CN207097853U - 一种倒装led芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种倒装LED芯片，在衬底上依次形成缓冲层和发光结构，其中，发光结构包括第一半导体层、有源层、第二半导体层、金属反射电极层、金属阻挡层、第一反射钝化层、第一电极和第二电极，在发光结构表面形成第二反射钝化层，对第二反射钝化层进行刻蚀，在所述第一电极表面形成第一裸露区域，在所述第二电极表面形成第二裸露区域，在第一裸露区域形成第一焊盘，在第二裸露区域形成第二焊盘。从有源层发出的光通过金属反射电极层、第一反射钝化层和第二反射钝化层，一部分从倒装LED芯片的侧壁折射出去，一部分反射回衬底一侧，在不增加额外复杂工艺的条件下，极大地提高了有源层的出光效率，从而提高了芯片的亮度。

Description

一种倒装LED芯片

技术领域

本发明涉及一种发光二极管技术领域，尤其涉及一种倒装LED芯片。

背景技术

LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种利用载流子复合时释放能量形成发光的半导体器件，LED芯片具有耗电低、色度纯、寿命长、体积小、响应时间快、节能环保等诸多优势。

LED芯片的发光效率主要由内量子效率和外量子效率决定。目前，LED 芯片的内量子效率已经达到90％以上，但外量子效率却较低。因此，如何提高LED芯片的外量子效率，已经成为业界的重点研究方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种倒装LED芯片，结构简单、外量子效率高。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种倒装LED芯片，包括：

衬底；

设于所述衬底表面的缓冲层和发光结构，所述发光结构包括设于衬底表面的第一半导体层，设于所述第一半导体层表面的有源层、第一反射钝化层和第一电极，设于所述有源层表面的第二半导体层，设于第二半导体层表面的金属反射电极层，设于所述金属反射电极层表面的金属阻挡层，设于所述金属阻挡层表面的第一反射钝化层和第二电极，所述第一电极和所述第二电极之间相互绝缘；设于发光结构表面的第二反射钝化层；

贯穿所述第二反射钝化层，设于第一电极表面的第一焊盘，设于第二电极表面的第二焊盘。

作为上述方案的改进，所述金属反射电极层由ITO、Ag、Au、Al、Cr、 Ni和Ti中的一种或几种制成。

作为上述方案的改进，所述第一反射钝化层或所述第二反射钝化层由多层折射率不同的反射材料制成。

作为上述方案的改进，所述反射材料选用SiO₂、Si₃N₄、TiO₂、MgF₂、CaF₂、SrF₂、BaF₂、ZnSe、ZnS、ZrO₂、Al₂O₃中的两种或两种以上。

实施本发明，具有如下有益效果：

1、本发明提供的一种倒装LED芯片，在第二半导体层表面形成一层金属反射电极层，将背离衬底一侧的光反射回衬底一侧，在不增加额外复杂工艺的条件下，从而提高芯片的出光效率，进而提高芯片的亮度。

2、本发明提供的一种倒装LED芯片，在金属阻挡层表面形成第一反射钝化层，将部分穿过金属反射电极层的光从倒装LED芯片的侧壁折射出去，将部分穿过金属反射电极层的光反射回衬底一侧，从而提高芯片的出光效率，进而提高芯片的亮度。

3、本发明提供的一种倒装LED芯片，在所述发光结构表面形成第二反射钝化层，从有源层发出的光穿过所述第一反射层，部分通过所述第二反射钝化层从倒装LED芯片的侧壁折射出去，部分通过所述第二反射钝化层反射回衬底一侧，极大地提高了有源层的出光效率，从而提高了芯片的亮度。此外，所述第二反射钝化层包裹了第一电极和第二电极外的整个倒装LED芯片表面，也包裹了有源层在刻蚀后暴露的侧壁，有效地钝化了整个倒装LED芯片表面，一方面通过降低表面泄漏改善了倒装LED芯片的电学特性，另一方面在有源区侧壁降低了非辐射复合，增加了辐射复合。

