CN108538980A - 一种背面电流阻挡层的led芯片及制备方法 - Google Patents

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刘琦
闫宝华
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Abstract

一种背面电流阻挡层的LED芯片及其制备方法，该LED芯片包括外延层，外延层的正面设置有电极，外延层的背面设置有背金，外延层与背金之间设置有背面电流阻挡层，形成自上而下正面电极、外延层、背面阻挡层和背金的结构；其制备方法包括以下步骤：（1）对外延层的背面减薄；（2）在外延层的背面光刻出背面挖洞图形；（3）制备出背面空洞；（4）在整个外延层背面制备绝缘层；（5）对外延层的背面进行二次微减薄，背面空洞区域内的绝缘层作为背面电流阻挡层；（6）在外延层的正面蒸镀金属；（7）制备出正面电极；（8）在外延层的背面蒸镀一层ITO；（9）蒸镀背金；（10）合金。本发明能够有效提高电流扩展，提高LED芯片光电转换效率。

Description

一种背面电流阻挡层的LED芯片及制备方法
技术领域
本发明涉及一种LED(发光二极管)芯片的设计及其制备方法，尤其涉及一种背面电路阻挡层的芯片设计及其制备方法，属于发光二极管制造技术领域。
背景技术
随着MOCVD的技术成熟和广泛应用，LED目前已经广泛应用，尤其是在显示屏、亮化和照明市场占据着及其重要的位置。人们对LED的光电转换效率也越来越关注，国家也颁布的相应的用于电器的节能标准。人们也针对如何提高LED的出光效率提出了诸多提升方法。比如表面粗化技术、剥离与透明衬底技术、改变芯片的形状等。
目前的LED芯片设计，电极下的电流密度是最大的，但是因为电极的遮挡发光，电流不能有效利用，致使电流密度最大的有源区发光后，不能有效提取出来。电极下的大电流密度，虽不能对光提取效率做出贡献，但会影响其他区域的电流利用效率，同时电极下的有源区因为大电流密度的长期使用，在恶劣条件下对LED的可靠性和寿命均会产生不利影响。
CN102903802A公开的具有DBR型电流阻挡层的LED芯片及其制作方法、CN105514226A公开的《一种具有电流阻挡层的发光二极管及其制作方法》以及CN103066175A公开的《一种具有电流阻挡层的发光二极管及其制备方法》都是在外延层正面设置电流阻挡层。
发明内容
本发明针对现有LED芯片结构存在的不足，提出一种能够提高电流扩展和光电转换效率的背面电流阻挡层的LED芯片，同时提供一种该背面电流阻挡层LED芯片的制备方法。
本发明的背面电流阻挡层的LED芯片，包括外延层，外延层的正面设置有电极，外延层的背面设置有背金，外延层与背金之间设置有背面电流阻挡层，形成自上而下正面电极、外延层、背面阻挡层和背金的结构。
上述背面电流阻挡层的LED芯片的制备方法，包括以下步骤：
(1)对外延层的背面减薄；
所述步骤(1)中的减薄厚度100-300微米。
(2)在外延层的背面进行光刻，光刻出背面挖洞图形，该背面挖洞图形作为背面电流阻挡层所在的区域；
背面图形可以为圆形、矩形、多边形，但是不仅限于这些形状。
(3)对光刻出的背面图形腐蚀挖洞，制备出背面空洞；
所述步骤(3)中腐蚀所用的腐蚀液为双氧水与氨水按体积比1:1-1:10配制的混合液，或者是磷酸与双氧水按体积比1:1-1:10配制的混合液，或者是硫酸与双氧水按体积比1:1-1:10配制的混合液，或者是王水。
所述步骤(3)中的腐蚀时间为10s-300s。
所述步骤(3)中制备出的背面空洞的深度为0.1-2μm。
(4)在整个外延层背面制备绝缘层；
所述步骤(4)中的绝缘层厚度为1-5μm。
绝缘层可以选择二氧化硅、氮化硅、环氧树脂或绝缘玻璃胶等，以上材料可以采用PECVD的方法生长，也可以采用粉末调配后涂覆。
(5)对外延层的背面进行二次微减薄，磨掉背面空洞区域以外的绝缘层，背面空洞区域内的绝缘层作为背面电流阻挡层；
(6)在外延层的正面蒸镀金属；
所述步骤(6)中蒸镀金属的厚度为1.5-3.5微米。蒸镀金属为Au、AuBe、Al、Ti等。
(7)在外延层的正面光刻金属电极图形，金属电极图形与步骤(2)中的背面挖洞图形的中心对准，制备出正面电极；
