电极的金属扩散。

Description

一种LED芯片及其制作方法
技术领域
本发明涉及LED芯片领域，尤其涉及一种LED芯片及其制作方法。
背景技术
现有的发光二极管包括水平类型和垂直类型。垂直类型的发光二极管通过把半导体外延叠层转移到其它的基板如硅、碳化硅或金属基板上，并移除原始外延生长的衬底的工艺获得，相较于水平类型，可以有效改善外延生长衬底带来的吸光、电流拥挤或散热性差的技术问题。衬底的转移一般采用键合工艺，键合主要通过金属-金属高温高压键合，即在半导体外延叠层一侧与基板之间形成金属键合层。半导体外延叠层的另一侧提供出光侧，出光侧配置有一打线电极提供电流的注入或流出，半导体外延叠层的下方的基板提供电流的流出或流入，由此形成电流垂直经过半导体外延叠层的发光二极管。
为了提高出光效率，通常会在金属键合层的一侧设计反射镜，如金属反射镜或由金属反射镜+介质层所形成的全方位反射镜(ODR)，将金属键合层一侧的出光反射至出光侧，提高出光效率。然而，由于常规的金属反射镜层存在热稳定性差、易扩散等问题，在LED芯片制程中，尤其是在高温退火工艺中，经常会造成金属团簇或扩散，金属团簇会造成金属反射镜层的反射率降低及在LED芯片电极局部形成高阻态，从而使LED芯片的亮度降低或电压升高，整体LED芯片的光效降低。
有鉴于此，本发明人专门设计了一种LED芯片及其制作方法，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的在于提供LED芯片及其制作方法，以解决现有的垂直结构LED芯片中反射效果差，以及金属反射镜层热稳定性差、易扩散的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种LED芯片，包括：
导电基板及沿所述导电基板的表面依次设置的导电型键合层、金属反射层、介质层、第二欧姆接触层以及外延叠层；其中，所述介质层具有若干个通孔，且在所述通孔内设有第一欧姆接触层；所述第二欧姆接触层与所述第一欧姆接触层形成接触；
正电极，其设置于所述外延叠层背离所述第二欧姆接触层的一侧表面；
背电极，其设置于所述导电基板背离所述导电型键合层的一侧表面。
优选地，所述第一欧姆接触层包括金属欧姆接触层。
优选地，所述第一欧姆接触层的高度不高于所述介质层的高度。
优选地，所述第一欧姆接触层包括Au、Zn、Ge、Ni、Be、Ti中的一种或多种。
优选地，所述正电极沿第一方向的正投影至少覆盖部分所述通孔；其中，所述第一方向垂直于所述导电基板，并由所述导电基板指向所述外延叠层。
优选地，各所述通孔的直径以所述正电极的正投影所覆盖的通孔的区域为中心向***逐渐增大。
优选地，所述第一欧姆接触层完全填充各所述通孔。
优选地，所述第二欧姆接触层包括半导体材料层或金属欧姆接触层。
优选地，所述外延叠层至少包括沿所述第一方向依次堆叠的第二型限制层、第二型波导层、有源区、第一型波导层以及第一型限制层。
优选地，在所述外延叠层的至少一侧表面设有电流扩展层。
本发明还提供了一种LED芯片的制作方法，包括如下步骤：
S01、提供一生长衬底；
S02、在所述生长衬底表面生长外延叠层，所述外延叠层包括沿生长方向依次生长的缓冲层、腐蚀截止层、第一型限制层、第一型波导层、有源区、第二型波导层以及第二型限制层；
S03、在所述外延叠层表面形成第二欧姆接触层；
S04、在所述第二欧姆接触层的表面形成介质层，且所述介质层具有若干个通孔，所述通孔裸露所述第二欧姆接触层的部分表面；
S05、在所述通孔内沉积第一欧姆接触层，所述第一欧姆接触层包括金属欧姆接触层；
S06、制作金属反射层，所述金属反射层沉积于所述介质层的表面，并与所述第一欧姆接触层形成接触；
S07、提供一导电基板，并通过键合工艺，使所述导电基板通过导电型键合层设置于所述金属反射层的表面；
S08、去除所述生长衬底、缓冲层以及腐蚀截止层；
S09、在所述外延叠层背离所述导电基板一侧形成正电极，以及在所述导电基板背离所述外延层一侧形成背电极。
优选地，所述第一欧姆接触层的高度不高于所述介质层的高度。
