CN104485405B - Led芯片及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种LED芯片及其制作方法。该LED芯片包括：自下而上的衬底、缓冲层、本征半导体层、第一半导体层、发光层、第二半导体层、电流阻挡层、透明导电层、金属电极以及保护层；第二半导体层和发光层部分去除，保留的第二半导体层和发光层形成第一台面；移除部分裸露的第一半导体层，保留的第一半导体层形成第二台面；其中，第二半导体层与第一半导体层的电性相异。透过分步刻蚀的方法，使得LED芯片形成具备不同深浅结构的双重台面，其中浅台面用于将LED芯片彼此隔离，深台面用于获取最佳的半导体电学特性，浅台面的高度与覆盖其上的保护层的厚度大致相等，避免并解决了现有技术中的LED芯片的漏电及可靠性不佳的问题。

Description

LED芯片及其制作方法
技术领域
本发明实施例涉及半导体器件制造领域，尤其涉及一种发光二极管(LightEmitting Diode，LED)芯片及其制作方法。
背景技术
基于蓝宝石衬底的氮化镓(GaN)基LED芯片，其外延结构自上而下分别包含了第二半导体层、有源层、第一半导体层等。在LED芯片的制作过程中，需要使用等离子体(Inductive Coupled Plasma，ICP)干法刻蚀，用于对设定区域内的第二半导体层、有源层以及部分第一半导体层进行刻蚀形成台面(MESA)，使得部分第一半导体层裸露。LED芯片表面还会覆盖一层保护层，例如二氧化硅，用于保护LED芯片的内部结构。保护层通常使用透明绝缘材料，通过等离子体增强化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，PECVD)或电子束蒸发等方式形成，部分或全部覆盖于LED的上表面，以及完全覆盖住由ICP刻蚀所形成的MESA侧壁。
通常情况下，ICP的刻蚀深度，即所形成的MESA高度，在10000A-15000A范围内，基于外延结构的特性，在此刻蚀深度下的第一半导体层具有较佳的电学属性；而保护层的厚度通常为1000A-4000A，过薄的保护层难以起到保护作用，过厚的保护层则会使得刻蚀表现的较难控制，且因保护层材料的吸光性和光学干扰，会造成LED芯片亮度的下降。
常规工艺下生长或沉积获得的保护层台阶的覆盖能力较差，在上述情况中，MESA侧壁往往不能被保护层很好覆盖，或者位于侧壁上的保护层厚度远小于设定值，难以起到保护效果。
在LED芯片的制作环节，由于设计需要，可能会出现金属导电材料跨越MESA边界的情况；在LED芯片的封装环节，当出现焊线偏、焊盘过大等情况时，焊盘亦有可能接触到MESA边界位置；此时若MESA侧壁的保护层覆盖不佳或厚度不够，则会导致漏电的发生，影响到LED芯片的可靠性。
发明内容
本发明实施例提供一种LED芯片及其制作方法，以解决现有技术中的LED芯片的漏电及可靠性不佳的问题。
本发明实施例提供一种LED芯片，包括：
衬底；以及位于所述衬底上的、自下而上的缓冲层、本征半导体层、第一半导体层、发光层、第二半导体层、电流阻挡层、透明导电层、金属电极以及保护层；
所述第二半导体层和所述发光层部分去除，对应于所述第二半导体层和所述发光层去除部分的所述第一半导体层裸露，保留的所述第二半导体层和所述发光层形成第一台面；
移除部分裸露的所述第一半导体层，保留的所述第一半导体层形成第二台面；
其中，所述第二半导体层与所述第一半导体层的电性相异。
本发明实施例提供一种LED芯片的制作方法，包括：
在衬底上依次生长缓冲层、本征半导体层、第一半导体层、发光层以及第二半导体层，构成发光外延层；
在所发光外延层的部分区域形成电流阻挡层；
通过等离子体干法刻蚀移除部分所述第二半导体层和所述发光层，使所述第一半导体层裸露，且使所述第二半导体层和所述发光层构成第一台面；
在所述第一台面上形成透明导电层；
通过等离子体干法刻蚀对裸露的所述第一半导体层进行部分刻蚀；使保留的部分所述第一半导体层构成第二台面；
