CN109817780A - 一种高压led芯片结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种高压LED芯片结构及其制作方法，所述高压LED芯片结构包括多个LED子芯片，每个LED子芯片包括衬底和位于衬底上的外延层，以及位于外延层上的第一电极和第二电极，其中，相邻两个LED子芯片之间设置有隔离深沟槽，隔离深沟槽的部分区域设置有桥接绝缘隔离层。覆盖有桥接绝缘隔离层的部分隔离深沟槽对应的外延层侧壁为非粗化的侧壁，而其他区域的外延层侧壁均为粗化的侧壁。通过将外延层的侧壁粗化，从而能够减少侧向直接出射的光，将侧向出射的光反射至LED芯片正面出射，进而提供高压LED芯片结构的发光效率。同时，桥接绝缘隔离层设置为非粗化侧壁，如此，可避免因外延层侧壁粗化导致桥接处绝缘层覆盖不佳的问题。

Description

一种高压LED芯片结构及其制作方法

技术领域

本发明涉及半导体器件制作技术领域，尤其涉及一种高压LED芯片结构及其制作方法。

背景技术

发光二极管(LED)的发光原理是利用电子在n型半导体与p型半导体间移动的能量差，以光的形式释放能量，这样的发光原理有别于白炽灯发热的发光原理，因此发光二极管被称为冷光源。此外，发光二极管具有耐久性高、寿命长、轻巧、耗电量低等优点，因此现今的照明市场对于发光二极管寄予厚望，将其视为新一代照明工具。

然而，目前LED芯片尚存在着发光效率低的问题。因此提高发光二极管发光效率成为现今最大的课题。基于应用需求，针对提高LED芯片发光效率的技术被提出，例如采用透明衬底、表面粗化，CBL(电流阻挡层)、金属反射镜、倒装芯片、倒梯形芯片结构等技术。

为降低LED封装应用成本，近年来，HV(高压芯片)应运而生，特别是在球泡灯领域得到广泛应用，由于HV(高压芯片)是在芯片制造段的多颗芯片集成，因此可以降低封装的打线成本及应用端的Driver(驱动)成本，进而降低整个LED成本。

但是现有技术中高压芯片的输出效率还有待改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种高压LED芯片结构及其制作方法，以解决现有技术中高压LED芯片的输出效率较低，有待改进的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高压LED芯片结构，包括：

