CN107611236B - 一种led芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种LED芯片的制作方法，包括提供一衬底，在所述衬底上形成外延层，其中，所述外延层包括依次设于所述衬底表面的第一半导体层、有源层和第二半导体层，对所述外延层进行蚀刻，刻蚀至第一半导体层并形成切割道，在所述第二半导体层表面形成导电扩展层，对所述导电扩展层进行湿法蚀刻，形成第一孔洞，对所述第一孔洞进行干法蚀刻，刻蚀至第二半导体层表面并形成第二孔洞，在所述第一半导体层上形成第一电极，在所述第一孔洞和第二孔洞内形成第二电极，形成LED晶园，通过增加电极与导电扩展层的接触面积，从而增加电极粘附力，操作简单、便于大规模生产，且无需大型昂贵设备，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管技术领域，尤其涉及一种LED芯片及其制作方法。
背景技术
LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种利用载流子复合时释放能量形成发光的半导体器件，LED芯片具有耗电低、色度纯、寿命长、体积小、响应时间快、节能环保等诸多优势。
目前，LED芯片在制作过程中，为了增强电极与芯片的粘附能力，一般对电极进行欧姆接触。但LED芯片在使用过程中，产生大量的热量，破坏欧姆接触，从而影响电极与芯片之间的粘附能力，进而降低LED芯片的光电性能，出现电压过高、LED芯片烧毁等现象，降低LED芯片的可靠性。
此外，LED芯片在制作过程中，使用的材料、制作工艺，也会影响电极与芯片的粘附能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种LED芯片及其制作方法，改变导电扩展层的刻蚀方法和刻蚀的形状，增加电极与导电扩展层之间的接触面积，从而提高电极的粘附力，提高LED芯片的可靠性。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种LED芯片的制作方法，包括：
提供一衬底；
在所述衬底上形成外延层，其中，所述外延层包括依次设于所述衬底表面的第一半导体层、有源层和第二半导体层；
对所述外延层进行蚀刻，刻蚀至第一半导体层并形成切割道；
在所述第二半导体层表面形成导电扩展层；
对所述导电扩展层进行湿法蚀刻，形成第一孔洞；
对所述第一孔洞进行干法蚀刻，刻蚀至第二半导体层表面并形成第二孔洞；
在所述第一半导体层上形成第一电极，在所述第一孔洞和第二孔洞内形成第二电极，形成LED晶园。
作为上述方案的改进，所述湿法蚀刻的方法包括：采用FeCl3和HCl的混合溶液对导电扩展层进行蚀刻，蚀刻时间为5-60秒。
作为上述方案的改进，所述干法蚀刻的方法包括：采用ICP刻蚀工艺对第一孔洞进行蚀刻，蚀刻时间为10-60min。
作为上述方案的改进，所述第一孔洞的形状为倒梯形，所述第二孔洞的形状为梯形。
作为上述方案的改进，所述导电扩展层的厚度为
作为上述方案的改进，所述导电扩展层的材质为铟锡氧化物，其中，铟锡氧化物中铟和锡的比例为70-99:1-30。
作为上述方案的改进，采用电子束蒸发工艺在第二半导体层表面蒸镀一层导电扩展层，其中，蒸镀温度为200-300℃，氧气流量为5-20sccm，蒸镀腔体真空度为3.0-10.0E-5，蒸镀时间为100-300min。
作为上述方案的改进，在形成第一电极和第二电极之后，还包括以下步骤：
在所述LED晶园表面形成钝化层。