(8)在外延层的背面蒸镀一层ITO(氧化铟锡，作为欧姆接触的制备)；
所述步骤(8)中ITO厚度为0.2-0.5微米；
(9)蒸镀背金(背面金属)；
(10)合金。
所述步骤(10)中合金温度300-500℃，合金时间5-30分钟。
所述步骤(9)蒸镀背金之后，可以腐蚀掉覆盖在背面电流阻挡层上的背金。具体是，进行光刻背金，光刻出背面腐蚀图形，背面腐蚀图形的中心与步骤(2)中的背面挖洞图形的中心对准，然后腐蚀掉光刻出的背面腐蚀图形内的背金。根据电压情况选择背面腐蚀图形的尺寸，对电压要求严格，可以选择不腐蚀掉覆盖在背面电流阻挡层上的背金。
对芯片进行半切、测试、全切。
上述技术方案中未做详细说明和限定的，均参照发光二极管制作的现有技术，如外延层。
本发明在外延层背面设置电流阻挡层，背面电流阻挡层的制备采用背面挖洞，填充绝缘材料后蒸镀背金，背金根据电压的控制情况采用挖洞等工艺，能够有效提高电流扩展，提高LED芯片光电转换效率。其中背面电流阻挡层的制备可以直接采用涂覆或者生长的方法，无需光刻和化学腐蚀，通过研磨厚度差去除多余绝缘材料，去除干净，方法简单，成本较低，特别适合批量化生产。
附图说明
图1是本发明背面电流阻挡层LED芯片的结构示意图。
其中：1、电极；2、外延层；3、背面电流阻挡层；4、背面金属。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。实施例中使用的材料及设备均为现有技术。
实施例1
如图1所示，本发明背面电流阻挡层的LED芯片，包括外延层2，外延层2的正面设置有电极1，外延层2的背面设置有背金4，外延层2与背金4之间设置有背面电流阻挡层3，自上而下形成正面电极1、外延层2、背面阻挡层3和背金4的结构。
上述背面电流阻挡层的LED芯片的制备方法，包括以下步骤：
(1)对外延层2的背面减薄，减薄厚度100-300微米。
可以采用磨料减薄，也可以采用砂轮盘减薄，或者化学减薄，或其它放法。
(2)采用光刻技术，在外延层2的背面进行光刻，光刻出背面挖洞图形。该背面挖洞图形作为背面电流阻挡层3所在的区域，与所要制备的背面电流阻挡层3的形状一致。
背面挖洞图形可以采用圆形、矩形及其变形、三角形等形状；
(3)采用湿法化学腐蚀方法，按照光刻出的背面挖洞图形腐蚀出背面空洞。
腐蚀液可以选取双氧水与氨水按体积比1:1-1:10配制的混合液，磷酸与双氧水按体积比1:1-1:10配制的混合液，硫酸与双氧水按体积比1:1-1:10配制的混合液，，也可以采用王水，腐蚀时间为10s-300秒，腐蚀出的背面空洞深度为0.1-2μm。
(4)在外延层2的整个背面制备绝缘层，绝缘层厚度为1-5μm。
绝缘层可以选择二氧化硅、氮化硅、环氧树脂或绝缘玻璃胶等，以上材料可以采用PECVD的方法生长，也可以采用粉末调配后使用甩胶机涂覆。
(5)对外延层的背面进行二次微减薄，磨掉背面空洞区域以外的绝缘层，背面空洞区域内的绝缘层作为背面电流阻挡层3；
可以采用磨料减薄，也可以采用砂轮盘减薄，方法不限于以上两种方法，
(6)在外延层2的正面蒸镀金属，厚度为1.5-3.5微米。
金属可以是Au、AuBe、Al或Ti等。
(7)在外延层的正面光刻金属电极图形，金属电极图形和背面挖洞图形的中心对准，制备出正面电极1。
本发明使用的电极形状比背面形状小，但是根据电极形状的设计，不仅限于此。
(8)在外延层2的背面蒸镀一层厚度为0.2-0.5微米ITO(氧化铟锡，作为欧姆接触)。
(9)蒸镀背金4，可以是为Ni、Ge或Au等金属。
(10)合金，合金温度300-500℃，合金时间5-30分钟。
对芯片进行半切、测试和全切。
本实施例在步骤(9)蒸镀背金之后，直接进行合金，而不是腐蚀掉覆盖在背面电流阻挡层3上的背金。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于步骤(4)，并在步骤(9)和(10)之间增加一个步骤。
本实施例中的步骤(4)是使用PECVD在外延层2的背面生长二氧化硅、氮化硅等绝缘材料。
本实施例在步骤(9)和(10)之间增加以下步骤：
蒸镀背金之后，进行光刻背金，光刻出背面腐蚀图形，背面腐蚀图形的中心与步骤(2)中的背面挖洞图形的中心对准，然后腐蚀掉光刻出的背面腐蚀图形内的背金。

