CN104993024A - 发光二极管芯片及其制作方法和封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发光二极管芯片及其制作方法和封装方法。本发明在制作发光二极管芯片时，在发光二极管芯片的出光面的边缘区域形成N型区，相比于现有的制作发光二极管的方法，可以增加发光二极管芯片的有效出光面积，提高发光二极管芯片的亮度。

Description

发光二极管芯片及其制作方法和封装方法

技术领域

本发明涉及半导体光电子器件技术，尤其涉及一种发光二极管(LightEmitting Diode，简称：LED)芯片及其制作方法和封装方法。

背景技术

发光二极管是一种将电能转化为光能的半导体电子元件。这种电子元件发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到一定的程度。且随着技术的不断进步，发光二极管已被广泛地应用于显示器、电视机采光装饰和照明。而发光二极管芯片是发光二极管的核心部分，因此，发光二极管芯片的发展备受关注。

在现有发光二极管芯片的制作过程中，外延片的形成可以是在蓝宝石衬底上依次生长低温氮化镓缓冲层、非掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、P型氮化镓层和高掺杂P型氮化镓电极接触层。由于蓝宝石衬底本身不导电，所以在制作发光二极管芯片时，关键的工艺就是在整个发光二极管芯片的出光面，也就是传统意义上P面，利用干法蚀刻出一个N型区的平台，作为N电极的电流注入区。

但若采用上述现有技术，所制作的发光二极管芯片的有效出光面积较小，影响发光二极管芯片的亮度。

发明内容

本发明提供一种发光二极管芯片及其制作方法和封装方法，可以增加发光二极管芯片的有效出光面积，提高发光二极管芯片的亮度。

第一方面，本发明提供一种发光二极管芯片的制作方法，包括：在蓝宝石衬底上，自下而上依次生长：非掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、P型氮化镓层，形成外延片；在所述外延片的上表面，蒸镀氧化铟锡导电层；在所形成的结构上，由上至下，去除所述发光二极管的出光面的边缘区域的所述氧化铟锡导电层、所述P型氮化镓层和所述多量子阱层，直至暴露出所述N型氮化镓层，形成N型区；在所形成的结构的上表面，沉积二氧化硅钝化层；在所形成的结构上制作N焊盘的接触区域和P焊盘的接触区域，所述N焊盘的接触区域位于所述N型区内，所述P焊盘的接触区域位于所述发光二极管芯片的出光面中隔离于所述边缘区域的部分区域；在所述N焊盘的接触区域形成所述发光二极管芯片的N焊盘，在所述P焊盘的接触区域形成所述发光二极管芯片的P焊盘。

根据第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述去除所述发光二极管芯片的出光面的边缘区域的所述氧化铟锡导电层、所述P型氮化镓层和所述多量子阱层，直至暴露出所述N型氮化镓层，形成N型区，包括：采用光刻胶做掩膜，在所述发光二极管芯片的出光面的边缘区域刻蚀所述氧化铟锡导电层、所述P型氮化镓层和所述多量子阱层，直至暴露出所述N型氮化镓层，形成所述N型区。

根据第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述制作N焊盘的接触区域包括：在所述N型区内，采用光刻胶做掩膜，腐蚀去除所述N型氮化镓层中暴露部分上的二氧化硅钝化层，并在所形成的结构上，由上至下去除所述N型氮化镓层和所述非掺杂氮化镓层，直至所述外延片与所述蓝宝石衬底的接合处，形成所述N焊盘的接触区域。

根据第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述制作P焊盘的接触区域包括：采用光刻胶做掩膜，腐蚀去除所述发光二极管芯片的出光面中隔离于所述边缘区域的部分区域上的二氧化硅钝化层，直至暴露出所述氧化铟锡导电层，形成所述P焊盘的接触区域。

根据第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述在所述N焊盘的接触区域形成所述发光二极管芯片的N焊盘，在所述P焊盘的接触区域形成所述发光二极管芯片的P焊盘，包括：采用光刻胶做掩膜，在所形成的结构的上表面蒸镀焊盘金属层，其中，焊盘金属层为具有反射作用的金属层；通过剥离的方法，在所述P焊盘的接触区域形成所述发光二极管芯片的P焊盘，在所述N焊盘的接触区域形成所述发光二极管芯片的N焊盘。

根据第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述制作方法还包括：在所述蓝宝石衬底的下表面蒸镀具有反射作用的金属层。