多个LED子芯片；

每个所述LED子芯片包括：

衬底；

位于衬底上的外延层，所述外延层包括沿背离所述衬底方向依次设置的第一型半导体层、有源层、第二型半导体层；

位于所述外延层上的第一电极和第二电极；

位于相邻两个所述LED子芯片之间的隔离深沟槽，所述隔离深沟槽贯穿所述外延层；

位于所述隔离深沟槽内的桥接绝缘隔离层；

位于所述桥接绝缘隔离层上的桥接电极，所述桥接电极连接相邻两个所述LED子芯片的电极；

其中，所述桥接绝缘隔离层覆盖的隔离深沟槽对应的所述第二型半导体层、所述有源层和部分第一型半导体层的侧壁为非粗化侧壁，其余所述外延层侧壁为粗化侧壁。

优选地，所述粗化侧壁为不规则粗化形状。

优选地，所述粗化侧壁为规则的锯齿粗化形状。

优选地，所述锯齿粗化形状的锯齿形状为三角形或半圆形。

优选地，还包括位于所述第二型半导体层背离所述衬底表面的透明导电层。

优选地，所述第一型半导体层为N型半导体层，所述第二型半导体层为P型半导体层。

本发明还提供一种高压LED芯片结构制作方法，用于形成上面任意一项所述的高压LED芯片结构，所述高压LED芯片结构制作方法包括：

提供衬底；

在所述衬底上形成外延层，所述外延层包括沿背离所述衬底方向依次设置的第一型半导体层、有源层、第二型半导体层；

开设暴露所述第一型半导体层的凹槽；

开设延伸至所述衬底的隔离深沟槽，所述隔离深沟槽用于隔离，形成LED子芯片；

在部分所述第二型半导体层上、所述隔离深沟槽的部分底面和侧面，形成桥接绝缘隔离层；

刻蚀所述桥接绝缘隔离层未覆盖的隔离深沟槽的侧壁和所述外延层的侧壁，进行粗化；

在所述第一型半导体层上制作第一电极，在所述第二型半导体层上制作第二电极，在所述桥接绝缘层上制作桥接电极。

优选地，所述刻蚀所述桥接绝缘隔离层未覆盖的隔离深沟槽的侧壁和所述外延层的侧壁，进行粗化，具体包括：

采用湿法刻蚀方法，将所述桥接绝缘隔离层未覆盖的隔离深沟槽的侧壁和所述外延层的侧壁，进行粗化。

优选地，在所述第一型半导体层上制作第一电极，在所述第二型半导体层上制作第二电极，在所述桥接绝缘隔离层上制作桥接电极之前，还包括：

在所述第二型半导体层和部分所述桥接绝缘隔离层上，制作形成透明导电层。

优选地，在所述第一型半导体层上制作第一电极，在所述第二型半导体层上制作第二电极，在所述桥接绝缘隔离层上制作桥接电极之后，还包括：

在整个高压LED芯片结构表面沉积绝缘保护层，且在所述第一电极和所述第二电极上表面开出窗口。

经由上述的技术方案可知，本发明提供的高压LED芯片结构，包括多个LED子芯片，每个LED子芯片包括衬底和位于衬底上的外延层，以及位于外延层上的第一电极和第二电极，其中，相邻两个LED子芯片之间设置有隔离深沟槽，隔离深沟槽的部分区域设置有桥接绝缘隔离层。覆盖有桥接绝缘隔离层的部分隔离深沟槽对应的外延层侧壁为非粗化侧壁，而其他区域的外延层侧壁均为粗化的侧壁。通过将外延层的侧壁粗化，从而能够减少侧向直接出射的光，将侧向出射的光反射至LED芯片正面出射，进而提供高压LED芯片结构的发光效率。

同时，由于桥接绝缘隔离层覆盖的部分外延层并没有进行粗化，从而使得桥接绝缘隔离层的粘附性得到保证，避免因外延层侧壁粗化，导致桥接处绝缘层覆盖不佳的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种高压LED芯片结构的俯视结构示意图；

图2为沿图1中的AA’线的高压LED芯片结构的剖面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种高压LED芯片结构的制作方法流程示意图；

图4-图14为本发明实施例提供的高压LED芯片结构的制作方法对应的工艺步骤示意图。

具体实施方式

正如背景技术部分所述，现有技术中的高压LED芯片的输出效率较低，有待改进。

发明人发现出现上述现象的原因为，高压LED芯片的侧壁是光滑的平面，当有源层发出光后，会存在从侧面出射的光，由于高压LED芯片包括多个相邻的LED子芯片，若侧面出射光无法进行有效利用，则造成高压LED芯片光效损失较多，导致整个高压LED芯片相对于单独的LED芯片的发光输出效率较低。

基于此，本发明提供一种高压LED芯片结构，包括：

多个LED子芯片；

每个所述LED子芯片包括：

衬底；

位于衬底上的外延层，所述外延层包括沿背离所述衬底方向依次设置的第一型半导体层、有源层、第二型半导体层；

位于所述外延层上的第一电极和第二电极；

位于相邻两个所述LED子芯片之间的隔离深沟槽，所述隔离深沟槽贯穿所述外延层；

位于所述隔离深沟槽内的桥接绝缘隔离层；

位于所述桥接绝缘隔离层上的桥接电极，所述桥接电极连接相邻两个所述LED子芯片的电极；

其中，所述桥接绝缘隔离层覆盖的隔离深沟槽对应的所述第二型半导体层、所述有源层和部分第一型半导体层的侧壁为非粗化侧壁，其余所述外延层侧壁为粗化侧壁。

本发明提供的高压LED芯片结构，包括多个LED子芯片，每个LED子芯片包括衬底和位于衬底上的外延层，以及位于外延层上的第一电极和第二电极，其中，相邻两个LED子芯片之间设置有隔离深沟槽，隔离深沟槽的部分区域设置有桥接绝缘隔离层。覆盖有桥接绝缘隔离层的部分隔离深沟槽对应的外延层侧壁为非粗化侧壁，而其他区域的外延层侧壁均为粗化的侧壁。通过将外延层的侧壁粗化，从而能够减少侧向直接出射的光，将侧向出射的光反射至LED芯片正面出射，进而提供高压LED芯片结构的发光效率。

同时，由于桥接绝缘隔离层覆盖的部分外延层并没有进行粗化，从而使得桥接绝缘隔离层的粘附性得到保证，避免因外延层侧壁粗化，导致桥接处绝缘层覆盖不佳的问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为提高HV(高压)芯片的亮度，本发明提供一种新的HV(高压)LED芯片结构及其制作方法，即将外延结构采用粗化结构，以提升芯片的外量子效率，同时为避免因粗化导致的桥接处绝缘隔离层覆盖不佳的问题，在桥接处的外延层侧壁无粗化结构。

