CN102931297B

CN102931297B - 一种led芯片及其制作方法

Info

Publication number: CN102931297B
Application number: CN201210465859.0A
Authority: CN
Inventors: 毕少强
Original assignee: Enraytek Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: Enraytek Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2015-06-24
Anticipated expiration: 2032-11-16
Also published as: CN102931297A

Abstract

本发明揭露了一种LED芯片及其制造方法，所述LED芯片的制造方法在生成电极群之后继续生成电极层和绝缘层等结构，优化了传统的倒装芯片工艺的两个步骤，同时这样的方法对LED芯片的厚度得到有效的控制。并且将传统的设置一对电极分隔为分布在管芯对应区域的第一电极群和第二电极群，这样的结构能获得充分的电流扩展使电流均匀分布，使器件得到良好的发光效率和均匀的出光率，并且能满足芯片尺寸更进一步增加的需求。

Description

一种LED芯片及其制作方法

技术领域

本发明涉及LED制造技术领域，尤其涉及一种LED芯片及其制作方法。

背景技术

发光二极管（LED，Light Emitting Diode）是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光材料，可以将电转换为光。当半导体PN结的两端加上正向电压后，注入PN结中的电子和空穴发生复合，将过剩的能量以光子的形式释放出来。LED具有寿命长，功耗低的优点，随着技术的日渐成熟，LED的运用领域也越来越多元化，对LED芯片的功率和亮度的要求要求也越来越高，对LED芯片的尺寸也有了进一步需求。

传统的LED芯片结构P电极和N电极设置在和发光区同一侧，发光区射出的光部分将被电极和键合引线所吸收或遮挡。并且由于P型半导体层本身相对高的电阻导致电流扩展存在拥堵现象，电流主要集中在不能有效发光的P电极之下，从而导致了发光的不均匀和发光效率的下降。为获得良好的电流扩展，在P型半导体层表面形成一般形成有半透明的电流扩散层，这样也会影响出光效率。为了在透光率和扩展电阻率二者之间则要给以适当的折衷，折衷设计的结果必定使其功率转换的提高受到了限制。

因此，目前一般使用倒装芯片的技术来解决电流扩散层和电极对出光效率的影响。倒装芯片的实质是在传统工艺的基础上，将芯片的发光区与电极不设计在同一个平面，将电极区面朝向基板进行贴装。利用倒装工艺封装的LED芯片的制造过程通常包括两个步骤：先分别完成LED管芯部分的制造和基板端导线焊点等部分的制造，然后将两部分通过焊球或其它方式连接贴装。这样的制造方法，一方面增加了工艺步骤和难度；另一方面，限制了LED芯片在厚度和尺寸上的进一步发展。

同时，芯片尺寸的增加同时也增加了电流扩展的难度，为了使电流均匀分布需要特殊设计电极结构，目前一般设置为一对梳状电极，这只能一定程度上解决这一问题，无法满足芯片尺寸更进一步增加的需求。

发明内容

本发明提供一种LED芯片及其制作方法，该制作方法优化了倒装工艺以减少LED芯片厚度。进一步的，本发明还能解决LED芯片内电流不能均匀分布的问题。

为解决以上问题，本发明提供一种LED芯片的制造方法，包括：

提供衬底，在衬底上形成管芯；

在管芯表面形成第一绝缘层，并平坦化所述第一绝缘层；

在第一绝缘层对应区域开出贯通第一绝缘层的第一孔槽群；

在第一绝缘层上沉积第一金属层，并平坦化所述第一金属层，第一孔槽群内的金属组成第一电极群，第一绝缘层表面的金属层组成第一电极层；

在第一电极层对应区域开出贯通第一电极层的绝缘孔槽群；

在第一电极层上沉积第二绝缘层，并平坦化所述第二绝缘层；

在第二绝缘层对应区域开出贯穿第一绝缘层和第二绝缘层的第二孔槽群；

在第二绝缘层上沉积第二金属层，并平坦化所述第二金属层，第二孔槽群内的金属组成第二电极群，第二绝缘层表面的金属层组成第二电极层；

在第二电极层上贴装基板。

可选的，在所述的LED芯片的制造方法中，所述第一电极群的电极分排均匀分布在管芯对应区域上，所述第二电极群分布在以第一电极群的电极为中心的正六边形的顶点上。

可选的，在所述的LED芯片的制造方法中，所述管芯包括依次形成于衬底上的N型半导体层、多量子阱层、P型半导体层和电流扩散层，所述多量子阱层、P型半导体层和电流扩散层部分暴露出所述N型半导体层。

