CN105304786A - Led芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种LED芯片及其制作方法，所述LED芯片包括衬底、台阶、斜坡以及膜层，所述台阶形成于所述衬底上，所述斜坡为环绕台阶的斜坡，所述膜层覆盖所述台阶、斜坡以及衬底。本发明的LED芯片中斜坡为环绕台阶的斜坡，可有效解决后续形成的膜层断层的问题，由此可以解决由膜层断层导致的漏电问题，有利于提升倒装LED芯片的性能。另外，本发明通过旋涂、烘烤(或光照)以及刻蚀等简单工艺形成斜坡，成本低廉、适于大规模商业化生产。
Description
技术领域
本发明属于半导体光电芯片制造领域，尤其涉及一种LED芯片及其制作方法
背景技术
自从20世纪90年代初商业化以来，经过二十几年的发展，GaN基LED已被广泛应用于户内外显示屏、投影显示用照明光源、背光源、景观亮化照明、广告、交通指示等领域，并被誉为二十一世纪最有竞争力的新一代固体光源。然而，对于LED来说，要代替传统光源进入高端照明领域，其发光亮度的提高是至关重要的。
与正装LED芯片相比，在LED芯片面积确定的情况下，倒装结构的LED芯片的发光面积更大，在面对高端照明领域高发光亮度需求的挑战时更具优势。因此，近年来倒装LED芯片结构受到越来越多的重视。
倒装LED芯片中的反光层通常包括DBR反射层和银(Ag)金属反射层两种。由于Ag具有易于氧化、硫化和迁移等特性，从而导致采用Ag金属反射层的LED芯片不稳定，具有漏电、光衰减快、功耗大等诸多缺陷。DBR反射层却不存在这些问题。
图1是现有技术中采用DBR反射层的倒装LED芯片的俯视示意图，图2是沿图1的AA’方向的剖面示意图，图3是沿图1的BB’方向的剖面示意图，具体如图1～3所示，采用DBR反射层的倒装LED芯片包括：
蓝宝石衬底10；
形成于所述蓝宝石衬底10上的外延层，所述外延层由下至上依次包括N型半导体层21、有源层22和P型半导体层23，所述外延层中具有多个暴露N型半导体层21的凹槽；
位于P型半导体层23上的接触层24；
位于接触层24上的第一电极25；
位于所述凹槽内的N型半导体层21上的第二电极26；
位于P型半导体层23、接触层24、N型半导体层21上及各凹槽侧壁上的具有预定通孔的DBR反射层27；
通过DBR反射层27的预定通孔与第一电极25电连接的第一焊盘28；
通过DBR反射层27的预定通孔与第二电极26电连接的第二焊盘29。
然而，发明人发现，由于第一电极25和第二电极26处的台阶较陡，导致此处的DBR反射层容易发生断层。图4是图3中虚线框区域的放大示意图，图5是图2中虚线框区域的放大示意图，通过SEM(电子扫描显微镜)和EDX(能量色散X射线光谱仪)观察可见，DBR反射层27断层后，第一焊盘28的金属材料容易渗透到第二电极26(如图4中虚线圈所示)，并与其形成电连接，从而导致漏电现象，同理，第二焊盘29和第一电极25处也容易发生类似的现象(如图5中虚线圈所示)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LED芯片及其制作方法，以解决台阶处形成的膜层断层的问题。
本发明提供一种LED芯片，包括衬底、台阶、斜坡以及膜层，所述台阶和斜坡形成于所述衬底上，所述斜坡环绕所述台阶，所述膜层覆盖所述台阶、斜坡以及衬底。
可选的，在所述的LED芯片中，所述斜坡通过旋涂、烘烤以及刻蚀工艺形成，或者，通过旋涂、光照以及刻蚀工艺形成。
可选的，在所述的LED芯片中，所述衬底上形成有导体层、半导体层以及绝缘层中的至少一种。
可选的，在所述的LED芯片中，所述台阶是由金属、金属氧化物、金属氮化物、非金属氧化物以及非金属氮化物中的至少一种构成。所述金属是铬、钛、铝、镍、金、锡以及铜中的至少一种。
可选的，在所述的LED芯片中，所述斜坡的材料为聚合物或无机化合物中的至少一种。所述聚合物是聚硅氮烷、聚硅氧烷、聚酰亚胺中的至少一种。所述无机化合物是硅的氧化物、硅的氮化物、硅的氮氧化物或硼磷硅玻璃。
可选的，在所述的LED芯片中，所述斜坡的侧壁与所述衬底的上表面的夹角为5～70度。
可选的，在所述的LED芯片中，所述斜坡与所述台阶的高度相同。
可选的，在所述的LED芯片中，所述斜坡部分覆盖所述台阶的上表面。