作为上述方案的改进，所述钝化层由氧化硅、氮化硅和氧化铝中的一种或几种制成。
相应地，本发明还提供了一种LED芯片，包括：
衬底；
设于所述衬底表面的外延层，其中所述外延层包括设于衬底表面的第一半导体层，设于所述第一半导体层表面的有源层，设于所述有源层表面的第二半导体层；
设于第一半导体层上的第一电极；
设于第二半导体层上的第二电极和导电扩展层；
设于导电扩展层表面和第一电极两侧的绝缘层；
其中，所述第二电极的形状为漏斗形。
实施本发明，具有如下有益效果：
1、本发明提供的一种LED芯片及其制作方法，与传统的LED芯片制作方法相比，本申请的LED芯片制作方法通过增加电极与导电扩展层的接触面积，从而增加电极粘附力，操作简单、便于大规模生产，且无需大型昂贵设备，降低生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例的一种LED芯片的制作方法流程图；
图2a为本发明实施例中的一种LED芯片形成外延层的结构示意图；
图2b为本发明实施例中的一种LED芯片形成切割道的结构示意图；
图2c为本发明实施例中的一种LED芯片形成导电扩展层的结构示意图；
图2d为本发明实施例中的一种LED芯片形成第一孔洞的结构示意图；
图2e为本发明实施例中的一种LED芯片形成第二孔洞的结构示意图；
图2f为本发明实施例中的一种LED芯片形成第一电极和第二电极的结构示意图；
图2g为本发明实施例中的一种LED芯片形成钝化层的结构示意图；
图3为本发明实施例中的一种LED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作进一步地详细描述。
本实施例提供了一种LED芯片的制作方法，其流程图如图1所示，包括以下步骤：
S1：提供一衬底；
衬底的材料可以为蓝宝石、碳化硅或硅，也可以为其他半导体材料，本实施例中优选衬底为蓝宝石衬底。
S2：在所述衬底上形成外延层；
如图2a所示，在衬底10任意一表面形成外延层20，其中，所述外延层20包括设于所述衬底10表面的第一半导体层21，设于第一半导体层21表面的有源层22，设于有源层22表面的第二半导体层23。
具体的，本申请实施例提供的第一半导体层和第二半导体层均为氮化镓基半导体层，有源层为氮化镓基有源层；此外，本申请实施例提供的第一半导体层、第二半导体层和有源层的材质还可以为其他材质，对此本申请不做具体限制。
其中，第一半导体层可以为N型半导体层，则第二半导体层为P型半导体层；或者，第一半导体层为P型半导体层，而第二半导体层为N型半导体层，对于第一半导体层和第二半导体层的导电类型，需要根据实际应用进行设计，对此本申请不做具体限制。
需要说明的是，为了提高后续的刻蚀工艺的良率，所述外延层的厚度为4-10μm。当外延层的厚度低于4μm，LED芯片的亮度会降低，在后续刻蚀时，LED芯片容易出现裂片的情况。但外延层的厚度大于10μm，LED芯片的亮度会降低，增加刻蚀的难度和时间。
需要说明的是，在本申请的其他实施例中，所述衬底10与所述外延层20之间设有缓存冲层(图中未示出)。
S3：对所述外延层进行蚀刻，刻蚀至第一半导体层并形成切割道；
如2b所示，对所述外延层20进行蚀刻，刻蚀至第一半导体层21并形成切割道24，将所述第一半导体层21裸露出来。具体的，采用ICP刻蚀工艺对所述外延层20进行蚀刻，刻蚀深度为1-4μm。其中，为了形成第一电极且不减少发光面积，所述切割道24的宽度为10-30μm。
S4：在所述第二半导体层表面形成导电扩展层；
