CN103098242B - 发光二极管芯片 - Google Patents

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Abstract

详细说明了一种发光二极管芯片，包括-n型导电区(1)，-p型导电区(2)，-作用区(3)，其在所述n型导电区(1)和p型导电区(2)之间，镜层(4)，其在所述p型导电区(2)的远离所述作用区(3)的一侧处，-封装层(5)，其在所述镜层(4)的远离所述p型导电区(2)的一侧处，-接触层(6)，其在所述封装层(5)的远离所述镜层(4)的一侧处，其中-所述封装层(5)沿着所述镜层(4)的远离所述p型导电区(2)的底部区域(43)和所述镜层(4)的相对于所述底部区域(43)横向地伸展的侧面区域(42)进行延伸，以及-所述接触层(6)从其面对所述n型导电区(1)的侧面在适当位置可自由地到达。

Description

发光二极管芯片
技术领域
详细说明了一种发光二极管芯片。
背景技术
文献US2007/0290215A1描述了一种发光二极管芯片。
发明内容
要实现的一个目的在于详细说明一种发光二极管芯片，其在老化方面尤其稳定。
根据所述发光二极管芯片的至少一个实施例，所述发光二极管芯片包括n型导电区、p型导电区和布置在所述n型导电区和p型导电区之间的有源区。
例如通过相应地掺杂的半导体区来形成所述n型导电区和p型导电区。所述有源区提供为用于在所述发光二极管芯片的操作中产生例如从红外辐射至UV辐射的波长范围的电磁辐射。为此目的，所述有源区可包括例如pn结、单量子阱结构或多量子阱结构。进一步，所述有源区可能包括多个辐射产生层。
所述发光二极管芯片，即，例如所述n型导电区、p型导电区和/或所述有源区，以例如氮化物半导体为基础。其意味着所述区或至少部分所述区包括氮化物化合物半导体材料（例如AlnGamIn1-n-mN）或由所述材料组成，其中适用如下：0≤n≤1,0≤m≤1且n+m≤1。在此情况下，所述材料无需一定具有根据上式的数学上精确的组分。相反，其可包括例如一种或多种掺杂剂以及额外组成部分。
根据所述发光二极管芯片的至少一个实施例，所述发光二极管芯片包括镜层，其被布置在所述p型导电区的远离所述有源区的一侧处。所述镜层可例如直接地邻接所述p型导电区。所述镜层被提供用于在所述n型导电区的方向上反射在所述发光二极管芯片的操作期间在所述有源区中产生的电磁辐射。
根据所述发光二极管芯片的至少一个实施例，所述发光二极管芯片包括布置在所述镜层的远离所述p型导电区的一侧处的封装层。所述封装层可直接接触所述镜层。所述封装层充当用于所述镜层的屏障且抑制或防止例如湿气穿透到所述镜层中。例如，替代地或附加地，所述封装层可适合于防止将形成所述镜层的材料扩散到所述p型导电区中。
根据所述发光二极管芯片的至少一个实施例，所述发光二极管芯片包括接触层，其被布置在所述封装层的远离所述镜层的一侧处。所述接触层可例如直接接触所述封装层。
根据所述发光二极管芯片的至少一个实施例，所述封装层沿着所述镜层的远离所述p型导电区的底部区域和所述镜层的相对于所述底部区域横向地（例如垂直地）伸展的侧面区域进行延伸。在此情况下，所述封装层可直接接触所述镜层。特别地，在所述侧面区域的区域中，所述封装层可完全地覆盖所述镜层。
根据所述发光二极管芯片的至少一个实施例，所述接触层从其面对所述n型导电区的一侧在适当位置可自由地到达。换而言之，特别地，所述封装层在适当位置不覆盖所述接触层，使得所述接触层可从所述发光二极管芯片的外部直接地被电接触连接。所述接触连接可从所述n型导电区的方向实现，例如，借助于接触连接线，其可被固定至所述接触层。