优选地，所述正电极沿第一方向的正投影至少覆盖部分所述通孔；其中，所述第一方向垂直于所述导电基板，并由所述导电基板指向所述外延叠层。
优选地，各所述通孔的直径以所述正电极的正投影所覆盖的通孔的区域为中心向***逐渐增大。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的LED芯片，通过：在所述导电基板的表面依次设置导电型键合层、金属反射层、介质层、第二欧姆接触层以及外延叠层；其中，所述介质层具有若干个通孔，且在所述通孔内设有第一欧姆接触层；所述第二欧姆接触层与所述第一欧姆接触层形成接触；正电极，其设置于所述外延叠层背离所述第二欧姆接触层的一侧表面；背电极，其设置于所述导电基板背离所述导电型键合层的一侧表面。从而，在所述外延叠层表面通过介质层+金属反射层的配合形成了ODR全方向反射镜，使光线被反射后从LED芯片的上表面取出，有效地提升了芯片整体反射率、增加了光提取效率；同时，通过所述第一欧姆接触层、第二欧姆接触层和通孔的配合接触，在保证金属反射层与外延叠层的半导体材料接触的同时，可横向阻挡所述金属反射层和电极的金属扩散。
进一步地，所述第一欧姆接触层包括金属欧姆接触层，且所述第一欧姆接触层的高度不高于所述介质层的高度；可选地，所述第一欧姆接触层包括稳定性较高的Au、Zn、Ge、Ni、Be、Ti中的一种或多种，在保证金属反射层与外延叠层的半导体材料接触的同时，可更好地避免金属反射层、电极以及第一欧姆接触层的金属扩散。
其次，所述正电极沿第一方向的正投影至少覆盖部分所述通孔；其中，所述第一方向垂直于所述导电基板，并由所述导电基板指向所述外延叠层。进一步地，各所述通孔的直径以所述正电极的正投影所覆盖的通孔的区域为中心向***逐渐增大。从而，使被正电极所遮蔽的芯片区域具有较大面积的介质层，并所述通孔直径以被正电极所遮蔽的芯片区域为中心向***逐渐增大；以阻止电流直接流入正电极下方的有源区，并优化电流走向，很好地实现电流横向扩展的效果。
本发明提供的LED芯片的制作方法，在实现上述LED芯片的有益效果的同时，其工艺制作简单、便捷，节约了成本，便于生产化。
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为本发明实施例所提供的LED芯片的结构示意图；
图2.1至图2.10为本发明实施例所提供的LED芯片的制作方法步骤所对应的结构示意图；
图中符号说明：
1、导电基板；
2、生长衬底；
3、缓冲层；
4、腐蚀截止层；
5、N型欧姆接触层
6、第一型限制层；
7、第一型波导层；
8、有源区；
9、第二型波导层；
10、第二型限制层；
11、第二欧姆接触层；
12、介质层，12.1、通孔；
13、第一欧姆接触层；
14、金属反射层；
15、导电型键合层；
16、正电极；
17、背电极。
具体实施方式
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。
如图1所示，一种LED芯片，包括：
导电基板1及沿所述导电基板1的表面依次设置的导电型键合层15、金属反射层14、介质层12、第二欧姆接触层11以及外延叠层；其中，所述介质层12具有若干个通孔12.1，且在所述通孔12.1内设有第一欧姆接触层13；所述第二欧姆接触层11与所述第一欧姆接触层13形成接触；
正电极16，其设置于所述外延叠层背离所述第二欧姆接触层11的一侧表面；
背电极17，其设置于所述导电基板1背离所述导电型键合层15的一侧表面。
基于上述实施例，在本发明一实施例中，所述第一欧姆接触层13包括金属欧姆接触层。
基于上述实施例，在本发明一实施例中，所述第一欧姆接触层13的高度不高于所述介质层12的高度。
基于上述实施例，在本发明一实施例中，所述第一欧姆接触层13包括Au、Zn、Ge、Ni、Be、Ti中的一种或多种。
基于上述实施例，在本发明一实施例中，所述正电极16沿第一方向的正投影至少覆盖部分所述通孔12.1；其中，所述第一方向垂直于所述导电基板1，并由所述导电基板1指向所述外延叠层。
基于上述实施例，在本发明一实施例中，各所述通孔12.1的直径以所述正电极16的正投影所覆盖的通孔12.1的区域为中心向***逐渐增大。