可选的，在所述的LED芯片中，所述LED芯片为倒装LED芯片。
可选的，在所述的LED芯片中，所述衬底上形成有外延层、接触层、第一电极以及第二电极；所述外延层包括依次形成于所述衬底上的N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述外延层中具有多个暴露所述N型半导体层的凹槽，所述接触层形成于所述P型半导体层上；所述第一电极形成于所述接触层上，所述第二电极形成于所述凹槽内的N型半导体层上；所述第一电极和第二电极构成了所述台阶。
可选的，在所述的LED芯片中，所述衬底上还形成第一焊盘和第二焊盘；所述膜层为DBR反射层，所述DBR反射层覆盖所述P型半导体层、接触层、斜坡、N型半导体层以及所述凹槽的侧壁，所述DBR反射层中具有暴露所述第一电极的第一通孔以及暴露所述第二电极的第二通孔；所述第一焊盘通过所述第一通孔与所述第一电极电连接，所述第二焊盘通过所述第二通孔与所述第二电极电连接。
本发明还提供一种LED芯片制作方法，包括：
提供一衬底，所述衬底上形成有至少一个台阶；
通过旋涂工艺在所述衬底上涂覆辅助材料层；
通过烘烤或光照工艺使所述辅助材料层固化；
刻蚀所述辅助材料层形成斜坡，所述斜坡环绕所述台阶；以及
在所述台阶、斜坡以及衬底上覆盖膜层。
可选的，在所述的LED芯片制作方法中，所述衬底上形成有导体层、半导体层以及绝缘层中的至少一种。
可选的，在所述的LED芯片制作方法中，所述台阶是由金属、金属氧化物、金属氮化物、非金属氧化物以及非金属氮化物中的至少一种构成。
可选的，在所述的LED芯片制作方法中，所述金属是铬、钛、铝、镍、金、锡以及铜中的至少一种。
可选的，在所述的LED芯片制作方法中，所述斜坡的材料为聚合物或无机化合物中的至少一种。所述聚合物是聚硅氮烷、聚硅氧烷、聚酰亚胺中的至少一种。所述无机化合物是硅的氧化物、硅的氮化物、硅的氮氧化物或硼磷硅玻璃。
可选的，在所述的LED芯片制作方法中，所述斜坡的侧壁与所述衬底的上表面的夹角为5～70度。
可选的，在所述的LED芯片制作方法中，所述斜坡与所述台阶的高度相同。
可选的，在所述的LED芯片制作方法中，所述斜坡部分覆盖所述台阶的上表面。
可选的，在所述的LED芯片制作方法中，所述LED芯片为倒装LED芯片。
可选的，在所述的LED芯片制作方法中，所述衬底上形成有外延层、接触层、第一电极以及第二电极；所述外延层包括依次形成于所述衬底上的N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述外延层中具有多个暴露所述N型半导体层的凹槽，所述接触层形成于所述P型半导体层上；所述第一电极形成于所述接触层上，所述第二电极形成于所述凹槽内的N型半导体层上；所述第一电极和第二电极构成了所述台阶。
可选的，在所述的LED芯片制作方法中，所述衬底上还形成第一焊盘和第二焊盘；所述膜层为DBR反射层，所述DBR反射层覆盖所述P型半导体层、接触层、斜坡、N型半导体层以及所述凹槽的侧壁，所述DBR反射层中具有暴露所述第一电极的第一通孔以及暴露所述第二电极的第二通孔；所述第一焊盘通过所述第一通孔与所述第一电极电连接，所述第二焊盘通过所述第二通孔与所述第二电极电连接。
可选的，在所述的LED芯片制作方法中，所述烘烤温度为100℃～900℃，烘烤时间为0.1分钟～600分钟。
可选的，在所述的LED芯片制作方法中，所述光照为紫外光照射，照射时间为0.1分钟～600分钟。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明的LED芯片中形成有环绕台阶的斜坡，可有效解决后续形成的膜层断层的问题，由此可以解决由膜层断层导致的漏电问题，有利于提升倒装LED芯片的性能；
2、本发明的LED芯片制作方法中，通过旋涂、烘烤(或光照)以及刻蚀等简单工艺形成斜坡，成本低廉、适于大规模商业化生产。
附图说明
图1是现有技术中采用DBR反射层的倒装LED芯片的俯视示意图；
图2是沿图1的AA’方向的剖面示意图；
图3是沿图1的BB’方向的剖面示意图；
图4是现有技术中第一焊盘与第二电极因DBR反射层断层而导致的漏电示意图；
图5是现有技术中第二焊盘与第一电极因DBR反射层断层而导致的漏电示意图；
