CN104409599B - 一种发光二极管芯片及其制造方法 - Google Patents

一种发光二极管芯片及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管芯片及其制造方法，属于发光二极管领域。所述发光二极管芯片包括：衬底以及依次层叠在衬底上的N型层、多量子阱层和P型层，发光二极管芯片还包括从P型层刻蚀到N型层的凹槽、设于凹槽内的N型层上的N型焊盘、设于P型层上的电流扩展层和P型焊盘，P型焊盘嵌设在电流扩展层中，P型焊盘和N型焊盘均包括依次层叠的底层、中间层和顶层，发光二极管芯片还包括：设于P型层上的第一环状保护层和设于凹槽内的N型层上的第二环状保护层，P型焊盘的底层包括设于P型层上且位于第一环状保护层环内的第一底层、设于P型层上且位于第一环状保护层环外的第二底层和覆盖在第一环状保护层上的第三底层。

Description

一种发光二极管芯片及其制造方法
技术领域
本发明涉及发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)领域，特别涉及一种发光二极管芯片及其制造方法。
背景技术
LED是一种绿色照明光源，具有节能环保、可靠性高、寿命长、响应速度快、耐振动、易维护等特点，已广泛用于平板显示、交通信号灯、照明及车灯等领域。LED是可取代白炽灯、荧光灯的新一代照明光源。
LED芯片主要由外延片及焊盘构成，LED芯片的焊盘可以包括多层金属层，例如3层。且在多层金属层中一般将化学性质活泼的金属层作为底层，起到增强焊盘与GaN外延片间粘附性的作用，例如Cr层。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
LED芯片的使用环境为自然环境，而底层金属的性质较为活泼，容易与大气环境中的水发生电化学反应，且这种电化学反应有一定的传递性，会从焊盘与环境接触的边缘区域缓慢地延伸到焊盘中心区域，最终整个焊盘底层都被腐蚀掉，出现N型及P型焊盘脱落，使得发光二极管出现死灯的现象，影响正常使用。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管芯片及其制造方法。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管芯片，包括衬底以及依次层叠在衬底上的N型层、多量子阱层和P型层，所述发光二极管芯片还包括从所述P型层刻蚀到所述N型层的凹槽、设于所述凹槽内的所述N型层上的N型焊盘、设于所述P型层上的电流扩展层和P型焊盘，所述P型焊盘嵌设在所述电流扩展层中，所述P型焊盘和所述N型焊盘均包括依次层叠的底层、中间层和顶层，所述发光二极管芯片还包括：设于所述P型层上的第一环状保护层和设于所述凹槽内的N型层上的第二环状保护层，所述P型焊盘的底层包括设于所述P型层上且位于所述第一环状保护层环内的第一底层、设于所述P型层上且位于所述第一环状保护层环外的第二底层和覆盖在所述第一环状保护层上的第三底层，所述P型焊盘的第一底层的厚度小于或等于所述第一环状保护层的厚度，所述N型焊盘的底层包括设于所述N型层上且位于所述第二环状保护层环内的第一底层、设于所述N型层上且位于所述第二环状保护层环外的第二底层和覆盖在所述第二环状保护层上的第三底层，所述N型焊盘的第一底层的厚度小于或等于所述第二环状保护层的厚度。
在本发明实施例的一种实现方式中，所述第一环状保护层和所述第二环状保护层为SiO2层、SiNx层、SiONy层、Au层或Pt层，x、y均为正整数。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述第一环状保护层和所述第二环状保护层的外环直径为50-120μm，所述第一环状保护层和所述第二环状保护层的内环直径为30-100μm，所述第一环状保护层和所述第二环状保护层的宽度为1-50μm，所述第一环状保护层和所述第二环状保护层的厚度为1-500nm。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述P型焊盘的直径比所述第一环状保护层的外环直径大1-50μm，所述N型焊盘的直径比所述第二环状保护层的外环直径大1-50μm。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述P型焊盘的第一底层的厚度小于所述第一环状保护层的厚度，所述N型焊盘的第一底层的厚度小于所述第二环状保护层的厚度。
