CN110148653B - 一种正装led芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种正装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发光结构、环状结构、第一电极和隔离沟槽，以及设于发光结构上的第二电极；所述环状结构将第一电极的本体包围在内，所述隔离沟槽位于发光结构和环状结构之间，所述环状结构的宽度为d，3μm≤d≤10μm。相应地，本发明还提供了一种正装LED芯片。本发明的正装LED芯片通过环状结构，有效避免芯片因金属电解迁移引起的短路，提高芯片的抗高温高湿性能，提高芯片的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种正装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。
现有的正装LED芯片应用于显示时，由于受使用环境与封装体密封性的影响，电极容易因受热、水解以使电极中的金属离子发生迁移，芯片容易发生短路，影响芯片的稳定性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种正装LED芯片及其制作方法，在第一电极的周边形成环形半导体层，避免芯片因电极金属电解迁移引起的短路，提高芯片的抗高温高湿性能，提高芯片的稳定性。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种正装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发光结构、环状结构、第一电极和隔离沟槽，以及设于发光结构上的第二电极；所述环状结构将第一电极的本体包围在内，所述隔离沟槽位于发光结构和环状结构之间，所述环状结构的宽度为d，3μm≤d≤10μm。
作为上述方案的改进，所述第一电极和环状结构之间设有环状凹槽，所述环状凹槽的宽度为H，0＜H≤d。
作为上述方案的改进，所述第一电极的本体与环状结构的内壁相连，且延伸到环状结构的顶部，或者，所述第一电极的本体延伸到环状结构的顶部和外壁。
作为上述方案的改进，所述发光结构和环状结构均包括依次设于第一半导体层上的有源层和第二半导体层；所述发光结构还包括设于第二半导体层上的透明导电层，其中，所述第二电极设于发光结构的透明导电层上。
作为上述方案的改进，所述透明导电层由铟锡氧化物制成，其中，铟锡氧化物中铟和锡的比例为(50-90):(10-50)；
所述绝缘层覆盖在发光结构和环状结构上，并延伸至隔离沟槽上，所述绝缘层由SiO2、Si3N4、Al2O3、TiO2、Ta2O3等一种或几种制成。
作为上述方案的改进，所述第一电极和第二电极均包括依次设置的Cr层、Al层、Ti层、Pt层和Au层。
相应地，本发明还提供了一种正装LED芯片的制作方法，包括：
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；
对所述外延层进行刻蚀，刻蚀至第一半导体层，形成发光结构、环状结构、隔离沟槽和裸露区域，所述隔离沟槽位于发光结构和环状结构之间，所述裸露区域位于环状结构的轴心上；
在所述发光结构的第二半导体层上形成透明导电层；
在所述裸露区域的第一半导体层上形成第一电极，并在所述透明导电层上形成第二电极。
作为上述方案的改进，采用黄光工艺和ICP工艺对外延层进行刻蚀，刻蚀至第一半导体层，以形成发光结构、环状结构、隔离沟槽和裸露区域。
作为上述方案的改进，所述第一电极和环状结构之间设有环状凹槽，所述环状凹槽的宽度为H，所述环状结构的宽度为d，其中，0＜H≤d，3μm≤d≤10μm。
实施本发明，具有如下有益效果：
1、本发明提供了一种正装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发光结构、环状结构、第一电极和隔离沟槽，以及设于发光结构上的第二电极，所述环状结构将第一电极的本体包围在内。本发明的环状结构作为一个凸台，产生了高低差异，使金属电解迁移需要越过环状结构，使得金属迁移只能被局限在环状结构内，并延长迁移的距离，有效避免芯片因金属电解迁移引起的短路，提高芯片的抗高温高湿性能，提高芯片的稳定性。
2、所述第一电极和环状结构之间设有环状凹槽，本发明通过环状沟槽、环状结构和隔离沟槽的相互作用，延长了第一电极和第二电极之间的电解迁移距离，增加了金属电解迁移的难度，有效避免芯片因金属电解迁移引起的短路，提高芯片的抗高温高湿性能，提高芯片的稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例1的正装LED芯片的结构示意图；
图2是本发明实施例1正装LED芯片的俯视图；