根据第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，在所述蒸镀氧化铟锡导电层之前，所述制作方法还包括：在所述P型氮化镓层上，所述P焊盘的接触区域对应的下方区域内，制作电流阻挡层。

第二方面，本发明提供一种发光二极管芯片，所述发光二极管芯片根据如第一方面任一项所述的方法制作而成。

第三方面，本发明提供一种如第二方面所述的发光二极管芯片的封装方法，包括：采用银胶，将所述发光二极管芯片固定在N极支架中；采用金线，将所述发光二极管芯片的P焊盘和P极支架连接。

根据第三方面，在第三方面的第一种可能的实现方式中，所述银胶的高度低于所述发光二极管芯片的N焊盘的高度的1/2。

综上所述，本发明提供了一种发光二极管芯片及其制作方法和封装方法，通过在制作过程中去除发光二极管芯片的出光面的边缘区域的氧化铟锡导电层、P型氮化镓层和多量子阱层，直至暴露出所述N型氮化镓层，形成N型区，并进而在该N型区内制作发光二极管芯片的N焊盘，从而增加发光二极管芯片的有效出光面积，提高发光二极管芯片的亮度。

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做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明发光二极管芯片的制作方法实施例一的流程图；

图2为本发明制作发光二极管芯片的过程中所形成的一结构的侧面示意图；

图3为本发明发光二极管芯片实施例一的侧面结构示意图；

图4为本发明发光二极管芯片实施例一的俯视图；

图5为本发明制作发光二极管芯片的过程中所形成的另一结构的侧面示意图；

图6为本发明制作发光二极管芯片的过程中所形成的又一结构的侧面示意图；

图7为本发明制作发光二极管芯片的过程中所形成的再一结构的侧面示意图；

图8为本发明发光二极管芯片实施例二的侧面结构示意图；

图9为本发明发光二极管芯片实施例三的侧面结构示意图；

图10为本发明发光二极管芯片与P极支架和N极支架的连接关系示意图。

附图标记说明：

1：蓝宝石衬底；

2：非掺杂氮化镓层；

3：N型氮化镓层；

4：多量子阱层；

5：P型氮化镓层；

6：氧化铟锡导电层；

7：二氧化硅钝化层；

81：P焊盘；

82：N焊盘；

9：光刻胶层；

10：具有反射作用的金属层；

11：电流阻挡层。

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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明发光二极管芯片的制作方法实施例一的流程图。本发明提供一种发光二极管芯片的制作方法，如图1所示，该方法包括：

S101、在蓝宝石衬底上，自下而上依次生长：非掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、P型氮化镓层，形成外延片。

S102、在外延片的上表面，蒸镀氧化铟锡导电层。

S103、在所形成的结构上，由上至下，去除发光二极管的出光面的边缘区域的氧化铟锡导电层、P型氮化镓层和多量子阱层，直至暴露出N型氮化镓层，形成N型区。

S104、在所形成的结构的上表面，沉积二氧化硅钝化层。

S105、在所形成的结构上制作N焊盘的接触区域和P焊盘的接触区域，N焊盘的接触区域位于N型区内，P焊盘的接触区域位于发光二极管芯片的出光面中隔离于边缘区域的部分区域。

S106、在N焊盘的接触区域形成发光二极管芯片的N焊盘，在P焊盘的接触区域形成发光二极管芯片的P焊盘。

在现有的制备发光二极管芯片的技术中，是在整个发光二极管芯片的出光面，也就是传统意义上P面，利用干法蚀刻出一个N型区的平台，作为N电极的电流注入区。而本发明是在发光二极管芯片的出光面的边缘区域，通过执行S103，形成N型区，这样制作的目的是考虑到在发光二极管芯片的出光面的边缘区域，有些区域本身是不发光的，使得采用S103制作的N型区的面积小于采用现有技术在P面干法蚀刻的N型区的面积。

采用本发明制备的发光二极管芯片，N焊盘在发光二极管芯片的边缘区域，P焊盘在发光二极管芯片的出光面中隔离于边缘区域的部分区域，也就是中间区域，该种结构中，N焊盘与P焊盘之间的电流呈现由周边到中心的汇聚，或者，由中心道周边的扩散，使得电流传输更为流畅，从而可减小发光二极管芯片的正向电压。

在上述制备发光二极管芯片的过程中，不同步骤之后呈现的结构略有差异。例如，执行S103之后所形成结构的侧面示意图如图2所示；执行S106之后的结构的侧面示意图如图3所示，俯视图如图4所示。

