CN108807614A - 一种稳压led芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种稳压LED芯片及其制作方法。其中，稳压LED芯片包括衬底，设于衬底上的第一半导体层，设于第一半导体层上的有源层和第一电极，设于有源层上的第二半导体层，设于第二半导体层上的电流阻挡层，设于电流阻挡层和第二半导体层上的透明导电层，设于透明导电层上的Al层，设于Al层上的第二电极，其中，Al层的厚度为10‑20埃。本发明在芯片内部加入一层Al层，使其代替外加稳压电容，提高LED芯片的寿命和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种稳压LED芯片及其制作方法。
背景技术
日光灯管俗称光管。传统的日光灯管为荧光灯，灯管两端各有一灯丝，灯管内充有氩气和汞蒸气，灯管内壁上涂有荧光粉，两个灯丝之间的气体在导电时发出紫外线，使荧光粉发出可见光。
传统的日光灯管中含有一定量的汞蒸气，灯管破碎，其内的汞蒸气则会挥发到大气中，造成污染。
现有的LED灯管不需要水银，且不含有铅等有害物质，外壳还可以回收使用，对环境没有破坏作用，因此LED灯管被公认为二十一世纪的绿色照明。
但是，LED灯管电力系统存在突波不良的问题，严重影响了LED灯管的寿命。例如，家用大功率电器接入、断开瞬间，城市电网用电高峰、低峰对电路电压等稳定性会造成冲击，电压的不稳定对LED灯管影响较大，轻则寿命缩短，重者则直接烧毁。传统LED灯管在外加一个其那管(zenor)或一个直流电源的稳压器，使LED灯管实现稳压。这不仅增加成本，还增加了的LED灯管的体积。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种稳压LED芯片，在芯片内部加入一层Al层，使其代替外加稳压电容，提高LED芯片的寿命和可靠性。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种稳压LED芯片的制作方法，提高LED芯片的寿命和可靠性。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种稳压LED芯片的制作方法，采用隐形切割方法来切割LED芯片，增加芯片的亮度或减少芯片的面积。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种稳压LED芯片，包括衬底，设于衬底上的第一半导体层，设于第一半导体层上的有源层和第一电极，设于有源层上的第二半导体层，设于第二半导体层上的电流阻挡层，设于电流阻挡层和第二半导体层上的透明导电层，设于透明导电层上的Al层，设于Al层上的第二电极，其中，Al层的厚度为10-20埃。
作为上述方案的改进，所述Al层的厚度为13-18埃。
作为上述方案的改进，所述Al层由Al金属制成。
作为上述方案的改进，还包括绝缘层，所述绝缘层覆盖在Al层上。
相应地，本发明还提供了一种稳压LED芯片的制作方法，包括：
提供衬底；
在衬底上形成外延层，所述外延层包括依次设于衬底上的第一半导体层、有源层和第二半导体层；
对外延层进行刻蚀，形成贯穿至第一半导体层的孔洞；
在第二半导体层上形成电流阻挡层；
在电流阻挡层和第二半导体层上形成透明导电层；
在透明导电层上形成Al层，Al层的厚度为10-20埃；
在孔洞内形成第一电极，在Al层上形成第二电极。
作为上述方案的改进，采用电子束蒸发工艺在透明导电层上形成Al层，蒸发速度为7-10埃/秒。
作为上述方案的改进，Al层的厚度为13-18埃。
作为上述方案的改进，在形成第二电极之后，还包括以下步骤：
在Al层、第一电极和第二电极表面形成绝缘层；
对所述绝缘层进行刻蚀，将第一电极和第二电极裸露出来。
作为上述方案的改进，在形成第二电极之后，还包括以下步骤：
采用隐形激光切割方法在衬底的背面形成划痕；
沿着所述划痕对衬底进行裂片，形成单颗LED芯片。
作为上述方案的改进，采用355nm-1064nm的激光对衬底的背面重复至少一次划片。
实施本发明，具有如下有益效果：
