CN103489966A - 一种led芯片电极的制作方法、led芯片及led - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种焊线成本低，焊点可靠的LED芯片电极的制作方法，包括在制作好的LED外延片的部分区域上刻蚀P型半导体层、发光层至负N型半导体层，蚀刻显露的N型半导体层形成N型电极区，未被蚀刻的P型半导体区域形成P型电极区；1）在所述P型电极区上需要制作电极的区域镀上于P型半导体层非奥姆接触的第一电极接触层；2）在所述电极接触层上镀上电流阻挡层；3）在P型电极区上，未被上述电极接触层和电流阻挡层覆盖的区域镀上电流扩散层；4）在电流阻挡层上镀上与电流扩散层欧姆接触的金属第二电极接触层；5）在所述第二电极接触层上镀上第三电极接触层；6）在第三电极接触层上采用化学方法镀上材料为金的电极焊线层。
Description
技术领域
本发明涉及一种二级管芯片的制作方法、LED芯片及LED,尤其一种LED芯片上的电极的制作方法，采用该方法的LED芯片及LED。
背景技术
所谓的LED管(LED)就是将具备直接能隙的半导体材料层做成P/N二极管，在热平衡的条件下，大部份的电子没有足够的能量跃升至导电带。再施以顺向偏压，则电子会跃升至导电带，而电子在原价键带上的原位置即产生空穴。在适当的偏压下，电子、空穴便会在P/N节区域(P-N Juction)结合而发光，电源的电流会不断的补充电子和空穴给负N型半导体和正P型半导体，使得电子、空穴结合而发光得以持续进行。LED发光的原理是电子和空穴的结合，电子所带的能量，以光的形式释放出来，称为自发放射。一般LED所放出的光便是属于此种类型。
一颗传统的蓝绿光芯片架构如图1所示，可分成正极焊点01、透明电极02、正型氮化镓03、发光层04、负极焊点05、负型氮化镓06、本质型氮化镓缓冲07、蓝宝石衬底8组成，其电极结构是直接在正型氮化镓03和负型氮化镓06上蒸发镀金或溅射镀金的Cr，Pt，Au。采用这种电极结构的芯片在封装是必需使用材料为金的连接线，且由于共金性不好，焊线质量不可靠。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种封装成本低、焊线质量可靠的LED管芯片制作方法、芯片及采用该芯片的LED管。
本发明解决其技术问题所采用的技术手段是：
一种LED芯片电极的制造方法，包括在衬底上依次生长出N型半导体层，发光层和P型半导体层；在所述P型半导体层上刻蚀部分区域，去除该区域的P型半导体层、发光层至显露负N型半导体层；显露的N型半导体层形成N型电极区，用于制作N型电极，未被蚀刻的P型半导体层形成P型电极区，用于制作P型电极，所述P型电极的制作方法包括以下步骤：1）在所述P型电极区上需要制作P型电极的区域镀上与P型半导体层非奥姆接触的第一电极接触层；2）在所述第一电极接触层上镀上电流阻挡层；3）在所述P型电极区上，未被上述第一电极接触层和电流阻挡层覆盖的区域镀上电流扩散层；4）在所述电流阻挡层上镀上与电流扩散层欧姆接触的第二电极接触层；5）在所述第二电极接触层上镀上第三电极接触层；6）在所述第三电极接触层上采用化学方法镀上材料为金的电极焊线层。
一种LED芯片，包括衬底，和依次覆盖在衬底上的N型半导体层、发光层和P型半导体层，所述P型半导体层上的部分区域被去除至显露N型半导体层，所述显露的N型半导体层上设置有N型电极，所述P型半导体层上未被去除的区域设置有P型电极，所述P型电极包括有第一电极接触层，所述第一接触层上设置有电流阻挡层，所述P型半导体层上除电流阻挡层覆盖的区域以外设置有电流扩散层，所述电流阻挡层上设置有第二电极接触层，所述第二电极接触层上设置有第三电极接触层，所述第二电极接触层和第三电极接触层与电流扩散层欧姆接触，所述第三电极接触层上设置有材料为金的电极焊线层。