根据所述发光二极管芯片的至少一个实施例，所述发光二极管芯片包括n型导电区、p型导电区和布置在所述n型导电区和p型导电区之间的有源区。此外，所述发光二极管芯片包括在所述p型导电区的远离所述有源区的一侧处的镜层、在所述镜层的远离所述p型导电区的一侧处的封装层、以及在所述封装层的远离所述镜层的一侧处的接触层。在此情况下，所述封装层沿着所述镜层的远离所述p型导电区的底部区域和所述镜层的相对于所述底部区域横向地伸展的侧面区域进行延伸，且所述接触层从其面对所述n型导电区的一侧在适当位置可自由地到达。
根据所述发光二极管芯片的至少一个实施例，所述发光二极管芯片包括贯穿所述n型导电区、所述p型导电区、所述有源区、所述镜层和所述封装层直至所述接触层的开口。在此情况下，例如，所述开口可借助于蚀刻来被引入到所述区和层中。
所述开口从所述n型导电区行进直至所述接触层完全地穿透所述发光二极管芯片。借助于所述开口，所述接触层未被覆盖且由此从其面对所述n型导电区的一侧在适当位置可自由地到达。在此情况下，所述开口可位于所述发光二极管芯片的边缘区域中，使得其在侧向上不完全地由所述n型导电区、所述p型导电区、所述有源区、所述镜层和所述封装层所界定。在此情况下，所述侧向是与所述发光二极管芯片的主延伸面平行伸展的方向。
然而，开口也可能被布置在所述发光二极管芯片的中央区域中，使得所述开口在侧向上在所有侧面上被所述n型导电区、所述p型导电区、所述有源区、所述镜层和所述封装层包围。
根据所述发光二极管芯片的至少一个实施例，面对所述开口的所述镜层的所述侧面区域被所述封装层完全地覆盖。如果所述封装层未沿所述侧面区域延伸，则穿过也贯穿所述镜层的所述开口，所述镜层的侧面区域在所述开口内将未被覆盖。
根据所述发光二极管芯片的至少一个实施例，所述p型导电层在侧向上在所述开口的区域中伸出所述镜层外。换而言之，例如在所述开口中，所述镜层并未与所述p型导电层平齐终止，而是相比于所述所述p型导电层被缩回。由此产生的腔体（例如空槽，其是由于超出所述镜层的所述p型导电层的悬垂而建立的）优选地用所述封装层的材料完全地填充。因此，在所述悬垂的区域中，所述封装层可直接地邻接所述p型导电区的面对所述接触层的底部区域。例如，在所述开口中的所述封装层在侧向上伸出所述p型导电层外。
根据所述发光二极管芯片的至少一个实施例，所述接触层在所述开口的区域中的适当位置是可线接触连接的。换而言之，所述开口以这样的尺寸被体现，使得到所述接触层的线接触连接可借助于例如“丝焊”来在所述开口中实现。所述接触层由可线接触连接材料形成。为此目的，例如，所述接触层包含或由以下材料之一组成：铝（Al）、金（Au）。
根据所述发光二极管芯片的至少一个实施例，所述发光二极管芯片包括辐射通道区域，其通过所述n型导电区的远离所述p型导电区的外部区域形成在适当位置。在操作期间由所述发光二极管芯片发出的电磁辐射的至少一部分在其从所述发光二极管芯片出现前或在其从所述发光二极管芯片出现期间穿过所述辐射通道区域。在此情况下，用于在所述发光二极管芯片的操作期间激励所述有源区的电流分布在所述辐射通道区域下方被实现。
也就是说，换而言之，没有用于在所述n型导电区上尽可能一致地分布电流的电流分布轨迹位于所述辐射通道区域上，即位于n型导电区的外部区域处。相反，在目前的情况下，这样的电流分布结构被形成在所述辐射通道区域的下方，使得没有辐射吸收、电流分布结构被布置在所述辐射通道区域上。因此，所述发光二极管芯片由于改善的效率而是出众的。此外，例如，也有这样的情况，即，没有用于所述发光二极管芯片的接触连接的焊盘被布置在所述辐射通道区域；而是，所述焊盘位于所述接触层处的开口中，即位于所述辐射通道区域下方。