基于上述实施例，在本发明一实施例中，所述第一欧姆接触层13完全填充各所述通孔12.1。
基于上述实施例，在本发明一实施例中，所述第二欧姆接触层11包括半导体材料层或金属欧姆接触层。
基于上述实施例，在本发明一实施例中，所述外延叠层至少包括沿所述第一方向依次堆叠的第二型限制层10、第二型波导层9、有源区8、第一型波导层7以及第一型限制层6。
基于上述实施例，在本发明一实施例中，在所述外延叠层的至少一侧表面设有电流扩展层(图中未示意)。具体地，电流扩展层设置于所述第二型限制层10背离所述第二型波导层9的一侧表面，和/或电流扩展层设置于所述第一型限制层6背离所述第一型波导层7的一侧表面，本实施例对此不作限定。
相应地，本发明还提供了一种LED芯片的制作方法，包括如下步骤：
S01、如图2.1所示，提供一生长衬底2；
基于上述实施例，在本发明一实施例中，所述生长衬底2可以为GaAs临时衬底，对此本发明不做具体限制。
S02、如图2.2所示，在所述生长衬底2表面生长外延叠层，所述外延叠层包括沿生长方向依次生长的缓冲层3、腐蚀截止层4、N型欧姆接触层5、第一型限制层6、第一型波导层7、有源区8、第二型波导层9以及第二型限制层10；
需要说明的是，本实施例所述的第一型为N型或P型，相应地，第二型为P型或N型。此外，N型掺杂剂，可以为硅(Si)、碲(Te)中的至少一种，但不限于此；进一步地，所述第一型掺杂剂优选为Si。相应地，P型掺杂剂，可以为镁(Mg)、锌(Zn)中的至少一种，但不限于此；进一步地，所述第二型掺杂剂优选为Mg。
基于上述实施例，在本发明一实施例中，所述缓冲层3可以为N型GaAs缓冲层3，腐蚀截止层4可以为N型GaInP腐蚀截止层4。其中，外延叠层可以为AlGaInP基外延层或AlGaAs基外延层，对此本发明不做具体限制。
S03、如图2.3所示，在所述外延叠层表面形成第二欧姆接触层11；
基于上述实施例，在本发明一实施例中，所述第二欧姆接触层11包括P型欧姆接触层，对此本发明不做具体限制。
S04、如图2.4所示，在所述第二欧姆接触层11的表面形成介质层12，且所述介质层12具有若干个通孔12.1，所述通孔12.1裸露所述第二欧姆接触层11的部分表面；
基于上述实施例，在本发明的一个实施例中，所述介质层12包括氧化硅层、氮化硅层、氮氧化硅层、氧化钛层、氧化铝层、氟化镁层和氧化铪层中的任意一层或多层，对此本发明不做具体限制。
基于上述实施例，在本发明的一个实施例中，所述介质层12具有m个所述通孔12.1，m为不小于2的正整数。
S05、如图2.5所示，在所述通孔12.1内沉积第一欧姆接触层13，所述第一欧姆接触层13包括金属欧姆接触层；
基于上述实施例，在本发明一实施例中，所述第一欧姆接触层13包括Au、Zn、Ge、Ni、Be、Ti中的一种或多种，对此本发明不做具体限制。
S06、如图2.6所示，制作金属反射层14，所述金属反射层14沉积于所述介质层12的表面，并与所述第一欧姆接触层13形成接触；
基于上述实施例，在本发明的一个实施例中，所述金属反射层14包括铝金属层、银金属层、金金属层、铂金属层、铅金属层、镍金属层、铟金属层、锌金属层、铬金属层、铌金属层、钛金属层、锡金属层和铑金属层中的任意一层或多层，对此本发明不做具体限制。
S07、如图2.7所示，提供一导电基板1，并通过键合工艺，使所述导电基板1通过导电型键合层15设置于所述金属反射层14的表面，以获得如图2.8所示的芯片结构；
基于上述实施例，在本发明的一个实施例中，所述导电型键合层15包括但不限于Au、In、Ni、Sn、Ag、Cu中的一种或者至少两种金属形成的合金，对此本发明不做具体限制。
基于上述实施例，在本发明一实施例中，本发明提供的导电基板1可以为P型低阻硅片，对此本发明不做具体限制。
S08、如图2.9所示，去除所述生长衬底2、缓冲层3以及腐蚀截止层4；
其中，在去除腐蚀截止层4后，可以对N型欧姆接触层5进行图形化处理形成N型欧姆接触图形，而后通过后续光刻、蒸镀、剥离、退火工艺制备N型电极，亦即制备正电极16。