在所述第一半导体层和所述透明导电层上形成金属电极；
在所述金属电极的表面形成保护层。
本发明实施例提供的LED芯片及其制作方法，包括自下而上的衬底、缓冲层、本征半导体层、第一半导体层、发光层、第二半导体层、电流阻挡层、透明导电层、金属电极以及保护层；第二半导体层和发光层部分去除，保留的第二半导体层和发光层形成第一台面；移除部分裸露的第一半导体层，保留的第一半导体层形成第二台面；其中，第二半导体层与第一半导体层的电性相异。透过分步刻蚀的方法，使得LED芯片形成具备不同深浅结构的双重台面，其中浅台面用于将LED芯片彼此隔离，深台面用于获取最佳的半导体电学特性，浅台面的高度与覆盖其上的保护层的厚度大致相等，在现有技术的条件下，可以确保浅台面侧壁被保护层完整覆盖，避免并解决了现有技术中的LED芯片的漏电及可靠性不佳的问题。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a为一种常规结构LED芯片经过封装焊线后的俯视图；
图1b为图1所示的LED芯片的剖面图；
图2为本发明实施例一提供的LED芯片的结构示意图；
图3a为常规结构LED芯片的俯视图一；
图3b为常规结构LED芯片的俯视图二；
图3c为本发明实施例二提供的LED芯片的俯视图一；
图3d为本发明实施例二提供的LED芯片的俯视图二；
图4为本发明LED芯片的制作方法实施例的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。
图1a为一种常规结构LED芯片经过封装焊线后的俯视图。在焊线水平欠佳的情况下，焊接在第二电极240上方的第二金属焊盘241因发生偏移，使得焊盘部分位于MESA边界300之上。图1b为图1所示的LED芯片的剖面图。其中由常规手段获得的电流阻挡层210在图1b中未示出。由第一半导体层120、发光层130、与第一半导体层电性相异的第二半导体层140形成的MESA侧壁具有较高的落差，使得覆盖在MESA侧壁301上的保护层231厚度远小于覆盖在芯片表面的保护层232厚度，不能够对MESA侧壁形成足够的可靠的保护。在此种情况下，焊偏的金属焊盘241将有可能直接与第一半导体层120、发光层130、与第一半导体层电性相异的第二半导体层140直接接触，形成漏电通路，导致芯片失效。
图2为本发明实施例一提供的LED芯片的结构示意图。如图2所示，本实施例提供的LED芯片可以包括：
衬底010；以及位于所述衬底010上的、自下而上的缓冲层100、本征半导体层110、第一半导体层120、发光层130、第二半导体层140、电流阻挡层210、透明导电层220、金属电极以及保护层230；
所述第二半导体层140和所述发光层130部分去除，对应于所述第二半导体层140和所述发光层130去除部分的所述第一半导体层120裸露，保留的所述第二半导体层140和所述发光层130形成第一台面；移除部分裸露的所述第一半导体层120，保留的所述第一半导体层120形成第二台面；其中，所述第二半导体层140与所述第一半导体层120的电性相异。
具体的，所述金属电极包括第一电极250和第二电极240；所述第一电极250位于所述第一半导体层120上，且部分或全部覆盖于所述第一半导体层120的移除部分；所述第二电极240位于所述透明导电层220上；所述第一半导体层120的移除部分包含所述第一电极250所在位置。
本实施例中，所述电流阻挡层210部分覆盖所述第二半导体层140；所述透明导电层220部分或全部覆盖所述第二半导体层140和所述电流阻挡层210；所述第一台面与所述第二台面呈阶梯状分布；所述保护层230覆盖在所述LED芯片除所述金属电极的表面，且完全覆盖所述第一台面的侧壁。
