CN109473517A - 一种具有平衡电极的led芯片及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有平衡电极的LED芯片，包括衬底、设置在衬底上的发光结构、绝缘层、N电极和P电极，刻蚀发光结构至第一半导体层的第一孔洞和第二孔洞，所述第一孔洞和第二孔洞将发光结构分成第一发光结构和第二发光结构，所述绝缘层设置在第一发光结构的反射层上并延伸至第一发光结构的侧壁上，所述P电极贯穿所述绝缘层并设置在第一发光结构的反射层上，所述N电极设置在第二发光结构的反射层上并沿着第二发光结构的侧壁延伸至第一半导体层上，所述N电极和P电极在反射层上的厚度相同。相应地，本发明还公开了一种具有平衡电极的LED芯片的制作方法。本发明的N电极和P电极在同一平面上，防止电极与基板之间发生焊接孔洞，提高焊接良率。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种具有平衡电极的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。
倒装LED芯片和正装LED芯片相比，具有电流分布均匀、散热好、电压降低、效率高等诸多优点。因此，倒装LED芯片被提出后，迅速受到广泛的关注，并取得了一系列进展。但是，和正装LED芯片相比，倒装LED芯片在进行共晶焊接固晶时需要使用锡膏焊接或者共晶焊接的方式将芯片焊接到做好布线连接的基板上，但是传统的芯片由于需要刻蚀出N型导电层，并在上面沉积N电极金属，因此导致N电极和P电极之间存在1.2微米左右的高度差，在使用锡膏焊接或者共晶焊接的时候，在较低的N电极上容易产生焊接空洞不良，从而影响封装器件的可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种具有平衡电极的LED芯片，N电极和P电极在同一平面上，防止电极与基板之间发生焊接空洞，提高焊接良率。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种具有平衡电极的LED芯片，N电极和P电极对称分布在芯片的两侧，使电极在焊接时受力均匀，防止电极发生断裂，提高焊接良率。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种具有平衡电极的LED芯片的制作方法，使得N电极和P电极在同一平面上，防止电极与基板之间发生焊接孔洞，提高焊接良率。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有平衡电极的LED芯片，包括衬底、设置在衬底上的发光结构、绝缘层、N电极和P电极，所述发光结构包括依次设置衬底上的第一半导体层、有源层、第二半导体层和反射层，刻蚀发光结构至第一半导体层的第一孔洞和第二孔洞，所述第一孔洞和第二孔洞将发光结构分成第一发光结构和第二发光结构，所述绝缘层设置在第一发光结构的反射层上并延伸至第一发光结构的侧壁上，所述P电极贯穿所述绝缘层并设置在第一发光结构的反射层上，所述N电极设置在第二发光结构的反射层上并沿着第二发光结构的侧壁延伸至第一半导体层上，所述N电极和P电极在反射层上的厚度相同，以将N电极和P电极的表面在同一平面上。
作为上述方案的改进，所述第一发光结构和第二发光结构的面积比例为2:1。
作为上述方案的改进，所述N电极和P电极对称设置在LED芯片上。
作为上述方案的改进，所述N电极和P电极的面积相同。
作为上述方案的改进，所述第一孔洞和第二孔洞的直径相同。
相应地，本发明还提供了一种具有平衡电极的LED芯片的制作方法，包括：
在衬底上形成发光结构，所述发光结构包括依次设置衬底上的第一半导体层、有源层、第二半导体层和反射层；
对所述发光结构进行刻蚀，刻蚀至第一半导体层，形成第一孔洞和第二孔洞，其中，第一孔洞和第二孔洞将发光结构分成第一发光结构和第二发光结构；
在第一发光结构的表面及侧壁上形成绝缘层；
对所述绝缘层进行刻蚀，刻蚀至反射层的表面，形成第三孔洞，其中，第三孔洞和第二发光结构对称设置在芯片上；
在第三孔洞内沉积金属形成P电极，在第二发光结构的表面和侧壁沉积金属形成N电极，其中，所述N电极与第一半导体层连接。
作为上述方案的改进，所述第一发光结构和第二发光结构的面积比例为2:1。
作为上述方案的改进，所述N电极和P电极对称设置在LED芯片上。
作为上述方案的改进，所述N电极和P电极的面积相同。
作为上述方案的改进，所述第一孔洞和第二孔洞的直径相同。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明通过第一孔洞和第二孔洞来将发光结构分成第一发光结构和第二发光结构，同时在第一发光结构上形成P电极，在第二发光结构上形成N电极，从而使得N电极和P电极在同一平面上，解决了现有LED芯片N电极和P电极高度不一致问题，解决了芯片电极在焊接发生的空洞率问题，提高了封装器件的可靠性，同时又便于芯片封装。
