CN106449619A - 一种发光二极管芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管芯片及其制作方法，属于半导体技术领域。包括：在衬底上形成n型Ⅲ族氮化物半导体层、有源层、p型Ⅲ族氮化物半导体层；在p型Ⅲ族氮化物半导体层上形成第一光学反射层；在第一光学反射层上形成n型电极和p型电极；对衬底、n型Ⅲ族氮化物半导体层、有源层、p型Ⅲ族氮化物半导体层、第一光学反射层进行切割，得到若干独立的芯片单元，芯片单元均包括两个n型电极和两个p型电极；将若干芯片单元中的n型电极和p型电极固定在支撑材料上，各个芯片单元的间距大于0；在衬底上、以及芯片单元的侧壁上形成第二光学反射层；将各个芯片单元分成相互独立的两个发光二极管芯片。本发明可以满足背光源的出光要求。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管芯片及其制作方法。
背景技术
发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称LED)具有高亮度、低热量、长寿命等优点，被称为21世纪最有发展前景的绿色照明光源，应用于光源、照明设备等产品中。近年来，小型化LED器件作为背光源应用于如平板电脑、智能手机等便携式电子产品。
随着电子设备的不断发展，人们对便携式电子设备小型化、轻薄化和高性能化的需求越来越高，应用于便携式电子设备的LED器件将采用芯片尺寸封装(英文：Chip ScalePackage，简称CSP)代替目前的传统封装。
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：
现有CSP封装的LED器件为正面出光，背光源要求侧面出光，现有CSP封装的LED器件无法作为背光源应用于便携式电子设备中。
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作方法。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的制作方法，所述制作方法包括：
在衬底上依次形成n型Ⅲ族氮化物半导体层、有源层、p型Ⅲ族氮化物半导体层；
在所述p型Ⅲ族氮化物半导体层上形成第一光学反射层；
在所述第一光学反射层上形成与所述n型Ⅲ族氮化物半导体层电连接的n型电极、以及与所述p型Ⅲ族氮化物半导体层电连接的p型电极；
对所述衬底、所述n型Ⅲ族氮化物半导体层、所述有源层、所述p型Ⅲ族氮化物半导体层、所述第一光学反射层进行切割，得到若干独立的芯片单元，所述芯片单元均包括两个所述n型电极和两个所述p型电极；
将若干所述芯片单元中的所述n型电极和所述p型电极固定在支撑材料上，各个所述芯片单元的间距大于0；
在所述衬底上、以及所述芯片单元的侧壁上形成第二光学反射层；
将各个所述芯片单元分成相互独立的两个发光二极管芯片。
可选地，所述第一光学反射层包括金属膜。
优选地，所述在所述第一光学反射层上形成与所述n型Ⅲ族氮化物半导体层电连接的n型电极、以及与所述p型Ⅲ族氮化物半导体层电连接的p型电极，包括：
在所述第一光学反射层上形成延伸至所述n型Ⅲ族氮化物半导体层的第一通孔；
在所述第一光学反射层上、所述第一通孔的内壁形成绝缘层，所述绝缘层上设有延伸至所述第一光学反射层的第二通孔；
在所述绝缘层上形成n型电极和p型电极，所述n型电极通过所述第一通孔与所述n型Ⅲ族氮化物半导体层电连接，所述p型电极通过所述第二通孔与所述第一光学反射层电连接。
可选地，所述第一光学反射层包括多层介质膜、或者交替层叠的多层介质膜和金属膜。
优选地，所述在所述p型Ⅲ族氮化物半导体层上形成第一光学反射层，包括：
在所述p型Ⅲ族氮化物半导体层上形成透明导电层；
在所述透明导电层上形成第一光学反射层；