另一方面，本发明实施例还提供了一种发光二极管芯片制造方法，包括：
在衬底上生长外延层，所述外延层包括依次层叠在所述衬底上的N型层、多量子阱层和P型层；
刻蚀所述P型层直至露出所述N型层，形成凹槽；
在所述P型层上生长第一环状保护层并在所述凹槽内的所述N型层上生长第二环状保护层；
在所述凹槽内的所述N型层上生长N型焊盘，所述N型焊盘包括依次层叠的底层、中间层和顶层，所述N型焊盘的底层包括设于所述N型层上且位于所述第二环状保护层环内的第一底层、设于所述N型层上且位于所述第二环状保护层环外的第二底层和覆盖在所述第二环状保护层上的第三底层，所述N型焊盘的第一底层的厚度小于或等于所述第二环状保护层的厚度；
在所述P型层上生长电流扩展层和P型焊盘，所述P型焊盘嵌设在所述电流扩展层中，所述P型焊盘包括依次层叠的底层、中间层和顶层，所述P型焊盘的底层包括设于所述P型层上且位于所述第一环状保护层环内的第一底层、设于所述P型层上且位于所述第一环状保护层环外的第二底层和覆盖在所述第一环状保护层上的第三底层，所述P型焊盘的第一底层的厚度小于或等于所述第一环状保护层的厚度。
在本发明实施例的一种实现方式中，所述在所述P型层上生长第一环状保护层并在所述凹槽内的所述N型层上生长第二环状保护层，包括：
在所述P型层和所述凹槽内的所述N型层上分别沉积一层SiO2层；
利用光刻掩膜及腐蚀技术处理所述SiO2层，在所述P型层和所述凹槽内的所述N型层上分别得到所述第一环状保护层和所述第二环状保护层。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述第一环状保护层和所述第二环状保护层为SiO2层、SiNx层、SiONy层、Au层或Pt层，x、y均为正整数。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述第一环状保护层和所述第二环状保护层的外环直径为50-120μm，所述第一环状保护层和所述第二环状保护层的内环直径为30-100μm，所述第一环状保护层和所述第二环状保护层的宽度为1-50μm，所述第一环状保护层和所述第二环状保护层的厚度为1-500nm。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述P型焊盘的直径比所述第一环状保护层的外环直径大1-50μm，所述N型焊盘的直径比所述第二环状保护层的外环直径大1-50μm。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在P型层及凹槽内的N型层上生长第一环状保护层和第二环状保护层，第一环状保护层和第二环状保护层分别将P型焊盘及N型焊盘的底层分割成多个部分，包括处于环内的第一底层和环外的第二底层，P型焊盘的第一底层的厚度小于或等于第一环状保护层的厚度，N型焊盘的第一底层的厚度小于或等于第二环状保护层的厚度，故即使环外的第二底层与环境中的水发生电化学反应被腐蚀掉，但由于第一环状保护层和第二环状保护层的存在，这种电化学反应并不会延伸到环内，因此环内的第一底层并不会被腐蚀，因而保证了焊盘的稳定性，提高了LED芯片使用的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本发明实施例一提供的发光二极管芯片的结构示意图；
图2是本发明实施例二提供的发光二极管芯片制造方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种发光二极管芯片，参见图1，该发光二极管芯片包括衬底101以及依次层叠在衬底101上的N型层102、多量子阱层103和P型层104，发光二极管芯片还包括从P型层104刻蚀到N型层102的凹槽105、设于凹槽105内的N型层102上的N型焊盘106、设于P型层104上的电流扩展层107和P型焊盘108，P型焊盘108嵌设在电流扩展层107中，P型焊盘108和N型焊盘106均包括依次层叠的底层100、中间层200和顶层300，发光二极管芯片还包括设于P型层104上的第一环状保护层109和设于凹槽105内的N型层102上的第二环状保护层110，P型焊盘108的底层100包括设于P型层104上且位于第一环状保护层109环内的第一底层100A、设于P型层104上且位于第一环状保护层109环外的第二底层100B和覆盖在第一环状保护层109上的第三底层100C，P型焊盘108的第一底层100A的厚度小于或等于第一环状保护层109的厚度，N型焊盘106的底层100包括设于N型层102上且位于第二环状保护层110环内的第一底层100A、设于N型层102上且位于第二环状保护层110环外的第二底层100B和覆盖在第二环状保护层110上的第三底层100C，N型焊盘106的第一底层100A的厚度小于或等于第二环状保护层110的厚度。