可选的，在所述的LED芯片的制造方法中，所述第一电极群形成在电流扩散层上，所述第二电极群形成在N型半导体层上。

可选的，在所述的LED芯片的制造方法中，所述第一电极群形成在N型半导体层上，所述第二电极群形成在电流扩散层上。

可选的，在所述的LED芯片的制造方法中，所述衬底为蓝宝石衬底。

本发明还提供了采用上述任一方法制造出的LED芯片，所述LED芯片包括：衬底、形成于所述衬底上的管芯以及设置于管芯上并与管芯对应区域接触的电极，所述电极包括第一电极群和第二电极群，所述第一电极群上生成有第一电极层，所述第二电极群上生成有第二电极层，所述第一电极层和第二电极层之间由第二绝缘层隔开，所述第一电极群和第二电极群之间由第一绝缘层和第二绝缘层共同隔开。在第二电极层上贴装有基板。

可选的，在所述的LED芯片中，所述第一电极群的电极分排均匀分布在管芯对应区域上，所述第二电极群分布在以第一电极群的电极为中心的正六边形的顶点上。

可选的，在所述的LED芯片中，所述管芯包括依次形成于衬底上的N型半导体层、多量子阱层、P型半导体层和电流扩散层，所述多量子阱层、P型半导体层和电流扩散层部分暴露出所述N型半导体层。

可选的，在所述的LED芯片中，所述第一电极群与所述电流扩散层接触，所述第二电极群与所述N型半导体层接触。

可选的，在所述的LED芯片中，所述第一电极群与所述N型半导体层接触，所述第二电极群与所述电流扩散层接触。

本发明提供一种LED芯片及其制作方法，所述LED芯片的制造方法对传统倒装芯片工艺进行了优化，在生成电极群之后继续生成电极层和绝缘层等结构，无须将整个器件分为两个部分分别制造后再贴装，能有效控制器件厚度。

进一步的，将N电极与P电极分隔为第一电极群和第二电极群，分布在管芯对应区域上，这样的结构能获得充分的电流扩展使电流均匀分布，使器件得到良好的发光效率和均匀的出光率，并且能满足芯片尺寸更进一步增加的需求。

附图说明

图1为本发明实施例的LED芯片的电极分布示意图；

图2为本发明实施例的LED芯片的制造方法的流程图；

图3A~3I为本发明实施例的LED芯片的制造方法的各步骤在沿AA’剖面上的结构示意图。

具体实施方式

在背景技术中已经提及，传统的LED芯片倒装制造方法增加了工艺步骤和难度，并且限制了LED芯片在厚度和尺寸上的进一步发展，同时现有的LED芯片的电极结构，只能获得一定程度的电流扩展，使电流均匀分布，无法满足芯片尺寸更进一步增加的需求。

为此，本发明提供一种LED芯片及其制作方法，所述LED芯片的制造方法对传统倒装芯片工艺进行了优化，在生成电极群之后继续生成电极层和绝缘层等结构，能有效控制器件厚度。

下面将结合附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应所述理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1和图3I，所述LED芯片包括：衬底401、形成于所述衬底401上的管芯415、设置于管芯415对应区域上的电极、第一电极层410、第二电极层412、第一绝缘层421和第二绝缘层422。

所述电极包括第一电极群402和第二电极群403。所述第一电极群402上生成有第一电极层410，所述第二电极群403上生成有第二电极层412。所述第一电极层410、第二电极层412、所述第一电极群402和第二电极群403之间由第一绝缘层421和第二绝缘层422共同隔开。在第二电极层412上贴装有基板413。

本实施例优选将所述第一电极群402的电极分排均匀分布在管芯上，第二电极群403的电极分布在以第一电极群402的电极为中心的正六边形的顶点上。这样，在器件工作时载流子可以通过第一电极群402和第二电极群403均匀扩散到整个芯片中，提高器件的发光效率，并且，芯片的尺寸增加时，电极群分布作相应的扩展也能达到同样的效果，即，可适用于任意尺寸的LED芯片。本领域的研究人员可根据器件需求和工艺目的对电极群的数目和密度做适应性调整。

