CN109004068A - 一种抗金属迁移的led芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种抗金属迁移的LED芯片及其制作方法，在电极表面形成电极粘附层，并在LED芯片表面沉积绝缘层，所述绝缘层通过所述电极粘附层与所述第一电极和所述第二电极形成连接，保护所述第一电极和所述第二电极，减少水汽渗入，延长金属迁移距离，增加LED芯片使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管技术领域，尤其涉及一种抗金属迁移的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。
其中，LED芯片在封装过程中，封装方式、封装时的材料以及封装环境对LED芯片的性能都存在较大的影响。在LED芯片的封装过程中，水气渗入不可避免，导致封装材料内部导线与芯片电极发生水解变质，出现金属迁移，使LED芯片表面析出导电金属材质，进而使LED芯片的正负电极导通，引起漏电；另外，水汽渗入的导电离子驻留在LED芯片的表面，增加漏电风险，从而影响LED芯片的光电性能。
现有技术只能在封装过程中，通过减少水汽的渗入，增加迁移金属的导通距离，避免在高频高刷的使用环境下，因水解原因影响LED芯片的光电性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种抗金属迁移的LED芯片及其制作方法，通过对LED芯片金属电极进行表面包覆，防止水汽渗入，延长导线、金属电极因发生水解反应使正负极导通的距离，避免LED芯片漏电，延长LED芯片使用寿命。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种抗金属迁移的LED芯片的制作方法，包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次形成缓冲层和发光结构，所述发光结构包括依次形成的第一半导体层、有源层和第二半导体层，其中，所述第一半导体层表面设有预留区域；
在所述第二半导体层表面形成透明导电层，得到LED晶圆；
在LED晶圆表面形成负性光刻胶层，并对所述负性光刻胶层进行光刻，在所述第一半导体层表面的预留区域形成第一裸露区域，在所述透明导电层表面形成第二裸露区域，所述第一裸露区域纵向截面的侧边与所述第一半导体层的线面角为θ1，所述第二裸露区域纵向截面的侧边与所述透明导电层的线面角为θ2；
在所述第一裸露区域形成第一电极，在所述第二裸露区域形成第二电极，在所述第一电极表面和所述第二电极表面形成电极粘附层，得到LED芯片半成品；
去除所述负性光刻胶层，并在LED芯片半成品表面形成绝缘层;
对所述绝缘层进行刻蚀，贯穿所述绝缘层和电极粘附层，在第一电极表面形成第一孔洞，在第二电极表面形成第二孔洞。
优选的，形成所述发光微结构的具体步骤包括：
在所述第二半导体层表面形成正性光刻胶层；
对所述正性光刻胶层进行光刻，贯穿所述正性光刻胶层，使所述正性光刻胶层纵向截面的侧边与所述第二半导体层的线面角为θ；
沿着所述正性光刻胶层侧边对所述第二半导体层进行刻蚀，形成贯穿所述第二半导体层和所述有源层，并延伸至所述第一半导体层的预留区域，所述预留区域纵向截面的侧边与所述第一半导体层的线面角为θ’；
去除所述正性光刻胶层。
优选的，所述θ’大于九十度。
优选的，所述θ1和所述θ2均小于九十度。
优选的，所述θ1等于所述θ2。
优选的，采用电子束蒸镀、磁控溅射、电镀或化学镀工艺，在所述第一裸露区域沉积填充金属层形成第一电极，在所述第二裸露区域沉积填充金属层形成第二电极。
优选的，采用等离子体增强化学气相沉积工艺，在LED芯片表面沉积绝缘层。
一种抗金属迁移的LED芯片包括：
衬底；
位于衬底表面的缓冲层和发光结构，所述发光结构包括从下往上依次排列的第一半导体层、有源层和第二半导体层；
位于第一半导体层表面的第一电极；
位于所述第二半导体层表面的透明导电层；
位于所述透明导电层表面的第二电极；
位于所述第一电极表面和所述第二电极表面的电极粘附层；
覆盖在发光结构、透明导电层、第一电极和第二电极上的绝缘层；
贯穿所述绝缘层和所述电极粘附层，在所述第一电极表面的第一孔洞，在所述第二电极表面的第二孔洞。
优选的，所述第一电极和所述第二电极的材料为Cr、Ni、Al、Ti、Au、Pt、W、Pb、Rh、Sn、Cu、Ag中的一种或以上几种金属。
