CN109326688B - 一种双金属层环形叉指电极倒装led芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双金属层环形叉指电极倒装LED芯片及其制作方法，自下而上依次包括衬底、n型半导体层、发光层和p型半导体层，在p型半导体层上设有电流扩展层，在电流扩展层上设有第一绝缘隔离层，在第一绝缘隔离层上划分有同心等距分布的多个n极环形带和同心等距分布的多个p极环形带，所述n极环形带和p极环形带交替布置而形成环形叉指结构；实现了电极上半部分和下半部分不同结构的布置，大大减小了电极之间的掣肘，解决了在电极周边电流聚集问题，提高了本发明的倒装LED芯片的电流扩展性能，从而提升了发光效率；上半部分实现了较大面积的n电极焊盘和p电极焊盘，从而能够很大程度上实现自由配置，方便后续封装的顺利实施，提高成品率。
Description
技术领域
本发明属于半导体发光器件技术领域，特别涉及一种双金属层环形叉指电极倒装LED芯片及其制作方法。
背景技术
发光二极管（light emitting diodes, LEDs）是一种基于电致发光原理制成的半导体发光器件。以大功率LED为基础的半导体照明被公认为继白炽灯、荧光灯之后照明史上的第三次革命，现已开始广泛应用于普通照明、娱乐照明、农业照明、体育照明、商业照明、医用照明等领域，倒装结构LED相当于将水平结构 LED进行倒置，芯片通过固晶技术将电极与散热基板相连，而光子从蓝宝石衬底侧出射到空气中。由于倒装结构LED利用Au-Sn共晶焊将电极与封装散热基板（硅基板或陶瓷基板等）直接接触，热阻大大降低，LED芯片的散热性能得到了明显的提升，使倒装结构LED能够在更高的电流密度下工作。
然而由于倒装LED的p、n电极处于芯片同一侧，电流需横向传输，芯片内部电流并不是均匀分布的，而是在p、n电极周边存在明显的电流聚集现象。研究表明，LED芯片的电极结构极大地影响着LED芯片的电流扩展能力，优化电极结构，使电极能够交叉均匀分布，能够缓解电流聚集现象，从而缓解LED在大电流工作情况下的“效率下降”现象，并达到提升LED芯片的光功率的目的。另一方面，倒装LED芯片一般采用Au-Sn共晶焊技术将LED芯片与基板连接起来，所以用来连接的焊盘最好大面积分列LED芯片两边。
发明内容
本发明目的在于提供一种双金属层环形叉指电极倒装LED芯片及其制作方法；为达到上述目的所采取的技术方案是：
一种双金属层环形叉指电极倒装LED芯片，自下而上依次包括衬底、n型半导体层、发光层和p型半导体层，在p型半导体层上设有与p型半导体层电性连接的电流扩展层，在电流扩展层上设有与电流扩展层绝缘连接的第一绝缘隔离层，在第一绝缘隔离层上划分有同心等距分布的多个n极环形带和同心等距分布的多个p极环形带，所述n极环形带和p极环形带交替布置而形成环形叉指结构；
在n极环形带区域绕周向均匀设有多个n极通孔，所述n极通孔自上而下延伸至n型半导体层，在n极通孔内壁上设有绝缘隔离壁；在p极环形带区域绕周向均匀设有多个p极通孔，所述p极通孔自上而下延伸至电流扩展层；
在第一绝缘隔离层上设有第一金属层，所述第一金属层均填充n极通孔和p极通孔，在第一金属层上相邻n极环形带和p极环形带之间均设有绝缘隔离槽而形成绝缘交替布置的环形n电极和环形p电极；
在第一金属层上设有第二绝缘隔离层，在第二绝缘隔离层的左半部分对应每个环形n电极均设有n极互连孔，n极互连孔自上而下延伸至相对应的环形n电极；在第二绝缘隔离层的右半部分对应每个环形p电极均设有p极互连孔，p极互连孔自上而下延伸至相对应的环形p电极；全部的n极互连孔电性连接后形成n电极焊盘，全部的p极互连孔电性连接后形成p电极焊盘。
优选的，所述第一绝缘隔离层为半导体分布式布拉格反射镜，所述第二绝缘隔离层材质为二氧化硅、氮化铝或者氮化硅。
优选的，所述第一绝缘隔离层和第二绝缘隔离层材质均为二氧化硅、氮化铝或者氮化硅。
优选的，所述电流扩展层材质为透明导电材料。
优选的，所述第一绝缘隔离层与绝缘隔离壁为一体成型。