需要说明的是，高压LED芯片结构可以包括多个LED子芯片，根据实际情况不同，可以设置多个LED子芯片，本发明实施例中不限定LED子芯片的个数，为方便说明，本发明实施例中以包括3个LED子芯片为例进行说明。

具体请参见图1和图2所示，其中，图1为本发明实施例提供的一种高压LED芯片结构的俯视结构示意图，图2为沿图1中的AA’线的高压LED芯片结构的剖面结构示意图，所述高压LED芯片结构包括三个LED子芯片，三个LED子芯片依次设置在同一个衬底上。其中，每个LED子芯片结构相似，包括：衬底1；位于衬底上的外延层，外延层包括沿背离衬底1方向依次设置的第一型半导体层2、有源层3、第二型半导体层4；位于外延层上的第一电极71和第二电极72；位于相邻两个LED子芯片之间的隔离深沟槽，隔离深沟槽贯穿外延层；位于隔离深沟槽内的桥接绝缘隔离层5；覆盖部分桥接绝缘隔离层5的桥接电极8，桥接电极8连接相邻两个LED子芯片的电极；其中，桥接绝缘隔离层5覆盖的隔离深沟槽对应的第二型半导体层4、有源层3和部分第一型半导体层2的侧壁为非粗化侧壁，其余外延层侧壁为粗化侧壁。

需要说明的是，本实施例中非粗化侧壁为侧壁为光滑的侧壁，并没有经过特殊的粗化处理。而粗化侧壁是经过刻蚀或其他工艺进行处理后的侧壁，侧壁具有形状或大小不定或一定的凸起。

本发明实施例中不限定粗化侧壁的具体形式，粗化侧壁的目的主要是将侧向出光能够通过反射，减少侧向出光，从而增加垂直于高压LED芯片表面方向上的光，从而提高高压LED芯片的外量子效率。因此，本发明实施例中所述粗化侧壁的形状可以是规则的粗化形状，也可以是不规则粗化形状。需要说明的是，为了提高侧向光有目的性地反射至垂直于高压LED芯片表面的方向，本发明实施例中可以优选地，将粗化侧壁的粗化形状设置为规则的锯齿粗化形状，所述锯齿粗化形状可以是截面为三角形的结构，也可以是截面为半圆形结构的形状。所述截面为三角形的结构，可以是棱锥结构，所述棱锥结构可以是三棱锥或四棱锥结构，本实施例中对此不作限定，只要能够有目的性地将侧向光反射至垂直于高压LED芯片表面出射方向即可。

需要说明的是，为了进一步增加高压LED芯片的外量子效率，本实施例中，在第二型半导体层背离衬底表面还可以包括透明导电层6，请参见图1中所示，透明导电层6用于将电极上的电流进行扩散，从而增加发光层的发光面积。

本实施例中不限定第一型半导体层和第二型半导体层的具体类型，本实施例中第一型半导体层为N型半导体层，第二型半导体层为P型半导体层。在本发明其他实施例中，所述LED外延结构还可以包括超晶格结构、反射镜层等结构，本实施例中对此不做限定。本发明实施例中不限定高压LED芯片的具体材质，可选的，所述N型半导体层和P型半导体层的材质均为GaN、GaAs或AlGaN。

另外，本实施例中高压LED芯片结构为同侧电极结构，其衬底可以是透明衬底也可以是非透明衬底，在本发明的一个实施例中，衬底1可以是蓝宝石衬底、硅衬底、碳化硅衬底，本实施例中对此不作限定。

本发明实施例提供的高压LED芯片结构对每个LED子芯片的侧面进行粗化，使得侧向光减少，并被反射至垂直于高压LED芯片表面的方向上；同时为了避免因粗化导致的相邻两个LED子芯片的桥接出现桥接绝缘隔离层覆盖不佳，导致漏电问题，本实施例中提供的高压LED芯片结构在桥接电极覆盖的桥接绝缘隔离层下方的隔离深沟槽的侧壁处不作粗化处理，从而避免漏电问题产生。

