CN102637790A - 一种led芯片及其相应的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种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外围。本发明还提供了LED芯片的制作方法，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芯片及其相应的制作方法

技术领域

本发明涉及光电芯片制造领域，尤其涉及一种LED芯片结构及其相应的制作方法。

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。

而对于垂直LED芯片来说，虽然可以通过采用电流阻挡层来增加电流密度提高出光，但是需要额外一次光刻来实现图形，增加了工艺复杂性，提高了制造成本。

针对以上问题，需要设计一种新的结构和方法，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

本发明的目的是提供一种LED芯片的制作方法，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，本发明还提供了一种LED芯片的制作方法，包括如下步骤：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；在所述P型层上沉积绝缘材料，通过刻蚀绝缘材料形成银迁移阻挡层和电流阻挡层，在所述银迁移阻挡层和电流阻挡层之间形成窗口，每个窗口底部暴露出P型层；在所述每个窗口形成金属功能层。

进一步的，形成金属功能层之后，包括如下步骤：在所述银迁移阻挡层、电流阻挡层和金属功能层的表面形成第一键合层；提供一基板，在所述基板的一面形成第二键合层，另一面形成P型焊盘；将第一键合层与第二键合层进行键合，剥离衬底；在所述的N型层表面制作N焊盘；制成LED芯片。

进一步的，所述金属功能层为包含有依次形成于P型层上的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，采用化学气相沉积、蒸发或者溅射形成所述银迁移阻挡层。

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。

根据本发明的另一方面，还提供了一种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外围。

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，位于外延层相反的金属功能层和银迁移阻挡层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，位于所述基板表面形成有P型焊盘，位于所述N型层表面制作有N型焊盘；在所述P型层表面正对于所述N型焊盘部位形成有贯穿金属功能层的电流阻挡层。

优选的，所述N型层为表面粗化的N型层。

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，本发明公开的LED芯片的制作方法，利用金属功能层外围的银迁移阻挡层，防止其扩散和发生电迁移，提高了LED芯片可靠性。并且，与现有的通过额外光刻形成电流阻挡层的工艺相比，本发明公开的LED芯片，对于垂直结构，电流阻挡层可以与银迁移阻挡层同步形成，不仅能提高出光效率，且工艺简化，降低了成本。

附图说明

图1是本发明另一种LED芯片的制作方法流程；

图2a-2m是图1之制作方法；

图3是图2e之俯视图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明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发明。但是本发明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发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，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，其在此不应限制本发明保护的范围。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，本发明所提供的一种LED芯片制作方法流程为：

S200：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；

S201：在所述P型层上沉积绝缘材料，通过刻蚀绝缘材料形成银迁移阻挡层和电流阻挡层，在所述银迁移阻挡层和电流阻挡层之间形成窗口，每个窗口底部暴露出P型层；

S202：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2m以及图3，对另一种LED芯片的制作工艺进行详细描述。

S200：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500，在所述衬底500上生长外延层508，所述衬底500为蓝宝石衬底，所述外延层508由下至上依次包含生长的N型层502、发光层504和P型层506。

S201：在所述P型层上沉积绝缘材料，通过刻蚀绝缘材料形成银迁移阻挡层和电流阻挡层，在所述银迁移阻挡层和电流阻挡层之间形成窗口，每个窗口底部暴露出P型层。

首先，参见图2b，在所述P型层506表面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512，优选的，采用PECVD形成绝缘材料512。所述绝缘材料512的厚度为100nm-10000nm，优选的，所述绝缘材料512的厚度为500nm。所述绝缘材料512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。

其次，参见图2c，采用光刻工艺形成图案化的绝缘材料512，然后，采用BOE腐蚀图案化的绝缘材料512，在所述P型层506表面上同步形成银迁移阻挡层514a和电流阻挡层514b，在所述的银迁移阻挡层514a和电流阻挡层514b之间形成窗口516，每个窗口516底部暴露出所述P型层506。

S202：在所述每个窗口形成金属功能层。

参见图2d，首先，在每个窗口516中采用电子束蒸发工艺在所述P型层506表面上依次沉积包含有P型接触层520和反射镜层522的金属功能层518；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522上采用电子束蒸发工艺沉积防扩散层524，形成包含有P型接触层520、反射镜层522和防扩散层524的金属功能层518。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514a和所述电流阻挡层514b表面上分别形成P型接触层520、反射镜层522和防扩散层524的金属材料。所述P型接触层520使用的材料为镍，优选的，所述P型接触层520的厚度为0.5nm；所述反射镜层522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522的厚度为200nm；所述防扩散层524使用的材料为铂，优选的，所述防扩散层524的厚度为300nm。参见图3，图3为图2d的俯视图。

由于反射镜层外围同步形成了银迁移阻挡层514a和电流阻挡层514b，因此不仅能防止所述反射镜层发生扩散和电迁移现象，而且通过电流阻挡层还能获得较高的电流密度，提高发光效率，且工艺简单。

并且，所述银迁移阻挡层位于反射镜层的外围，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516之后，形成金属功能层518之前，还可以先对外延层508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之后，还可以继续进行后续加工，以满足LED芯片的工艺要求，包括如下步骤：

S203：在所述银迁移阻挡层、电流阻挡层和金属功能层的表面形成第一键合层。

参见图2e，在所述银迁移阻挡层514a、电流阻挡层514b和金属功能层518的表面采用蒸发或者溅射工艺沉积金属，形成第一键合层526，所述第一键合层526使用的材料为金，所述第一键合层526的厚度为1.5μm。