如图1所示，在本实施例中，N型焊盘106和P型焊盘108生长时，底层100和中间层200在各个位置上的厚度相等，而顶层300在各个位置上的厚度不相等。而在其他实施例中，还可以将底层100和顶层300在各个位置上的厚度相等，而中间层200在各个位置上的厚度不相等。
其中，底层100、中间层200和顶层300可以分别为Cr层、Pt层和Al层。
进一步地，在本实施例中，P型焊盘108的底层100还可以包括设于电流扩展层107上的第四底层100D。
在本发明实施例中，第一环状保护层109和第二环状保护层110为抗腐蚀能力强的材料层。具体地，第一环状保护层109和第二环状保护层110可以为SiO2层、SiNx层、SiONy层、Au层或Pt层，x、y均为正整数，第一环状保护层109和第二环状保护层110选用上述材料，避免与水反应，从而对焊盘的底层100起到保护作用。
在本发明实施例中，第一环状保护层109和第二环状保护层110的外环直径为50-120μm，第一环状保护层109和第二环状保护层110的内环直径为30-100μm，第一环状保护层109和第二环状保护层110的宽度为1-50μm，第一环状保护层109和第二环状保护层110的厚度为1-500nm。优选地，第一环状保护层109和第二环状保护层110的外环直径为70-90μm，第一环状保护层109和第二环状保护层110的内环直径为60-80μm，第一环状保护层109和第二环状保护层110的宽度为5-15μm，第一环状保护层109和第二环状保护层110的厚度为50-150nm。更优选地，第一环状保护层109和第二环状保护层110的外环直径为80μm，第一环状保护层109和第二环状保护层110的内环直径为70μm，第一环状保护层109和第二环状保护层110的宽度为10μm，第一环状保护层109和第二环状保护层110的厚度为100nm。
在本发明实施例中，P型焊盘108的直径比第一环状保护层109的外环直径大1-50μm，N型焊盘106的直径比第二环状保护层110的外环直径大1-50μm。优选地，N型焊盘106及P型焊盘108的直径为90μm。
在本发明实施例中，P型焊盘108的第一底层100A的厚度小于第一环状保护层109的厚度，N型焊盘106的第一底层100A的厚度小于第二环状保护层110的厚度，可以保证第一环状保护层109和第二环状保护层110可以将环内的底层金属完全与环外分隔开。优选地，N型焊盘106及P型焊盘108的第一底层100A的厚度为50nm。
在本实施例中，第一环状保护层109和第二环状保护层110的形状不限于圆环形，还可以是方环、矩形环或其他形状的环形，其中方环是指四边分别平行的两个正方形之间的部分，矩形环是指四边分别平行的两个矩形之间的部分。
本发明实施例通过在P型层及凹槽内的N型层上生长第一环状保护层和第二环状保护层，第一环状保护层和第二环状保护层分别将P型焊盘及N型焊盘的底层分割成多个部分，包括处于环内的第一底层和环外的第二底层，P型焊盘的第一底层的厚度小于或等于第一环状保护层的厚度，N型焊盘的第一底层的厚度小于或等于第二环状保护层的厚度，故即使环外的第二底层与环境中的水发生电化学反应被腐蚀掉，但由于第一环状保护层和第二环状保护层的存在，这种电化学反应并不会延伸到环内，因此环内的第一底层并不会被腐蚀，因而保证了焊盘的稳定性，提高了LED芯片使用的稳定性。
实施例二
本发明实施例提供了一种发光二极管芯片制造方法，参见图2，该方法包括：
步骤201：在衬底上生长外延层，外延层包括依次层叠在衬底上的N型层、多量子阱层和P型层。
步骤202：刻蚀P型层直至露出N型层，形成凹槽。
具体地，步骤202采用下述方式实现：通过光刻掩膜及刻蚀技术刻蚀掉部分P型层，使部分N型层裸露出来。
步骤203：在P型层上生长第一环状保护层并在凹槽内的N型层上生长第二环状保护层。
在本发明中，步骤203可以采用下述方式实现：