图3是本发明实施例2的正装LED芯片的结构示意图；
图4是本发明实施例3的正装LED芯片的结构示意图；
图5a是本发明在衬底上形成外延层后的示意图；
图5b是本发明对外延层刻蚀后的示意图；
图5c是本发明形成透明导电层后的示意图。
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和图2，本发明提供的一种正装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上的发光结构30、环状结构40、第一电极50和隔离沟槽60，以及设于发光结构30上的第二电极80。
具体的，本发明衬底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。优选的，本发明的衬底10为蓝宝石衬底。
所述发光结构30和环状结构40均包括依次设于第一半导体层21上的有源层22和第二半导体层23。其中，所述发光结构30还包括设于第二半导体层23上的透明导电层24，其中，所述第二电极80设于发光结构30的透明导电层24上。
本发明提供的第一半导体层21为N型氮化镓基层，第二半导体层23为P型氮化镓基层，有源层22为MQW量子阱层。
所述透明导电层24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(50-90):(10-50)。上述比例的铟锡氧化物有效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。优选的，铟锡氧化物中铟和锡的比例为80:20。上述比例的铟和锡，不仅可以提高透明导电层的导电能力，还可以防止第二电极的金属电解迁移。
需要说明的是，所述环状结构40将第一电极50的本体包围在内。优选的，所述第一电极50和环状结构40之间设有环状凹槽70，即，所述环状沟槽70将第一电极50和环状结构40隔离开。此外，所述隔离沟槽60位于发光结构30和环状结构40之间，即，所述隔离沟槽60将发光结构30和环状结构40隔离开。本发明通过环状沟槽、环状结构和隔离沟槽的相互作用，延长了第一电极和第二电极之间的电解迁移距离，增加了金属电解迁移的难度；此外，本发明的环状结构作为一个凸台，产生了高低差异，使金属电解迁移需要越过环状结构，使得金属迁移只能被局限在环状结构内。因此，本发明正装LED芯片的电极在水汽作用下发生电解迁移时，通过环状沟槽、环状结构和隔离沟槽的相互作用，有效避免芯片因金属电解迁移引起的短路，提高芯片的抗高温高湿性能，提高芯片的稳定性。
参见图2，所述环状沟槽70的宽度为H，所述环状结构40的宽度为d，为了增加电极电解迁移的难度，提高芯片的稳定性，同时又保证芯片的有效发光面积，其中，0＜H≤d。
由于环状沟槽的作用于是用来隔离第一电极和环状结构，为了减少电极的金属电解迁移距离，环状沟槽的宽度H越小越好，优选的，H≤3μm。因为环状沟槽的宽度越小，则第二电极距离环状结构越近，第二电极的电解金属很快就被环状结构包围住，因此防止金属电解迁移的效果就越好。
为了增加金属电解迁移距离，环状结构的宽度越大越好，但环状结构不发光，为了在芯片的发光亮度和稳定性之间取得一个平衡，作为本发明的一个优选方案，3≤d≤10μm。由于受刻蚀工艺的影响，若d小于3μm，则影响环状结构的形成，影响芯片的稳定性；若d大于10μm，环状结构的面积占比超过芯片发光面积的极限，则相对减少了发光结构的发光面积，从而影响芯片的亮度。
优选的，H≤2，5≤d≤7μm。更优的，H＝1，d＝6。
参见图3，作为本发明的另一实施例，所述第一电极50的本体与环状结构40的内壁相连，且延伸到环状结构40顶部。优选的，所述第一电极50的本体顶部设有凹缺部，从而增加环状结构包围住的那部分第一电极本体的金属电解迁移距离。
参见图4，作为本发明的另一实施例，所述第一电极50的本体与环状结构40的侧壁相连，且延伸到环状结构40的顶部和外壁。优选的，所述第一电极50的本体顶部设有凹缺部，从而增加环状结构包围住的那部分第一电极本体的金属电解迁移距离。
需要说明的是，本发明的正装LED芯片还包括绝缘层(图中未示出)，所述绝缘层覆盖在发光结构和环状结构上，并延伸至隔离沟槽和环状沟槽上，所述绝缘层由SiO2、Si3N4、Al2O3、TiO2、Ta2O3等一种或几种制成。
本发明除了通过增加环状结构来避免电极金属迁移引起短路外，还通过改变电极的结构来避免电极发生电解水解。
具体的，所述第一电极和第二电极均包括依次设置的Cr层、Al层、Ti层、Pt层和Au层。优选的，Cr层的厚度为Al层的厚度为/>Ti层的厚度为Pt层的厚度为/>Au层的厚度为/>