需要说明的是，在本实施例提供的LED芯片的结构中，通过等离子体分步刻蚀的方式，获得具有不同高度的阶梯式台面，即第一台面和第二台面。通常情况下的外延结构中，第二半导体层140及发光层130的厚度约为3000A，当第一台面的第一侧壁302的的高度，即刻蚀深度大于3000A时，所获得的第一侧壁302应完全包含第二半导体层140侧壁、发光层130侧壁以及部分第一半导体层120侧壁。在同样的技术条件和实施手段下，依靠PECVD容易获得厚度在1000A-4000A的二氧化硅保护层230，在第一侧壁302的高度与保护层230的厚度相差不大的前提下，第一侧壁302所包括的第二半导体层140侧壁、发光层130侧壁、第一半导体层120侧壁皆能很好的被保护层230所覆盖。
浅台面，即第一台面所裸露出来的第一半导体层120不具备较佳的电学属性，此种状态下，当有电流通过位于其上的第一电极250注入时，将表现出较大的阻值，导致LED芯片的正向电压升高。因此，需要在第一次等离子体刻蚀的基础上，对裸露的第一半导体层120进行第二次刻蚀至预期深度，从而获得在第一半导体层120上较佳的电学属性。
具体的，第二次刻蚀的区域可以是在第一次刻蚀所设定的区域边界的基础上外扩5μm-10μm；第二次刻蚀的区域也可以是预设为第一电极250所在位置的部分或者全部。第二次刻蚀的深度，即，第二台面的高度以6000A-12000A为佳，第一次刻蚀与第二次刻蚀叠加的区域的刻蚀深度为10000A-16000A。在现有的外延结构中，该刻蚀深度下的第一半导体层120具有较佳的电学属性，与常规LED芯片制作过程中的刻蚀深度一致。
深台面，即第二台面的材料完全由第一半导体层120材料构成，因此，由第二次等离子体刻蚀所获得的第二侧壁303有且仅有第一半导体层120材料这一种，在相同的保护层230的生长条件下，即便是因其台面高度与保护层230的厚度差异较大而导致其侧壁保护层230覆盖厚度过薄甚至裸露，亦不会构成漏电通路，极大的提高了LED芯片的可靠性。
参照图3a和图3b，通常情况下，LED芯片的第一电极250被设计在裸露的第一半导体层120之上，并且与MESA边界保持足够的安全距离，例如10μm-15μm，以防止当第一电极250与MESA边界有接触时，因保护层230的保护效果不佳导致的前述漏电情况的发生，这就需要刻蚀掉相当一部分芯片面积，使得第一半导体层120裸露的面积大于第一电极250的面积。
如图3c和图3d所示，具有较佳电学属性的裸露的第一半导体层120被限制在较小的面积范围内，以至于位于其上的第一电极250可以完全覆盖以及跨越裸露的第一半导体层120及其边界侧壁，采用分步刻蚀的方式获得的台阶式使得位于第一电极250下方的台阶侧壁可以被保护层230很好的覆盖，而不会导致其导通漏电，无论是对于小尺寸芯片还是对于具有第一电极250延长线的大尺寸芯片，都极大的减小了由刻蚀带来的发光层130面积损失，提高了LED芯片的亮度和可靠性。
本实施例的技术方案，透过分步刻蚀的方法，使得LED芯片形成具备不同深浅结构的双重台面，其中浅台面用于将LED芯片彼此隔离，深台面用于获取最佳的半导体电学特性，浅台面的高度与覆盖其上的保护层的厚度大致相等，在现有技术的条件下，可以确保浅台面侧壁被保护层完整覆盖，避免并解决了现有技术中的LED芯片的漏电及可靠性不佳的问题。
图4为本发明LED芯片的制作方法实施例的流程图。如图4所示，本实施例提供一种LED芯片的制作方法，本实施例提供的LED芯片的制作方法可用于制作上述实施例所示的LED芯片。具体的，本实施例的方法可以包括：
步骤101、在衬底上依次生长缓冲层、本征半导体层、第一半导体层、发光层以及第二半导体层，构成发光外延层。
步骤102、在所发光外延层的部分区域形成电流阻挡层。
步骤103、通过等离子体干法刻蚀移除部分所述第二半导体层和所述发光层，使所述第一半导体层裸露，且使所述第二半导体层和所述发光层构成第一台面。
本实施例中，刻蚀深度可以为3000A-4000A；具体的，对所述第二半导体层和所述发光层的刻蚀深度应大于移除的所述第二半导体层和所述发光层的厚度之和，还应继续刻蚀第一半导体层以确保第二半导体层与发光层完全刻蚀干净，保留的第二半导体层和发光层构成第一台面，且电流阻挡层应位于第一台面之上。