根据所述发光二极管芯片的至少一个实施例，所述封装层包括以下材料的至少一种，即所述封装层可由以下材料的一种组成，包含以下材料的一种或包含以下材料的至少两种的组合或由以下材料的至少两种的组合组成：TiN、TiWN、Pt、W、PtTiWN、Ti。举例来说，所述封装层也可能以多层的方式来体现，例如，其中所述封装层具有由TiWN形成的至少一个下层和由TiN形成的至少一个下层。举例来说，多个所述下层可以在彼此之上以交替次序进行布置。
根据所述发光二极管芯片的至少一个实施例，所述封装层的外部区域在适当位置具有蚀刻方法的迹线。即，所述封装层的该部分在开口中借助于蚀刻过程而被去除。这也是涉及产品（发光二极管芯片）的特征，因为所述蚀刻方法可借助于作为所述蚀刻方法在所述封装层处的特性的迹线而被检测。
根据所述发光二极管芯片的至少一个实施例，所述镜层包含银或由银组成。银对湿气特别敏感；此外，在所述发光二极管芯片的操作期间出现的电场中，带正电荷的银离子趋于迁移到所述发光二极管芯片的其它区域中，在那里它们可能导致损坏，例如，低电流缺陷或短路。因此，这里描述的封装层（例如，也金属地封装所述镜层的侧面区域）证明是特别地有利的。
进一步，详细描述了一种用于产生发光二极管芯片的方法。举例来说，此处描述的发光二极管芯片可借助于所述方法而被产生。即，针对所述发光二极管芯片而公开的特征也针对所述方法而被公开，反之亦然。
例如，所述方法具有以下步骤，其中，所述步骤的指定顺序在此情况下是有利的：
首先，提供p型导电区。所述p型导电区可例如外延地生长在生长衬底上，例如按照以下的层顺序：生长衬底、n型导电区、有源区、p型导电区。
在随后的方法步骤中，施加镜层至所述p型导电区的外部区域，例如，施加在所述p型导电区的远离所述有源区的一侧处。
在施加所述镜层之后或在施加所述镜层期间借助于掩模技术，在所述镜层中产生开口，其延伸直至所述p型导电区。即，在所述开口的区域中去除所述镜层，使得布置在所述镜层下方的所述p型导电区未被覆盖。
之后，施加封装层至所述镜层远离所述p型导电区的底部区域，且将所述封装层引入到所述开口中。
结果，所述镜层的远离所述p型导电区的随后的底部区域以及所述镜层的侧面区域被所述封装层所覆盖。
之后，施加接触层至所述封装层远离所述镜层的一侧。
最后，从所述p型导电区远离在所述镜层的所述开口的区域中的所述接触层的一侧，接触层未被覆盖。为此目的，举例来说，所述n型导电区、所述有源区、所述p型导电区、所述镜层和所述封装层的材料在适当位置可被去除。在此情况下，在所述镜层的所述开口的区域中以所述封装层的部分仍然存在于所述镜层的所述侧面区域处的方式来产生所述未覆盖，使得所述镜层的所述侧面区域仍然被所述封装层的所述材料完全覆盖。
在示例性实施例和附图的基础上，下面更详细地解释此处描述的发光二极管芯片以及此处描述的用于产生发光二极管芯片的方法。
附图说明
图1P在示意性截面图示的基础上示出此处描述的发光二极管芯片的示例性实施例。
在参考图1A-1P的示意性截面图示的基础上，更详细地解释了此处描述的用于产生发光二极管芯片的方法。
在附图中，具有相同类型或相同地作用的相同元件具备同样的参考符号。这些图和在图中图示的元件彼此间的尺寸关系不应被认为是按比例的。相反，各个元件可以用放大的尺寸进行图示以便能够进行更好的图示和/或以便提供更好的理解。
具体实施方式
图1P在示意性截面图示的基础上示出此处描述的发光二极管芯片的示例性实施例。
所述发光二极管芯片包括载体12。所述载体12起到机械地稳定对其施加的发光二极管芯片的层的作用。在目前的情况下，将所述载体以导电方式进行体现。
所述载体12可用例如半导体材料或金属来形成。举例来说，所述载体12包含或由以下材料的一种组成：锗、硅、铜、镍、钼。
所述载体12之后是接触层11。所述接触层11包含例如金。封装层10被布置在所述接触层11远离所述载体12的一侧处，所述封装层包含例如钛、钨和/或氮化物，例如所述材料的氮化物。
