CN103779473B - Led芯片及其制作方法、led发光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种LED芯片及其制作方法、LED发光器件，包括：提供第一衬底；在所述第一衬底上依次形成缓冲层、发光结构、扩散阻挡层和绝缘层；对所述绝缘层进行刻蚀，形成贯穿所述绝缘层和扩散阻挡层并延伸至所述N型氮化镓层中的第一通孔，并在所述第一通孔内填充金属层形成第一电极；在所述具有第一电极的绝缘层表面形成金属种子层和金属支撑层，并将所述第一衬底与所述发光结构分开；对所述发光结构进行刻蚀，形成贯穿所述发光结构的第二通孔，并在所述第二通孔内填充金属层形成第二电极。本发明中的电极粘附力更强，欧姆接触更良好，从而能够提高LED芯片及LED发光器件的稳定性和良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体照明技术领域，更具体地说，涉及一种LED芯片及其制作方法、LED发光器件。
背景技术
LED照明器件作为新一代的固体冷光源，由于具有低能耗、寿命长、易控制和安全环保等特点，因此，是目前最为理想的节能环保照明产品，适用各种场所。
目前，氮化镓基LED器件作为新型的节能、环保光源，已经成为固体照明技术领域的研究热点。并且，垂直结构的氮化镓基LED器件由于具有电流分布均匀、电流产生的热量小、电压降低、和发光效率高等诸多优点，已经受到了人们的广泛关注，且其研究已经取得了一系列的进展。
现有的垂直结构的LED芯片的结构图，如图1所示，包括金属衬底1、依次位于金属衬底1上的金属反射层2、P面电极3、P型氮化镓层4、有源层5、N型氮化镓层6以及N面电极7，其制作工艺是先在蓝宝石衬底上依次形成缓冲层、N型氮化镓层、有源层、P型氮化镓层、金属反射层和P面电极，然后将其倒置与金属衬底键合在一起，再将蓝宝石衬底剥离，然后在剥离蓝宝石衬底后的N型氮化镓表面制作电极图形，形成N面电极，但是，该N面电极附着在N型氮化镓层的表面，粘附力较差，会影响LED芯片的性能，不利于LED芯片的大规模生产。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种LED芯片及其制作方法、LED发光器件，以解决现有技术中N面电极粘附力差，会影响LED芯片性能，不利于LED芯片的大规模生产的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种LED芯片的制作方法，包括：
提供第一衬底；
在所述第一衬底上依次形成缓冲层、发光结构、扩散阻挡层和绝缘层，其中，所述发光结构包括依次形成的N型氮化镓层、有源层、P型氮化镓层和金属反射层；
对所述绝缘层进行刻蚀，形成贯穿所述绝缘层和扩散阻挡层并延伸至所述N型氮化镓层中的第一通孔，并在所述第一通孔内填充金属层形成第一电极；
在所述具有第一电极的绝缘层表面形成金属种子层和金属支撑层，并将所述第一衬底与所述发光结构分开；
对所述发光结构进行刻蚀，形成贯穿所述发光结构的第二通孔，并在所述第二通孔内填充金属层形成第二电极。
优选的，所述金属支撑层是采用电镀工艺形成的。
优选的，所述金属种子层是采用电子束蒸发或者磁控溅射工艺形成的。
优选的，所述第一电极或第二电极是采用电子束蒸镀、磁控溅射、电镀或化学镀工艺在所述第一通孔或第二通孔中沉积填充金属层形成的。
优选的，所述第一通孔和第二通孔是采用干法刻蚀工艺形成的。
一种LED芯片，包括：
金属支撑层；
位于所述金属支撑层表面的金属种子层、绝缘层和扩散阻挡层；
位于所述扩散阻挡层表面的发光结构，所述发光结构包括从下往上依次排列的金属反射层、P型氮化镓层、有源层和N型氮化镓层；
贯穿所述绝缘层和扩散阻挡层并延伸至所述N型氮化镓层中，连通所述金属支撑层与所述N型氮化镓层的第一电极；