在P型层和凹槽内的N型层上分别沉积一层SiO2层；
利用光刻掩膜及腐蚀技术处理SiO2层，在P型层和凹槽内的N型层上分别得到第一环状保护层和第二环状保护层。
具体地，利用等离子体增强化学气相沉积法P型层和凹槽内的N型层上沉积一层SiO2层，然后利用光刻掩膜及腐蚀技术将大部分SiO2层腐蚀掉，仅在P型层及N型层上保留一个环状的SiO2层作为第一环状保护层和第二环状保护层。
步骤204：在凹槽内的N型层上生长N型焊盘，N型焊盘包括依次层叠的底层、中间层和顶层，N型焊盘的底层包括设于N型层上且位于第二环状保护层环内的第一底层、设于N型层上且位于第二环状保护层环外的第二底层和覆盖在第二环状保护层上的第三底层，N型焊盘的第一底层的厚度小于或等于第二环状保护层的厚度。
其中，底层、中间层和顶层可以分别为Cr层、Pt层和Al层。
步骤205：在P型层上生长电流扩展层和P型焊盘，P型焊盘嵌设在电流扩展层中，P型焊盘包括依次层叠的底层、中间层和顶层，P型焊盘的底层包括设于P型层上且位于第一环状保护层环内的第一底层、设于P型层上且位于第一环状保护层环外的第二底层和覆盖在第一环状保护层上的第三底层，P型焊盘的第一底层的厚度小于或等于第一环状保护层的厚度。
在本实施例中，N型焊盘和P型焊盘生长时，底层和中间层在各个位置上的厚度相等，而顶层的厚度不均匀。而在其他实施例中，还可以将底层和顶层的厚度设置均匀，而中间层的厚度不均匀。
进一步地，在本实施例中，P型焊盘的底层还可以包括设于电流扩展层上的第四底层。
在本发明实施例中，第一环状保护层和第二环状保护层为抗腐蚀能力强的材料层。具体地，第一环状保护层和第二环状保护层可以为SiO2层、SiNx层、SiONy层、Au层或Pt层，x、y均为正整数。
在本发明实施例中，第一环状保护层和第二环状保护层的外环直径为50-120μm，第一环状保护层和第二环状保护层的内环直径为30-100μm，第一环状保护层和第二环状保护层的宽度为1-50μm，第一环状保护层和第二环状保护层的厚度为1-500nm。优选地，第一环状保护层和第二环状保护层的外环直径为80μm，第一环状保护层和第二环状保护层的内环直径为70μm，第一环状保护层和第二环状保护层的宽度为10μm，第一环状保护层和第二环状保护层的厚度为100nm。
在本发明实施例中，P型焊盘的直径比第一环状保护层的外环直径大1-50μm，N型焊盘的直径比第二环状保护层的外环直径大1-50μm。优选地，N型焊盘及P型焊盘的直径为90μm。
在本发明实施例中，P型焊盘的第一底层的厚度小于第一环状保护层的厚度，N型焊盘的第一底层的厚度小于第二环状保护层的厚度，可以保证第一环状保护层和第二环状保护层可以将环内的底层金属完全与环外分隔开。优选地，N型焊盘及P型焊盘的第一底层的厚度为50nm。
在本实施例中，第一环状保护层和第二环状保护层的形状不限于圆环形，还可以是方环、矩形环或其他形状的环形，其中方环是指四边分别平行的两个正方形之间的部分，矩形环是指四边分别平行的两个矩形之间的部分。
本发明实施例通过在P型层及凹槽内的N型层上生长第一环状保护层和第二环状保护层，第一环状保护层和第二环状保护层分别将P型焊盘及N型焊盘的底层分割成多个部分，包括处于环内的第一底层和环外的第二底层，P型焊盘的第一底层的厚度小于或等于第一环状保护层的厚度，N型焊盘的第一底层的厚度小于或等于第二环状保护层的厚度，故即使环外的第二底层与环境中的水发生电化学反应被腐蚀掉，但由于第一环状保护层和第二环状保护层的存在，这种电化学反应并不会延伸到环内，因此环内的第一底层并不会被腐蚀，因而保证了焊盘的稳定性，提高了LED芯片使用的稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发光二极管芯片，包括衬底以及依次层叠在衬底上的N型层、多量子阱层和P型层，所述发光二极管芯片还包括从所述P型层刻蚀到所述N型层的凹槽、设于所述凹槽内的所述N型层上的N型焊盘、设于所述P型层上的电流扩展层和P型焊盘，所述P型焊盘嵌设在所述电流扩展层中，所述P型焊盘和所述N型焊盘均包括依次层叠的底层、中间层和顶层，其特征在于，