步骤104、在所述第一台面上形成透明导电层。
具体的，透明导电层的材料可以是氧化铟锡、氧化锌中的任一种，其形成的方法可以是电子束蒸发、磁控溅射等常规手段，本实施例对此不进行限制。
步骤105、通过等离子体干法刻蚀对裸露的所述第一半导体层进行部分刻蚀；使保留的部分所述第一半导体层构成第二台面。
本实施例中，刻蚀深度可以为8000A-11000A；具体的，部分刻蚀应当被合理的理解为，被刻蚀区域面积应只占裸露的第一半导体层面积的一部分，且依照LED芯片设计的需要，至少应包含部分或全部预设为对电极所在位置区域，以及被刻蚀的深度应只占裸露的第一半导体层厚度的一部分。
需要说明的是，裸露的第一半导体层是通过步骤103获得的，因此本步骤中，被刻蚀区域亦仅构成步骤103所述的被刻蚀区域的一部分，两次刻蚀所累计的刻蚀深度，应当等同于常规工艺手段一次刻蚀所预定的刻蚀深度。
步骤106、在所述第一半导体层和所述透明导电层上形成金属电极。
步骤107、在所述金属电极的表面形成保护层。
本实施例提供的方法，可用于制作上述实施例所述的LED芯片，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种发光二极管LED芯片，其特征在于，包括：
衬底；以及位于所述衬底上的、自下而上的缓冲层、本征半导体层、第一半导体层、发光层、第二半导体层、电流阻挡层、透明导电层、金属电极以及保护层；
所述第二半导体层和所述发光层部分去除，对应于所述第二半导体层和所述发光层去除部分的所述第一半导体层裸露，保留的所述第二半导体层和所述发光层形成第一台面；
移除部分裸露的所述第一半导体层，保留的所述第一半导体层形成第二台面；所述第一台面与所述第二台面呈阶梯状分布；
其中，所述第二半导体层与所述第一半导体层的电性相异；
所述第二半导体层和所述发光层的刻蚀深度大于移除的所述第二半导体层和所述发光层的厚度之和。
2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述金属电极包括第一电极和第二电极；
所述第一电极位于所述第一半导体层上，且部分或全部覆盖于所述第一半导体层的移除部分；所述第二电极位于所述透明导电层上。
3.根据权利要求1或2所述的LED芯片，其特征在于，所述第一半导体层的移除部分包含所述第一电极所在位置。
4.根据权利要求3所述的LED芯片，其特征在于，所述电流阻挡层部分覆盖所述第二半导体层。
5.根据权利要求4所述的LED芯片，其特征在于，所述透明导电层部分或全部覆盖所述第二半导体层和所述电流阻挡层。
6.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述保护层覆盖在所述LED芯片除所述金属电极的表面，且完全覆盖所述第一台面的侧壁。
7.一种LED芯片的制作方法，其特征在于，包括：
在衬底上依次生长缓冲层、本征半导体层、第一半导体层、发光层以及第二半导体层，构成发光外延层；
在所发光外延层的部分区域形成电流阻挡层；
通过等离子体干法刻蚀移除部分所述第二半导体层和所述发光层，使所述第一半导体层裸露，且使所述第二半导体层和所述发光层构成第一台面；
在所述第一台面上形成透明导电层；
通过等离子体干法刻蚀对裸露的所述第一半导体层进行部分刻蚀；使保留的部分所述第一半导体层构成第二台面；所述第一台面与所述第二台面呈阶梯状分布；
在所述第一半导体层和所述透明导电层上形成金属电极；
在所述金属电极的表面形成保护层；
对所述第二半导体层和所述发光层的刻蚀深度大于移除的所述第二半导体层和所述发光层的厚度之和。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述刻蚀深度为3000A-4000A。
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