参考图2至图4所示的结构，自下而上，分别为蓝宝石衬底1、非掺杂氮化镓层2、N型氮化镓层3、多量子阱层4、P型氮化镓层5、氧化铟锡导电层6和二氧化硅钝化层7；N焊盘82位于边缘区域，P焊盘81位于中间区域。

本发明通过在制作过程中去除发光二极管芯片的出光面的边缘区域的氧化铟锡导电层、P型氮化镓层和多量子阱层，直至暴露出N型氮化镓层，形成N型区，本领域技术人员可以理解所暴露出的N型氮化镓层的面积与边缘区域的面积相当；并进而在该N型区内制作发光二极管芯片的N焊盘，可以有效的减少N焊盘的面积，从而增加发光二极管芯片的有效出光面积，提高发光二极管芯片的亮度。

上述实施例中，S103可以包括：采用光刻胶做掩膜，在发光二极管芯片的出光面的边缘区域刻蚀氧化铟锡导电层、P型氮化镓层和多量子阱层，直至暴露出N型氮化镓层，形成N型区。其中，采用光刻胶做掩膜，以及通过刻蚀的方式去除氧化铟锡导电层等仅为本发明一种示例方法，本发明不对其进行限制，本领域技术人员还可以通过其他方式去除氧化铟锡导电层等层。该实施例中，可选地，通过电感耦合等离子体(Inductive Coupled Plasma，简称：ICP)设备进行刻蚀。

在上述实施例的基础上，制作N焊盘的接触区域可以包括：在N型区内，采用光刻胶做掩膜，腐蚀去除N型氮化镓层中暴露部分上的二氧化硅钝化层，并在所形成的结构上，由上至下去除N型氮化镓层和非掺杂氮化镓层，直至外延片与蓝宝石衬底的接合处，形成N焊盘的接触区域，这里形成的结构如图5所示，图5为当前结构的侧面示意图。在去除N型氮化镓层和非掺杂氮化镓层时，可采用光刻胶做掩膜，利用ICP设备进行刻蚀。

另外，制作P焊盘的接触区域可以包括：采用光刻胶做掩膜，腐蚀去除发光二极管芯片的出光面中隔离于上述边缘区域的部分区域上的二氧化硅钝化层，直至暴露出氧化铟锡导电层，形成P焊盘的接触区域。具体结构示例可参考图6中虚线圈部分，图6为当前结构的侧面示意图。

可选地，在N焊盘的接触区域形成发光二极管芯片的N焊盘，在P焊盘的接触区域形成发光二极管芯片的P焊盘，具体可以包括：采用光刻胶(如图6所示的光刻胶层9)做掩膜，在所形成的结构的上表面蒸镀焊盘金属层，形成如图7所示的结构。其中，焊盘金属层为具有反射作用的金属层。然后，通过剥离的方法，在P焊盘的接触区域形成发光二极管芯片的P焊盘，在N焊盘的接触区域形成发光二极管芯片的N焊盘，形成如图3所示的结构。

在实际应用中，还可将蓝宝石衬底1进行剪薄切割处理，该步骤为可选步骤，并非必须执行。

采用上述制作方法制作的发光二极管芯片可以有效的减少N焊盘的面积，因N焊盘的面积与N电流注入区域的面积相当，因此，本发明可减少N电流注入区域的面积，从而增加发光二极管芯片的有效出光面积，提高发光二极管芯片的亮度。

进一步地，本发明提供的发光二极管芯片的制作方法还可以包括：在蓝宝石衬底的下表面蒸镀具有反射作用的金属层。具有反射作用的金属层具体可参考如图8所示的结构示例中，标记为10的部分。该具有反射作用的金属层所使用的金属可与P焊盘及N焊盘所使用的金属材料相同。该具有反射作用的金属层可以使光线被反射到正面，进一步提高出光效率。

一种可选的实现方式中，本发明提供的发光二极管芯片的制作方法还可以包括：在P型氮化镓层上，P焊盘的接触区域对应的下方区域内，制作电流阻挡层。电流阻挡层具体可参考如图9所示的结构示例中，标记为11的部分。

在该可选的实现方式中，可通过以下方法实现电流阻挡层的制作：在执行S102之前，通过光刻蚀刻制作成电流阻挡层11，电流阻挡层11的形状如图9所示；然后蒸镀氧化铟锡导电层，这样在P焊盘的电流注入区下面加入一个电流阻挡层，可以有效的加强电流密度的均匀性，从而提高发光二极管的出光效率。