图6～7是本发明一实施例的LED芯片的剖面示意图；
图8～9是本发明另一实施例的LED芯片的剖面示意图；
图10是本发明一实施例的LED芯片制作方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图6所示，本实施例提供一种LED芯片，所述LED芯片包括衬底100、台阶200、斜坡300以及膜层400，所述台阶200和斜坡300形成于所述衬底100上，所述斜坡300环绕台阶200，所述膜层400覆盖所述台阶200、斜坡300以及衬底100。
所述衬底100上形成有导体层、半导体层以及绝缘层中的至少一种，所述台阶300可以是由金属、金属氧化物、金属氮化物、非金属氧化物以及非金属氧化物中的至少一种构成，所述金属台阶的材料为铬、钛、铝、镍、金、锡以及铜中的至少一种。可以理解的是，本发明并不限定衬底和台阶的具体形状和材质，只要是具有台阶的器件，均可在台阶周围形成斜坡。
所述斜坡300的材料可以是聚合物或无机化合物中的至少一种。例如，所述聚合物是聚硅氮烷、聚硅氧烷、聚酰亚胺中的至少一种，所述无机化合物是硅的氧化物、硅的氮化物、硅的氮氧化物或硼磷硅玻璃。作为一个非限制的例子，所述斜坡300的材料为二氧化硅(SiO2)，所述斜坡300的侧壁与衬底100的上表面的夹角为5～70度，优选为15～45度。本实施例中，所述斜坡300与所述台阶200的高度相同。在其他实施例中，所述斜坡300也可略高于台阶200，并且，所述斜坡300部分覆盖所述台阶200的上表面。
本实施例中，所述LED芯片为倒装LED芯片。所述衬底100为蓝宝石衬底、碳化硅衬底或者氧化锌衬底。所述衬底100上形成有LED芯片常见的膜层，诸如，外延层以及接触层，所述外延层包括依次形成于所述衬底100上的N型半导体层203、有源层204和P型半导体层205，所述外延层中具有多个暴露所述N型半导体层203的凹槽，所述接触层206形成于所述P型半导体层205上。进一步的，所述衬底100上还形成有第一电极201、第二电极202、第一焊盘510和第二焊盘520。所述第一电极201形成于所述接触层206上，所述第二电极202形成于所述凹槽内的N型半导体层203上。所述第一电极201和第二电极202构成了台阶200。所述膜层400为DBR反射层，所述DBR反射层覆盖所述P型半导体层205、接触层206、N型半导体层203以及凹槽的侧壁。所述DBR反射层103中具有暴露第一电极201的第一通孔以及暴露第二电极202的第二通孔。如图6所示，所述第一焊盘510通过第一通孔与第一电极201电连接。如图7所示，所述第二焊盘520通过第二通孔与第二电极202电连接。为了更清楚的显示本发明的改进之处，图6和图7中仅是示意性的表示出外延层、接触层以及凹槽等公知的结构，若要更详细的了解外延层、接触层以及凹槽等结构，可结合参考图1～3所示。
在本发明另一实施例中，在所述斜坡300与台阶200之间设置有绝缘薄膜600，或者，所述斜坡300与衬底100之间设置有绝缘薄膜600，再或者，如图8和图9所示，所述斜坡300与台阶200之间以及所述斜坡300与衬底100之间均设置有绝缘薄膜600。更优选的，在所述斜坡300的斜坡上也设置有绝缘薄膜600。所述绝缘薄膜600可以是通过等离子增强化学气相沉积(PECVD)工艺形成的氧化硅、氮化硅或氮氧化硅薄膜。
如图10所示，本发明还提供一种LED芯片制作方法，包括如下步骤：
S1：提供一衬底100，所述衬底100上形成有至少一个台阶200；
所述台阶200可以是由金属、非金属、金属氮化物、金属氧化物、非金属氮化物以及非金属氧化物中的至少一种构成，所述金属台阶的材料为铬、钛、铝、镍、金、锡以及铜中的至少一种。本实施例中，所述衬底100上形成有外延层，所述外延层包括N型半导体层203、有源层204和P型半导体层205，所述P型半导体层205上形成有接触层206，所述外延层中具有多个暴露所述N型半导体层203的凹槽，所述台阶200是由形成于N型半导体层203上的第一电极201以及形成于有接触层206上的第二电极202构成。
S2：通过旋涂方式在所述衬底100上涂覆辅助材料层；