1、本发明提供的一种稳压LED芯片，包括衬底，设于衬底上的第一半导体层，设于第一半导体层上的有源层和第一电极，设于有源层上的第二半导体层，设于第二半导体层上的电流阻挡层，设于电流阻挡层和第二半导体层上的透明导电层，设于透明导电层上的Al层，设于Al层上的第二电极，其中，Al层的厚度为10-20埃。本发明的Al层厚度为10-20埃时，Al层能充分氧化，形成氧化铝，从而增加芯片的接触电阻，进而提升芯片的电压。本发明在芯片内部加入一层Al层，使其代替外加稳压电容，提高LED芯片的寿命和可靠性。
2、本发明Al层与第二电极中的Cr的接触电阻高，从而进一步增加了芯片的接触电阻，进而提升芯片的电压。
3、本发明的Al层设置在透明导电层上，与透明导电层直接电连接。当电流从第二电极注入到Al层时，通过与透明导电层的协同作用，不仅使芯片电压稳定，还能使芯片的电流更加扩散。
附图说明
图1是本发明稳压LED芯片的结构示意图；
图2是本发明稳压LED芯片的制作流程图。
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。
参见图1，本发明提供的一种稳压LED芯片，包括衬底10，设于衬底10上的第一半导体层21，设于第一半导体层21上的有源层22和第一电极31，设于有源层22上的第二半导体层23，设于第二半导体层23上的电流阻挡层40，设于电流阻挡层40和第二半导体层23上的透明导电层50，设于透明导电层50上的Al层60，设于Al层60上的第二电极32。
具体的，所述Al层60由Al金属制成。其中，本发明的稳压LED芯片应用在LED灯管上。
需要说明的是，本发明的Al层60与作为金属反射层的Al层不同，具体如下：
首先，本发明的Al层60不起有反射光线的作用，只有稳定电压的作用。由于本发明的Al层60的厚度很薄，远远小于金属反射层的厚度，现有的金属反射Al层的厚度为500-1000埃，其中，Al层的厚度在300埃时，反射率已经达到80％。本发明Al层60的厚度只有10-20埃，其中，Al层的厚度为20埃时，反射率只有1.5％左右，可以忽略不计。具体的，当Al层60的厚度小于10埃时，芯片对电压变化无明显改变，当Al层60的厚度为埃，芯片对电压变化有明显改变，芯片电压能提升0.1-0.2V。由于Al层60厚度为埃时，Al层60能充分氧化，形成氧化铝，从而增加芯片的接触电阻，进而提升芯片的电压。当Al层60的厚度大于20埃时，且随着Al层厚度的增加，芯片的电阻值减少，电压下降，且Al层60将芯片正面发出的光进行反射回芯片内部，阻挡外延层发出的光从芯片的正面出射，从而降低芯片的亮度。此外，Al层60的厚度大于20埃时，Al层的内部不能充分氧化层氧化铝，会降低芯片电压的稳定性。
其次，本发明的Al层60必须设置在透明导电层50上，与透明导电层50直接电连接。由于本发明的Al层60作为芯片内的电阻，用于代替芯片外的稳压电容，其与芯片为整体结构，当电流从第二电极32注入到Al层60时，通过与透明导电层50的协同作用，不仅使芯片电压稳定，还能使芯片的电流更加扩散。
再次，本发明的第二电极32直接连接在Al层60，由于电极的最底层一般为Cr层，而Al层60在形成后需要进行退火，将应力释放出来，同时将Al层氧化形成氧化铝，Cr与氧化铝的接触电阻高，从而进一步增加了芯片的接触电阻，进而提升芯片的电压。
优选的，所述Al层60的厚度为13-18埃。所述透明导电层50由铟锡氧化物制成。
为了避免第二电极32的电流聚集注入到有源层22，所述电流阻挡层40位于第二电极32的正下方。优选的，电流阻挡层40由SiO2或Si3N4制成。
为了保护芯片，保证芯片电压的稳定性，本发明的稳压LED芯片还包括绝缘层70，所述绝缘层70覆盖在Al层60上。进一步地，所述绝缘层70从Al层60的表面延伸至第一电极31和第二电极32的侧壁上。优选的，所述绝缘层70由SiO2或Si3N4制成。
图2是本发明稳压LED芯片的制作流程图，本发明还提供了一种稳压LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
S101、提供衬底。
所述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，本实施例中的衬底优选为蓝宝石衬底。
S102、在衬底上形成外延层，所述外延层包括依次设于衬底上的第一半导体层、有源层和第二半导体层。