S09、如图2.10所示，在所述外延叠层背离所述导电基板1一侧形成正电极16，以及在所述导电基板1背离所述外延层一侧形成背电极17。
可选的，在外延叠层表面通过刻蚀工艺保留部分所述N型欧姆接触层5以在其表面形成正电极16后，对导电基板1进行研磨减薄处理，晶格蒸镀退火工艺制备P型电极，亦即制备背电极17；最后可以经过正切、背切、裂片工序，将片源分割为独立的发光二极管，对此与现有技术相同，故本发明不做多余赘述。
基于上述实施例，在本发明一实施例中，所述第一欧姆接触层13的高度不高于所述介质层12的高度。
基于上述实施例，在本发明一实施例中，所述正电极16沿第一方向的正投影至少覆盖部分所述通孔12.1；其中，所述第一方向垂直于所述导电基板1，并由所述导电基板1指向所述外延叠层。
基于上述实施例，在本发明一实施例中，各所述通孔12.1的直径以所述正电极16的正投影所覆盖的通孔12.1的区域为中心向***逐渐增大。
基于上述实施例，在本发明一实施例中，在所述外延叠层的至少一侧表面设有电流扩展层(图中未示意)，具体地，电流扩展层设置于所述第二型限制层10背离所述第二型波导层9的一侧表面，和/或电流扩展层设置于所述第一型限制层6背离所述第一型波导层7的一侧表面，本实施例对此不作限定。
经由上述的技术方案可知，本发明实施例提供的LED芯片，通过：在所述导电基板1的表面依次设置导电型键合层15、金属反射层14、介质层12、第二欧姆接触层11以及外延叠层；其中，所述介质层12具有若干个通孔12.1，且在所述通孔12.1内设有第一欧姆接触层13；所述第二欧姆接触层11与所述第一欧姆接触层13形成接触；正电极16，其设置于所述外延叠层背离所述第二欧姆接触层11的一侧表面；背电极17，其设置于所述导电基板1背离所述导电型键合层15的一侧表面。从而，在所述外延叠层表面通过介质层12+金属反射层14的配合形成了ODR全方向反射镜，使光线被反射后从LED芯片的上表面取出，有效地提升了芯片整体反射率、增加了光提取效率；同时，通过所述第一欧姆接触层13、第二欧姆接触层11和通孔12.1的配合接触，在保证金属反射层14与外延叠层的半导体材料接触的同时，可横向阻挡所述金属反射层14和电极的金属扩散。
进一步地，所述第一欧姆接触层13包括金属欧姆接触层，且所述第一欧姆接触层13的高度不高于所述介质层12的高度；可选地，所述第一欧姆接触层13包括稳定性较高的Au、Zn、Ge、Ni、Be、Ti中的一种或多种，在保证金属反射层14与外延叠层的半导体材料接触的同时，可更好地避免金属反射层14、电极以及第一欧姆接触层13的金属扩散。
其次，所述正电极16沿第一方向的正投影至少覆盖部分所述通孔12.1；其中，所述第一方向垂直于所述导电基板1，并由所述导电基板1指向所述外延叠层。进一步地，各所述通孔12.1的直径以所述正电极16的正投影所覆盖的通孔12.1的区域为中心向***逐渐增大。从而，使被正电极16所遮蔽的芯片区域具有较大面积的介质层12，并所述通孔12.1直径以被正电极16所遮蔽的芯片区域为中心向***逐渐增大；以阻止电流直接流入正电极16下方的有源区8，并优化电流走向，很好地实现电流横向扩展的效果。
本发明实施例提供的LED芯片的制作方法，在实现上述LED芯片的有益效果的同时，其工艺制作简单、便捷，节约了成本，便于生产化。
本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的***、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
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。
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。
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申请。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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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 (13)