继续参考图3I，其为本发明实施例的LED芯片沿AA’的剖面示意图。管芯415一般包括依次形成于衬底401上的N型半导体层404、多量子阱层405、P型半导体层406、电流扩散层407。管芯415是LED芯片的核心部分，所述N型半导体层404、多量子阱层405和P型半导体层406形成用以发光的PN结，所述电流扩散层407起到扩展电流的作用。所述多量子阱层405、P型半导体层406和电流扩散层407部分暴露出所述N型半导体层404，用以在N型半导体404层上形成电极。本实施例中所述第一电极群402所述电流扩散层407接触，所述第二电极群403与所述N型半导体层404接触。当然也可以将所述第一电极群402与所述N型半导体层404接触，所述第二电极群403与所述电流扩散层407接触。

请参考图2，其为本发明实施例提供的LED芯片制作方法的流程图，所述方法包括如下步骤：

步骤S31，提供衬底，在衬底上形成管芯；

步骤S32，在管芯表面形成第一绝缘层，并平坦化所述第一绝缘层；

步骤S33，在第一绝缘层对应区域开出贯通第一绝缘层的第一孔槽群；

步骤S34，在第一绝缘层上沉积第一金属层，并平坦化所述第一金属层，第一孔槽群内的金属组成第一电极群，第一绝缘层表面的金属层组成第一电极层；

步骤S35，在第一电极层对应区域开出贯通第一电极层的绝缘孔槽群；

步骤S36，在第一电极层上沉积第二绝缘层，并平坦化所述第二绝缘层；

步骤S37，在第二绝缘层对应区域开出贯穿第一绝缘层和第二绝缘层的第二孔槽群；

步骤S38，在第二绝缘层上沉积第二金属层，并平坦化所述碟第二金属层，第二孔槽群内的金属组成第二电极群，第二绝缘层表面的金属层组成第二电极层；

步骤S39，在第二电极层上贴装基板。

参照图3A，执行步骤S31，提供衬底401，在衬底上形成管芯415，本实例中，所述衬底401为蓝宝石（Al₂O₃）衬底。当然，根据工艺需要，也可以选用其他适用于LED芯片制造的衬底，例如是尖晶石（MgAl₂O₄）、SiC、ZnS、ZnO或GaAs衬底。所述管芯415包括在衬底401上依次形成的N型半导体层404、多量子阱层405、P型半导体层406、电流扩散层407，所述多量子阱层405、P型半导体层406、电流扩散层407部分暴露出所述N型半导体层404。其中，根据第一电极群402和第二电极群403的设计的分布利用掩膜板在对应区域选择性开口，以部分暴露出所述N型半导体层404。形成所述管芯415的方法为本领域技术人员所熟知的，在此不再赘述。

参照图3B，执行步骤S32，在管芯415表面形成第一绝缘层421，并平坦化所述第一绝缘层421。第一绝缘层421材质使用绝缘材质，比如氧化硅、氮化硅或其他适用于LED制造的绝缘材料。

参照图3C，执行步骤S33，在第一绝缘层421对应区域开设第一孔槽群402’。具体的，所述第一孔槽群402’开口的位置是对应于第一电极群402设计的位置来决定，在本实施例中由于第一电极群402的位置设置在电流扩散层407上，因此第一孔槽群402’开口贯穿在电流扩散层407上的第一绝缘层421，即，所述第一孔槽群402’暴露所述电流扩散层407的表面。若第一电极群402的位置设置在N型半导体层404上，则第一孔槽群402’开口贯穿在N型半导体层404上的第一绝缘层421，即，所述第一孔槽群402’暴露所述N型半导体层404的表面。

参照图3D，执行步骤S34，在第一绝缘层421上形成第一金属层，并平坦化所述第一金属层，第一孔槽群内的金属组成第一电极群402，第一绝缘层421表面的金属层组成第一电极层408。形成所述第一金属层的方法可以是电镀，也可以是本领域常用的方法，比如物理气象沉积等。

参照图3E，执行步骤S35，在第一电极层408对应区域开出绝缘孔槽群。同样的，绝缘孔槽群的开口位置根据第二电极群403设计的位置来调整。本实施例中，所述绝缘孔槽群的位置对应步骤S31中部分暴露出所述N型半导体层404。

参照图3F，执行步骤S36，在第一电极层408上沉积第二绝缘层422，并平坦化所述第二绝缘层422。第二绝缘层422材质使用绝缘材质，比如氧化硅、氮化硅或其他适用于LED制造的绝缘材料。