附图说明

图1为本发明实施例的一种倒装LED芯片的制作方法流程图；

图2a为本发明实施例的倒装LED芯片形成缓冲层和发光结构的结构示意图；

图2b为本发明实施例的倒装LED芯片形成第二反射钝化层的结构示意图；

图2c为本发明实施例的倒装LED芯片形成第一裸露区域和第二裸露区域的结构示意图；

图2d为本发明实施例的倒装LED芯片的结构示意图；

图3为本发明实施例的发光结构的制作方法流程图；

图4为本发明另一实施例的一种倒装LED芯片的制作方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

倒装LED芯片的制作方法实施例一

本实施例提供了一种倒装LED芯片的制作方法，其流程图如图1所示，包括以下步骤：

S1：提供一衬底；

衬底的材料可以为蓝宝石、碳化硅或硅，也可以为其他半导体材料，本实施例中优选衬底为蓝宝石衬底。具体的，所述衬底为纳米图案衬底，倒装LED芯片从衬底一侧出光，在衬底制作纳米图案，增加折射效率，从而提高倒装LED芯片的出光效率。

S2：在所述衬底上依次形成缓冲层和发光结构；

其中，所述发光结构包括设于衬底表面的第一半导体层，设于所述第一半导体层表面的有源层、第一反射钝化层和第一电极，设于所述有源层表面的第二半导体层，设于第二半导体层表面的金属反射电极层，设于所述金属反射电极层表面的金属阻挡层和第二电极，设于所述金属阻挡层表面的第一反射钝化层，所述第一电极和所述第二电极之间相互绝缘。

如图2a所示，在衬底10表面依次形成缓冲层11和发光结构20，所述发光结构20包括设于缓冲层11表面的第一半导体层21，设于所述第一半导体层 21表面的有源层22、第一反射钝化层26和第一电极211，设于所述有源层22 表面的第二半导体层23，设于第二半导体层23表面的金属反射电极层24，设于所述金属反射电极层24表面的金属阻挡层25，设于所述金属阻挡层25表面的第一反射钝化层26和第二电极231，所述第一电极211和所述第二电极231 之间相互绝缘。

优选的，所述缓冲层的材料为AlGaN，但不限于此。

具体的，本申请实施例提供的发光微结构的制作方法，其流程图如图3 所示，包括以下步骤：

S21：在所述缓冲层表面依次形成第一半导体层、有源层和第二半导体层；

具体的，本申请实施例提供的第一半导体层和第二半导体层均为氮化镓基半导体层，有源层为氮化镓基有源层；此外，本申请实施例提供的第一半导体层、第二半导体层和有源层的材质还可以为其他材质，对此本申请不做具体限制。

其中，第一半导体层可以为N型半导体层，则第二半导体层为P型半导体层；或者，第一半导体层为P型半导体层，而第二半导体层为N型半导体层，对于第一半导体层和第二半导体层的导电类型，需要根据实际应用进行设计，对此本申请不做具体限制。

S22：对所述第二半导体层和所述有源层进行刻蚀，形成贯穿所述第二半导体层和所述有源层，并延伸至所述第一半导体层的第一通孔；采用刻蚀工艺对所述第二半导体层和所述有源层进行刻蚀。本申请实施例提供的刻蚀工艺可以为干法刻蚀工艺，也可以为湿法刻蚀工艺，对此本申请不做具体限制，需要根据实际应用进行选取。

S23：在所述第二半导体层表面依次形成金属反射电极层、金属阻挡层；所述金属反射电极层是采用沉积工艺在第二半导体层表面形成的，所述金属阻挡层是采用磁控溅射工艺在所述金属反射电极层表面形成的，所述第一反射钝化层是采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)工艺在所述金属阻挡层表面形成的。具体的，所述金属反射电极层由ITO、Ag、Au、Al、Cr、Ni和Ti 中的一种或几种制成。

S24：在所述金属阻挡层表面和第一通孔内形成第一反射钝化层；所述第一反射钝化层由多层折射率不同的反射材料制成。所述反射材料选用 SiO₂、Si₃N₄、TiO₂、MgF₂、CaF₂、SrF₂、BaF₂、ZnSe、ZnS、ZrO₂、Al₂O₃中的两种或两种以上。

