CN202601710U - 一种led芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种LED芯片，至少包括：外延层，所述外延层包括N型层、位于所述N型层上的发光层、及位于所述发光层上的P型层；金属功能层，所述金属功能层位于所述P型层上；银迁移阻挡层，所述银迁移阻挡层位于所述P型层上，且位于所述金属功能层***。本实用新型提供的LED芯片，可以解决反射镜层的扩散和电迁移，改善LED的可靠性。

Description

一种LED芯片

技术领域

本实用新型涉及光电芯片制造领域，尤其涉及一种LED芯片。

背景技术

20世纪90年代末，在半导体器件照明时代的初期，居室照明主要是钨白炽灯，紧凑型荧光灯由于高效率正被积极推广。多数工作环境使用荧光灯，街道照明则以钠灯为主。然而，高亮度可见光发光二极管(light-emitting diode，LED)已经有很大的应用，以它为基础的固体照明正在迅猛发展，即将引起照明历史的又一次革命。尽管这种发展态势势如破竹，但是发光二极管效率普遍不是很高，其中主要问题是LED芯片光提取效率不高。

采用反射镜和增加电流密度的方式能有效地改善LED芯片提取效率，而银作为自然界反射率最高的金属，一般用来制成反射镜来提高LED的出光效率，但是银作为一种最易发生迁移，且迁移速率最高的金属，在LED工作过程中会沿芯片侧面产生漏电通道，极大的影响LED的稳定性。

目前，为了防止银的扩散和电迁移，一般将银制成的反射镜层刻蚀成小图形，并采用金、铂、镍、铬、钨、钨钛合金中的一种或组合制成阻挡层沉积在其表面上，但阻挡效果依旧不好，在芯片边缘，银仍然很容易扩散或产生电迁移现象，导致芯片失效，且工艺复杂，成本较高。

对于倒装LED芯片，一般都会采用绝缘介质膜二氧化硅制作钝化膜，使刻蚀台阶绝缘，减少芯片的漏电，但是需要额外一次光刻，增加了工艺复杂性和制作成本。

针对以上问题，需要设计一种新的结构，不仅提高LED出光效率，而且能防止银在芯片边缘扩散和降低电迁移现象。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种LED芯片，防止反射镜层中的银扩散和电迁移现象，提高芯片可靠性。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种LED芯片，至少包括：外延层，所述外延层包括N型层、位于所述N型层上的发光层、及位于所述发光层上的P型层；金属功能层，所述金属功能层位于所述P型层上；银迁移阻挡层，所述银迁移阻挡层位于所述P型层上，且位于所述金属功能层***。

进一步的，所述金属功能层包含有依次形成于P型层表面的P型接触层、反射镜层或P型接触层、反射镜层和防扩散层。

进一步的，紧邻所述银迁移阻挡层的一侧形成有贯穿P型层、发光层的台阶，该侧的银迁移阻挡层延伸覆盖所述台阶的表面形成为钝化膜；所述台阶表面上的银迁移阻挡层中形成有N电极凹槽，位于所述N电极凹槽中形成有N电极；位于金属功能层表面、银迁移阻挡层和N电极的表面依次形成有第一键合层和第二键合层，位于第二键合层表面形成有基板。