一种如上所述的双金属层环形叉指电极倒装LED芯片的制作方法，包括如下步骤：
A：提供衬底，然后在衬底上自下而上依次外延生长n型半导体层、发光层和p型半导体层；
B：在p型半导体层上划分有同心等距分布的多个n极环形带，绕周向在n极环形带上刻蚀发光层和p型半导体层，形成暴露至n型半导体层的多个互不相连的n极通孔；
C：在p型半导体层上沉积电流扩展层，同时在电流扩展层上与n极通孔对应的位置进行刻蚀以向上延伸n极通孔；
D：在电流扩展层上沉积第一绝缘隔离层，第一绝缘隔离层覆盖电流扩展层并填充n极通孔；
E：在第一绝缘隔离层上与n极通孔对应的位置进行刻蚀以向上延伸n极通孔，并在n极通孔内壁形成绝缘隔离壁；同时在第一绝缘隔离层上划分有同心等距分布的多个p极环形带，所述p极环形带和n极环形带交替布置而形成环形叉指结构，绕周向在p极环形带上刻蚀有多个互不相连的p极通孔，p极通孔达电流扩展层；
F：在第一绝缘隔离层上沉积第一金属层，第一金属层覆盖第一绝缘隔离层并填充n极通孔和p极通孔，在第一金属层上相邻n极环形带和p极环形带之间均设有绝缘隔离槽而形成绝缘交替布置的环形n电极和环形p电极；
G：在第一金属层上沉积第二绝缘隔离层，在第二绝缘隔离层的左半部分对应每个环形n电极均设有n极互连孔，n极互连孔自上而下延伸至相对应的环形n电极；在第二绝缘隔离层的右半部分对应每个环形p电极均设有p极互连孔，p极互连孔自上而下延伸至相对应的环形p电极；
H：在第二绝缘隔离层涂覆一层光刻胶，并对光刻胶进行光刻以形成n电极焊盘和p电极焊盘的空缺图形，然后在上面蒸镀金属电极材料，电极材料填充n极互连孔和p极互连孔，最后将残余的光刻胶及沉积在残余光刻胶上的蒸镀金属电极材料去除，以形成n电极焊盘和p电极焊盘。
优选的，所述步骤B和步骤C中进行刻蚀时所使用的掩膜板是相同的。
优选的，第一金属层材质为银、铝、铬、铜和钛中的一种或几种。
优选的，第二金属层材质为铬、铂、金、银、钛、镍、铜和铝中的一种或多种。
本发明所具有的有益效果为：（1）本发明的倒装LED芯片通过双绝缘隔离层、双金属层和呈环形叉指结构的环形n电极和环形p电极的设置，实现了电极上半部分和下半部分不同结构的布置，大大减小了电极之间的掣肘；呈环形叉指结构的环形n电极和环形p电极解决了在电极周边电流聚集问题，提高了本发明的倒装LED芯片的电流扩展性能，从而提升了发光效率；上半部分实现了较大面积的n电极焊盘和p电极焊盘，从而能够很大程度上实现自由配置，方便后续封装的顺利实施，提高成品率。
（2）本发明的倒装LED芯片制作方法，在制作呈环形叉指结构的环形n电极和环形p电极时只需采用相对应的掩膜板即可，制作效率高，成本低；同时采用沉积金属层的方式进行电极连接，保证了各个电极电性连接的稳定性，再采用金属剥离工艺而形成较大面积的n电极焊盘和p电极焊盘，制作质量高、效率高。
附图说明
图1为步骤A中LED芯片的结构示意图；
图2为步骤B中LED芯片的结构示意图；
图3为步骤C中LED芯片的结构示意图；
图4为步骤D、E中LED芯片的结构示意图；
图5为步骤F中LED芯片的结构示意图；
图6为图5的俯视图；
图7为步骤G中LED芯片的结构示意图；
图8为本发明LED芯片的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步描述。
如图5至图8所示，一种双金属层环形叉指电极倒装LED芯片，自下而上依次包括衬底1、n型半导体层2、发光层3和p型半导体层4，在p型半导体层4上设有与p型半导体层4电性连接的电流扩展层6，在电流扩展层6上设有与电流扩展层6绝缘连接的第一绝缘隔离层7，在第一绝缘隔离层7上划分有同心等距分布的多个n极环形带和同心等距分布的多个p极环形带，所述n极环形带和p极环形带交替布置而形成环形叉指结构；
在n极环形带区域绕周向均匀设有多个n极通孔5，所述n极通孔5自上而下延伸至n型半导体层2，在n极通孔5内壁上设有绝缘隔离壁9；在p极环形带区域绕周向均匀设有多个p极通孔8，所述p极通孔8自上而下延伸至电流扩展层6；