S204：提供一基板，在所述基板的一面形成第二键合层，另一面形成P型焊盘。

参见图2f，提供一基板528，所述基板528为基板硅，在所述基板528的一面采用蒸发工艺形成厚度为1.5μm的第二键合层530，在所述基板528的另一边采用蒸发工艺形成厚度为1.5μm的P型焊盘532，所述P型焊盘532使用的材料为金锡合金。

S205：将第一键合层与第二键合层进行键合，剥离衬底。

首先，参见图2g，将外延层508上的第一键合层526和基板528上的第二键合层530键合在一起，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。

然后，参见图2h，通过激光剥离所述衬底500，并将N型层朝上。

S206：在所述的N型层表面制作N焊盘。

参见图2i，先对所述N型层502的表面进行图案化的粗化处理，接着，参见图2j，刻蚀所述外延层508以形成切割窗口536，通过所述切割窗口536以实现芯片的独立化，所述切割窗口536内暴露出银迁移阻挡层514a，然后，参见图2k，采用PECVD技术在暴露出的芯片表面沉积厚度为1μm的钝化膜538，并采用光刻腐蚀工艺在所述N型层502和所述钝化膜538上刻蚀出焊盘图形凹槽540，接着，参见图2l，在所述焊盘图形凹槽540中采用剥离方式（lift-off）制作材料为铬铝合金（Cr/Al）N型焊盘542。

S207：制成LED芯片。

参见图2m，采用金刚石刀沿所述切割窗口536将芯片逐粒分割开来，形成LED芯片，所述LED芯片为垂直结构LED芯片。

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d2差为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。

为此，基于上述LED芯片的制作方法，本发明还提供了一种LED芯片，至少包括：外延层508，所述外延层508包括N型层502、位于所述N型层502上的发光层504、及位于所述发光层504上的P型层506；金属功能层518，所述金属功能层518位于所述P型层506上；银迁移阻挡层514a，所述银迁移阻挡层514a位于所述P型层506上，且位于所述金属功能层518外围。。

进一步的，在所述P型层506上形成的金属功能层518由下至上依次包括有P型接触层520、和反射镜层522，或P型接触层520、反射镜层522和防扩散层524。

进一步的，所述外延层表面有钝化膜538和N型焊盘542。

进一步的，所述电流阻挡层514b为在所述P型层506表面正对于所述N型焊盘542部位形成贯穿金属功能层118的电流阻挡层。

进一步的，与所述外延层508相反的金属功能层518、银迁移阻挡层514a和电流阻挡层514b的表面上依次有第一键合层526、第二键合层530、基板528和P型焊盘532。

优选的，所述N型层表面为表面粗化的N型层，这样能够增加光的溢出概率，提高出光效率。

为此，位于外延层相反的金属功能层和银迁移阻挡层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，位于所述基板表面形成有P型焊盘，位于所述N型层表面制作有N型焊盘；在所述P型层表面正对于所述N型焊盘部位形成有贯穿金属功能层的电流阻挡层，形成了垂直结构的LED芯片。

本发明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发明的精神和范围内，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，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (30)

1.一种LED芯片的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

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；

在所述P型层上沉积绝缘材料，通过刻蚀绝缘材料形成银迁移阻挡层和电流阻挡层，在所述银迁移阻挡层和电流阻挡层之间形成窗口，每个窗口底部暴露出P型层；

在所述每个窗口形成金属功能层。

2.根据权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于：形成金属功能层之后，包括如下步骤：

在所述银迁移阻挡层、电流阻挡层和金属功能层的表面形成第一键合层；

提供一基板，在所述基板的一面形成第二键合层，另一面形成P型焊盘；

将第一键合层与第二键合层进行键合，剥离衬底；

在所述的N型层表面制作N焊盘；

制成LED芯片。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的LED芯片的制作方法，其特征在于：所述金属功能层为包含有依次形成于P型层上的P型接触层、反射镜层或P型接触层、反射镜层和防扩散层。

4.根据权利要求3所述的LED芯片的制作方法，其特征在于：采用化学气相沉积、蒸发或者溅射形成所述银迁移阻挡层。

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

6.根据权利要求5所述的LED芯片的制作方法，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。

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

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

9.根据权利要求7所述的LED芯片的制作方法，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。

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

11.根据权利要求7所述的LED芯片的制作方法，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。

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

13.根据权利要求7所述的LED芯片的制作方法，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。

14.根据权利要求13所述的LED芯片的制作方法，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。

15.根据权利要求7所述的LED芯片的制作方法，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。

16.一种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外围。

17.根据权利要求16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。

18.根据权利要求16或17中任一项所述的LED芯片，其特征在于：位于外延层相反的金属功能层和银迁移阻挡层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，位于所述基板表面形成有P型焊盘，位于所述N型层表面制作有N型焊盘；在所述P型层表面正对于所述N型焊盘部位形成有贯穿金属功能层的电流阻挡层。

19.根据权利要求16所述的LED芯片，其特征在于：所述N型层为表面粗化的N型层。

20.根据权利要求18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。

21.根据权利要求20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。

22.根据权利要求21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。

23.根据权利要求22所述的LED芯片，其特征在于：所述反射镜层的厚度为50nm-500nm。

24.根据权利要求20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。

25.根据权利要求24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。

26.根据权利要求20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。

27.根据权利要求26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。

28.根据权利要求20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。

29.根据权利要求28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。

30.根据权利要求20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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