具体的，本发明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，在本申请的其他实施例中，所述衬底与所述外延层之间设有缓存冲层(图中未示出)。
S103、对外延层进行刻蚀，形成贯穿至第一半导体层的孔洞。
具体的，采用光刻胶或SiO2作为掩膜，并采用电感耦合等离子体刻蚀工艺或反应离子刻蚀刻蚀工艺对所述外延层进行刻蚀，形成贯穿所述第二半导体层和有源层并延伸至所述第一半导体层的孔洞。
S104、在第二半导体层上形成电流阻挡层。
为了避免第二电极的电流聚集注入到有源层，所述电流阻挡层位于第二电极的正下方。优选的，电流阻挡层由SiO2和/或Si3N4制成。
S105、在电流阻挡层和第二半导体层上形成透明导电层。
采用光刻胶或SiO2作为掩膜，采用电子束蒸发工艺在所述电流阻挡层的表面蒸镀一层透明导电层。其中，蒸镀温度为0-300℃，氧气流量为5-30sccm，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0℃时，透明导电层无法获取足够的能量进行迁移，形成的透明导电层质量较差，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，透明导电层氧化不充分，薄膜质量不佳，氧气流量大于30sccm时，氧气流量太大，透明导电层过度氧化，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。
其中，所述透明导电层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。这样有利提高透明导电层的导电能力，防止载流子聚集在一起，还提高芯片的出光效率。
S106、在透明导电层上形成Al层，Al层的厚度为10-20埃。
采用电子束蒸发工艺在透明导电层上形成Al层，蒸发速度为7-10埃/秒。与现有的金属反射Al层不同，本申请的Al层厚度很薄，只有10-20埃，当蒸发速度大于10埃/秒时，蒸发速度太快，Al层不能与透明导电层形成良好的接触，影响芯片电压的稳定性；此外，蒸发速度太快，Al层厚度容易过厚，达不到要求。
具体的，所述Al层由Al金属制成。
需要说明的是，本发明的Al层与作为金属反射层的Al层不同，具体如下：
首先，本发明的Al层不起有反射光线的作用，只有稳定电压的作用。由于本发明的Al层的厚度很薄，远远小于金属反射层的厚度，现有的金属反射Al层的厚度为500-1000埃，其中，Al层的厚度在300埃时，反射率已经达到80％。本发明Al层的厚度只有10-20埃，其中，Al层的厚度为20埃时，反射率只有1.5％左右，可以忽略不计。具体的，当Al层的厚度小于10埃时，芯片对电压变化无明显改变，当Al层的厚度为埃，芯片对电压变化有明显改变，芯片电压能提升0.1-0.2V。由于Al层厚度为埃时，Al层能充分氧化，形成氧化铝，从而增加芯片的接触电阻，进而提升芯片的电压。当Al层的厚度大于20埃时，且随着Al层厚度的增加，芯片的电阻值减少，电压下降，且Al层将芯片正面发出的光进行反射回芯片内部，阻挡外延层发出的光从芯片的正面出射，从而降低芯片的亮度。此外，Al层的厚度大于20埃时，Al层的内部不能充分氧化层氧化铝，会降低芯片电压的稳定性。
其次，本发明的Al层必须设置在透明导电层50上，与透明导电层50直接电连接。由于本发明的Al层作为芯片内的电阻，用于代替芯片外的稳压电容，其与芯片为整体结构，当电流从第二电极32注入到Al层时，通过与透明导电层50的协同作用，不仅使芯片电压稳定，还能使芯片的电流更加扩散。
再次，本发明的第二电极32直接连接在Al层，由于电极的最底层一般为Cr层，而Al层在形成后需要进行退火，将应力释放出来，同时将Al层氧化形成氧化铝，Cr与氧化铝的接触电阻高，从而进一步增加了芯片的接触电阻，进而提升芯片的电压。
优选的，所述Al层的厚度为13-18埃。
需要说明的是，在Al层形成之后，电极形成之前，需要对芯片进行退火。
107、在孔洞内形成第一电极，在Al层上形成第二电极。
采用电子束蒸镀、热蒸镀或磁控溅射工艺在第一孔洞内的第一半导体层上沉积金属，形成第一电极，在Al层上沉积金属，形成第二电极。其中，第一电极和第二电极均由Cr、Al、Ni、Ti、Pt和Au中的一种或几种金属制成。