所述金属层9被形成在所述封装层10远离所述接触层11的一侧处，例如，所述金属层包括以下金属中的一种或由以下金属中的一种组成：银、金。
在此情况下，在所述载体12和所述金属层9之间的所述接触层11和所述封装层10可能通过例如以下的层顺序而被形成：Ti/TiWN/TiPtAu。在此情况下，所述钛层面对所述金属层9且证明是特别地有利，尤其在金属层9由银构成的情况下。
根据图1P的所述发光二极管芯片此外包括n型导电区1、p型导电区2以及形成在n型导电区1和p型导电区2之间的有源区3。所述有源区3起到在所述发光二极管芯片的操作期间生成电磁辐射的作用。
所述镜层4被布置在所述p型导电区2远离所述n型导电区的一侧处。所述镜层4在其远离所述p型导电区2的底部区域43处以及在所述开口13中未被覆盖的其侧面区域42处由封装层5所覆盖。例如，由半导体材料形成的所述区域1、2和3基于上面更详细地描述的氮化物化合物半导体材料。
所述镜层4例如由银形成；所述封装层5包含或由以下材料或材料组合的至少一种组成：TiN、TiWN、Pt、W、PtTiWN、TCO（透明导电氧化物）材料（如ITO或ZnO）。
所述接触层6邻接所述封装层5的远离所述镜层的一侧，在目前的情况下，所述接触层由例如铝或金形成。
在所述发光二极管芯片中的所述开口13被形成到半导体主体中，穿过所述区域1、2和3且穿过所述镜层4和所述封装层5而被形成，且所述接触层6在其底部区域处未被覆盖。可在那里借助于例如接触线来构成与所述发光二极管芯片的接触。所述发光二极管芯片借助于例如接触线来在p侧上被连接。所述发光二极管芯片可具有另外的开口（未示出），从该另外开口，所述发光二极管芯片可在n侧上被导电连接。
然而，在目前的情况下，通过所述载体12构成与所述发光二极管芯片的接触。为了此目的，形成接触区8，金属层9在其中导电接触所述发光二极管芯片的所述n型导电区1。
将所述接触区8形成在穿过所述钝化层7的穿孔中。
所述钝化层7包含例如二氧化硅，或由其组成。所述钝化层7起到电气隔离所述p侧接触层6与所述n侧接触层11的作用。
在目前的情况下，所述封装层5在所述镜层4的侧面区域42处完全地覆盖所述镜层4，所述侧面区域42以其它方式在所述开口13中未被覆盖。在此情况下，所述p型导电区在横向1上在所述开口13的所述区域中伸出所述镜层4外。将由此产生的腔体用所述封装层5填充。
所述封装层5从所述侧面区域42沿着所述镜层4的所述底部区域43延伸，且以这样的方式提供对所述镜层4的保护，例如防止穿透性湿气。
用于操作所述发光二极管芯片的电流分布被完全地形成在位于所述n型导电区1的远离所述载体12的一侧处的所述辐射通道区域102的下方。
至少所述发光二极管芯片的由半导体材料形成的区域可在其未覆盖的外部区域处由例如由二氧化硅或氮化硅构成的另外的钝化层14所覆盖，且可借助于CVD方法来施加。
参考图1A-1P更详细地解释了此处描述的用于产生发光二极管芯片的方法。在图1A中的方法步骤中，提供了p型导电区2。举例来说，所述p型导电区2被外延地形成。为此目的，举例来说，n型导电区1可被沉积到例如由蓝宝石构成的生长衬底100上。
所述有源区3被形成到所述n型导电区1的远离所述生长衬底100的外部区域上，所述有源区之后是所述p型导电区2。
在图1B中的方法步骤中，例如通过气相沉积来将所述镜层4在所述p型导电区2的外部区域21处施加至所述p型导电区2的远离所述生长衬底100的一侧上。例如，所述镜层4由银组成。
之后，在所述镜层4中产生开口41，例如借助于蚀刻来产生。镜层4的一个或多个侧面区域42以及所述p型导电区在所述开口41之中或之处未被覆盖。与所述p型导电区2相对的所述镜层4的所述外部区域之后形成底部区域43（图1C）。
之后，将例如以TiWN/TiN层顺序形成的封装层5施加至所述镜层4，其中所述开口41也被填充，使得所述镜层4的所述侧面区域42被所述封装层5的所述材料完全地覆盖（图1D）。