本发明还提供一种发光二极管芯片，该发光二极管芯片根据上述制作方法制作而成。

本发明还提供一种上述发光二极管芯片的封装方法。该方法包括：采用银胶，将发光二极管芯片固定在N极支架中；采用金线，将发光二极管芯片的P焊盘和P极支架连接。其中，银胶的高度低于发光二极管芯片的N焊盘的高度的1/2。具体封装处理时发光二极管芯片与P极支架和N极支架的连接关系示意图可参考图10。该封装方法可以有效的提高本发明所提供的发光二极管的光提取效率，增加发光二极管的亮度。

在封装之前，可选择性的对发光二极管芯片的背面进行切割。

综上所述，本发明提供了一种发光二极管芯片及其制作方法和封装方法，该发光二极管芯片可以增加发光二极管的有效出光面积；然后通过本发明提供的封装方法进行封装，可以有效的提高发光二极管的光提取效率，增加发光二极管的亮度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，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各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种发光二极管芯片的制作方法，其特征在于，包括：

在蓝宝石衬底上，自下而上依次生长：非掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、P型氮化镓层，形成外延片；

在所述外延片的上表面，蒸镀氧化铟锡导电层；

在所形成的结构上，由上至下，去除所述发光二极管芯片的出光面的边缘区域的所述氧化铟锡导电层、所述P型氮化镓层和所述多量子阱层，直至暴露出所述N型氮化镓层，形成N型区；

在所形成的结构的上表面，沉积二氧化硅钝化层；

在所形成的结构上制作N焊盘的接触区域和P焊盘的接触区域，所述N焊盘的接触区域位于所述N型区内，所述P焊盘的接触区域位于所述发光二极管芯片的出光面中隔离于所述边缘区域的部分区域；

在所述N焊盘的接触区域形成所述发光二极管芯片的N焊盘，在所述P焊盘的接触区域形成所述发光二极管芯片的P焊盘。

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述去除所述发光二极管芯片的出光面的边缘区域的所述氧化铟锡导电层、所述P型氮化镓层和所述多量子阱层，直至暴露出所述N型氮化镓层，形成N型区，包括：

采用光刻胶做掩膜，在所述发光二极管芯片的出光面的边缘区域刻蚀所述氧化铟锡导电层、所述P型氮化镓层和所述多量子阱层，直至暴露出所述N型氮化镓层，形成所述N型区。

3.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述制作N焊盘的接触区域包括：

在所述N型区内，采用光刻胶做掩膜，腐蚀去除所述N型氮化镓层中暴露部分上的二氧化硅钝化层，并在所形成的结构上，由上至下去除所述N型氮化镓层和所述非掺杂氮化镓层，直至所述外延片与所述蓝宝石衬底的接合处，形成所述N焊盘的接触区域。

4.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述制作P焊盘的接触区域包括：

采用光刻胶做掩膜，腐蚀去除所述发光二极管芯片的出光面中隔离于所述边缘区域的部分区域上的二氧化硅钝化层，直至暴露出所述氧化铟锡导电层，形成所述P焊盘的接触区域。

5.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述在所述N焊盘的接触区域形成所述发光二极管芯片的N焊盘，在所述P焊盘的接触区域形成所述发光二极管芯片的P焊盘，包括：

采用光刻胶做掩膜，在所形成的结构的上表面蒸镀焊盘金属层，其中，焊盘金属层为具有反射作用的金属层；

通过剥离的方法，在所述P焊盘的接触区域形成所述发光二极管芯片的P焊盘，在所述N焊盘的接触区域形成所述发光二极管芯片的N焊盘。

6.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括：

在所述蓝宝石衬底的下表面蒸镀具有反射作用的金属层。

7.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，在所述蒸镀氧化铟锡导电层之前，所述制作方法还包括：

在所述P型氮化镓层上，所述P焊盘的接触区域对应的下方区域内，制作电流阻挡层。

8.一种发光二极管芯片，其特征在于，所述发光二极管芯片根据如权利要求1-7任一项所述的方法制作而成。

9.一种如权利要求8所述的发光二极管芯片的封装方法，其特征在于，包括：

采用银胶，将所述发光二极管芯片固定在N极支架中；

采用金线，将所述发光二极管芯片的P焊盘和P极支架连接。

10.根据权利要求9所述的封装方法，其特征在于，所述银胶的高度低于所述发光二极管芯片的N焊盘的高度的1/2。