优选的，所述银迁移阻挡层使用的材料为绝缘材料。

优选的，所述绝缘材料为二氧化硅、氮化硅、氮氧硅、氧化铝、氮化铝、氧化钛中的一种或组合。

优选的，所述银迁移阻挡层的厚度为100nm-10000nm。

优选的，所述反射镜层的厚度为50nm-500nm。

进一步的，所述银迁移阻挡层的外框尺寸等于LED芯片边框尺寸。

进一步的，所述银迁移阻挡层的外框尺寸为200μm-20mm。

进一步的，所述银迁移阻挡层的内框尺寸等于反射镜层边框尺寸。

进一步的，所述银迁移阻挡层的内框尺寸为200μm-20mm。

进一步的，所述银迁移阻挡层的外框尺寸等于LED芯片边框尺寸，其内框尺寸等于反射镜层边框尺寸。

优选的，所述银迁移阻挡层的外框尺寸和内框尺寸差为5μm-200μm。

进一步的，所述银迁移阻挡层外框和内框形状为正方形、长方形、圆形、或多边形中的一种或组合。

由上述技术方案可见，与现有的通过在银反射镜层上采用贵金属沉积形成阻挡层的工艺相比，本实用新型公开的LED芯片，利用金属功能层***的银迁移阻挡层，防止其扩散和发生电迁移，并且顺带制作有钝化膜的LED芯片，提高了LED芯片可靠性，且工艺简化，降低了成本。

附图说明

图1是本实用新型一种LED芯片的制作方法流程；

图2a至2k是图1之制造方法；

图3是图2d之俯视图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

其次，本实用新型利用示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

参见图1，本实用新型所提供的一种LED芯片制作方法流程为：

S100：提供一衬底，在所述衬底的表面上形成外延层，所述外延层由下至上依次沉积包含有N型层、发光层和P型层；

S101：刻蚀P型层、发光层，形成由上至下贯穿P型层、发光层、直到N型层的台阶；

S102：沉积绝缘材料覆盖所述台阶侧面、所述N型层和所述P型层，通过刻蚀P型层表面的绝缘材料形成银迁移阻挡层和窗口，每个窗口底部暴露出P型层；

S103：在所述每个窗口形成金属功能层。

下面以图1所示的方法流程为例，结合附图2a至2k以及图3，对一种LED芯片的制作工艺进行详细描述。

S100：提供一衬底，在所述衬底的表面上形成外延层，所述外延层由下至上依次沉积包含有N型层、发光层和P型层。

参见图2a，提供一衬底100，在所述衬底100上生长外延层108，所述衬底100为蓝宝石衬底，所述外延层108由下至上依次包含生长的N型层102、发光层104和P型层106。

S101：刻蚀P型层、发光层，形成由上至下贯穿P型层、发光层、直到N型层的台阶。

参见图2b，在所述外延层108上采用ICP(电感耦合等离子体)刻蚀出台阶110，所述台阶110由上至下贯穿所述P型层106、发光层104，刻蚀停止在所述N型层102表面上。当然，也可以继续刻蚀部分N型层，形成台阶，刻蚀停止在所述N型层中。

S102：沉积绝缘材料覆盖所述台阶侧面、所述N型层和所述P型层，通过刻蚀P型层表面的绝缘材料形成银迁移阻挡层和窗口，每个窗口底部暴露出P型层。

首先，参见图2c，可以采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、蒸发或者溅射工艺形成绝缘材料112覆盖所述台阶110侧面、所述N型层102和所述P型层106，优选的，采用PECVD形成绝缘材料112。所述绝缘材料112的厚度为100nm-10000nm，优选的，所述绝缘材料112的厚度为500nm。所述绝缘材料112为二氧化硅、氮化硅、氮氧硅、氧化铝、氮化铝、氧化钛和其它绝缘介质膜中的一种或组合。

其次，参见图2d，采用光刻工艺形成图案化的绝缘材料112，然后，采用氧化物刻蚀缓冲液(Buffered Oxide Etcher，BOE)腐蚀图案化的绝缘材料112，在所述P型层106表面上形成银迁移阻挡层114a和窗口116，在所述台阶110表面上保留的绝缘材料充当钝化膜114b，每个窗口116底部暴露出所述P型层106。