倒装LED芯片从有源层发出的光，部分直接从衬底一侧发出，部分从背离衬底一侧发出，从而降低了光提取效率。目前，常用的方法是在背离衬底的一侧形成分布式布拉格反射镜(DBR)层来反射背离衬底一侧的光。但形成DBR 层的设备昂贵，工艺复杂。本申请的倒装LED芯片通过在第二半导体层表面形成一层金属反射电极层，将背离衬底一侧的光反射回衬底一侧，从而提高芯片的出光效率，进而提高芯片的亮度。此外，与DBR层相比，金属反射电极层具有更佳的欧姆接触。进一步地，本申请的倒装LED芯片通过在金属阻挡层表面形成第一反射钝化层，将部分穿过金属反射电极层的光从倒装LED芯片的侧壁折射出去，将部分穿过金属反射电极层的光反射回衬底一侧，从而提高芯片的出光效率，进而提高芯片的亮度。不需增加额外的制作工艺，通过改变第一反射钝化层的制作工艺，改变了第一反射钝化层的结构和性能，使第一反射钝化层既有反射的功能，又有钝化的功能，进而提高倒装LED芯片的出光效率。

S25：对所述第一反射钝化层进行刻蚀，在所述第一半导体成表面形成第一电极通孔，在所述金属阻挡层表面形成第二电极通孔；采用刻蚀工艺对所述第一反射钝化层进行刻蚀，第一电极通孔即为形成第一电极的区域，其中，第一电极的面积小于第一电极通孔的面积，避免第一电极与有源层、第二半导体层等叠层接触；第二电极通孔即为形成第二电极的区域，其中，第二电极的面积小于第二电极通孔的面积，避免第二电极与第一反射钝化层接触。本申请实施例提供的刻蚀工艺可以为干法刻蚀工艺，也可以为湿法刻蚀工艺，对此本申请不做具体限制，需要根据实际应用进行选取。

S26：在所述第一电极通孔形成第一电极，在所述第二电极通孔形成第二电极，且所述第一电极和所述第二电极之间相互绝缘。

采用电子束蒸镀、磁控溅射、电镀或化学镀工艺在所述第一电极通孔沉积填充金属层形成第一电极，在所述第二电极通孔沉积填充金属层形成第二电极，所述第一电极和所述第二电极之间相互绝缘。优选的，所述第一电极或所述第二电极由Cr、Ni、Al、Ti、Au、Pt、W、Pb、Rh、Sn、Cu、Ag中的一种或几种制成。

S3：在所述发光结构表面形成第二反射钝化层；

如图2b所述，采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)工艺在发光结构 20表面形成第二反射钝化层30。具体的，所述第二反射钝化层由多层折射率不同的反射材料制成。优选的，所述反射材料选用SiO₂、Si₃N₄、TiO₂、MgF₂、CaF₂、 SrF₂、BaF₂、ZnSe、ZnS、ZrO₂、Al₂O₃中的两种或两种以上。从有源层发出的光穿过所述第一反射层，部分通过所述第二反射钝化层从倒装LED芯片的侧壁折射出去，部分通过所述第二反射钝化层反射回衬底一侧，极大地提高了有源层的出光效率，从而提高了芯片的亮度。此外，所述第二反射钝化层包裹了第一电极和第二电极外的整个倒装LED芯片表面，也包裹了有源层在刻蚀后暴露的侧壁，有效地钝化了整个倒装LED芯片表面，一方面通过降低表面泄漏改善了倒装LED芯片的电学特性，另一方面在有源区侧壁降低了非辐射复合，增加了辐射复合。不需增加额外的制作工艺，通过改变第二反射钝化层的制作工艺，改变了第二反射钝化层的结构和性能，使第二反射钝化层既有反射的功能，又有钝化的功能，进而提高倒装LED芯片的出光效率。