优选的，所述电极粘附层的材料为Ni、Al、Ti中的一种或以上几种金属。
实施本发明，具有如下有益效果：
1、本发明提供的一种抗金属迁移的LED芯片及其制作方法，在电极表面形成电极粘附层，然后形成绝缘层，所述绝缘层通过所述电极粘附层与所述第一电极和所述第二电极形成连接，保护所述第一电极和所述第二电极，减少水汽渗入，并延长正负极导通距离，有效增加了LED芯片在高频高刷环境下的使用寿命。
2、本发明提供的一种抗金属迁移的LED芯片及其制作方法，在第一电极表面形成第一孔洞，在第二电极表面形成第二孔洞，使第一电极和第二电极暴露出来，在后续的封装过程中，封装的内部导线通过所述第一孔洞与第一电极形成连接，通过所述第二孔洞与所述第二电极形成连接，所述第一孔洞与所述第二孔洞的侧壁具有绝缘层保护，直接在LED芯片的制作过程中减少水汽的渗入，无需改进封装环境。
附图说明
图1为本发明实施例的一种抗金属迁移的LED芯片的制作方法流程图；
图2a为本发明实施例的LED芯片形成缓冲层和发光结构的结构示意图；
图2b为本发明实施例的LED芯片形成透明导电层的结构示意图；
图2c为本发明实施例的LED芯片形成第一裸露区域和第二裸露区域的结构示意图；
图2d为本发明实施例的LED芯片形成LED芯片半成品的结构示意图；
图2e为本发明实施例的LED芯片形成第一电极、第二电极和电极粘附层的结构示意图；
图2f为本发明实施例的LED芯片形成第一孔洞和第二孔洞的结构示意图；
图3a为本发明实施例的发光微结构形成形成正性光刻胶层的结构示意图；
图3b为本发明实施例的发光微结构形成正性光刻胶层纵向截面的侧边与所述第二半导体层的线面角θ的结构示意图；
图3c为本发明实施例的发光微结构形成预留区域的结构示意图；
图4为本发明实施例的一种抗金属迁移的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。
本发明提供了一种抗金属迁移的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：在所述衬底上依次形成缓冲层和发光结构，所述发光结构包括依次形成的第一半导体层、有源层和第二半导体层，其中，所述第一半导体层表面设有预留区域；
具体的，如图2a所示，在衬底10任意一表面形成缓冲层11，然后在缓冲层11表面形成发光结构20，发光结构20包括设于缓冲层11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，其中，所述第一半导体层表面设有预留区域24。
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。
具体的，如图3a、3b和2a所示，形成所述发光微结构的具体步骤包括：
在所述第二半导体层23表面形成正性光刻胶层30。在本申请的其他实施例中，可以使用其它光刻胶，如负性光刻胶。
对所述正性光刻胶层30进行光刻，贯穿所述正性光刻胶层30，使所述正性光刻胶层30纵向截面的侧边与所述第二半导体层的线面角为θ。
沿着所述正性光刻胶层30侧边对所述第二半导体层23进行刻蚀，形成贯穿所述第二半导体层23和所述有源层22，并延伸至所述第一半导体层21的预留区域24，所述预留区域纵向截面的侧边与所述第二半导体层的线面角为θ’。
采用去胶液去除所述正性光刻胶层30，使所述第二半导体层23裸露出来。具体的，θ’大于九十度，从有源层发出的光，除了从LED芯片的正面发出，还可以从预留区域发出，从而提高LED芯片的出光效率。
S3：在所述第二半导体层表面形成透明导电层，得到LED晶圆；
如图2b所示，采用磁控溅射工艺在所述第二半导体层23表面形成透明导电层40，得到LED晶圆。其中所述透明导电层的面积小于所述第二半导体层的面积。
S4：在LED晶圆表面形成负性光刻胶层,并对所述负性光刻胶层进行光刻，在所述第一半导体层表面的预留区域形成第一裸露区域，在所述透明导电层表面形成第二裸露区域，所述第一裸露区域纵向截面的侧边与所述第一半导体层的线面角为θ1，所述第二裸露区域纵向截面的侧边与所述透明导电层的线面角为θ2；