所述发光二极管芯片还包括：设于所述P型层上的第一环状保护层和设于所述凹槽内的N型层上的第二环状保护层，所述P型焊盘的底层包括设于所述P型层上且位于所述第一环状保护层环内的第一底层、设于所述P型层上且位于所述第一环状保护层环外的第二底层和覆盖在所述第一环状保护层上的第三底层，所述P型焊盘的第一底层的厚度小于或等于所述第一环状保护层的厚度，所述N型焊盘的底层包括设于所述N型层上且位于所述第二环状保护层环内的第一底层、设于所述N型层上且位于所述第二环状保护层环外的第二底层和覆盖在所述第二环状保护层上的第三底层，所述N型焊盘的第一底层的厚度小于或等于所述第二环状保护层的厚度。
2.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述第一环状保护层和所述第二环状保护层为SiO2层、SiNx层、SiONy层、Au层或Pt层，x、y均为正整数。
3.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述第一环状保护层和所述第二环状保护层的外环直径为50-120μm，所述第一环状保护层和所述第二环状保护层的内环直径为30-100μm，所述第一环状保护层和所述第二环状保护层的宽度为1-50μm，所述第一环状保护层和所述第二环状保护层的厚度为1-500nm。
4.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述P型焊盘的直径比所述第一环状保护层的外环直径大1-50μm，所述N型焊盘的直径比所述第二环状保护层的外环直径大1-50μm。
5.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述P型焊盘的第一底层的厚度小于所述第一环状保护层的厚度，所述N型焊盘的第一底层的厚度小于所述第二环状保护层的厚度。
6.一种发光二极管芯片制造方法，包括：
在衬底上生长外延层，所述外延层包括依次层叠在所述衬底上的N型层、多量子阱层和P型层；
刻蚀所述P型层直至露出所述N型层，形成凹槽；
其特征在于，所述方法还包括：
在所述P型层上生长第一环状保护层并在所述凹槽内的所述N型层上生长第二环状保护层；
在所述凹槽内的所述N型层上生长N型焊盘，所述N型焊盘包括依次层叠的底层、中间层和顶层，所述N型焊盘的底层包括设于所述N型层上且位于所述第二环状保护层环内的第一底层、设于所述N型层上且位于所述第二环状保护层环外的第二底层和覆盖在所述第二环状保护层上的第三底层，所述N型焊盘的第一底层的厚度小于或等于所述第二环状保护层的厚度；
在所述P型层上生长电流扩展层和P型焊盘，所述P型焊盘嵌设在所述电流扩展层中，所述P型焊盘包括依次层叠的底层、中间层和顶层，所述P型焊盘的底层包括设于所述P型层上且位于所述第一环状保护层环内的第一底层、设于所述P型层上且位于所述第一环状保护层环外的第二底层和覆盖在所述第一环状保护层上的第三底层，所述P型焊盘的第一底层的厚度小于或等于所述第一环状保护层的厚度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在所述P型层上生长第一环状保护层并在所述凹槽内的所述N型层上生长第二环状保护层，包括：
在所述P型层和所述凹槽内的所述N型层上分别沉积一层SiO2层；
利用光刻掩膜及腐蚀技术处理所述SiO2层，在所述P型层和所述凹槽内的所述N型层上分别得到所述第一环状保护层和所述第二环状保护层。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一环状保护层和所述第二环状保护层为SiO2层、SiNx层、SiONy层、Au层或Pt层，x、y均为正整数。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一环状保护层和所述第二环状保护层的外环直径为50-120μm，所述第一环状保护层和所述第二环状保护层的内环直径为30-100μm，所述第一环状保护层和所述第二环状保护层的宽度为1-50μm，所述第一环状保护层和所述第二环状保护层的厚度为1-500nm。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述P型焊盘的直径比所述第一环状保护层的外环直径大1-50μm，所述N型焊盘的直径比所述第二环状保护层的外环直径大1-50μm。
CN201410668447.6A 2014-11-20 2014-11-20 一种发光二极管芯片及其制造方法 Active CN104409599B (zh)

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