所述在所述第一光学反射层上形成与所述n型Ⅲ族氮化物半导体层电连接的n型电极、以及与所述p型Ⅲ族氮化物半导体层电连接的p型电极，包括：
在所述第一光学反射层上形成延伸至所述n型Ⅲ族氮化物半导体层的第一通孔、以及延伸至所述透明导电层的第三通孔；
在所述第一光学反射层上、所述第一通孔的内壁和所述第三通孔的内壁形成绝缘层；
在所述绝缘层上形成n型电极和p型电极，所述n型电极通过所述第一通孔与所述n型Ⅲ族氮化物半导体层电连接，所述p型电极通过所述第三通孔与所述透明导电层电连接。
可选地，所述第二光学反射层包括多层介质膜、或者交替层叠的多层介质膜和金属膜。
优选地，所述多层介质膜包括交替层叠的二氧化硅和氧化钛，所述金属膜采用Ag、Al、Au、Pt、Rh中的至少一种。
可选地，所述制作方法还包括：
将所述芯片单元中所述衬底的至少一个侧面切成斜面。
另一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管芯片，所述发光二极管芯片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的n型Ⅲ族氮化物半导体层、有源层、p型Ⅲ族氮化物半导体层、第一光学反射层、绝缘层，n型电极和p型电极设置在所述绝缘层上，所述n型电极与所述n型Ⅲ族氮化物半导体层电连接，所述p型电极与所述p型Ⅲ族氮化物半导体层电连接，所述发光二极管芯片的顶面和三个侧面设有第二光学反射层，所述发光二极管芯片的顶面为所述衬底所在的表面，所述发光二极管芯片的侧面为与所述发光二极管芯片的顶面相邻的表面。
可选地，所述衬底的至少一个设有所述第二光学反射层的侧面为斜面。
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Ⅲ族氮化物半导体层上设置第一光学反射层，在衬底和芯片单元的侧壁上设置第二光学反射层，并将芯片单元分成相互独立的两个发光二极管芯片，发光二极管芯片上由芯片单元分开形成的侧面没有光学反射层，有源层发出的光线可以从这个侧面出射，满足背光源的出光要求，同时除这个侧面之外的其它表面均设有光学反射层，可以避免光线出射，提高出光效率和光源亮度，可以实现CSP封装的LED，使得电子设备的背光源微型化。
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一种发光二极管芯片的制作方法的流程图；
图2、以及图2a-图2h是本发明实施例一提供的发光二极管芯片制作过程中的结构示意图；
图3是本发明实施例一提供的n型电极和p型电极的一种形成方法的流程图；
图4是本发明实施例二提供的一种发光二极管芯片的结构示意图。
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的制作方法，适用于显示屏、背光源、白光照明等，参见图1，该制作方法包括：
步骤100：在衬底上依次形成n型Ⅲ族氮化物半导体层、有源层、p型Ⅲ族氮化物半导体层。
图2为执行步骤100之后的发光二极管芯片的结构示意图。其中，1为衬底，2为n型Ⅲ族氮化物半导体层，3为有源层，4为p型Ⅲ族氮化物半导体层。
可选地，衬底可以采用蓝宝石、碳化硅、石英玻璃等透明绝缘材料中的任一种。
具体地，n型Ⅲ族氮化物半导体层可以为n型掺杂的GaN层，p型Ⅲ族氮化物半导体层可以为p型掺杂的GaN层；有源层可以包括n层量子阱层和n+1层量子垒层，n为正整数，量子阱层和量子垒层交替层叠；量子阱层可以为InGaN层，量子垒层可以为GaN层。
步骤101：在p型Ⅲ族氮化物半导体层上形成第一光学反射层。
图2a为执行步骤101之后的发光二极管芯片的结构示意图。其中，1为衬底，2为n型Ⅲ族氮化物半导体层，3为有源层，4为p型Ⅲ族氮化物半导体层，5为第一光学反射层。
可选地，第一光学反射层可以包括金属膜、多层介质膜、或者交替层叠的多层介质膜和金属膜。
优选地，多层介质膜可以包括交替层叠的二氧化硅和氧化钛，以达到高反射率。