如图2c所示，采用光刻工艺，在LED芯片表面形成负性光刻胶层50，然后对所述负性光刻胶层50进行光刻，在所述第一半导体层21表面的预留区域24形成第一裸露区域51，在所述透明导电层30表面形成第二裸露区域52，所述第一裸露区域纵向截面的侧边与所述第一半导体层的线面角为θ1，所述第二裸露区域纵向截面的侧边与所述透明导电层的线面角为θ2。其中，所述θ1小于九十度，所述θ2小于九十度；此外，所述θ1等于所述θ2。优选的，所述第一裸露区域的面积等于所述第二裸露区域的面积，所述第一裸露区域的面积小于所述预留区域的面积。在本申请的其他实施例中，可以使用其它光刻胶，如负性光刻胶。
S5：在所述第一裸露区域形成第一电极，在所述第二裸露区域形成第二电极，在所述第一电极表面和所述第二电极表面形成电极粘附层，得到LED芯片半成品；
如图2d所示，采用电子束蒸镀、磁控溅射、电镀或化学镀工艺，在所述第一裸露区域51沉积填充金属层形成第一电极61，在所述第二裸露区域52沉积填充金属层形成第二电极62。然后，在所述第一电极61表面和所述第二电极62表面形成电极粘附层63，得到LED芯片半成品。其中，所述第一电极61纵向截面的侧边与所述第一半导体层的线面角为θ1，所述第二电极62纵向截面的侧边与所述透明导电层的线面角为θ2，所述θ1小于九十度，所述θ2小于九十度。优选的，所述θ1等于所述θ2。此外，所述第一电极和所述第二电极的材料为Cr、Ni、Al、Ti、Au、Pt、W、Pb、Rh、Sn、Cu、Ag中的一种或以上几种金属，所述电极粘附层的材料为Ni、Al、Ti中的一种或以上几种金属。
S6：去除所述负性光刻胶层，并在LED芯片半成品表面形成绝缘层;
如图2e所示，采用等离子体增强化学气相沉积工艺，在LED芯片半成品表面沉积绝缘层70。其中，所述绝缘层覆盖在LED芯片半成品表面，包括覆盖在所述第一电极和所述第二电极的表面及侧壁。具体的，所述绝缘层可以由氮化硅、氧化硅、氮氧化硅中的一种或几种形成的一层或几层介质膜构成。所述绝缘层通过所述电极粘附层与所述第一电极和所述第二电极形成连接，保护所述第一电极和所述第二电极，减少水汽渗入，延长金属迁移引起正负极导通的距离。
S7：对所述绝缘层进行刻蚀，贯穿所述绝缘层和电极粘附层，在第一电极表面形成第一孔洞，在第二电极表面形成第二孔洞；
如图2f所示，采用电感耦合等离子或反应离子刻蚀工艺，对所述绝缘层70进行干法刻蚀，贯穿所述绝缘层70和电极粘附层63，在第一电极61表面形成第一孔洞71，在第二电极62表面形成第二孔洞72，使第一电极和第二电极暴露出来，在后续的封装过程中，封装的内部导线通过所述第一孔洞与第一电极形成连接，通过所述第二孔洞与所述第二电极形成连接，所述第一孔洞与所述第二孔洞的侧壁具有绝缘层保护，减少水汽的渗入，避免内部LED芯片的导线与电极发生变质，引起金属迁移，从而使LED芯片表面析出导电金属，进而使所述第一电极和所述第二电极导通，引起短路。另外，通过上述方法，减少水汽渗入的导电离子驻留在LED芯片的表面，增加漏电风险，从而影响LED芯片的光电性能。直接在LED芯片的制作过程中避免因水汽渗入引起的导线与金属电极迁移，导致芯片漏电的问题。
本发明提供了一种抗金属迁移的LED芯片，其结构示意图如图4所示，包括：
衬底10；
位于衬底表面的缓冲层11和发光结构20，所述发光结构20包括从下往上依次排列的第一半导体层21、有源层22和第二半导体层23；
位于第一半导体层21表面的第一电极61；
位于所述第二半导体层23表面的透明导电层40；
位于所述透明导电层40表面的第二电极62；
位于所述第一电极61表面和所述第二电极62表面的电极粘附层63；
覆盖发光结构20、透明导电层40、第一电极61和第二电极62上的绝缘层70；
贯穿所述绝缘层70和所述电极粘附层63，在所述第一电极61表面的第一孔洞71，贯穿所述绝缘层70和所述电极粘附层63，在所述第二电极62表面的第二孔洞72。
具体的，所述第一电极和所述第二电极的材料为Cr、Ni、Al、Ti、Au、Pt、W、Pb、Rh、Sn、Cu、Ag中的一种或以上几种金属。所述电极粘附层的材料为Ni、Al、Ti中的一种或以上几种金属。
具体的，所述第一电极61纵向截面的侧边与所述第一半导体层23的线面角为θ1，所述第二电极62纵向截面的侧边与所述透明导电层30的线面角为θ2所述θ1和所述θ2均小于九十度。优选的，所述θ1等于所述θ2。
实施本实施例，具有如下有益效果：
1、本实施例提供的一种抗金属迁移的LED芯片及其制作方法，在电极表面形成电极粘附层，然后形成绝缘层，所述绝缘层通过所述电极粘附层与所述第一电极和所述第二电极形成连接，保护所述第一电极和所述第二电极，减少水汽渗入，并延长正负极导通距离，有效增加了LED芯片在高频高刷环境下的使用寿命。