封装层5远离镜层4的一侧之后是接触层6，其例如与金一起，也可以包含Ti/Cr。在此情况下，接触层6的厚度以这种方式被选择以便确保随后的发光二极管芯片中必要的电流传播（图1D）。
随后的方法步骤（图1E）涉及图案化所述封装层5、所述接触层6、所述镜层4以及所述p型导电区2和所述有源区3。举例来说，将所述层4、5、6湿化学地或借助背面溅射来图案化。例如，为此目的使用照相技术（phototechnology）。在为此使用掩模（未示出）的情况下，所述未覆盖的p型导电区2然后被中和或去除。例如，这可在将所述p型导电区2在适当位置去除或不去除的情况下，借助于Ar背面溅射来实现。
如果所述层4、5、6被湿化学地图案化，则剩余的图案化的p型导电区2在侧向1上伸出所述镜层4外至少1微米，例如大约2微米。
在后续的方法步骤中，将钝化层7施加至远离所述生长衬底100的一侧，该层具有例如至少400nm的厚度。例如，所述钝化层7可借助于在CVD过程中使用的TEOS前驱体而被施加，以便改善在这方面的二次成形（overmolding）属性，参见图1F。
之后，所述钝化层7在适当位置被开口且通过引入金属来形成所述接触区8。在完成的发光二极管芯片中，所述接触区8形成n型接触，其金属地完全环绕封装所述有源区3。举例来说，为此目的，可将银引入到所述钝化层7的所述开口中，参见图1G。
在图1H中的方法步骤涉及施加包含例如银的所述金属层9，且其可借助于例如蒸发来被施加。所述金属层9完全地覆盖形成在远离所述生长衬底的一侧上的结构且因此也起平面化的作用。
下一个方法步骤（图1I）涉及施加另外的封装层10和另外的接触层11，如结合图1P所描述的。
之后，所述载体12被电解地结合或沉积（图1J）。
在随后的方法步骤中（图1K），将所述生长衬底100例如借助于激光分离过程或化学机械地进行剥离。
为了改善来自所述发光二极管芯片的光的耦合输出，所述n型导电区1可随后在所述辐射通道区域102处被粗糙化。这借助于例如KOH蚀刻来完成（图1L）。
随后的方法步骤（图1M）涉及产生所述开口13，其穿透所述n型导电区1、所述有源区3以及所述p型导电区2。在所述开口13的底部区域处，所述封装层5最初未被覆盖。可借助于热H3PO4来产生所述开口13，热H3PO4在所述钝化层7和所述封装层5上终止。此外，可选地可实现台面蚀刻，由所述n型导电区1的虚线区域所指示的。
在接下来的方法步骤中（图1N），例如，借助于CVD来施加由二氧化硅组成的另外的钝化层14。
在图1O中的方法步骤中，所述封装层5在开口13中被蚀刻，使得接触层6在开口13的底部区域处未被覆盖。
最后，借助于例如激光分离来实现将发光二极管芯片从单个分离成多个（图1P）。
本发明没有被基于所述示例性实施例的描述限于示例性实施例。此外，本发明包含任何新的特征以及特征的任意组合，其特别地包括专利权利要求中的特征的任意组合，即使此特征或此组合本身没有在专利权利要求或示例性实施例中被明确地详细描述。
此专利申请要求德国专利申请102010033137.6的优先权，其内容的公开通过引用被结合于此。

Claims (13)

1.一种发光二极管芯片，包括
-n型导电区（1）；
-p型导电区（2）；
-有源区（3），其在所述n型导电区（1）和p型导电区（2）之间；
-镜层（4），其在所述p型导电区（2）的远离所述有源区（3）的一侧处；
-封装层（5），其在所述镜层（4）的远离所述p型导电区（2）的一侧处；以及
-接触层（6），其在所述封装层（5）的远离所述镜层（4）的一侧处，其中
-所述封装层（5）沿着所述镜层（4）的远离所述p型导电区（2）的底部区域（43）和所述镜层（4）的相对于所述底部区域（43）横向伸展的侧面区域（42）进行延伸，