如图2c所示，在所述第二半导体层23表面形成导电扩展层30。具体的，采用电子束蒸发工艺在所述第二半导体层23表面蒸镀一层导电扩展层30。其中，蒸镀温度为200-300℃，氧气流量为5-20sccm，蒸镀腔体真空度为3.0-10.0E-5，蒸镀时间为100-300min。
当蒸镀温度低于200℃时，导电扩展层无法获取足够的能量进行迁移，形成的导电扩展层质量较差，缺陷多；当蒸镀温度高于300℃时，温度过高，薄膜能量过大不易于在外延层上沉积，沉积速率变慢，效率降低。氧气流量小于5sccm时，氧气流量过低，导电扩展层氧化不充分，薄膜质量不佳，氧气流量大于20sccm时，氧气流量太大，导电扩展层过度氧化，膜层缺陷密度增加。蒸镀时间小于100min时，薄膜需要较高的沉积速率才能达到所需厚度，沉积速率太快，原子来不及迁移，因此薄膜生长质量较差，缺陷多。
优选的，蒸镀温度为290℃，氧气流量为10sccm，蒸镀腔体真空度为3.0*10-5-10.0*10-5。
具体的，所述导电扩展层30的厚度为
优选的，所述导电扩展层30的厚度为
当导电扩展层30的厚度小于
时，会降低导电扩展层30与电极的粘附力，当导电扩展层30的厚度大于
时，不仅增加导电扩展层30的形成时间，还降低LED芯片的出光效率，进一步地，还会降低导电扩展层30与电极的粘附力。
其中，所述导电扩展层30的材质为铟锡氧化物，但不限于此。铟锡氧化物中铟和锡的比例为70-99:1-30。优选的，铟锡氧化物中铟和锡的比例为95:5。这样有利提高导电扩展层30的导电能力，防止载流子聚集在一起，还提高LED芯片的出光效率。
S5：对所述导电扩展层进行湿法蚀刻，形成第一孔洞；
如图2d所示，对所述导电扩展层30进行湿法蚀刻，形成第一孔洞31。具体的，刻蚀到导电扩展层30的中间深度，因为湿法刻蚀的特性，只能刻蚀到一定的深度。但利用湿法刻蚀，能够快速地刻蚀出多个第一孔洞。具体的，采用FeCl3和HCl的混合溶液对导电扩展层30进行蚀刻，蚀刻时间为5-60秒。当蚀刻时间小于5秒，蚀刻不充分，不能形成第一孔洞31。当蚀刻时间大于60秒，蚀刻过度，破坏LED芯片的结构。优选的，蚀刻时间为15秒。需要说明的是，为了便于进行后续的干法刻蚀，所述第一孔洞31的形状为倒梯形。进一步地，湿法刻蚀的速率较快可以刻蚀出倒梯形的孔洞。在本申请的其他实施例中，所述第一孔洞31的形状还可以为方形、多边形或不规则形状。
S6：对所述第一孔洞进行干法蚀刻，刻蚀至第二半导体层表面并形成第二孔洞；
如图2e所示，对所述第一孔洞31进行干法蚀刻，刻蚀至第二半导体层23表面并形成第二孔洞32。具体的，采用ICP刻蚀设备对第一孔洞31进行蚀刻，蚀刻时间为10-60min。当蚀刻时间小于10min，蚀刻不充分，不能形成第二孔洞32。当蚀刻时间大于60min，蚀刻过度，破坏LED芯片的结构。
需要说明的是，为了增加第二电极和导电扩展层30的接触面积，所述第二孔洞32的形状为梯形。这样有效地增加电极与导电扩展层的粘附力，提高LED芯片的可靠性能。
需要说明的是，在形成第一孔洞31之后，进行干法刻蚀之前，还包括以下步骤：
首先用水冲洗导电扩散层30，然后进行甩干。
S7：在所述第一半导体层上形成第一电极，在所述第一孔洞和第二孔洞内形成第二电极，形成LED晶园；
如图2f所示，在所述第一半导体层21上形成第一电极41，在所述第一孔洞和第二孔洞内形成第二电极42，形成LED晶园。具体的，采用电子束蒸镀、磁控溅射、电镀或化学镀工艺，在所述切割道24的第一半导体层21表面沉积填充金属层形成第一电极41，在所述第所述第一孔洞和第二孔洞内沉积填充金属层形成第二电极42。