在第一绝缘隔离层7上设有第一金属层10，所述第一金属层10均填充n极通孔5和p极通孔8，在第一金属层10上相邻n极环形带和p极环形带之间均设有绝缘隔离槽11而形成绝缘交替布置的环形n电极和环形p电极；
在第一金属层10上设有第二绝缘隔离层12，在第二绝缘隔离层12的左半部分对应每个环形n电极均设有n极互连孔13，n极互连孔13自上而下延伸至相对应的环形n电极；在第二绝缘隔离层12的右半部分对应每个环形p电极均设有p极互连孔14，p极互连孔14自上而下延伸至相对应的环形p电极；全部的n极互连孔13电性连接后形成n电极焊盘，全部的p极互连孔14电性连接后形成p电极焊盘。
所述第一绝缘隔离层7为半导体分布式布拉格反射镜，所述第二绝缘隔离层12材质为二氧化硅、氮化铝或者氮化硅。也可以将第一绝缘隔离层7和第二绝缘隔离层12的材质采用二氧化硅、氮化铝或者氮化硅。
所述电流扩展层6材质为透明导电材料；所述第一绝缘隔离层7与绝缘隔离壁9为一体成型。
本发明的倒装LED芯片通过双绝缘隔离层、双金属层和呈环形叉指结构的环形n电极和环形p电极的设置，实现了电极上半部分和下半部分不同结构的布置，大大减小了电极之间的掣肘；呈环形叉指结构的环形n电极和环形p电极解决了在电极周边电流聚集问题，提高了本发明的倒装LED芯片的电流扩展性能，从而提升了发光效率；采用呈环形叉指结构的环形n电极和环形p电极实现了较大面积的n电极焊盘和p电极焊盘，从而能够很大程度上实现自由配置，方便后续封装的顺利实施，提高成品率。
一种如上所述的双金属层环形叉指电极倒装LED芯片的制作方法，包括如下步骤：
如图1所示，步骤A：提供衬底1，然后在衬底1上自下而上依次外延生长n型半导体层2、发光层3和p型半导体层4；
如图2所示，步骤B：在p型半导体层4上划分有同心等距分布的多个n极环形带，绕周向在n极环形带上刻蚀发光层3和p型半导体层4，形成暴露至n型半导体层2的多个互不相连的n极通孔5；
如图3所示，步骤C：在p型半导体层4上沉积电流扩展层6，同时在电流扩展层6上与n极通孔5对应的位置进行刻蚀以向上延伸n极通孔5；
如图4所示，步骤D：在电流扩展层6上沉积第一绝缘隔离层7，第一绝缘隔离层7覆盖电流扩展层6并填充n极通孔5；
步骤E：在第一绝缘隔离层7上与n极通孔5对应的位置进行刻蚀以向上延伸n极通孔5，并在n极通孔5内壁形成绝缘隔离壁9；同时在第一绝缘隔离层7上划分有同心等距分布的多个p极环形带，所述p极环形带和n极环形带交替布置而形成环形叉指结构，绕周向在p极环形带上刻蚀有多个互不相连的p极通孔8，p极通孔8达电流扩展层6；
如图5和图6所示，步骤F：在第一绝缘隔离层7上沉积第一金属层10，第一金属层10覆盖第一绝缘隔离层7并填充n极通孔5和p极通孔8，在第一金属层10上相邻n极环形带和p极环形带之间均设有绝缘隔离槽11而形成绝缘交替布置的环形n电极和环形p电极；
如图7所示，步骤G：在第一金属层10上沉积第二绝缘隔离层12，在第二绝缘隔离层12的左半部分对应每个环形n电极均设有n极互连孔13，n极互连孔13自上而下延伸至相对应的环形n电极；在第二绝缘隔离层12的右半部分对应每个环形p电极均设有p极互连孔14，p极互连孔14自上而下延伸至相对应的环形p电极；
如图8所示，步骤H：在第二绝缘隔离层12涂覆一层光刻胶，并对光刻胶进行光刻以形成n电极焊盘和p电极焊盘的空缺图形，然后在上面蒸镀金属电极材料，电极材料填充n极互连孔13和p极互连孔14，最后将残余的光刻胶及沉积在残余光刻胶上的蒸镀金属电极材料去除，以形成n电极焊盘和p电极焊盘。
其中，所述步骤B和步骤C中进行刻蚀时所使用的掩膜板是相同的。优选的，第一金属层10材质为银、铝、铬、铜和钛中的一种或几种。第二金属层15材质为铬、铂、金、银、钛、镍、铜和铝中的一种或多种。