-其中开口（13）贯穿所述n型导电区（1）、所述p型导电区（2）、所述有源区（3）、所述镜层（4）和所述封装层（5）直至所述接触层（6），以及
-所述接触层（6）从其面对所述n型导电区（1）的侧面在所述开口（13）的区域中可被自由地到达。
2.根据权利要求1的所述发光二极管芯片，其中所述开口被布置在所述发光二极管芯片的中央区域中，使得所述开口在侧向上在所有侧面上被所述n型导电区、所述p型导电区、所述有源区、所述镜层和所述封装层包围。
3.根据权利要求1的所述发光二极管芯片，其中所述镜层（4）的面对所述开口（13）的侧面区域（42）被所述封装层（5）完全地覆盖。
4.根据权利要求1的所述发光二极管芯片，其中所述p型导电区（2）在侧向上在所述开口（13）的区域中伸出所述镜层（4）外。
5.根据权利要求1的所述发光二极管芯片，其中所述接触层（6）至少在所述开口（13）的区域中是可线接触连接的。
6.根据权利要求1的所述发光二极管芯片，其中所述接触层（6）包含以下材料中的至少一种或由以下材料中的至少一种组成：Al、Au。
7.根据权利要求1的所述发光二极管芯片，包括
-辐射通道区域（102），其通过所述n型导电区（1）的远离所述p型导电区（2）的外部区域形成，其中
-用于在所述发光二极管芯片的操作期间激励所述有源区（3）的电流分布被实现在所述辐射通道区域（102）下方。
8.根据权利要求1的所述发光二极管芯片，其中所述封装层（5）包含或由以下材料中的至少一种组成：TiN、TiWN、Pt、W、PtTiWN。
9.根据权利要求1的所述发光二极管芯片，其中所述封装层（5）包含或由以下材料中的至少两种的组合组成：TiN、TiWN、Pt、W、PtTiWN。
10.根据权利要求1的所述发光二极管芯片，其中所述封装层（5）的外部区域（51）至少在所述开口（13）的区域中具有蚀刻方法的迹线。
11.根据权利要求1的所述发光二极管芯片，其中所述镜层（4）包含银或由银组成。
12.一种用于产生发光二极管芯片的方法，包括以下步骤：
-提供n型导电区（1），
-提供p型导电区（2），
-在n型导电区（1）与p型导电区（2）之间提供有源区（3），
-将镜层（4）施加至所述p型导电区（2）的外部区域（21），
-在所述镜层（4）中产生开口（41），其延伸直至所述p型导电区（2），
-将封装层（5）施加至所述镜层（4）的远离所述p型导电区（2）的底部区域（43），且施加至所述开口（41）中，
-将接触层（6）施加至所述封装层（5）的远离所述镜层（4）的一侧，
-形成贯穿所述n型导电区（1）、所述p型导电区（2）、所述有源区（3）、所述镜层（4）和所述封装层（5）而直至所述接触层（6）的开口（13），以及
-在所述镜层（4）的所述开口（41）的区域中从所述p型导电区（2）的远离所述接触层（6）的一侧通过所述开口（13）露出所述接触层（6）。
13.一种发光二极管芯片，包括
-n型导电区（1），
-p型导电区（2），
-有源区（3），其在所述n型导电区（1）和p型导电区（2）之间，
-镜层（4），其在所述p型导电区（2）的远离所述有源区（3）的一侧处，
-封装层（5），其在所述镜层（4）的远离所述p型导电区（2）的一侧处，以及
-接触层（6），其在所述封装层（5）的远离所述镜层（4）的一侧处，其中
-所述封装层（5）沿着所述镜层（4）的远离所述p型导电区（2）的底部区域（43）和所述镜层（4）的相对于所述底部区域（43）横向地伸展的侧面区域（42）进行延伸，
-所述接触层（6）从其面对所述n型导电区（1）的侧面可被自由地到达，以及
其中所述封装层（5）的外部区域（51）具有蚀刻方法的迹线。
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