基于相同的发明构思，本发明还提供一种高压LED芯片结构的制作方法，请参见图3，所述高压LED芯片结构制作方法包括：

S101：提供衬底；

本实施例中对所述衬底的材质不作限定，所述衬底可以为蓝宝石衬底、硅衬底、碳化硅衬底，为方便说明，本实施例中以晶圆中任意某一单颗芯粒为例进行说明。

S102：在所述衬底上形成外延层，所述外延层包括沿背离所述衬底方向依次设置的第一型半导体层、有源层、第二型半导体层；

请参见图4所示，通过外延生长工艺，在衬底1上一次生长得到第一型半导体层2、有源层3和第二型半导体层4。本实施例中可选的，第一型半导体层2为N型半导体层，尤其可以是N型GaN层；第二型半导体层4为P型半导体层，尤其可以是P型GaN层。有源层3为量子阱发光层。

S103：开设暴露所述第一型半导体层的凹槽；

请参见图5和图6，需要说明的是图5为图6沿AA’线剖切得到的剖面图，因此仅显示部分结构。本实施例中可选的，通过刻蚀工艺，刻蚀掉部分第二型半导体层4、部分有源层3和部分厚度的第一型半导体层2，从而暴露出第一型半导体层2。通过部分刻蚀，定义出芯片的外观图形。

S104：开设延伸至所述衬底的隔离深沟槽，所述隔离深沟槽用于隔离，形成LED子芯片；

本发明实施例中通过刻蚀外延层，贯穿外延层，直至暴露出衬底，形成隔离深沟槽，从而将相邻的原胞之间进行隔离。请参见图5和图6所示，隔离深沟槽B位于相邻的LED子芯片之间，将原来的LED芯片的外延层分割为多个相互之间仅衬底连接的LED子芯片。

S105：在部分所述第二型半导体层上、所述隔离深沟槽的部分底面和侧面，形成桥接绝缘隔离层；

请参见图9和图10所示，在第二型半导体层4的部分表面，以及隔离深沟槽的部分底面和侧面形成桥接绝缘隔离层，如图9中的标号5所示，需要说明的是，桥接绝缘隔离层5仅在隔离深沟槽的部分区域形成，用于后续形成桥接电极，将相邻两个LED子芯片上的电极进行电性连接，而桥接部分之外的区域并不需要形成桥接绝缘隔离层。

S106：刻蚀所述桥接绝缘隔离层未覆盖的隔离深沟槽的侧壁和所述外延层的侧壁，进行粗化；

请参见图11和图12，本发明实施例中不限定刻蚀外延层侧壁进行粗化的具体工艺，可选的，在本发明实施例中，可以采用湿法刻蚀工艺对外延层进行蚀刻，形成粗化侧壁。

具体地，将衬底和外延层浸入到蚀刻溶液中进行刻蚀。需要说明的是，本实施例中提供的蚀刻溶液仅蚀刻外延层侧面，对位于外层的第二型半导体层也即P型层表面无影响，具体蚀刻溶液可以是TMAH(四甲基氢氧化铵)腐蚀液，经刻蚀后，在刻蚀侧面形成粗化表面，如图12所示。

由于桥接绝缘隔离层5的覆盖，桥接部分的外延层侧壁并未被蚀刻粗化，因此，本实施例中采用直线描述未被粗化的侧壁。除了桥接绝缘隔离层5覆盖的区域，其他区域的外延层中的P型层、有源层和部分N型层的侧壁均被粗化，形成粗化表面。

S107：在所述第一型半导体层上制作第一电极，在所述第二型半导体层上制作第二电极，在所述桥接绝缘层上制作桥接电极。

最后，在第一型半导体层2上制作形成第一电极71，在第二型半导体层4上形成第二电极72，然后再桥接绝缘隔离层上制作形成桥接电极，所述桥接电极连接其中一个LED子芯片的第一电极，同时连接与其相邻的LED子芯片的第二电极。

需要说明的是，在形成电极之前还可以包括透明导电层的制作，也即请参见图13和图14所示，在形成第一电极、第二电极之前还包括，在P型层，部分桥接绝缘隔离层之上，制作透明导电层6，如图13所示。所述透明导电层6一方面用于将为桥接电极连接第一电极和第二电极做准备，另一方面，能够扩展电流，从而提高LED芯片的外量子效率。

另外，为了形成长期可靠使用的高压LED芯片，本发明实施例提供的高压LED芯片结构制作方法，在制作形成电极，实现电性连接之后，还可以包括：在整个高压LED芯片结构表面沉积绝缘保护层，且在所述第一电极和所述第二电极上表面开出窗口。