S4：对所述第二反射钝化层进行刻蚀，在所述第一电极表面形成第一裸露区域，在所述第二电极表面形成第二裸露区域；

如图2c所述，采用刻蚀工艺对所述第二反射钝化层30进行刻蚀，在所述第一电极211表面形成第一裸露区域31，在所述第二电极231表面形成第二裸露区域32。第一裸露区域即为形成第一焊盘的区域，第二裸露区域即为形成第二焊盘的区域，其中，第一焊盘的面积小于第一电极的面积，第二焊盘的面积小于第二电极的面积，减少电阻，降低芯片电压。本申请实施例提供的刻蚀工艺可以为干法刻蚀工艺，也可以为湿法刻蚀工艺，对此本申请不做具体限制，需要根据实际应用进行选取。

S5：在所述第一裸露区域形成第一焊盘，在所述第二裸露区域形成第二焊盘。

如图2d所述，采用电子束蒸镀、磁控溅射、电镀或化学镀工艺在所述第一裸露区域沉积填充金属层形成第一焊盘41，在所述第二裸露区域沉积填充金属层形成第二焊盘42。所述第一焊盘与所述第一电极连接，所述第二焊盘与所述第二电极连接，在后续的封装过程中，只需通过第一焊盘和第二焊盘与封装基板进行焊接，不需打线，工艺简单，成本低。优选的，所述第一焊盘或所述第二焊盘的由Cr、Ni、Al、Ti、Au、Pt、W、Pb、Rh、Sn、Cu、Ag中的一种或几种制成。

倒装LED芯片的制作方法实施例二

本实施例提供了一种倒装LED芯片的制作方法，其流程图如图4所示，包括以下步骤：

S1：提供一衬底；

衬底的材料可以为蓝宝石、碳化硅或硅，也可以为其他半导体材料，本实施例中优选衬底为蓝宝石衬底。具体的，所述衬底为纳米图案衬底，倒装LED芯片从衬底一侧出光，在衬底制作纳米图案，增加折射效率，从而提高倒装LED芯片的出光效率。

S2：在所述衬底上依次形成缓冲层、外延层、金属反射电极层和金属阻挡层；

其中，所述外延层包括依次形成的第一半导体层、有源层和第二半导体层。

具体的，本申请实施例提供的第一半导体层和第二半导体层均为氮化镓基半导体层，有源层为氮化镓基有源层；此外，本申请实施例提供的第一半导体层、第二半导体层和有源层的材质还可以为其他材质，对此本申请不做具体限制。

其中，第一半导体层可以为N型半导体层，则第二半导体层为P型半导体层；或者，第一半导体层为P型半导体层，而第二半导体层为N型半导体层，对于第一半导体层和第二半导体层的导电类型，需要根据实际应用进行设计，对此本申请不做具体限制。

所述金属反射电极层是采用沉积工艺在第二半导体层表面形成的，所述金属阻挡层是采用磁控溅射工艺在所述金属反射电极层表面形成的，具体的，所述金属反射电极层由ITO、Ag、Au、Al、Cr、Ni和Ti中的一种或几种制成。倒装LED芯片从有源层发出的光，部分直接从衬底一侧发出，部分从背离衬底一侧发出，从而降低了光提取效率。目前，常用的方法是在背离衬底的一侧形成分布式布拉格反射镜(DBR)层来反射背离衬底一侧的光。但形成DBR层的设备昂贵，工艺复杂。本申请的倒装LED芯片通过在第二半导体层表面形成一层金属反射电极层，将背离衬底一侧的光反射回衬底一侧，从而提高芯片的出光效率，进而提高芯片的亮度。

S3：对所述金属阻挡层进行刻蚀，形成贯穿所述金属阻挡层、金属反射电极层、第二半导体层和有源层，并延伸至所述第一半导体层的第一通孔；

采用刻蚀工艺对所述金属阻挡层进行刻蚀。本申请实施例提供的刻蚀工艺可以为干法刻蚀工艺，也可以为湿法刻蚀工艺，对此本申请不做具体限制，需要根据实际应用进行选取。

S4：在所述金属反射电极层表面和第一通孔内形成第一反射钝化层，并对所述第一反射钝化层进行刻蚀，在所述第一半导体成表面形成第一电极通孔，在所述金属反射电极层表面形成第二电极通孔；