Claims (10)

1.一种背面电流阻挡层的LED芯片，包括外延层，外延层的正面设置有电极，其特征是：外延层的背面设置有背金，外延层与背金之间设置有背面电流阻挡层，形成自上而下正面电极、外延层、背面阻挡层和背金的结构。
2.一种权利要求1所述背面电流阻挡层的LED芯片的制备方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)对外延层的背面减薄；
(2)在外延层的背面进行光刻，光刻出背面挖洞图形，该背面挖洞图形作为背面电流阻挡层所在的区域；
(3)对光刻出的背面图形腐蚀挖洞，制备出背面空洞；
(4)在整个外延层背面制备绝缘层；
(5)对外延层的背面进行二次微减薄，磨掉背面空洞区域以外的绝缘层，背面空洞区域内的绝缘层作为背面电流阻挡层；
(6)在外延层的正面蒸镀金属；
(7)在外延层的正面光刻金属电极图形，金属电极图形与步骤(2)中的背面挖洞图形的中心对准，制备出正面电极；
(8)在外延层的背面蒸镀一层ITO；
(9)蒸镀背金；
(10)合金。
3.根据权利要求2所述的背面电流阻挡层的LED芯片的制备方法，其特征是：所述步骤(1)中的减薄厚度100-300微米。
4.根据权利要求2所述的背面电流阻挡层的LED芯片的制备方法，其特征是：所述步骤(3)中的腐蚀时间为10s-300s。
5.根据权利要求2所述的背面电流阻挡层的LED芯片的制备方法，其特征是：所述步骤(3)中制备出的背面空洞的深度为0.1-2μm。
6.根据权利要求2所述的背面电流阻挡层的LED芯片的制备方法，其特征是：所述步骤(4)中的绝缘层厚度为1-5μm。
7.根据权利要求2所述的背面电流阻挡层的LED芯片的制备方法，其特征是：所述步骤(6)中蒸镀金属的厚度为1.5-3.5微米。
8.根据权利要求2所述的背面电流阻挡层的LED芯片的制备方法，其特征是：所述步骤(8)中ITO厚度为0.2-0.5微米。
9.根据权利要求2所述的背面电流阻挡层的LED芯片的制备方法，其特征是：所述步骤(10)中合金温度300-500℃，合金时间5-30分钟。
10.根据权利要求2所述的背面电流阻挡层的LED芯片的制备方法，其特征是：所述步骤(9)蒸镀背金之后，腐蚀掉覆盖在背面电流阻挡层上的背金。
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