贯穿所述发光结构的第二电极。
优选的，形成所述金属种子层的材料为Pd、Pt、Au、W、Ni、Ta、Co、Ti中的一种或几种，其厚度范围约为100nm～500nm。
优选的，形成所述金属支撑层的材料为Ni、Cu、Au、Mo、Mn、Sn中的一种或几种，其厚度范围约为40μm～500μm。
优选的，所述LED芯片具有多个所述第一电极。
一种LED发光器件，包括上述的LED芯片。
与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：
本发明所提供的LED芯片及其制作方法、LED发光器件，连通金属支撑层与N型氮化镓层的第一电极，即N面电极，贯穿了绝缘层延伸至了N型氮化镓层的内部，与附着在N型氮化镓层表面的N面电极相比，其粘附力更强，欧姆接触更加良好，从而提高了LED芯片及LED发光器件的稳定性和良率，进而可以更好地达到LED芯片量产的要求。
并且，本发明所提供的LED芯片制作方法，在将第一衬底剥离后，不需要在N型氮化镓层上进行电极图形的制作，因此，增大了LED芯片的出光面积，进而提高了LED芯片的发光效率，有利于LED芯片及LED发光器件光型的优化，更有利于后续封装工艺的选择。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中垂直结构的LED芯片的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的LED制作方法的流程图；
图3a-3e为本发明实施例一提供的LED制作工艺流程图；
图4为本发明实施例二提供的LED芯片的结构示意图。
具体实施方式
正如背景技术所述，现有技术中的LED芯片的N面电极附着在N型氮化镓层的表面，粘附力较差，会影响LED芯片的性能，不利于LED芯片的大规模生产。
基于此，本发明提供了一种LED芯片的制作方法，以克服现有技术存在的上述问题，包括：
提供第一衬底；在所述第一衬底上依次形成缓冲层、发光结构、扩散阻挡层和绝缘层，其中，所述发光结构包括依次形成的N型氮化镓层、有源层、P型氮化镓层和金属反射层；对所述绝缘层进行刻蚀，形成贯穿所述绝缘层和扩散阻挡层并延伸至所述N型氮化镓层中的第一通孔，并在所述第一通孔内填充金属层形成第一电极；在所述具有第一电极的绝缘层表面形成金属种子层和金属支撑层，并将所述第一衬底与所述发光结构分开；对所述发光结构进行刻蚀，形成贯穿所述发光结构的第二通孔，并在所述第二通孔内填充金属层形成第二电极。
本发明还提供了一种LED芯片，包括：
金属支撑层；位于所述金属支撑层表面的金属种子层、绝缘层和扩散阻挡层；位于所述扩散阻挡层表面的发光结构，所述发光结构包括从下往上依次排列的金属反射层、P型氮化镓层、有源层和N型氮化镓层；贯穿所述绝缘层和扩散阻挡层并延伸至所述N型氮化镓层中，连通所述金属支撑层与所述N型氮化镓层的第一电极；贯穿所述发光结构的第二电极。
本发明还提供了一种LED发光器件，包括上述的LED芯片。
本发明所提供的LED芯片及其制作方法、LED发光器件，连通金属支撑层与N型氮化镓层的第一电极，即N面电极，贯穿了绝缘层延伸至了N型氮化镓层的内部，与附着在N型氮化镓层表面的N面电极相比，其粘附力更强，欧姆接触更加良好，从而提高了LED芯片及LED发光器件的稳定性和良率，进而可以更好地达到LED芯片量产的要求。
并且，本发明所提供的LED芯片制作方法，在将第一衬底剥离后，不需要在N型氮化镓层上进行电极图形的制作，因此，增大了LED芯片的出光面积，进而提高了LED芯片的发光效率，有利于LED芯片及LED发光器件光型的优化，更有利于后续封装工艺的选择。