一种LED，包括支架、安装于支架上芯片、电连接芯片与支架的焊线和焊点、覆盖所述支架和芯片的封装胶体，所述芯片包括衬底，和依次覆盖在衬底上的N型半导体层、发光层和P型半导体层，所述P型半导体层上的部分区域被去除至显露N型半导体层，所述显露的N型半导体层上设置有N型电极，所述P型半导体层上未被去除的区域设置有P型电极，所述P型电极包括有第一电极接触层，所述第一接触层上设置有电流阻挡层，所述P型半导体层上除电流阻挡层覆盖的区域以外设置有电流扩散层，所述电流阻挡层上设置有第二电极接触层，所述第二电极接触层上设置有第三电极接触层，所述第二电极接触层和第三电极接触层与电流扩散层欧姆接触，所述第三电极接触层上设置有材料为金的电极焊线层，所述焊线和焊点材料为：Au、Al、Ag、Pd、Cu或前述两种以上的合金材料的组合合金
本发明的有益效果是：本发明采用依次镀上的第一电极接触层、电流阻挡层、电流扩散层、第二电极接触层、第三电极接触层及最后在第三电极接触层上用化学方法镀上材料为金的电极焊线层的结构。由于采用该方法获得的电流焊线层的质地比较软，焊接性能好，在后续封装时，可以选择价格低廉的焊线材料如Al、Ag、Pd和Cu以降低成本，即使选择Au为焊线也可以形成比现有的电极结构更可靠的焊点。
附图说明
图1是现有技术LED管芯片的结构示意图；
图2是双电极LED芯片的正面结构示意图；
图3是图2A-A方向剖面的一种结构示意图；
图4是图2A-A方向剖面的另一种结构示意图；
图5是单电极LED芯片剖面的结构示意图；
图6是双电极LED芯片焊线结构示意图；
图7是双电极LED芯片封装结构示意图；
图8是单电极LED芯片封装结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1，参考图2、图3和图4，一种LED芯片电极的制造方法，包括在衬底1上依次生长出N型半导体层2，发光层3和P型半导体层4；在所述P型半导体层上刻蚀部分区域，去除该区域的P型半导体层4、发光层3至显露负N型半导体层2；显露的N型半导体层2形成N型电极区21，用于制作N型电极22，未被蚀刻的P型半导体层4形成P型电极区41，用于制作P型电极42，所述P型电极42的制作方法包括以下步骤：1）在所述P型电极区41上需要制作P型电极42的区域镀上与P型半导体层4非奥姆接触的第一电极接触层10；2）在所述第一电极接触层10上镀上电流阻挡层5；3）在所述P型电极区41上，未被上述第一电极接触层10和电流阻挡层5覆盖的区域镀上电流扩散层6；4）在所述电流阻挡层5上镀上与电流扩散层6欧姆接触的第二电极接触层11；5）在所述第二电极接触层11上镀上第三电极接触层7；6）在所述第三电极接触层上采用化学方法镀上材料为金的电极焊线层8。
具体是，选用制作好的LED外延片，其包括蓝宝石衬底1，蓝宝石衬底1上生长有氮化镓材料的N型半导体层2、铟镓氮材料的发光层3以及氮化镓材料的P型半导体层4。在P型半导体层4上蚀刻部分区域，蚀刻深度穿过发光层2至显露N型半导体层，所显露的N型半导体层为N型电极区21，用于制作N型电极22；而P型半导体层4上未被蚀刻的区域为P型电极区41，用于制作P型电极42。由于电流阻挡层5的材料与P型半导体层粘合不可靠，故在制作电流阻挡层5时，先在P型电极区41上，拟设计P型电极42的区域镀上Ti或Cr或Al或Ag或Pt材料，形成第一电极接触层10；再在该第一电极接触层10镀上TiO2或Al2O3或SiO2或Si3N4或ZnO，形成电流阻挡层5，从而防止因电流阻挡层的粘合性不好而造成电极脱落。然后在P型电极区41上，未被上述第一电极接触层10和电流阻挡层5覆盖的区域镀上电流扩散层6。