优选地，金属膜可以采用Ag、Al、Au、Pt、Rh中的至少一种，以达到高反射率。
步骤102：在第一光学反射层上形成与n型Ⅲ族氮化物半导体层电连接的n型电极、以及与p型Ⅲ族氮化物半导体层电连接的p型电极。
在本实施例的一种实现方式中，当第一光学反射层包括金属膜时，参见图3，该步骤102可以包括：
步骤102a：在第一光学反射层上形成延伸至n型Ⅲ族氮化物半导体层的第一通孔；
步骤102b：在第一光学反射层上、第一通孔的内壁形成绝缘层，绝缘层上设有延伸至第一光学反射层的第二通孔；
步骤102c：在绝缘层上形成n型电极和p型电极，n型电极通过第一通孔与n型Ⅲ族氮化物半导体层电连接，p型电极通过第二通孔与第一光学反射层电连接。
图2b为执行步骤102a之后的发光二极管芯片的结构示意图，图2c为执行步骤102b之后的发光二极管芯片的结构示意图，图2d为执行步骤102c之后的发光二极管芯片的结构示意图。其中，1为衬底，2为n型Ⅲ族氮化物半导体层，3为有源层，4为p型Ⅲ族氮化物半导体层，5为第一光学反射层，6为第一通孔，7为绝缘层，8为第二通孔，9为n型电极，10为p型电极。
在本实施例的另一种实现方式中，当第一光学反射层包括多层介质膜、或者交替层叠的多层介质膜和金属膜时，该步骤101可以包括：
在p型Ⅲ族氮化物半导体层上形成透明导电层；
在透明导电层上形成第一光学反射层。
相应地，该步骤102可以包括：
在第一光学反射层上形成延伸至n型Ⅲ族氮化物半导体层的第一通孔、以及延伸至透明导电层的第三通孔；
在第一光学反射层上、第一通孔的内壁和第三通孔的内壁形成绝缘层；
在绝缘层上形成n型电极和p型电极，n型电极通过第一通孔与n型Ⅲ族氮化物半导体层电连接，p型电极通过第三通孔与透明导电层电连接。
具体地，透明导电层可以为氧化铟锡(英文：Indium tin oxide，简称ITO)。
可选地，绝缘层可以采用二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化镓中的任一种。
可选地，n型电极可以采用Au、Al、Cu、Ag、Fe、Ti、Cr、Pt、Ni中的一种或多种。
可选地，p型电极可以采用Au、Al、Cu、Ag、Fe、Ti、Cr、Pt、Ni中的一种或多种。
步骤103：对衬底、n型Ⅲ族氮化物半导体层、有源层、p型Ⅲ族氮化物半导体层、第一光学反射层进行切割，得到若干独立的芯片单元，芯片单元均包括两个n型电极和两个p型电极。
在本实施例的又一种实现方式中，在该步骤103之前，该制作方法还包括：
将芯片单元中衬底的至少一个侧面切成斜面，以便于沉积第二光学反射层(详见步骤105)。
图2e为执行步骤103之后的发光二极管芯片的结构示意图。其中，1为衬底，2为n型Ⅲ族氮化物半导体层，3为有源层，4为p型Ⅲ族氮化物半导体层，5为第一光学反射层，6为第一通孔，7为绝缘层，8为第二通孔，9为n型电极，10为p型电极。
步骤104：将若干芯片单元中的n型电极和p型电极固定在支撑材料上，各个芯片单元的间距大于0。
图2f为执行步骤104之后的发光二极管芯片的结构示意图。其中，1为衬底，2为n型Ⅲ族氮化物半导体层，3为有源层，4为p型Ⅲ族氮化物半导体层，5为第一光学反射层，6为第一通孔，7为绝缘层，8为第二通孔，9为n型电极，10为p型电极，11为支撑材料。
步骤105：在衬底上、以及芯片单元的侧壁上形成第二光学反射层。
图2g为执行步骤105之后的发光二极管芯片的结构示意图。其中，1为衬底，2为n型Ⅲ族氮化物半导体层，3为有源层，4为p型Ⅲ族氮化物半导体层，5为第一光学反射层，6为第一通孔，7为绝缘层，8为第二通孔，9为n型电极，10为p型电极，11为支撑材料，12为第二光学反射层。
可选地，第二光学反射层可以包括多层介质膜、或者交替层叠的多层介质膜和金属膜。
优选地，多层介质膜可以包括交替层叠的二氧化硅和氧化钛，以达到高反射率。