本发明的倒装LED芯片制作方法，在制作呈环形叉指结构的环形n电极和环形p电极时只需采用相对应的掩膜板即可，制作效率高，成本低；同时采用沉积金属层的方式进行电极连接，保证了各个电极电性连接的稳定性，再采用金属剥离工艺而形成较大面积的n电极焊盘和p电极焊盘，制作质量高、效率高。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种双金属层环形叉指电极倒装LED芯片，自下而上依次包括衬底、n型半导体层、发光层和p型半导体层，其特征在于，在p型半导体层上设有与p型半导体层电性连接的电流扩展层，在电流扩展层上设有与电流扩展层绝缘连接的第一绝缘隔离层，在第一绝缘隔离层上划分有同心等距分布的多个n极环形带和同心等距分布的多个p极环形带，所述n极环形带和p极环形带交替布置而形成环形叉指结构；
在n极环形带区域绕周向均匀设有多个n极通孔，所述n极通孔自上而下延伸至n型半导体层，在n极通孔内壁上设有绝缘隔离壁；在p极环形带区域绕周向均匀设有多个p极通孔，所述p极通孔自上而下延伸至电流扩展层；
在第一绝缘隔离层上设有第一金属层，所述第一金属层均填充n极通孔和p极通孔，在第一金属层上相邻n极环形带和p极环形带之间均设有绝缘隔离槽而形成绝缘交替布置的环形n电极和环形p电极；
在第一金属层上设有第二绝缘隔离层，在第二绝缘隔离层的左半部分对应每个环形n电极均设有n极互连孔，n极互连孔自上而下延伸至相对应的环形n电极；在第二绝缘隔离层的右半部分对应每个环形p电极均设有p极互连孔，p极互连孔自上而下延伸至相对应的环形p电极；全部的n极互连孔电性连接后形成n电极焊盘，全部的p极互连孔电性连接后形成p电极焊盘；所述第一绝缘隔离层为半导体分布式布拉格反射镜；所述第一绝缘隔离层和第二绝缘隔离层材质均为二氧化硅、氮化铝或者氮化硅；所述电流扩展层材质为透明导电材料。
2.根据权利要求1所述的双金属层环形叉指电极倒装LED芯片，其特征在于，所述第一绝缘隔离层与绝缘隔离壁为一体成型。
3.一种如权利要求1或2所述的双金属层环形叉指电极倒装LED芯片的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
A：提供衬底，然后在衬底上自下而上依次外延生长n型半导体层、发光层和p型半导体层；
B：在p型半导体层上划分有同心等距分布的多个n极环形带，绕周向在n极环形带上刻蚀发光层和p型半导体层，形成暴露至n型半导体层的多个互不相连的n极通孔；
C：在p型半导体层上沉积电流扩展层，同时在电流扩展层上与n极通孔对应的位置进行刻蚀以向上延伸n极通孔；
D：在电流扩展层上沉积第一绝缘隔离层，第一绝缘隔离层覆盖电流扩展层并填充n极通孔；
E：在第一绝缘隔离层上与n极通孔对应的位置进行刻蚀以向上延伸n极通孔，并在n极通孔内壁形成绝缘隔离壁；同时在第一绝缘隔离层上划分有同心等距分布的多个p极环形带，所述p极环形带和n极环形带交替布置而形成环形叉指结构，绕周向在p极环形带上刻蚀有多个互不相连的p极通孔，p极通孔达电流扩展层；
F：在第一绝缘隔离层上沉积第一金属层，第一金属层覆盖第一绝缘隔离层并填充n极通孔和p极通孔，在第一金属层上相邻n极环形带和p极环形带之间均设有绝缘隔离槽而形成绝缘交替布置的环形n电极和环形p电极；
G：在第一金属层上沉积第二绝缘隔离层，在第二绝缘隔离层的左半部分对应每个环形n电极均设有n极互连孔，n极互连孔自上而下延伸至相对应的环形n电极；在第二绝缘隔离层的右半部分对应每个环形p电极均设有p极互连孔，p极互连孔自上而下延伸至相对应的环形p电极；
H：在第二绝缘隔离层涂覆一层光刻胶，并对光刻胶进行光刻以形成n电极焊盘和p电极焊盘的空缺图形，然后在上面蒸镀金属电极材料，电极材料填充n极互连孔和p极互连孔，最后将残余的光刻胶及沉积在残余光刻胶上的蒸镀金属电极材料去除，以形成n电极焊盘和p电极焊盘。
4.根据权利要求3所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述步骤B和步骤C中进行刻蚀时所使用的掩膜板是相同的。
5.根据权利要求4所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，第一金属层材质为银、铝、铬、铜和钛中的一种或几种。
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