先采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)工艺在所述金属阻挡层表面和第一通孔内形成第一反射钝化层，然后采用刻蚀工艺对所述第一反射钝化层进行刻蚀，在所述第一半导体成表面形成第一电极通孔，第一电极通孔即为形成第一电极的区域，其中，第一电极的面积小于第一电极通孔的面积，避免第一电极与有源层、第二半导体层等叠层接触；第二电极通孔即为形成第二电极的区域，其中，第二电极的面积小于第二电极通孔的面积，避免第二电极与第一反射钝化层接触。本申请实施例提供的刻蚀工艺可以为干法刻蚀工艺，也可以为湿法刻蚀工艺，对此本申请不做具体限制，需要根据实际应用进行选取。具体的，所述金属反射电极层由ITO、Ag、Au、Al、Cr、Ni和Ti中的一种或几种制成。所述第一反射钝化层由多层折射率不同的反射材料制成。所述反射材料选用SiO₂、Si₃N₄、TiO₂、MgF₂、CaF₂、SrF₂、BaF₂、ZnSe、ZnS、ZrO₂、Al₂O₃中的两种或两种以上。本申请的倒装LED芯片通过在金属阻挡层表面形成第一反射钝化层，将部分穿过金属反射电极层的光从倒装LED芯片的侧壁折射出去，将部分穿过金属反射电极层的光反射回衬底一侧，从而提高芯片的出光效率，进而提高芯片的亮度。不需增加额外的制作工艺，通过改变第一反射钝化层的制作工艺，改变了第一反射钝化层的结构和性能，使第一反射钝化层既有反射的功能，又有钝化的功能，进而提高倒装LED芯片的出光效率。

S5：在所述第一电极通孔形成第一电极，在所述第二电极通孔形成第二电极，得到LED晶圆；

采用电子束蒸镀、磁控溅射、电镀或化学镀工艺在所述第一电极通孔沉积填充金属层形成第一电极，在所述第二电极通孔沉积填充金属层形成第二电极，得到LED晶圆，其中，所述第一电极和所述第二电极之间相互绝缘。优选的，所述第一电极或所述第二电极由Cr、Ni、Al、Ti、Au、Pt、W、Pb、Rh、Sn、Cu、 Ag中的一种或几种制成。

S6：在所述LED晶圆表面形成第二反射钝化层；

采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)工艺在LED晶圆表面形成第二反射钝化层。具体的，所述第二反射钝化层由多层折射率不同的反射材料制成。优选的，所述反射材料选用SiO₂、Si₃N₄、TiO₂、MgF₂、CaF₂、SrF₂、BaF₂、ZnSe、 ZnS、ZrO₂、Al₂O₃中的两种或两种以上。从有源层发出的光穿过所述第一反射层，部分通过所述第二反射钝化层从倒装LED芯片的侧壁折射出去，部分通过所述第二反射钝化层反射回衬底一侧，极大地提高了有源层的出光效率，从而提高了芯片的亮度。此外，所述第二反射钝化层包裹了第一电极和第二电极外的整个倒装LED芯片表面，也包裹了有源层在刻蚀后暴露的侧壁，有效地钝化了整个倒装LED芯片表面，一方面通过降低表面泄漏改善了倒装LED芯片的电学特性，另一方面在有源区侧壁降低了非辐射复合，增加了辐射复合。不需增加额外的制作工艺，通过改变第二反射钝化层的制作工艺，改变了第二反射钝化层的结构和性能，使第二反射钝化层既有反射的功能，又有钝化的功能，进而提高倒装LED芯片的出光效率。

S7：对所述第二反射钝化层进行刻蚀，在所述第一电极表面形成第一裸露区域，在所述第二电极表面形成第二裸露区域；

采用刻蚀工艺对所述第二反射钝化层进行刻蚀，在所述第一电极表面形成第一裸露区域，在所述第二电极表面形成第二裸露区域。第一裸露区域即为形成第一焊盘的区域，第二裸露区域即为形成第二焊盘的区域，其中，第一焊盘的面积小于第一电极的面积，第二焊盘的面积小于第二电极的面积，减少电阻，降低芯片电压。本申请实施例提供的刻蚀工艺可以为干法刻蚀工艺，也可以为湿法刻蚀工艺，对此本申请不做具体限制，需要根据实际应用进行选取。