S103：在所述每个窗口形成金属功能层。

参见图2e，首先，在每个窗口116中采用电子束蒸发工艺在所述P型层106表面上依次沉积包含有P型接触层120和反射镜层122的金属功能层118；为了更好的防止银扩散或电迁移现象的发生，还可以在反射镜层122上采用电子束蒸发工艺沉积防扩散层124，形成包含有P型接触层120、反射镜层122和防扩散层124的金属功能层118。其次，在氮气(N2)氛围中进行高温快速退火，所述高温为500℃，退火时间为20min。接着，剥离掉所述银迁移阻挡层114a表面上分别形成P型接触层120、反射镜层122和防扩散层124的金属材料。所述P型接触层120使用的材料为镍，优选的，所述P型接触层120的厚度为0.5nm；所述反射镜层122使用的材料为银，所述反射镜层的厚度为50nm-500nm，优选的，所述反射镜层122的厚度为200nm；所述防扩散层124使用的材料为铂，优选的，所述防扩散层124的厚度为300nm。参见图4，图4为图2e的俯视图。

由于，所述银迁移阻挡层位于反射镜层的***，为了防止所述反射镜层发生扩散和电迁移现象，因此，决定了所述银迁移阻挡层的内框尺寸d2等于反射镜层边框尺寸。优选的，所述银迁移阻挡层的内框尺寸d2是200μm-20mm。并且，所述银迁移阻挡层的内框形状为正方形、长方形、圆形、或多边形中的一种或组合，其内框形状随需要制作的反射镜层的形状而随之改变。

其中，在形成所述窗口116之后，形成金属功能层118之前，还可以先对外延层108进行清洗，这样能更好的形成优良的P型欧姆接触，优选的，采用沸腾王水煮外延层108，再冲水20min。

当然，形成所述金属功能层118之后，还可以继续进行后续加工，完成LED芯片的制作，包括如下步骤：

S104：在所述台阶上的银迁移阻挡层中刻蚀出N电极凹槽，并在所述N电极凹槽中形成N电极。

参见图2f，在所述台阶110上的银迁移阻挡层114b中刻蚀出N电极凹槽，并在所述N电极凹槽中采用蒸发或者溅射的方式形成N电极128。所述N电极128的表面和金属功能层118的表面平齐。

S105：在所述银迁移阻挡层、金属功能层和N电极的表面形成第一键合层。

参见图2g，在所述银迁移阻挡层114a、金属功能层118和N电极128的表面采用蒸发工艺沉积金属，形成第一键合层130，所述第一键合层130使用的材料为金，所述第一键合层130的厚度为1.5μm。

S106：提供一基板，所述基板的一面形成有第二键合层，并在所述第二键合层中刻蚀出一开口。

参见图2h，提供一基板132，所述基板132为绝缘基板，在所述基板132的一面采用蒸发工艺形成厚度为1.5μm的第二键合层134，并采用光刻工艺形成图案化的第二键合层134，并将图案化的第二键合层134刻蚀出一开口136，所述开口底部暴露出基板132。

S107：所述开口对应于银迁移阻挡层与紧邻的N电极之间，将第一键合层与第二键合层进行键合，制成LED芯片。

参见图2i，将所述开口136对应于所述银迁移阻挡层114a与紧邻的所述N电层128之间的部位，对外延层108上的第一键合层130和基板132上的第二键合层134键合在一起，形成LED芯片。所述键合的温度为300℃、键合的压力为5T，键合的时间为5min，使第一键合层和第二键合层通过固相扩散键合在一起，这样能使基板起到支撑和散热作用。

所述银迁移阻挡层的外框尺寸d1等于形成的LED芯片边框尺寸。优选的，所述银迁移阻挡层的外框尺寸d1为200μm-20mm。进一步的，所述银迁移阻挡层的外框尺寸d1和内框尺寸差d2为5μm-200μm，即所述银迁移阻挡层框宽为5μm-200μm。其中所述银迁移阻挡层的内框形状为正方形、长方形、圆形、或多边形中的一种或组合，其外框形状随需要制作的LED芯片的形状而随之改变。