再在电流扩散层6上，用Ti或Ni覆盖所述电流阻挡层5作为第二电极接触层11，并在所述第二电极接触层11上镀上Au或Pt或Cr或Wu或Pd作为第三电极接触层7。所述第二电极接触层11和第三电极接触层7均与电流扩散层6形成良好的欧姆接触。电流通过第二电极接触层11和第三电极接触层7流向电流扩散层6，电流扩散层6将电流更均匀扩散到阻挡层外5的发光层3。第二电极接触层11的目的也为了更好的将第三电极接触层7附着在电流阻挡层5上；而镀第三电极接触层7的目的是为了在后续采用化学方式镀材料为金的电极焊线层8时，诱使金沉淀在其上。所述化学镀金是利用化学还原反应的原理，使溶液中的金离子在第三电极接触层上成为金析出，主要反应方程式如下：
R+H2O→OX+H++e
NaAu(SO3)2→Au++Na++2(SO3)-
e+Au++2e→Au
2H++2e→H2
但反应初期是溶液中的金离子与第三电极接触层上的金属置换优先，其后再发生还原反应，以后析出的金有自己的触媒作用，顺利进行还原。
以上为双电极LED芯片的P电极42的制作方法，由于N型电极区可以不制作电流阻挡层5和电流扩散层6，所以N电极22的制作方法可以与P电极42的方法稍有不同。
参考图3，其中一种制作N电极22的方法是，在上述P型电极区41上制作所述第1）、第2）、第4）、第5）和第6）步工艺中，即是在P型电极区41上镀上第一电极接触层10、电流阻挡层5、第二电极接触层11、第三电极接触层7和电极焊线层8时，也在N型电极区21上同时镀上第一电极接触层10、电流阻挡层5、第二电极接触层11、第三电极接触层7和电极焊线层8，只有制作电流扩散层6工艺时，不需要在N型电极区21上形成。当然，也可以如图4所示，仅在N电极22上加入包括电极焊线层8与第三电极接触层7的组合；或包括电极焊线层8加第三电极接触层7和第二电极接触层11等一种或几种组合。这样，由于N电极22的结构在制作P电极42的工艺中同时形成，就可以避免在制作P电极42的过程中覆盖保护膜保护N型电极区21的工艺，工艺比较简单。
采用实施例1的一种LED芯片的电极制造方法所形成的一种LED芯片的结构是：包括衬底1，和依次覆盖在衬底1上的N型半导体层2、发光层3和P型半导体层4，所述P型半导体层4上的部分区域被去除至显露N型半导体层2形成N型电极区21，P型半导体层4上未被去除的区域形成P型电极区41。所述P型电极区41上设置有第一电极接触层10，所述第一接触层10上设置有电流阻挡层5，所述P型电极区41上除电流阻挡层5覆盖的区域以外设置有电流扩散层6，所述电流阻挡层5上设置有第二电极接触层11，所述第二电极接触层11上设置有第三电极接触层7，所述第二电极接触层11和第三电极接触层7与电流扩散层6欧姆接触，所述第三电极接触层11上设置材料为金的电极焊线层8。所述N型电极区21上也设置有与所述P型电极区41上相同的第一电极接触层10、电流阻挡层5、第二电极接触层11、第三电极接触层7和材料为金的电极焊线层8。
参考图6和图7，采用实施例1的一种LED芯片的电极制造方法获得芯片封装后的LED结构是，包括支架14、安装于支架14上芯片、电连接芯片与支架14的焊线13和焊点12、覆盖所述支架和芯片的封装胶体15，所述芯片包括衬底1，和依次覆盖在衬底1上的N型半导体层2、发光层3和P型半导体层4，所述P型半导体层4上的部分区域被去除至显露N型半导体层2形成N型电极区21，P型半导体层4上未被去除的区域形成P型电极区41。所述P型电极区41上设置有第一电极接触层10，所述第一接触层10上设置有电流阻挡层5，所述P型电极区41上除电流阻挡层5覆盖的区域以外设置有电流扩散层6，所述电流阻挡层5上设置有第二电极接触层11，所述第二电极接触层11上设置有第三电极接触层7，所述第二电极接触层11和第三电极接触层7与电流扩散层6欧姆接触，所述第三电极接触层11上设置材料为金的电极焊线层8。所述焊线12和焊点12的材料为：Au、Al、Ag、Pd、Cu或前述两种以上的合金材料的组合合金。所述N型电极区21上也设置有与所述P型电极区41上相同的第一电极接触层10、电流阻挡层5、第二电极接触层11、第三电极接触层7和材料为金的电极焊线层8。