优选地，金属膜可以采用Ag、Al、Au、Pt、Rh中的至少一种，以达到高反射率。
需要说明的是，当第二光学反射层包括交替层叠的多层介质膜和金属膜时，与衬底等直接接触的是多层介质膜。
步骤106：将各个芯片单元分成相互独立的两个发光二极管芯片。
图2h为执行步骤106之后的发光二极管芯片的结构示意图。其中，1为衬底，2为n型Ⅲ族氮化物半导体层，3为有源层，4为p型Ⅲ族氮化物半导体层，5为第一光学反射层，6为第一通孔，7为绝缘层，8为第二通孔，9为n型电极，10为p型电极，11为支撑材料，12为第二光学反射层。
在实际应用中，发光二极管芯片中未设置光学反射层的侧面与液晶显示面板的导光板耦合在一起，为液晶显示面板供应充足亮度的光源，使其能正常显示影像。
本发明实施例通过在p型Ⅲ族氮化物半导体层上设置第一光学反射层，在衬底和芯片单元的侧壁上设置第二光学反射层，并将芯片单元分成相互独立的两个发光二极管芯片，发光二极管芯片上由芯片单元分开形成的侧面没有光学反射层，有源层发出的光线可以从这个侧面出射，满足背光源的出光要求，同时除这个侧面之外的其它表面均设有光学反射层，可以避免光线出射，提高出光效率和光源亮度，可以实现CSP封装的LED，使得电子设备的背光源微型化。
实施例二
本发明实施例提供了一种发光二极管芯片，可以采用实施例一的制作方法制作而成，参见图4，该发光二极管芯片包括衬底1、以及依次层叠在衬底1上的n型Ⅲ族氮化物半导体层2、有源层3、p型Ⅲ族氮化物半导体层4、第一光学反射层5、绝缘层7，n型电极9和p型电极10设置在绝缘层7上，n型电极9与n型Ⅲ族氮化物半导体层2电连接，p型电极10与p型Ⅲ族氮化物半导体层4电连接，该发光二极管芯片的顶面和三个侧面设有第二光学反射层12，该发光二极管芯片的顶面为衬底1所在的表面，该发光二极管芯片的侧面为与该发光二极管芯片的顶面相邻的表面。
在本实施例的一种实现方式中，第一光学反射层可以包括金属膜。
可选地，参见图4，第一光学反射层5上可以设有延伸至n型Ⅲ族氮化物半导体层2的第一通孔6，绝缘层7设置在第一光学反射层5和第一通孔6的内壁上，绝缘层7上设有延伸至第一光学反射层5的第二通孔8，n型电极9通过第一通孔6与n型Ⅲ族氮化物半导体层2电连接，p型电极10通过第二通孔8与第一光学反射层5电连接。
在本实施例的另一种实现方式中，第一光学反射层可以包括多层介质膜、或者交替层叠的多层介质膜和金属膜。
可选地，第一光学反射层和p型Ⅲ族氮化物半导体层之间可以设置透明导电层。
相应地，第一光学反射层上可以设有延伸至n型Ⅲ族氮化物半导体层的第一通孔、以及延伸至透明导电层的第三通孔，绝缘层设置在第一光学反射层、以及第一通孔的内壁和第三通孔的内壁上，n型电极通过第一通孔与n型Ⅲ族氮化物半导体层电连接，p型电极通过第三通孔与透明导电层电连接。
在本实施例的又一种实现方式中，衬底1的至少一个设有第二光学反射层12的侧面可以为斜面。
本发明实施例通过在p型Ⅲ族氮化物半导体层上设置第一光学反射层，在芯片的顶面和三个侧面上设置第二光学反射层，发光二极管芯片上只有一个侧面没有光学反射层，有源层发出的光线可以从这个侧面出射，满足背光源的出光要求，同时除这个侧面之外的其它表面均设有光学反射层，可以避免光线出射，提高出光效率和光源亮度，可以实现CSP封装的LED，使得电子设备的背光源微型化。
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的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
在衬底上依次形成n型Ⅲ族氮化物半导体层、有源层、p型Ⅲ族氮化物半导体层；
在所述p型Ⅲ族氮化物半导体层上形成第一光学反射层；
在所述第一光学反射层上形成与所述n型Ⅲ族氮化物半导体层电连接的n型电极、以及与所述p型Ⅲ族氮化物半导体层电连接的p型电极；