2、本实施例提供的一种抗金属迁移的LED芯片及其制作方法，在第一电极表面形成第一孔洞，在第二电极表面形成第二孔洞，使第一电极和第二电极暴露出来，在后续的封装过程中，封装的内部导线通过所述第一孔洞与第一电极形成连接，通过所述第二孔洞与所述第二电极形成连接，所述第一孔洞与所述第二孔洞的侧壁具有绝缘层保护，直接在LED芯片的制作过程中减少水汽的渗入，无需改进封装环境。
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)
1.一种抗金属迁移的LED芯片的制作方法，包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次形成缓冲层和发光结构，所述发光结构包括依次形成的第一半导体层、有源层和第二半导体层，其中，所述第一半导体层表面设有预留区域；
在所述第二半导体层表面形成透明导电层，得到LED晶圆；
在LED晶圆表面形成负性光刻胶层，并对所述负性光刻胶层进行光刻，在所述第一半导体层表面的预留区域形成第一裸露区域，在所述透明导电层表面形成第二裸露区域，所述第一裸露区域纵向截面的侧边与所述第一半导体层的线面角为θ1，所述第二裸露区域纵向截面的侧边与所述透明导电层的线面角为θ2；
在所述第一裸露区域形成第一电极，在所述第二裸露区域形成第二电极，在所述第一电极表面和所述第二电极表面形成电极粘附层，得到LED芯片半成品；
去除所述负性光刻胶层，并在LED芯片半成品表面形成绝缘层;
对所述绝缘层进行刻蚀，贯穿所述绝缘层和电极粘附层，在第一电极表面形成第一孔洞，在第二电极表面形成第二孔洞。
2.据权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，形成所述发光微结构的具体步骤包括：
在所述第二半导体层表面形成正性光刻胶层；
对所述正性光刻胶层进行光刻，贯穿所述正性光刻胶层，使所述正性光刻胶层纵向截面的侧边与所述第二半导体层的线面角为θ；
沿着所述正性光刻胶层侧边对所述第二半导体层进行刻蚀，形成贯穿所述第二半导体层和所述有源层，并延伸至所述第一半导体层的预留区域，所述预留区域纵向截面的侧边与所述第一半导体层的线面角为θ’；
去除所述正性光刻胶层。
3.根据权利要求2所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述θ’大于九十度。
4.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θ1和所述θ2均小于九十度。
5.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θ1等于所述θ2。
6.根据权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，采用电子束蒸镀、磁控溅射、电镀或化学镀工艺，在所述第一裸露区域沉积填充金属层形成第一电极，在所述第二裸露区域沉积填充金属层形成第二电极。
7.根据权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，采用等离子体增强化学气相沉积工艺，在LED芯片表面沉积绝缘层。
8.一种抗金属迁移的LED芯片包括：
衬底；
位于衬底表面的缓冲层和发光结构，所述发光结构包括从下往上依次排列的第一半导体层、有源层和第二半导体层；
位于第一半导体层表面的第一电极；
位于所述第二半导体层表面的透明导电层；
位于所述透明导电层表面的第二电极；
位于所述第一电极表面和所述第二电极表面的电极粘附层；
覆盖在发光结构、透明导电层、第一电极和第二电极上的绝缘层；
贯穿所述绝缘层和所述电极粘附层，在所述第一电极表面的第一孔洞，在所述第二电极表面的第二孔洞。
9.根据权利要求8所述的LED芯片，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极的材料为Cr、Ni、Al、Ti、Au、Pt、W、Pb、Rh、Sn、Cu、Ag中的一种或以上几种金属。
10.根据权利要求8所述的LED芯片，其特征在于，所述电极粘附层的材料为Ni、Al、Ti中的一种或以上几种金属。
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