最后，再经过研磨，抛光，切割，形成单颗高压LED芯片；需要说明的是，本实施例中不限定单颗高压LED芯片内包括多少个LED子芯片，根据实际需求，进行切割即可。

本发明提供的高压LED芯片结构制作方法，用于制作形成上面实施例中所述的高压LED芯片结构，该高压LED芯片结构，包括多个LED子芯片，每个LED子芯片包括衬底和位于衬底上的外延层，以及位于外延层上的第一电极和第二电极，其中，相邻两个LED子芯片之间设置有隔离深沟槽，隔离深沟槽的部分区域设置有桥接绝缘隔离层。覆盖有桥接绝缘隔离层的部分隔离深沟槽对应的外延层侧壁为非粗化侧壁，而其他区域的外延层侧壁均为粗化的侧壁。通过将外延层的侧壁粗化，从而能够减少侧向直接出射的光，将侧向出射的光反射至LED芯片正面出射，进而提供高压LED芯片结构的发光效率。

同时，由于桥接绝缘隔离层覆盖的部分外延层并没有进行粗化，从而使得桥接绝缘隔离层的粘附性得到保证，避免因外延层侧壁粗化，导致桥接处绝缘层覆盖不佳的问题。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种高压LED芯片结构，其特征在于，包括：

多个LED子芯片；

每个所述LED子芯片包括：

衬底；

位于衬底上的外延层，所述外延层包括沿背离所述衬底方向依次设置的第一型半导体层、有源层、第二型半导体层；

位于所述外延层上的第一电极和第二电极；

位于相邻两个所述LED子芯片之间的隔离深沟槽，所述隔离深沟槽贯穿所述外延层；

位于所述隔离深沟槽内的桥接绝缘隔离层；

位于所述桥接绝缘隔离层上的桥接电极，所述桥接电极连接相邻两个所述LED子芯片的电极；

其中，所述桥接绝缘隔离层覆盖的隔离深沟槽对应的所述第二型半导体层、所述有源层和部分第一型半导体层的侧壁为非粗化侧壁，其余所述外延层侧壁为粗化侧壁。

2.根据权利要求1所述的高压LED芯片结构，其特征在于，所述粗化侧壁为不规则粗化形状。

3.根据权利要求1所述的高压LED芯片结构，其特征在于，所述粗化侧壁为规则的锯齿粗化形状。

4.根据权利要求3所述的高压LED芯片结构，其特征在于，所述锯齿粗化形状的锯齿形状为三角形或半圆形。

5.根据权利要求1所述的高压LED芯片结构，其特征在于，还包括位于所述第二型半导体层背离所述衬底表面的透明导电层。

6.根据权利要求1所述的高压LED芯片结构，其特征在于，所述第一型半导体层为N型半导体层，所述第二型半导体层为P型半导体层。

7.一种高压LED芯片结构制作方法，其特征在于，用于形成权利要求1-6任意一项所述的高压LED芯片结构，所述高压LED芯片结构制作方法包括：

提供衬底；

在所述衬底上形成外延层，所述外延层包括沿背离所述衬底方向依次设置的第一型半导体层、有源层、第二型半导体层；

开设暴露所述第一型半导体层的凹槽；

开设延伸至所述衬底的隔离深沟槽，所述隔离深沟槽用于隔离，形成LED子芯片；

在部分所述第二型半导体层上、所述隔离深沟槽的部分底面和侧面，形成桥接绝缘隔离层；

刻蚀所述桥接绝缘隔离层未覆盖的隔离深沟槽的侧壁和所述外延层的侧壁，进行粗化；

在所述第一型半导体层上制作第一电极，在所述第二型半导体层上制作第二电极，在所述桥接绝缘层上制作桥接电极。

8.根据权利要求7所述的高压LED芯片结构制作方法，其特征在于，所述刻蚀所述桥接绝缘隔离层未覆盖的隔离深沟槽的侧壁和所述外延层的侧壁，进行粗化，具体包括：

采用湿法刻蚀方法，将所述桥接绝缘隔离层未覆盖的隔离深沟槽的侧壁和所述外延层的侧壁，进行粗化。

9.根据权利要求7或8所述的高压LED芯片结构制作方法，其特征在于，在所述第一型半导体层上制作第一电极，在所述第二型半导体层上制作第二电极，在所述桥接绝缘隔离层上制作桥接电极之前，还包括：

在所述第二型半导体层和部分所述桥接绝缘隔离层上，制作形成透明导电层。

10.根据权利要求7或8所述的高压LED芯片结构制作方法，其特征在于，在所述第一型半导体层上制作第一电极，在所述第二型半导体层上制作第二电极，在所述桥接绝缘隔离层上制作桥接电极之后，还包括：

在整个高压LED芯片结构表面沉积绝缘保护层，且在所述第一电极和所述第二电极上表面开出窗口。