进一步地，本发明通过第一孔洞和第二孔洞的相互配合，其中，第一孔洞和第二孔洞的刻蚀深度相同，均刻蚀至第一半导体层上，使得N电极能够从第二发光结构的表面沿着第二发光结构的侧壁延伸到第一半导体层上，并与第一半导体层连接，同时使得N电极能够将第二发光结构的侧壁进行包裹，使得电流从N电极更加均匀地注入到第二发光结构上，提高芯片的光电性能。
更进一步地，本发明通过第一孔洞和第二孔洞的相互配合，将N电极和P电极隔绝起来，并使得位于第二发光结构侧壁上的N电极可以与第一发光结构隔绝起来，避免芯片发生短路漏电。
本发明在第一发光结构的表面和侧壁上形成一层绝缘层，不仅可以进一步地将第一发光结构和第二发光结构隔绝起来，还可以避免芯片在封装的时候，由于焊接锡膏侧漏而使芯片发生短路漏电。
为了最大限度的增加P电极区域，即第一发光结构的发光面积，提高光效，同时又可以保证在N电极区域，即第二发光结构的N型欧姆接触面积，保证器件达到最优的光电参数，所述第一发光结构和第二发光结构的面积比例为2:1。
附图说明
图1是本发明具有平衡电极的LED芯片的结构示意图；
图2是本发明具有平衡电极的LED芯片的制作流程图；
图3a是本发明发光结构的示意图；
图3b是本发明形成第一孔洞和第二孔洞后的示意图；
图3c是本发明形成绝缘层后的示意图；
图3d是本发明形成第三孔洞后的示意图；
图3e是本发明形成N电极和P电极后的示意图。
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。
参见图1，本发明提供的一种具有平衡电极的LED芯片，包括衬底10、设置在衬底10上的发光结构20、绝缘层30、N电极41和P电极42，所述发光结构20包括依次设置衬底10上的第一半导体层21、有源层22、第二半导体层23和反射层24，刻蚀发光结构20至第一半导体层21的第一孔洞25和第二孔洞26，所述第一孔洞25和第二孔洞26将发光结构20分成第一发光结构201和第二发光结构202，所述绝缘层30设置在第一发光结构201的反射层24上并延伸至第一发光结构201的侧壁上，所述P电极42贯穿所述绝缘层30并设置在第一发光结构201的反射层上24，所述N电极41设置在第二发光结构202的反射层24上并沿着第二发光结构202的侧壁延伸至第一半导体层21上，所述N电极41和P电极42在反射层24上的厚度相同，以将N电极41和P电极42的表面在同一平面上。
本发明通过第一孔洞和第二孔洞来将发光结构分成第一发光结构和第二发光结构，同时在第一发光结构上形成P电极，在第二发光结构上形成N电极，从而使得N电极和P电极在同一平面上，解决了现有LED芯片N电极和P电极高度不一致问题，解决了芯片电极在焊接发生的空洞率问题，提高了封装器件的可靠性，同时又便于芯片封装。
进一步地，本发明通过第一孔洞和第二孔洞的相互配合，其中，第一孔洞和第二孔洞的刻蚀深度相同，均刻蚀至第一半导体层上，使得N电极能够从第二发光结构的表面沿着第二发光结构的侧壁延伸到第一半导体层上，并与第一半导体层连接，同时使得N电极能够将第二发光结构的侧壁进行包裹，使得电流从N电极更加均匀地注入到第二发光结构上，提高芯片的光电性能。
更进一步地，本发明通过第一孔洞和第二孔洞的相互配合，将N电极和P电极隔绝起来，并使得位于第二发光结构侧壁上的N电极可以与第一发光结构隔绝起来，避免芯片发生短路漏电。
本发明在第一发光结构的表面和侧壁上形成一层绝缘层，不仅可以进一步地将第一发光结构和第二发光结构隔绝起来，还可以避免芯片在封装的时候，由于焊接锡膏侧漏而使芯片发生短路漏电。
为了最大限度的增加P电极区域，即第一发光结构201的发光面积，提高光效，同时又可以保证在N电极区域，即第二发光结构202的N型欧姆接触面积，保证器件达到最优的光电参数，所述第一发光结构201和第二发光结构202的面积比例为2:1。
优选的，所述绝缘层30还可以设置在裸露出来的第一半导体层21上和/或N电极41的侧壁上。
所述绝缘层30由绝缘材料制成。优选的，所述绝缘层30由SiO2、Si3N4、Al2O3、TiO2和Ta2O3中的一种或几种制成。
优选的，所述N电极41和P电极42对称设置在LED芯片上，这样芯片在焊接过程中，P电极42和N电极41可以最大限度地平衡焊接过程中所产生的应力，从而避免因局部应力集中而产生应力聚集导致电极断裂的现象，进一步提高了封装后芯片的稳定性。进一步地，所述N电极41和P电极42的面积相同。
为了使N电极41和P电极42可以对称设置在芯片上，所述第一孔洞25和第二孔洞26的直径相同，同时，第一发光结构201和第二发光结构202的面积比例必须为2:1，才能保证N电极41和P电极42可以对称设置在芯片上。