优选的，通过化学机械抛光技术(CMP)减薄所述衬底100至所需厚度，如图2j所示。

优选的，还可以制作纳米掩膜板，以该纳米掩膜板为掩模，采用干法刻蚀工艺处理所述衬底，使所述衬底表面粗化，如图2k所示，形成平面倒装LED芯片。

为此，基于上述LED芯片的制作方法，本实用新型提供了一种LED芯片，如图2k所示，至少包括：外延层108，所述外延层108包括N型层102、位于所述N型层102上的发光层104、及位于所述发光层104上的P型层106；金属功能层118，所述金属功能层118位于所述P型层106上；银迁移阻挡层114a，所述银迁移阻挡层114a位于所述P型层106上，且位于所述金属功能层118***。

进一步的，在所述P型层106上形成的金属功能层118由下至上依次包括有P型接触层120、和反射镜层122，或P型接触层120、反射镜层122和防扩散层124。

进一步的，与所述外延层108相反的金属功能层118、银迁移阻挡层114a和N电极的表面上依次形成有第一键合层130、第二键合层134和基板132。

进一步的，所述衬底为表面粗化的衬底。

为此，紧邻所述银迁移阻挡层的一侧形成有贯穿P型层、发光层的台阶，该侧的银迁移阻挡层延伸覆盖所述台阶的表面形成为钝化膜；所述台阶表面上的银迁移阻挡层中形成有N电极凹槽，位于所述N电极凹槽中形成有N电极；位于金属功能层表面、银迁移阻挡层和N电极的表面依次形成有第一键合层和第二键合层，位于第二键合层表面形成有基板，形成了平面倒装结构的LED芯片。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，如绝缘介质膜的材料和制作方法，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。

Claims (14)

1.一种LED芯片，其特征在于，至少包括：

外延层，所述外延层包括N型层、位于所述N型层上的发光层、及位于所述发光层上的P型层；

金属功能层，所述金属功能层位于所述P型层上；

银迁移阻挡层，所述银迁移阻挡层位于所述P型层上，且位于所述金属功能层***。

2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于：所述金属功能层包含有依次形成于P型层表面的P型接触层、反射镜层或P型接触层、反射镜层和防扩散层。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的LED芯片，其特征在于：紧邻所述银迁移阻挡层的一侧形成有贯穿P型层、发光层的台阶，该侧的银迁移阻挡层延伸覆盖所述台阶的表面形成为钝化膜；所述台阶表面上的银迁移阻挡层中形成有N电极凹槽，位于所述N电极凹槽中形成有N电极；位于金属功能层表面、银迁移阻挡层和N电极的表面依次形成有第一键合层和第二键合层，位于第二键合层表面形成有基板。

4.根据权利要求3所述的LED芯片，其特征在于：所述银迁移阻挡层使用的材料为绝缘材料。

5.根据权利要求4所述的LED芯片，其特征在于：所述绝缘材料为二氧化硅、氮化硅、氮氧硅、氧化铝、氮化铝、氧化钛中的一种或组合。

6.根据权利要求5所述的LED芯片，其特征在于：所述银迁移阻挡层的厚度为100nm-10000nm。

7.根据权利要求6所述的LED芯片，其特征在于：所述反射镜层的厚度为50nm-500nm。

8.根据权利要求4所述的LED芯片，其特征在于：所述银迁移阻挡层的外框尺寸等于LED芯片边框尺寸。

9.根据权利要求8所述的LED芯片，其特征在于：所述银迁移阻挡层的外框尺寸为200μm-20mm。

10.根据权利要求4所述的LED芯片，其特征在于：所述银迁移阻挡层的内框尺寸等于反射镜层边框尺寸。

11.根据权利要求10所述的LED芯片，其特征在于：所述银迁移阻挡层的内框尺寸为200μm-20mm。

12.根据权利要求4所述的LED芯片，其特征在于：所述银迁移阻挡层的外框尺寸等于LED芯片边框尺寸，其内框尺寸等于反射镜层边框尺寸。

13.根据权利要求12所述的LED芯片，其特征在于：所述银迁移阻挡层的外框尺寸和内框尺寸差为5μm-200μm。

14.根据权利要求4所述的LED芯片，其特征在于：所述银迁移阻挡层外框和内框形状为正方形、长方形、圆形、或多边形中的一种或组合。

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