参照图3G，执行步骤S37，在第二绝缘层422对应区域开出第二孔槽群403’。具体的，所述第二孔槽群403’开口的位置是对应于第二电极群403设计的位置来决定，在本实施例中由于第二电极群402的位置设置在N型半导体层404上，因此第二孔槽群403’开口贯穿在N型半导体层404上的第一绝缘层421和第二绝缘层422，即，所述第二孔槽群403’暴露部分所述N型半导体层404的表面。

参照图3H，执行步骤S38，在第二绝缘层422上形成第二金属层，并平坦化所述第二金属层，第二孔槽群403’内的金属组成第二电极群403，第二绝缘层422表面的金属层形成第二电极层412。

更优选的，参照图1，第二电极群403分布在以第一电极群402的电极为中心的正六边形的顶点上。简而言之，若所述第一电极群402形成在电流扩散层407上（例如本实施例）时，则第二电极群403形成在N型半导体层404上，若所述第一电极群402形成在N型半导体层404上时，则第二电极群403形成在电流扩散层407上。这时，在相应区域的孔槽位置做出对应的调整。

参照图3I，执行步骤S39，在第二电极层上贴装基板。

综上所述，本发明所提供一种LED芯片的结构及其制造方法，所述LED芯片的制造方法对传统倒装芯片工艺进行了优化，在生成电极群之后继续生成电极层和绝缘层等结构，无须将整个器件分为两个部分分别制造后再贴装，能有效控制器件厚度。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种LED芯片的制造方法，包括：

提供衬底，在衬底上形成管芯，所述管芯包括依次形成于衬底上的N型半导体层、多量子阱层、P型半导体层和电流扩散层，所述多量子阱层、P型半导体层和电流扩散层部分暴露出所述N型半导体层；

在管芯表面形成第一绝缘层，并平坦化所述第一绝缘层；

在第一绝缘层对应区域开出第一孔槽群，所述第一孔槽群暴露出所述电流扩散层或N型半导体层；

在第一绝缘层上形成第一金属层，并平坦化所述第一金属层，第一孔槽群内的金属组成第一电极群，第一绝缘层表面的金属层组成第一电极层；

在第一电极层对应区域开出绝缘孔槽群；

在第二绝缘层对应区域开出第二孔槽群，所述第二孔槽群暴露出所述N型半导体层或电流扩散层；

在第二绝缘层上形成第二金属层，并平坦化所述第二金属层，第二孔槽群内的金属组成第二电极群，第二绝缘层表面的金属层组成第二电极层；

所述第一电极群形成在电流扩散层上与之接触，所述第二电极群形成在N型半导体层上与之接触，或者，所述第一电极群形成在N型半导体层上与之接触，所述第二电极群形成在电流扩散层上与之接触；

在第二电极层上贴装基板。

2.如权利要求1所述的LED芯片的制造方法，其特征在于：所述第一电极群的电极分排均匀分布在管芯对应区域上，所述第二电极群分布在以第一电极群的电极为中心的正六边形的顶点上。

3.如权利要求1至2中任一项所述的LED芯片的制造方法，其特征在于：所述衬底为蓝宝石衬底。

4.如权利要求1所述的方法制造出的LED芯片，包括：衬底、形成于所述衬底上的管芯以及设置于管芯上并与管芯对应区域接触的电极，所述管芯包括依次形成于衬底上的N型半导体层、多量子阱层、P型半导体层和电流扩散层，所述多量子阱层、P型半导体层和电流扩散层部分暴露出所述N型半导体层，其特征在于：所述电极包括第一电极群和第二电极群，所述第一电极群上生成有第一电极层，所述第二电极群上生成有第二电极层，所述第一电极层和第二电极层之间由第二绝缘层隔开，所述第一电极群和第二电极群之间由第一绝缘层和第二绝缘层共同隔开，所述第一电极群与所述电流扩散层接触，所述第二电极群与所述N型半导体层接触，或者，所述第一电极群与所述N型半导体层接触，所述第二电极群与所述电流扩散层接触，在第二电极层上贴装有基板。

5.如权利要求4所述的LED芯片，其特征在于：所述第一电极群的电极分排均匀分布在管芯对应区域上，所述第二电极群分布在以第一电极群的电极为中心的正六边形的顶点上。