以上是本发明的核心思想，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，但是本发明还可以采用其他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例的限制。
其次，本发明结合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示例，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。
下面通过几个实施例详细描述。
实施例一
本实施例提供了一种LED芯片的制作方法，其流程图如图2所示，包括以下步骤：
S201：提供第一衬底；
第一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，本实施例中优选第一衬底为蓝宝石衬底。
S202：在所述第一衬底上依次形成缓冲层、发光结构、扩散阻挡层和绝缘层；
其中，所述发光结构包括依次形成的N型氮化镓层、有源层、P型氮化镓层和金属反射层。
具体地，如图3a所示，先在第一衬底10上形成缓冲层11，然后在缓冲层11表面形成发光结构20，即在第一衬底10上依次生长缓冲层11、N型氮化镓层201、有源层202、P型氮化镓层203，采用的工艺为金属有机物化学气相沉积，然后在P型氮化镓层203上蒸镀金属反射层204，所述金属反射层204由Al、Ag或其合金构成，其厚度的范围约为100nm～500nm，而后将第一衬底放置在氮气的环境中高温退火5min～60min，以使形成的金属反射层更加致密均匀，欧姆接触性能更加良好。
发光结构20制作完成后，先采用电子束蒸发工艺在所述发光结构20表面形成扩散阻挡层30，以防止金属反射层中的金属离子扩散而形成漏电流，影响LED芯片的性能，然后再在所述扩散阻挡层30表面形成绝缘层40。所述绝缘层40可以由氮化硅、氧化硅、氮氧化硅中的一种或几种形成的一层或多层介质膜构成。具体地，如图3b所示，采用等离子体增强化学气相沉积工艺，在扩散阻挡层30的表面沉积绝缘层40，使金属反射层204与后续制作的金属支撑层等之间彼此绝缘。
S203：对所述绝缘层进行刻蚀，形成贯穿所述绝缘层和扩散阻挡层并延伸至所述N型氮化镓层中的第一通孔，并在所述第一通孔内填充金属层形成第一电极；
采用电感耦合等离子或反应离子刻蚀工艺，对所述绝缘层40进行干法刻蚀，形成贯穿所述绝缘层40、扩散阻挡层30和所述发光结构20中的金属反射层204、P型氮化镓层203以及有源层202，并延伸至N型氮化镓层201中的第一通孔，如图3c所示。
在本发明的其他实施例中，为了保证刻蚀的深度和精度，可以在形成发光结构后，就对发光结构进行第一次刻蚀，形成贯穿金属反射层、P型氮化镓层以及有源层，并延伸至N型氮化镓层中的微孔，然后在形成扩散阻挡层和绝缘层后，进行第二次刻蚀，在所述微孔的基础上形成第一通孔。其中，在第一次刻蚀之后，为了避免后续的扩散阻挡层和绝缘层填充微孔，导致后续形成的第一电极与N型氮化镓层绝缘，可以采用等离子体增强化学气相沉积工艺在微孔上形成钝化保护层。
形成第一通孔后，采用电子束蒸镀、磁控溅射、电镀或化学镀工艺中的一种或几种，在所述第一通孔中沉积薄膜形成填充金属层，继而形成与N型氮化镓层电连接的第一电极1，所述第一电极1即为LED芯片的N面电极。
S204:在所述具有第一电极的绝缘层表面形成金属种子层和金属支撑层，并将所述第一衬底与所述发光结构分开；
在形成第一电极1后，先采用电子束蒸发或者磁控溅射工艺在绝缘层40的表面形成均匀致密的金属种子层50，并进行充分退火，以保证金属种子层50的良好的欧姆接触，使形成的金属种子层50与后续形成的金属支撑层60之间的导电性能较优，其中，所述金属种子层50可以由Pd、Pt、Au、W、Ni、Ta、Co、Ti中的一种或多种金属的合金构成，其厚度范围约为100nm～500nm。