1.一种LED芯片，其特征在于，包括：
导电基板及沿所述导电基板的表面依次设置的导电型键合层、金属反射层、介质层、第二欧姆接触层以及外延叠层；其中，所述介质层具有若干个通孔，且在所述通孔内设有第一欧姆接触层；所述第二欧姆接触层与所述第一欧姆接触层形成接触；
正电极，其设置于所述外延叠层背离所述第二欧姆接触层的一侧表面；
背电极，其设置于所述导电基板背离所述导电型键合层的一侧表面。
2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述第一欧姆接触层包括金属欧姆接触层。
3.根据权利要求2所述的LED芯片，其特征在于，所述第一欧姆接触层的高度不高于所述介质层的高度。
4.根据权利要求2所述的LED芯片，其特征在于，所述第一欧姆接触层包括Au、Zn、Ge、Ni、Be、Ti中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述正电极沿第一方向的正投影至少覆盖部分所述通孔；其中，所述第一方向垂直于所述导电基板，并由所述导电基板指向所述外延叠层。
6.根据权利要求5所述的LED芯片，其特征在于，各所述通孔的直径以所述正电极的正投影所覆盖的通孔的区域为中心向***逐渐增大。
7.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述第一欧姆接触层完全填充各所述通孔。
8.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述第二欧姆接触层包括半导体材料层或金属欧姆接触层。
9.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述外延叠层至少包括沿所述第一方向依次堆叠的第二型限制层、第二型波导层、有源区、第一型波导层以及第一型限制层；且在所述外延叠层的至少一侧表面设有电流扩展层。
10.一种LED芯片的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01、提供一生长衬底；
S02、在所述生长衬底表面生长外延叠层，所述外延叠层包括沿生长方向依次生长的缓冲层、腐蚀截止层、第一型限制层、第一型波导层、有源区、第二型波导层以及第二型限制层；
S03、在所述外延叠层表面形成第二欧姆接触层；
S04、在所述第二欧姆接触层的表面形成介质层，且所述介质层具有若干个通孔，所述通孔裸露所述第二欧姆接触层的部分表面；
S05、在所述通孔内沉积第一欧姆接触层，所述第一欧姆接触层包括金属欧姆接触层；
S06、制作金属反射层，所述金属反射层沉积于所述介质层的表面，并与所述第一欧姆接触层形成接触；
S07、提供一导电基板，并通过键合工艺，使所述导电基板通过导电型键合层设置于所述金属反射层的表面；
S08、去除所述生长衬底、缓冲层以及腐蚀截止层；
S09、在所述外延叠层背离所述导电基板一侧形成正电极，以及在所述导电基板背离所述外延层一侧形成背电极。
11.根据权利要求10所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述第一欧姆接触层的高度不高于所述介质层的高度。
12.根据权利要求10所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述正电极沿第一方向的正投影至少覆盖部分所述通孔；其中，所述第一方向垂直于所述导电基板，并由所述导电基板指向所述外延叠层。
13.根据权利要求10所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，各所述通孔的直径以所述正电极的正投影所覆盖的通孔的区域为中心向***逐渐增大。
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