衬底10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。
发光结构20设于衬底10的表面。具体的，本申请实施例提供的第一半导体层21和第二半导体层23均为氮化镓基半导体层，有源层22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21、第二半导体层23和有源层22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21可以为N型半导体层，则第二半导体层23为P型半导体层。
需要说明的是，在本申请的其他实施例中，所述衬底10与所述发光结构20之间设有缓存冲层(图中未示出)。
所述反射层24为金属反射层，优选的，所述反射层24为Ag/Ni/Ni叠层。
需要说明的是，所述第二半导体层23和反射层24之间还设有一层欧姆接触层(图中未示出)。
本发明的N电极41和P电极42为现有的电极结构，本发明不做具体限制。
参见图2，图2是本发明一种具有平衡电极的LED芯片的制作流程图，发明还提供了一种具有平衡电极的LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
S101、在衬底上形成发光结构，所述发光结构包括依次设置衬底上的第一半导体层、有源层、第二半导体层和反射层。
参见图3a，衬底10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。
具体的，采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)的方法，在衬底10上依次生长第一半导体层21、有源层22和第二半导体层23，以形成外延层。
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。
本申请实施例提供的第一半导体层21和第二半导体层23均为氮化镓基半导体层，有源层22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21、第二半导体层23和有源层22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21可以为N型半导体层，则第二半导体层23为P型半导体层。
采用电子束蒸发(E-beam)或者磁控溅射(sputter)的方法在第二半导体层23上沉积金属形成反射层24。所述反射层24为金属反射层，优选的，所述反射层24为Ag/Ni/Ni叠层。
需要说明的是，在形成第二半导体层23之后，形成反射层24之前，还包括以下步骤：
在第二半导体层23上形成欧姆接触层(图中未示出)；
在氮气的环境下高温退火，形成欧姆接触。
S102、对所述发光结构进行刻蚀，刻蚀至第一半导体层，形成第一孔洞和第二孔洞，其中，第一孔洞和第二孔洞将发光结构分成第一发光结构和第二发光结构。
参见图3b，采用电感耦合等离子(ICP)方法对发光结构进行刻蚀，形成贯穿反射层24、第二半导体层23、有源层22并延伸至第一半导体层21的第一孔洞25和第二孔洞26，其中，第一孔洞25和第二孔洞26将发光结构20分成第一发光结构201和第二发光结构202。
优选的，所述第一孔洞25和第二孔洞26的直径相同，所述第一发光结构201和第二发光结构202的面积比例为2:1。
S103、在第一发光结构的表面及侧壁上形成绝缘层。
参见图3c，采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方式在第一发光结构201的表面及侧壁上沉积形成一层绝缘层30。
本发明在第一发光结构201的表面和侧壁上形成一层绝缘层30，不仅可以进一步地将第一发光结构和第二发光结构隔绝起来，还可以避免芯片在封装的时候，由于焊接锡膏侧漏而使芯片发生短路漏电。
优选的，所述绝缘层30还可以设置在裸露出来的第一半导体层21上和/或N电极41的侧壁上。
所述绝缘层30由绝缘材料制成。优选的，所述绝缘层30由SiO2、Si3N4、Al2O3、TiO2和Ta2O3中的一种或几种制成。
S104、对所述绝缘层进行刻蚀，刻蚀至反射层的表面，形成第三孔洞，其中，第三孔洞和第二发光结构对称设置在芯片上。
参见图3d，采用电感耦合等离子(ICP)或者湿法腐蚀工艺对绝缘层30进行刻蚀，刻蚀至反射层24的表面，形成第三孔洞31，其中，第三孔洞31和第二发光结构202对称设置在芯片上。
S105、在第三孔洞内沉积金属形成P电极，在第二发光结构的表面和侧壁沉积金属形成N电极，其中，所述N电极与第一半导体层连接。
参见图3e，采用电子束蒸发(E-beam)或者磁控溅射(sputter)的方法在第三孔洞31内沉积金属形成P电极42，在第二发光结构202的表面和侧壁沉积金属形成N电极41，其中，所述N电极41与第一半导体层21连接。