金属种子层50制作完成后，通过电镀工艺在金属种子层50的表面形成金属支撑层60，并将第一衬底10与发光结构20剥离分开，形成如图3d所示的结构。其中，所述金属支撑层60的材料可以为Ni、Cu、Au、Mo、Mn、Sn中的一种或几种构成的合金，其厚度范围约为40μm～500μm。
在电镀金属支撑层60时，可以通过调节电镀速率和镀液成分，形成不同结构、成分和硬度的金属支撑层60，用以消除由于发光结构20、扩散阻挡层30和绝缘层40、金属种子层50以及金属支撑层60之间，由于膨胀系数不同而产生的内应力。电镀形成金属支撑层60后，低温退火10min～100min，进一步消除介质层之间的内应力，减少后续工艺中第一衬底剥离后，由于内应力而产生的金属层翘曲。
形成金属支撑层60后，对所述金属支撑层60进行研磨和抛光，以适应后续工艺的需要，然后采用研磨、湿法刻蚀或KrF紫外线准分子激光器将第一衬底10剥离，使所述第一衬底10与缓冲层11分开，再采用电感耦合等离子工艺对分离之后的缓冲层11进行刻蚀，去除N型氮化镓层201表面的损伤层和不导电层，然后采用湿法腐蚀工艺对N型氮化镓层201进行表面粗化工艺，以形成粗糙的表面。所述表面粗化工艺是利用KOH、NaOH、Ba(OH)2中的一种或几种溶液对表面进行腐蚀，并需要利用波长在200nm～600um之间的光辐射辅助腐蚀。
S205：对所述发光结构进行刻蚀，形成贯穿所述发光结构的第二通孔，并在所述第二通孔内填充金属层形成第二电极。
采用干法刻蚀工艺，对发光结构20，即N型氮化镓层201、有源层202、P型氮化镓层203、金属反射层204进行刻蚀，如图3e所示，形成贯穿所述发光结构20的第二通孔，刻蚀的终止位置在扩散阻挡层的表面，然后向第二通孔内部沉积填充金属层形成第二电极2，即形成LED芯片的P电极。
最后采用正切或背切的方法对芯片进行切割，将切割好的芯粒进行光电参数的测试和分选，将合格的芯粒进行后续的封装等工艺后，形成成品的LED芯片或LED发光器件。
本实施例提供的LED芯片制作方法，通过刻蚀形成了贯穿绝缘层和扩散阻挡层并延伸至N型氮化镓层的内部的第一通孔，然后在第一通孔内沉积金属层形成了连通金属支撑层与N型氮化镓层的第一电极，即N面电极，与附着在N型氮化镓层表面的N面电极相比，本实施例中的N电极粘附力更强，欧姆接触更加良好，从而提高了LED芯片及LED发光器件的稳定性和良率，进而可以更好地达到LED芯片量产的要求。
并且，本实施例提供的LED芯片制作方法，在将第一衬底与发光结构分开后，不需要在N型氮化镓层上进行电极图形的制作，因此，增大了LED芯片的出光面积，进而提高了LED芯片的发光效率，有利于LED芯片及LED发光器件光型的优化，更有利于后续封装工艺的选择。
实施例二
本实施例提供了一种LED芯片，其结构示意图如图4所示，包括：
金属支撑层60；
位于所述金属支撑层60表面的金属种子层50、绝缘层40和扩散阻挡层30；
位于所述扩散阻挡层30表面的发光结构20，所述发光结构20包括从下往上依次排列的金属反射层204、P型氮化镓层203、有源层202和N型氮化镓层201；
贯穿所述扩散阻挡层30并延伸至所述N型氮化镓层201中，连通所述金属支撑层60与所述N型氮化镓层201的第一电极1；
贯穿所述发光结构20的第二电极2。
本实施例中，所述金属种子层50经过了充分的退火，薄膜更加均匀致密、欧姆接触更加良好，可以使得在所述金属种子层50表面形成的金属支撑层60的欧姆接触等电学性能更加良好。此外，所述绝缘层扩散阻挡层30，用于防止金属反射层204中的金属离子扩散而形成漏电流，影响LED芯片的性能。