对所述衬底、所述n型Ⅲ族氮化物半导体层、所述有源层、所述p型Ⅲ族氮化物半导体层、所述第一光学反射层进行切割，得到若干独立的芯片单元，所述芯片单元均包括两个所述n型电极和两个所述p型电极；
将若干所述芯片单元中的所述n型电极和所述p型电极固定在支撑材料上，各个所述芯片单元的间距大于0；
在所述衬底上、以及所述芯片单元的侧壁上形成第二光学反射层；
将各个所述芯片单元分成相互独立的两个发光二极管芯片。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述第一光学反射层包括金属膜。
3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述在所述第一光学反射层上形成与所述n型Ⅲ族氮化物半导体层电连接的n型电极、以及与所述p型Ⅲ族氮化物半导体层电连接的p型电极，包括：
在所述第一光学反射层上形成延伸至所述n型Ⅲ族氮化物半导体层的第一通孔；
在所述第一光学反射层上、所述第一通孔的内壁形成绝缘层，所述绝缘层上设有延伸至所述第一光学反射层的第二通孔；
在所述绝缘层上形成n型电极和p型电极，所述n型电极通过所述第一通孔与所述n型Ⅲ族氮化物半导体层电连接，所述p型电极通过所述第二通孔与所述第一光学反射层电连接。
4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述第一光学反射层包括多层介质膜、或者交替层叠的多层介质膜和金属膜。
5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述在所述p型Ⅲ族氮化物半导体层上形成第一光学反射层，包括：
在所述p型Ⅲ族氮化物半导体层上形成透明导电层；
在所述透明导电层上形成第一光学反射层；
所述在所述第一光学反射层上形成与所述n型Ⅲ族氮化物半导体层电连接的n型电极、以及与所述p型Ⅲ族氮化物半导体层电连接的p型电极，包括：
在所述第一光学反射层上形成延伸至所述n型Ⅲ族氮化物半导体层的第一通孔、以及延伸至所述透明导电层的第三通孔；
在所述第一光学反射层上、所述第一通孔的内壁和所述第三通孔的内壁形成绝缘层；
在所述绝缘层上形成n型电极和p型电极，所述n型电极通过所述第一通孔与所述n型Ⅲ族氮化物半导体层电连接，所述p型电极通过所述第三通孔与所述透明导电层电连接。
6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述第二光学反射层包括多层介质膜、或者交替层叠的多层介质膜和金属膜。
7.根据权利要求2-6任一项所述的制作方法，其特征在于，所述多层介质膜包括交替层叠的二氧化硅和氧化钛，所述金属膜采用Ag、Al、Au、Pt、Rh中的至少一种。
8.根据权利要求1-6任一项所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括：
将所述芯片单元中所述衬底的至少一个侧面切成斜面。
9.一种发光二极管芯片，其特征在于，所述发光二极管芯片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的n型Ⅲ族氮化物半导体层、有源层、p型Ⅲ族氮化物半导体层、第一光学反射层、绝缘层，n型电极和p型电极设置在所述绝缘层上，所述n型电极与所述n型Ⅲ族氮化物半导体层电连接，所述p型电极与所述p型Ⅲ族氮化物半导体层电连接，所述发光二极管芯片的顶面和三个侧面设有第二光学反射层，所述发光二极管芯片的顶面为所述衬底所在的表面，所述发光二极管芯片的侧面为与所述发光二极管芯片的顶面相邻的表面。
10.根据权利要求9所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述衬底的至少一个设有所述第二光学反射层的侧面为斜面。
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