所述N电极41和P电极42在反射层24上的厚度相同，以将N电极41和P电极42的表面在同一平面上。
本发明的N电极41和P电极42为现有的电极结构，本发明不做具体限制。
需要说明的是，最后将衬底进行研磨减薄，采用正切或背切的方法对发光结构进行切割，形成单颗的LED芯片，并对切割好的单颗LED芯片进行光电参数的测试和分选。
本发明通过第一孔洞和第二孔洞来将发光结构分成第一发光结构和第二发光结构，同时在第一发光结构上形成P电极，在第二发光结构上形成N电极，从而使得N电极和P电极在同一平面上，解决了现有LED芯片N电极和P电极高度不一致问题，解决了芯片电极在焊接发生的空洞率问题，提高了封装器件的可靠性，同时又便于芯片封装。
进一步地，本发明通过第一孔洞和第二孔洞的相互配合，其中，第一孔洞和第二孔洞的刻蚀深度相同，均刻蚀至第一半导体层上，使得N电极能够从第二发光结构的表面沿着第二发光结构的侧壁延伸到第一半导体层上，并与第一半导体层连接，同时使得N电极能够将第二发光结构的侧壁进行包裹，使得电流从N电极更加均匀地注入到第二发光结构上，提高芯片的光电性能。
更进一步地，本发明通过第一孔洞和第二孔洞的相互配合，将N电极和P电极隔绝起来，并使得位于第二发光结构侧壁上的N电极可以与第一发光结构隔绝起来，避免芯片发生短路漏电。
本发明在第一发光结构的表面和侧壁上形成一层绝缘层，不仅可以进一步地将第一发光结构和第二发光结构隔绝起来，还可以避免芯片在封装的时候，由于焊接锡膏侧漏而使芯片发生短路漏电。
为了最大限度的增加P电极区域，即第一发光结构201的发光面积，提高光效，同时又可以保证在N电极区域，即第二发光结构202的N型欧姆接触面积，保证器件达到最优的光电参数，所述第一发光结构201和第二发光结构202的面积比例为2:1。
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)
1.一种具有平衡电极的LED芯片，其特征在于，包括衬底、设置在衬底上的发光结构、绝缘层、N电极和P电极，所述发光结构包括依次设置衬底上的第一半导体层、有源层、第二半导体层和反射层，刻蚀发光结构至第一半导体层的第一孔洞和第二孔洞，所述第一孔洞和第二孔洞将发光结构分成第一发光结构和第二发光结构，所述绝缘层设置在第一发光结构的反射层上并延伸至第一发光结构的侧壁上，所述P电极贯穿所述绝缘层并设置在第一发光结构的反射层上，所述N电极设置在第二发光结构的反射层上并沿着第二发光结构的侧壁延伸至第一半导体层上，所述N电极和P电极在反射层上的厚度相同，以将N电极和P电极的表面在同一平面上。
2.如权利要求1所述的具有平衡电极的LED芯片，其特征在于，所述第一发光结构和第二发光结构的面积比例为2:1。
3.如权利要求2所述的具有平衡电极的LED芯片，其特征在于，所述N电极和P电极对称设置在LED芯片上。
4.如权利要求3所述的具有平衡电极的LED芯片，其特征在于，所述N电极和P电极的面积相同。
5.如权利要求1所述的具有平衡电极的LED芯片，其特征在于，所述第一孔洞和第二孔洞的直径相同。
6.一种具有平衡电极的LED芯片的制作方法，其特征在于，包括：
在衬底上形成发光结构，所述发光结构包括依次设置衬底上的第一半导体层、有源层、第二半导体层和反射层；
对所述发光结构进行刻蚀，刻蚀至第一半导体层，形成第一孔洞和第二孔洞，其中，第一孔洞和第二孔洞将发光结构分成第一发光结构和第二发光结构；
在第一发光结构的表面及侧壁上形成绝缘层；
对所述绝缘层进行刻蚀，刻蚀至反射层的表面，形成第三孔洞，其中，第三孔洞和第二发光结构对称设置在芯片上；
在第三孔洞内沉积金属形成P电极，在第二发光结构的表面和侧壁沉积金属形成N电极，其中，所述N电极与第一半导体层连接。
7.如权利要求6所述的具有平衡电极的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述第一发光结构和第二发光结构的面积比例为2:1。
8.如权利要求7所述的具有平衡电极的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述N电极和P电极对称设置在LED芯片上。
9.如权利要求8所述的具有平衡电极的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述N电极和P电极的面积相同。
10.如权利要求6所述的具有平衡电极的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述第一孔洞和第二孔洞的直径相同。
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