本实施例提供的LED芯片，第一电极与N型氮化镓层相连，即第一电极为从P型氮化镓层一面引出的N电极，所述第一电极与金属支撑层电连接，贯穿发光结构的第二电极为从N型氮化镓层一面引出的P电极，第一电极和第二电极与外部的电源相连后，在发光结构的两侧加电压，使所述发光结构发光。由于第一电极和第二电极之间通过绝缘层隔绝，因此，不会出现漏电等影响LED芯片的性能。
本实施例提供的LED芯片，连通金属支撑层与N型氮化镓层的第一电极，即N面电极，贯穿绝缘层延伸至了N型氮化镓层的内部，与附着在N型氮化镓层表面的N面电极相比，第一电极的粘附力更强，欧姆接触更加良好，从而提高了LED芯片及LED发光器件的稳定性和良率，进而可以更好地达到LED芯片量产的要求。
并且，本实施例提供的LED芯片，贯穿发光结构的第二电极的面积较小，与现有技术中的电极图形相比，增大了LED芯片的出光面积，进而提高了LED芯片的发光效率，有利于LED芯片及LED发光器件光型的优化，更有利于后续封装工艺的选择。
实施例三
本实施提供了一种LED发光器件，所述发光器件是由本发明所公开的结构的LED芯片制成。与现有技术相比，本实施中的LED发光器件稳定性和良率更高，亮度和光型更优，更符合各种场合的实际应用。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种LED芯片的制作方法，其特征在于，包括：
提供第一衬底；
在所述第一衬底上依次形成缓冲层、发光结构、扩散阻挡层和绝缘层，其中，所述发光结构包括依次形成的N型氮化镓层、有源层、P型氮化镓层和金属反射层；
对所述绝缘层进行刻蚀，形成贯穿所述绝缘层和扩散阻挡层并延伸至所述N型氮化镓层中的第一通孔，并在所述第一通孔内填充金属层形成第一电极；
在具有第一电极的绝缘层表面形成金属种子层和金属支撑层，并将所述第一衬底与所述发光结构分开；
对所述发光结构进行刻蚀，形成贯穿所述发光结构的第二通孔，并在所述第二通孔内填充金属层形成第二电极。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属支撑层是采用电镀工艺形成的。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述金属种子层是采用电子束蒸发或者磁控溅射工艺形成的。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一电极或第二电极是采用电子束蒸镀、磁控溅射、电镀或化学镀工艺在所述第一通孔或第二通孔中沉积填充金属层形成的。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一通孔和第二通孔是采用干法刻蚀工艺形成的。
6.一种LED芯片，其特征在于，包括：
金属支撑层；
位于所述金属支撑层表面的金属种子层、绝缘层和扩散阻挡层；
位于所述扩散阻挡层表面的发光结构，所述发光结构包括从下往上依次排列的金属反射层、P型氮化镓层、有源层和N型氮化镓层；
贯穿所述绝缘层和扩散阻挡层并延伸至所述N型氮化镓层中，连通所述金属支撑层与所述N型氮化镓层的第一电极；
贯穿所述发光结构的第二电极。
7.根据权利要求6所述的LED芯片，其特征在于，形成所述金属种子层的材料为Pd、Pt、Au、W、Ni、Ta、Co、Ti中的一种或几种，其厚度范围为100nm～500nm。
8.根据权利要求7所述的LED芯片，其特征在于，形成所述金属支撑层的材料为Ni、Cu、Au、Mo、Mn、Sn中的一种或几种，其厚度范围为40μm～500μm。
9.根据权利要求8所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片具有多个所述第一电极。
10.一种LED发光器件，其特征在于，包括权利要求6-9任一项所述的LED芯片。
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