需要说明的是，为了增加第一电极41与第一半导体层21的接触面积、第二电极42与导电扩展层30的接触面积，所述第一电极41和第二电极42的厚度均为1-4μm。其中，所述第二电极42的厚度大于第一孔洞31和第二孔洞32的总的深度，所述第二电极42覆盖在所述导电扩展层30的表面。这样，增加第二电极42与导电扩展层30的接触面积，从而加强了第二电极42与导电扩展层30的粘附力，提到芯片的可靠性。优选的，所述第一电极或所述第二电极由Cr、Ni、Al、Ti、Au、Pt、W、Pb、Rh、Sn、Cu、Ag中的一种或几种制成。
需要说的是，如图2g所示，在形成第一电极41和第二电极42之后，还包括以下步骤：
在所述LED晶园表面形成钝化层40；
对所述钝化层40进行刻蚀，将第一电极41和第二电极42裸露出来。
具体的，所述钝化层40由氧化硅、氮化硅和氧化铝中的一种或几种制成。
下面以具体实施例进一步阐述本发明
实施例1
一种LED芯片的制作方法，包括：
提供一蓝宝石衬底；
在所述蓝宝石衬底上形成外延层，所述外延层包括依次设于所述蓝宝石衬底表面的N型氮化镓层、有源层和P型氮化镓层，所述外延层的厚度为6μm；
对所述外延层进行蚀刻，刻蚀至第一半导体层并形成切割道；
采用电子束蒸发工艺在P型氮化镓层表面蒸镀一层导电扩展层，所述导电扩展层的厚度为
其中，蒸镀温度为290℃，氧气流量为10sccm，蒸镀腔体真空度为5.0*10-5，蒸镀时间为150min；
采用FeCl3和HCl的混合溶液对导电扩展层进行湿法蚀刻，形成第一孔洞，蚀刻时间为15秒；
采用ICP刻蚀设备对第一孔洞进行蚀刻，刻蚀至第二半导体层表面并形成第二孔洞，蚀刻时间为15min；
在所述第一半导体层上形成第一电极，在所述第一孔洞和第二孔洞内形成第二电极。
实施例2
一种LED芯片的制作方法，包括：
提供一蓝宝石衬底；
在所述蓝宝石衬底上形成外延层，所述外延层包括依次设于所述蓝宝石衬底表面的N型氮化镓层、有源层和P型氮化镓层，所述外延层的厚度为6μm；
对所述外延层进行蚀刻，刻蚀至第一半导体层并形成切割道；
采用电子束蒸发工艺在P型氮化镓层表面蒸镀一层导电扩展层，所述导电扩展层的厚度为
其中，蒸镀温度为290℃，氧气流量为10sccm，蒸镀腔体真空度为3.0*10-5-10.0*10-5，蒸镀时间为150min；
采用FeCl3和HCl的混合溶液对导电扩展层进行湿法蚀刻，形成第一孔洞，蚀刻时间为15秒；
采用ICP刻蚀设备对第一孔洞进行蚀刻，刻蚀至第二半导体层表面并形成第二孔洞，蚀刻时间为15min；
在所述第一半导体层上形成第一电极，在所述第一孔洞和第二孔洞内形成第二电极。
实施例3
一种LED芯片的制作方法，包括：
提供一蓝宝石衬底；
在所述蓝宝石衬底上形成外延层，所述外延层包括依次设于所述蓝宝石衬底表面的N型氮化镓层、有源层和P型氮化镓层，所述外延层的厚度为6μm；
对所述外延层进行蚀刻，刻蚀至第一半导体层并形成切割道；
采用电子束蒸发工艺在P型氮化镓层表面蒸镀一层导电扩展层，所述导电扩展层的厚度为
其中，蒸镀温度为290℃，氧气流量为10sccm，蒸镀腔体真空度为3.0*10-5-10.0*10-5，蒸镀时间为150min；
采用FeCl3和HCl的混合溶液对导电扩展层进行湿法蚀刻，形成第一孔洞，蚀刻时间为15秒；
采用ICP刻蚀设备对第一孔洞进行蚀刻，刻蚀至第二半导体层表面并形成第二孔洞，蚀刻时间为15min；
在所述第一半导体层上形成第一电极，在所述第一孔洞和第二孔洞内形成第二电极。
实施例4
一种LED芯片的制作方法，包括：
提供一蓝宝石衬底；