所述辅助材料层为聚合物或无机化合物中的至少一种，优选是具有流动性的材料层。例如，所述辅助材料层可以是聚合物或无机化合物中的至少一种。所述聚合物可以是聚硅氮烷、聚硅氧烷、聚酰亚胺中的一种，无机化合物可以是硅的氧化物、硅的氮化物、硅的氮氧化物或硼磷硅玻璃等。旋涂工艺的旋涂液可以是聚合物与有机溶剂的混合液，所述有机溶剂可以是醇、苯或醚等有机溶剂中的任意一种或多种组合。本实施例中，通过旋涂方式可借助辅助材料层的流动性使其填满台阶旁的空隙。
S3：通过烘烤或光照工艺使所述辅助材料层固化；
本实例中，采用烘烤工艺，所述烘烤温度例如为100℃～900℃，优选为200℃～500℃，烘烤时间为0.1分钟～600分钟。在其他实施例中，亦可采用光照方式使所述辅助材料层固化，所述光照例如为紫外光照射，照射时间为0.1分钟～600分钟。
S4：通过刻蚀工艺刻蚀所述辅助材料层形成所述斜坡520；
所述斜坡300环绕台阶200；所述斜坡300可以与所述台阶200的高度相同；所述斜坡300也可略高于台阶200，并使得所述斜坡300部分覆盖所述台阶200的上表面；可通过减少刻蚀时间以使所述斜坡300至少部分覆盖所述台阶200的上表面；
S5：在所述台阶200、斜坡300以及衬底100上覆盖膜层400。
优选方案中，在所述衬底100上涂覆辅助材料层之前，可通过PECVD工艺或溅射工艺形成绝缘薄膜600，并且，形成斜坡520之后，再次通过PECVD工艺或溅射工艺形成绝缘薄膜600。所述绝缘薄膜600例如是二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅薄膜。
综上所述，所述LED芯片中，在台阶200周围具有斜坡300，所述斜坡可有效解决后续形成的膜层断层的问题，由此可以解决由膜层断层导致的漏电问题，有利于提升倒装LED芯片的性能。所述LED芯片制作方法中，通过旋涂、烘烤以及刻蚀等简单工艺形成斜坡，工艺简单、成本低廉、适于大规模商业化生产。
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。对于实施例公开的方法而言，由于与实施例公开的结构相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见结构部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (29)
1.一种LED芯片，其特征在于，包括衬底、台阶、斜坡以及膜层，所述台阶和斜坡形成于所述衬底上，所述斜坡环绕所述台阶，所述膜层覆盖所述台阶、斜坡以及衬底。
2.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述斜坡通过旋涂、烘烤以及刻蚀工艺形成，或者，通过旋涂、光照以及刻蚀工艺形成。
3.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述衬底上形成有导体层、半导体层以及绝缘层中的至少一种。
4.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述台阶是由金属、金属氧化物、金属氮化物、非金属氧化物以及非金属氮化物中的至少一种构成。
5.如权利要求4所述的LED芯片，其特征在于，所述金属是铬、钛、铝、镍、金、锡以及铜中的至少一种。
6.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述斜坡的材料为聚合物或无机化合物中的至少一种。
7.如权利要求6所述的LED芯片，其特征在于，所述聚合物是聚硅氮烷、聚硅氧烷、聚酰亚胺中的至少一种。
8.如权利要求6所述的LED芯片，其特征在于，所述无机化合物是硅的氧化物、硅的氮化物、硅的氮氧化物或硼磷硅玻璃。
9.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述斜坡的侧壁与所述衬底的上表面的夹角为5～70度。
10.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述斜坡与所述台阶的高度相同。
11.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述斜坡部分覆盖所述台阶的上表面。