S8：在所述第一裸露区域形成第一焊盘，在所述第二裸露区域形成第二焊盘。

采用电子束蒸镀、磁控溅射、电镀或化学镀工艺在所述第一裸露区域沉积填充金属层形成第一焊盘，在所述第二裸露区域沉积填充金属层形成第二焊盘。所述第一焊盘与所述第一电极连接，所述第二焊盘与所述第二电极连接，在后续的封装过程中，只需通过第一焊盘和第二焊盘与封装基板进行焊接，不需打线，工艺简单，成本低。优选的，所述第一焊盘或所述第二焊盘的材料为 Cr、Ni、Al、Ti、Au、Pt、W、Pb、Rh、Sn、Cu、Ag中的一种或几种制成。

本发明提供了一种LED芯片，其结构示意图如图2d所示，包括：

衬底10；

设于所述衬底表面的缓冲层11和发光结构20，所述发光结构20包括设于衬底表面的第一半导体层21，设于所述第一半导体层21表面的有源层22、第一反射钝化层26和第一电极211，设于所述有源层22表面的第二半导体层23，设于第二半导体层23表面的金属反射电极层24，设于所述金属反射电极层24表面的金属阻挡层25，设于所述金属阻挡层25表面的第一反射钝化层26和第二电极231，所述第一电极211和所述第二电极231之间相互绝缘；

设于发光结构20表面的第二反射钝化层30；

贯穿所述第二反射钝化层30，设于第一电极211表面的第一焊盘41，设于第二电极231表面的第二焊盘42。

实施本发明，具有如下有益效果：

1、本发明提供的一种倒装LED芯片，在第二半导体层表面形成一层金属反射电极层，将背离衬底一侧的光反射回衬底一侧，在不增加额外复杂工艺的条件下，从而提高芯片的出光效率，进而提高芯片的亮度。

2、本发明提供的一种倒装LED芯片，在金属阻挡层表面形成第一反射钝化层，将部分穿过金属反射电极层的光从倒装LED芯片的侧壁折射出去，将部分穿过金属反射电极层的光反射回衬底一侧，从而提高芯片的出光效率，进而提高芯片的亮度。

3、本发明提供的一种倒装LED芯片，在所述发光结构表面形成第二反射钝化层，从有源层发出的光穿过所述第一反射层，部分通过所述第二反射钝化层从倒装LED芯片的侧壁折射出去，部分通过所述第二反射钝化层反射回衬底一侧，极大地提高了有源层的出光效率，从而提高了芯片的亮度。此外，所述第二反射钝化层包裹了第一电极和第二电极外的整个倒装LED芯片表面，也包裹了有源层在刻蚀后暴露的侧壁，有效地钝化了整个倒装LED芯片表面，一方面通过降低表面泄漏改善了倒装LED芯片的电学特性，另一方面在有源区侧壁降低了非辐射复合，增加了辐射复合。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (4)

1.一种倒装LED芯片，包括：

衬底；

设于所述衬底表面的缓冲层和发光结构，所述发光结构包括设于衬底表面的第一半导体层，设于所述第一半导体层表面的有源层、第一反射钝化层和第一电极，设于所述有源层表面的第二半导体层，设于第二半导体层表面的金属反射电极层，设于所述金属反射电极层表面的金属阻挡层，设于所述金属阻挡层表面的第一反射钝化层和第二电极，所述第一电极和所述第二电极之间相互绝缘；

设于发光结构表面的第二反射钝化层；

贯穿所述第二反射钝化层，设于第一电极表面的第一焊盘，设于第二电极表面的第二焊盘。

2.根据权利要求1所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述金属反射电极层由ITO、Ag、Au、Al、Cr、Ni和Ti中的一种或几种制成。

3.根据权利要求1或2所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述第一反射钝化层或所述第二反射钝化层由多层折射率不同的反射材料制成。

4.根据权利要求3所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述反射材料选用SiO₂、Si₃N₄、TiO₂、MgF₂、CaF₂、SrF₂、BaF₂、ZnSe、ZnS、ZrO₂、Al₂O₃中的两种或两种以上。