实施例2，本发明的方法还可以应用于单电极芯片上，当芯片衬底为导电结构，或应用去除衬底的方法获得的芯片上，或应用其他结构致使衬底具有导电功能的芯片上，仅需要在P型半导体层上制作一个电极即可。参考图5，实施例2的大部分工艺与实施例1的工艺相同，不同之处在于实施例2不需要刻蚀P型半导体层4、发光层3至负N型半导体层2，不需要显露的N型半导体层4形成N型电极区41，即是不需要制作N电极22的相关工艺，仅需要制作P电极42的工艺即可。
具体包括，在衬底1上依次生长出N型半导体层2，发光层3和P型半导体层4；在所述P型半导体层4上需要制作P型电极42的区域镀上与P型半导体层4非奥姆接触的第一电极接触层10；在所述第一电极接触层10上镀上电流阻挡层5；在所述P型半导体层4上，未被上述第一电极接触层10和电流阻挡层5覆盖的区域镀上电流扩散层6；在所述电流阻挡层5上镀上与电流扩散层6欧姆接触的第二电极接触层11；在所述第二电极接触层11上镀上第三电极接触层7；在所述第三电极接触层上采用化学方法镀上材料为金的电极焊线层8。所述第一电极接触层的材料为：Ti或Cr或Al或Ag或Pt，所述电流阻挡层的材料为：TiO2或Al2O3或SiO2或Si3N4或ZnO。所述第二电极接触层的材料为：Ti或Ni，所述第三电极接触层的材料为Au或Pt或Cr或Wu或Pd。
参考图5，采用实施例2的一种LED芯片的电极制造方法所形成的一种LED芯片的结构是：包括衬底1，和依次覆盖在衬底1上的N型半导体层2、发光层3和P型半导体层4，所述P型半导体层4设置有第一电极接触层10，所述第一接触层10上设置有电流阻挡层5，所述P型半导体层4上除电流阻挡层5覆盖的区域以外设置有电流扩散层6，所述电流阻挡层5上设置有第二电极接触层11，所述第二电极接触层11上设置有第三电极接触层7，所述第二电极接触层11和第三电极接触层7与电流扩散层6欧姆接触，所述第三电极接触层11上设置材料为金的电极焊线层8。所述第一电极接触层的材料为：Ti或Cr或Al或Ag或Pt，所述电流阻挡层的材料为：TiO2或Al2O3或SiO2或Si3N4或ZnO。所述第二电极接触层的材料为：Ti或Ni，所述第三电极接触层的材料为Au或Pt或Cr或Wu或Pd。
参考图8，采用实施例2的一种LED芯片的电极制造方法获得芯片封装后的LED结构是，包括支架14、安装于支架14上芯片、电连接芯片与支架14的焊线13和焊点12、覆盖所述支架和芯片的封装胶体15，芯片固定在支架14上的导电胶141。所述芯片包括衬底1，和依次覆盖在衬底1上的N型半导体层2、发光层3和P型半导体层4，所述P型半导体层4设置有第一电极接触层10，所述第一接触层10上设置有电流阻挡层5，所述P型半导体层4上除电流阻挡层5覆盖的区域以外设置有电流扩散层6，所述电流阻挡层5上设置有第二电极接触层11，所述第二电极接触层11上设置有第三电极接触层7，所述第二电极接触层11和第三电极接触层7与电流扩散层6欧姆接触，所述第三电极接触层11上设置材料为金的电极焊线层8。所述焊线12和焊点12的材料为：Au、Al、Ag、Pd、Cu或前述两种以上的合金材料的组合合金。
Claims (9)
1.一种LED芯片电极的制造方法，包括在衬底上依次生长出N型半导体层，发光层和P型半导体层；在所述P型半导体层上刻蚀部分区域，去除该区域的P型半导体层、发光层至显露负N型半导体层；显露的N型半导体层形成N型电极区，用于制作N型电极，未被蚀刻的P型半导体层形成P型电极区，用于制作P型电极，其特征在于所述P型电极的制作方法包括以下步骤：