在所述蓝宝石衬底上形成外延层，所述外延层包括依次设于所述蓝宝石衬底表面的N型氮化镓层、有源层和P型氮化镓层，所述外延层的厚度为6μm；
对所述外延层进行蚀刻，刻蚀至第一半导体层并形成切割道；
采用电子束蒸发工艺在P型氮化镓层表面蒸镀一层导电扩展层，所述导电扩展层的厚度为
其中，蒸镀温度为290℃，氧气流量为10sccm，蒸镀腔体真空度为3.0*10-5-10.0*10-5，蒸镀时间为150min；
采用FeCl3和HCl的混合溶液对导电扩展层进行湿法蚀刻，形成第一孔洞，蚀刻时间为15秒；
采用ICP刻蚀设备对第一孔洞进行蚀刻，刻蚀至第二半导体层表面并形成第二孔洞，蚀刻时间为15min；
在所述第一半导体层上形成第一电极，在所述第一孔洞和第二孔洞内形成第二电极。
实施例5
一种LED芯片的制作方法，包括：
提供一蓝宝石衬底；
在所述蓝宝石衬底上形成外延层，所述外延层包括依次设于所述蓝宝石衬底表面的N型氮化镓层、有源层和P型氮化镓层，所述外延层的厚度为6μm；
对所述外延层进行蚀刻，刻蚀至第一半导体层并形成切割道；
采用电子束蒸发工艺在P型氮化镓层表面蒸镀一层导电扩展层，所述导电扩展层的厚度为
其中，蒸镀温度为290℃，氧气流量为10sccm，蒸镀腔体真空度为3.0*10-5-10.0*10-5，蒸镀时间为150min；
采用FeCl3和HCl的混合溶液对导电扩展层进行湿法蚀刻，刻蚀至第二半导体层表面并形成第一孔洞，蚀刻时间为150秒；
在所述第一半导体层上形成第一电极，在所述第一孔洞内形成第二电极。
实施例6
一种LED芯片的制作方法，包括：
提供一蓝宝石衬底；
在所述蓝宝石衬底上形成外延层，所述外延层包括依次设于所述蓝宝石衬底表面的N型氮化镓层、有源层和P型氮化镓层，所述外延层的厚度为6μm；
对所述外延层进行蚀刻，刻蚀至第一半导体层并形成切割道；
采用电子束蒸发工艺在P型氮化镓层表面蒸镀一层导电扩展层，所述导电扩展层的厚度为
其中，蒸镀温度为290℃，氧气流量为10sccm，蒸镀腔体真空度为3.0*10-5-10.0*10-5，蒸镀时间为150min；
采用FeCl3和HCl的混合溶液对导电扩展层进行湿法蚀刻，刻蚀至第二半导体层表面并形成第一孔洞，蚀刻时间为150秒；
在所述第一半导体层上形成第一电极，在所述第一孔洞内形成第二电极。
实施例7
一种LED芯片的制作方法，包括：
提供一蓝宝石衬底；
在所述蓝宝石衬底上形成外延层，所述外延层包括依次设于所述蓝宝石衬底表面的N型氮化镓层、有源层和P型氮化镓层，所述外延层的厚度为6μm；
对所述外延层进行蚀刻，刻蚀至第一半导体层并形成切割道；
采用电子束蒸发工艺在P型氮化镓层表面蒸镀一层导电扩展层，所述导电扩展层的厚度为
其中，蒸镀温度为290℃，氧气流量为10sccm，蒸镀腔体真空度为3.0*10-5-10.0*10-5，蒸镀时间为150min；
采用FeCl3和HCl的混合溶液对导电扩展层进行湿法蚀刻，刻蚀至第二半导体层表面并形成第一孔洞，蚀刻时间为150秒；
在所述第一半导体层上形成第一电极，在所述第一孔洞内形成第二电极。
上述实施例1-4是本申请LED芯片的制作方法的具体实施例，实施例5-7是现有的LED芯片的制作方法的实施例，其中，实施例5-7是完全使用湿法刻蚀工艺来刻蚀导电扩展层。
结果如下：
将实施例1-7制成形成的LED芯片进行电极粘附能力的推拉力测试，
| 组别 | 电极粘附力推力测试值 | 拉力测试值 |
| 实施例1 | 50g | 10g |
| 实施例2 | 60g | 12g |
| 实施例3 | 65g | 14g |
| 实施例4 | 60g | 13g |