12.如权利要求1至11中任一项所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片为倒装LED芯片。
13.如权利要求12所述的LED芯片，其特征在于，所述衬底上形成有外延层、接触层、第一电极以及第二电极；所述外延层包括依次形成于所述衬底上的N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述外延层中具有多个暴露所述N型半导体层的凹槽，所述接触层形成于所述P型半导体层上；所述第一电极形成于所述接触层上，所述第二电极形成于所述凹槽内的N型半导体层上；所述第一电极和第二电极构成了所述台阶。
14.如权利要求13所述的LED芯片，其特征在于，所述衬底上还形成第一焊盘和第二焊盘；所述膜层为DBR反射层，所述DBR反射层覆盖所述P型半导体层、接触层、斜坡、N型半导体层以及所述凹槽的侧壁，所述DBR反射层中具有暴露所述第一电极的第一通孔以及暴露所述第二电极的第二通孔；所述第一焊盘通过所述第一通孔与所述第一电极电连接，所述第二焊盘通过所述第二通孔与所述第二电极电连接。
15.一种LED芯片制作方法，其特征在于，包括：
提供一衬底，所述衬底上形成有至少一个台阶；
通过旋涂工艺在所述衬底上涂覆辅助材料层；
通过烘烤或光照工艺使所述辅助材料层固化；
刻蚀所述辅助材料层形成斜坡，所述斜坡环绕所述台阶；以及
在所述台阶、斜坡以及衬底上覆盖膜层。
16.如权利要求15所述的LED芯片制作方法，其特征在于，所述衬底上形成有导体层、半导体层以及绝缘层中的至少一种。
17.如权利要求15所述的LED芯片制作方法，其特征在于，所述台阶是由金属、金属氧化物、金属氮化物、非金属氧化物以及非金属氮化物中的至少一种构成。
18.如权利要求17所述的LED芯片制作方法，其特征在于，所述金属是铬、钛、铝、镍、金、锡以及铜中的至少一种。
19.如权利要求15所述的LED芯片制作方法，其特征在于，所述斜坡的材料为聚合物或无机化合物中的至少一种。
20.如权利要求19所述的LED芯片制作方法，其特征在于，所述聚合物是聚硅氮烷、聚硅氧烷、聚酰亚胺中的至少一种。
21.如权利要求19所述的LED芯片制作方法，其特征在于，所述无机化合物是硅的氧化物、硅的氮化物、硅的氮氧化物或硼磷硅玻璃。
22.如权利要求15所述的LED芯片制作方法，其特征在于，所述斜坡的侧壁与所述衬底的上表面的夹角为5～70度。
23.如权利要求15所述的LED芯片制作方法，其特征在于，所述斜坡与所述台阶的高度相同。
24.如权利要求15所述的LED芯片制作方法，其特征在于，所述斜坡部分覆盖所述台阶的上表面。
25.如权利要求15至24中任一项所述的LED芯片制作方法，其特征在于，所述LED芯片为倒装LED芯片。
26.如权利要求25所述的LED芯片制作方法，其特征在于，所述衬底上形成有外延层、接触层、第一电极以及第二电极；所述外延层包括依次形成于所述衬底上的N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述外延层中具有多个暴露所述N型半导体层的凹槽，所述接触层形成于所述P型半导体层上；所述第一电极形成于所述接触层上，所述第二电极形成于所述凹槽内的N型半导体层上；所述第一电极和第二电极构成了所述台阶。
27.如权利要求26所述的LED芯片制作方法，其特征在于，所述衬底上还形成第一焊盘和第二焊盘；所述膜层为DBR反射层，所述DBR反射层覆盖所述P型半导体层、接触层、斜坡、N型半导体层以及所述凹槽的侧壁，所述DBR反射层中具有暴露所述第一电极的第一通孔以及暴露所述第二电极的第二通孔；所述第一焊盘通过所述第一通孔与所述第一电极电连接，所述第二焊盘通过所述第二通孔与所述第二电极电连接。
28.如权利要求15所述的LED芯片制作方法，其特征在于，所述烘烤温度为100℃～900℃，烘烤时间为0.1分钟～600分钟。
29.如权利要求15所述的LED芯片制作方法，其特征在于，所述光照为紫外光照射，照射时间为0.1分钟～600分钟。
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