1）在所述P型电极区上需要制作P型电极的区域镀上与P型半导体层非奥姆接触的第一电极接触层；
2）在所述第一电极接触层上镀上电流阻挡层；
3）在所述P型电极区上，未被上述第一电极接触层和电流阻挡层覆盖的区域镀上电流扩散层；
4）在所述电流阻挡层上镀上与电流扩散层欧姆接触的第二电极接触层；
5）在所述第二电极接触层上镀上第三电极接触层；
6）在所述第三电极接触层上采用化学方法镀上材料为金的电极焊线层。
2.根据权利要求1所述的一种LED芯片电极的制造方法，其特征在于：所述N型电极的制作方法包括，在所述第5）和第6）步中，在P型电极区上镀上第三电极接触层和电极焊线层时，也同时在N型电极区上镀上第三电极接触层和电极焊线层。
3.根据权利要求2所述的一种LED芯片电极的制造方法，其特征在于：所述N型电极的制作方法包括，在所述第1）、第2）和第4）步中，在所述P型电极区上镀上第一电极接触层、电流阻挡层和第二电极接触层时，也同时在N型电极区上镀上第一电极接触层、电流阻挡层和第二电极接触层。
4.根据权利要求1所述的一种LED芯片电极的制造方法，其特征在于：所述第一电极接触层的材料为：Ti或Cr或Al或Ag或Pt，所述电流阻挡层的材料为：TiO2或Al2O3或SiO2或Si3N4或ZnO。
5.根据权利要求1所述的一种LED芯片电极的制造方法，其特征在于：所述第二电极接触层的材料为：Ti或Ni，所述第三电极接触层的材料为Au或Pt或Cr或Wu或Pd。
6.一种LED芯片，包括衬底，和依次覆盖在衬底上的N型半导体层、发光层和P型半导体层，所述P型半导体层上的部分区域被去除至显露N型半导体层，所述显露的N型半导体层上设置有N型电极，所述P型半导体层上未被去除的区域设置有P型电极，其特征在于：所述P型电极包括有第一电极接触层，所述第一接触层上设置有电流阻挡层，所述P型半导体层上除电流阻挡层覆盖的区域以外设置有电流扩散层，所述电流阻挡层上设置有第二电极接触层，所述第二电极接触层上设置有第三电极接触层，所述第二电极接触层和第三电极接触层与电流扩散层欧姆接触，所述第三电极接触层上设置有材料为金的电极焊线层。
7.根据权利要求6所述的一种LED芯片，其特征在于：所述N型电极包括与P型电极相同的所述第三电极层和材料为金的电极焊线层。
8.根据权利要求7所述的一种LED芯片，其特征在于：所述N型电极还包括有与P型电极相同的所述第一电极接触层、电流阻挡层和第二电极接触层。
9.一种LED，包括支架、安装于支架上芯片、电连接芯片与支架的焊线和焊点、覆盖所述支架和芯片的封装胶体，所述芯片包括衬底，和依次覆盖在衬底上的N型半导体层、发光层和P型半导体层，所述P型半导体层上的部分区域被去除至显露N型半导体层，所述显露的N型半导体层上设置有N型电极，所述P型半导体层上未被去除的区域设置有P型电极，其特征在于：所述P型电极包括有第一电极接触层，所述第一接触层上设置有电流阻挡层，所述P型半导体层上除电流阻挡层覆盖的区域以外设置有电流扩散层，所述电流阻挡层上设置有第二电极接触层，所述第二电极接触层上设置有第三电极接触层，所述第二电极接触层和第三电极接触层与电流扩散层欧姆接触，所述第三电极接触层上设置有材料为金的电极焊线层，所述焊线和焊点材料为：Au、Al、Ag、Pd、Cu或前述两种以上的合金材料的组合合金。10、根据权利要求9所述的一种LED，其特征在于：所述N型电极包括与P型电极相同的所述第一电极接触层、电流阻挡层、第二电极接触层、第三电极层和材料为金的电极焊线层。
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