| 实施例5 | 35g | 8g |
| 实施例6 | 40g | 9g |
| 实施例7 | 45g | 9g |
其中，电极粘附力推力测试值和拉力测试值越大，电极与LED芯片的粘附力越强。
从上述测试结果可以看出，采用现有的LED芯片的制作方法制作出来LED芯片的电极粘附力明显小于本实施例的LED芯片的电极粘附力。其中，导电扩展层的厚度对电极粘附力的大小也有显著的影响。具体的，当导电扩展层的厚度小于
时，会降低导电扩展层与电极的粘附力，当导电扩展层的厚度大于
时，不仅增加导电扩展层的形成时间，还降低LED芯片的出光效率，进一步地，还会降低导电扩展层与电极的粘附力。
相应的，如图3所示，本申请提供了一种LED芯片，包括：
衬底10；
设于所述衬底10表面的外延层20，其中所述外延层20包括设于衬底10表面的第一半导体层21，设于所述第一半导体层21表面的有源层22，设于所述有源层22表面的第二半导体层23；
设于第一半导体层21上的第一电极41；
设于第二半导体层23上的第二电极42和导电扩展层30；
设于导电扩展层30表面和第一电极41两侧的绝缘层40；
其中，所述第二电极42的形状为漏斗形。
实施本发明，具有如下有益效果：
1、本发明提供的一种LED芯片及其制作方法，与传统的LED芯片制作方法相比，本申请的LED芯片制作方法通过增加电极与导电扩展层的接触面积，从而增加电极粘附力，操作简单、便于大规模生产，且无需大型昂贵设备，降低生产成本。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (5)
1.一种LED芯片的制作方法，包括：
提供一衬底；
在所述衬底上形成外延层，其中，所述外延层包括依次设于所述衬底表面的第一半导体层、有源层和第二半导体层；
对所述外延层进行蚀刻，刻蚀至第一半导体层并形成切割道；
在所述第二半导体层表面形成导电扩展层，所述导电扩展层的厚度为
采用FeCl3和HCl的混合溶液对导电扩展层进行湿法蚀刻，蚀刻时间为5-60秒，刻蚀至导电扩展层的中间深度，形成第一孔洞，所述第一孔洞的形状为倒梯形；
采用ICP刻蚀工艺对第一孔洞进行蚀刻，蚀刻时间为10-60min，刻蚀至第二半导体层表面并形成第二孔洞，所述第二孔洞的形状为梯形；
在所述第一半导体层上形成第一电极，在所述第一孔洞和第二孔洞内形成第二电极，形成LED晶圆。
2.根据权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述导电扩展层的材质为铟锡氧化物，其中，铟锡氧化物中铟和锡的比例为70-99:1-30。
3.根据权利要求2所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，采用电子束蒸发工艺在第二半导体层表面蒸镀一层导电扩展层，其中，蒸镀温度为200-300℃，氧气流量为5-20sccm，蒸镀腔体真空度为3.0-10.0E-5，蒸镀时间为100-300min。
4.根据权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，在形成第一电极和第二电极之后，还包括以下步骤：
在所述LED晶圆表面形成钝化层。
5.根据权利要求4所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述钝化层由氧化硅、氮化硅和氧化铝中的一种或几种制成。
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