为了保护芯片，保证芯片电压的稳定性，在形成第二电极之后，还包括以下步骤：在Al层、第一电极和第二电极表面形成绝缘层；对所述绝缘层进行刻蚀，将第一电极和第二电极裸露出来。
需要说明的是，在形成第二电极之后，还包括以下步骤：采用隐形激光切割方法在衬底的背面形成划痕；沿着所述划痕对衬底进行裂片，形成单颗LED芯片。
本发明采用隐形激光切割方法对衬底的背面，即衬底的背面进行划片，从而形成划痕，而不需要对芯片的发光结构进行刻蚀来形成切割道，即切割道的宽度为0，在芯片亮度不变的情况下，可以通过减少切割道来缩减芯片的面积，即，在同一个尺寸的LED晶圆上能形成更多的LED芯片，芯片颗粒数增加7-10％，从而提高产能，降低成本。或者，在同一尺寸的LED晶圆上，不增加单颗芯片的数量，单颗芯片的尺寸不变，由于节省了切割道的面积，从而增加了有源层的发光面积，即同样尺寸的单颗LED芯片，亮度能提升1.5-3％。
为了提高芯片的切割良率，防止发光结构被烧伤，所述衬底的划痕深度大于衬底厚度的五分之一，且小于衬底厚度的三分之一。划痕深度是指隐形激光切割的位置到衬底第二表面的距离。当划痕深度小于衬底厚度五分之一时，深度太浅，难以沿着划痕来劈裂衬底和发光结构，不能形成单颗芯片；当划痕深度大于衬底厚度的三分之一时，划痕位置距离有源层的距离较近，激光会烧伤有源层，从而导致芯片漏电异常，降低芯片的良率，这也是目前隐形切割LED芯片无法量产的重要原因。划痕的深度对LED芯片的良率其中重要的作用，深度太浅，难以劈裂形成单颗芯片，深度太深，芯片容易漏电。优选的，所述衬底的划痕深度等于衬底厚度的四分之一。
为了提高后续沿着划痕劈裂成单颗LED芯片的良率，采用355nm-1064nm的激光对衬底的背面重复至少一次划片。由于本发明为了防止激光将有源层烧伤，将划痕的深度变浅，因此本发明通过对衬底的背面重复至少一次划片，从而增加划痕区域的应力，使应力聚集在划痕区域，裂片时，应力聚集区域的衬底更容易脱离，从而带动发光结构裂开，进而提高芯片的裂片良率。优选的，重复一次划片，即将激光单光点在衬底的背面并划2次。
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 (10)
1.一种稳压LED芯片，其特征在于，包括衬底，设于衬底上的第一半导体层，设于第一半导体层上的有源层和第一电极，设于有源层上的第二半导体层，设于第二半导体层上的电流阻挡层，设于电流阻挡层和第二半导体层上的透明导电层，设于透明导电层上的Al层，设于Al层上的第二电极，其中，Al层的厚度为10-20埃。
2.如权利要求1所述的稳压LED芯片，其特征在于，所述Al层的厚度为13-18埃。
3.如权利要求1所述的稳压LED芯片，其特征在于，所述Al层由Al金属制成。
4.如权利要求1所述的稳压LED芯片，其特征在于，还包括绝缘层，所述绝缘层覆盖在Al层上。
5.一种稳压LED芯片的制作方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
在衬底上形成外延层，所述外延层包括依次设于衬底上的第一半导体层、有源层和第二半导体层；
对外延层进行刻蚀，形成贯穿至第一半导体层的孔洞；
在第二半导体层上形成电流阻挡层；
在电流阻挡层和第二半导体层上形成透明导电层；
在透明导电层上形成Al层，Al层的厚度为10-20埃；
在孔洞内形成第一电极，在Al层上形成第二电极。
6.如权利要求5所述的稳压LED芯片的制作方法，其特征在于，采用电子束蒸发工艺在透明导电层上形成Al层，蒸发速度为7-10埃/秒。
7.如权利要求5所述的稳压LED芯片的制作方法，其特征在于，Al层的厚度为13-18埃。
8.如权利要求5所述的稳压LED芯片的制作方法，其特征在于，在形成第二电极之后，还包括以下步骤：
在Al层、第一电极和第二电极表面形成绝缘层；
对所述绝缘层进行刻蚀，将第一电极和第二电极裸露出来。
9.如权利要求5所述的稳压LED芯片的制作方法，其特征在于，在形成第二电极之后，还包括以下步骤：
采用隐形激光切割方法在衬底的背面形成划痕；
沿着所述划痕对衬底进行裂片，形成单颗LED芯片。
10.如权利要求9所述的稳压LED芯片的制作方法，其特征在于，采用355nm-1064nm的激光对衬底的背面重复至少一次划片。
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