由于Cr层用作底层粘附层，因此其厚度不能太厚，否则会影响LED芯片发光的吸收，即Al层起不到反射作用。Cr层厚度在时具有较好的反射率，低于/>时粘附力较差且控制难度大。其中，当所述Al层的厚度小于/>时，不能较好地发挥Al层的反射性能，芯片亮度较低；当所述Al层的厚度大于/>时，因Al金属本身较活泼易迁移，Al层的保护难度增加。当Pt层的厚度均小于/>时，Pt层厚度太薄无法起到保护Al层作用，当Pt层的厚度均大于/>时，制作成本过高。Au的稳定性较好，能够有效防止Al反射迁移，从而保护电极，降低电极发生电解迁移。
相应地，本发明还提供了一种正装LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
S1、参见图5a，在衬底10上形成外延层20，所述外延层20包括依次设于衬底10上的第一半导体层21、有源层22和第二半导体层23。
具体的，本发明衬底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。优选的，本发明的衬底10为蓝宝石衬底。
所述发光结构30和环状结构40均包括依次设于第一半导体层21上的有源层22和第二半导体层23。
S2、参见图5b，对所述外延层20进行刻蚀，刻蚀至第一半导体层21，形成发光结构30、环状结构40、隔离沟槽60和裸露区域90。其中，所述隔离沟槽60位于发光结构30和环状结构40之间，所述裸露区域90位于环状结构40的轴心上。
具体的，采用黄光工艺和ICP工艺对外延层进行刻蚀，刻蚀至第一半导体层，以形成发光结构、环状结构、隔离沟槽和裸露区域。
具体的，采用刻蚀气体来刻蚀外延层。所述刻蚀气体为Cl2、BCl3和Ar中的一种或几种，为了达到刻蚀效果，刻蚀气体的流速为1400-1700A/min。
需要说明的是，本发明必须采用黄光工艺和ICP工艺来相互配合，才能刻蚀出本发明的环状结构。本发明环状结构的可以是封闭的，也可以设有缺口。
S3、参见图5c，在所述发光结构30的第二半导体层23上形成透明导电层24。所述透明导电层24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(50-90):(10-50)。上述比例的铟锡氧化物有效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。优选的，铟锡氧化物中铟和锡的比例为80:20。上述比例的铟和锡，不仅可以提高透明导电层的导电能力，还可以防止第二电极的金属电解迁移。
S4、参见图1，在所述裸露区域90的第一半导体层21上形成第一电极50，所述第一电极50与环状结构40之间设有环状沟槽70，并在所述透明导电层24上形成第二电极80。
本发明通过环状沟槽、环状结构和隔离沟槽的相互作用，延长了第一电极和第二电极之间的电解迁移距离，增加了金属电解迁移的难度；此外，本发明的环状结构作为一个凸台，产生了高低差异，使金属电解迁移需要越过环状结构，使得金属迁移只能被局限在环状结构内。因此，本发明正装LED芯片的电极在水汽作用下发生电解迁移时，通过环状沟槽、环状结构和隔离沟槽的相互作用，有效避免芯片因金属电解迁移引起的短路，提高芯片的抗高温高湿性能，提高芯片的稳定性。
参见图2，所述环状沟槽70的宽度为H，所述环状结构40的宽度为d，为了增加电极电解迁移的难度，提高芯片的稳定性，同时又保证芯片的有效发光面积，其中，0＜H≤d。
由于环状沟槽的作用于是用来隔离第一电极和环状结构，为了减少电极的金属电解迁移距离，环状沟槽的宽度H越小越好，优选的，H≤3μm。因为环状沟槽的宽度越小，则第二电极距离环状结构越近，第二电极的电解金属很快就被环状结构包围住，因此防止金属电解迁移的效果就越好。
为了增加金属电解迁移距离，环状结构的宽度越大越好，但环状结构不发光，为了在芯片的发光亮度和稳定性之间取得一个平衡，作为本发明的一个优选方案，3≤d≤10μm。由于受刻蚀工艺的影响，若d小于3μm，则影响环状结构的形成，影响芯片的稳定性；若d大于10μm，环状结构的面积占比超过芯片发光面积的极限，则相对减少了发光结构的发光面积，从而影响芯片的亮度。
优选的，H≤2，5≤d≤7μm。更优的，H＝1，d＝6。
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 (6)
1.一种正装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发光结构、环状结构、第一电极和隔离沟槽，以及设于发光结构上的第二电极；所述环状结构将第一电极的本体包围在内，所述隔离沟槽位于发光结构和环状结构之间，所述环状结构的宽度为d，3μm≤d≤10μm；所述第一电极和环状结构之间设有环状凹槽，所述环状凹槽的宽度为H，0＜H≤d；
所述发光结构和环状结构均包括依次设于第一半导体层上的有源层和第二半导体层；所述发光结构还包括设于第二半导体层上的透明导电层，其中，所述第二电极设于发光结构的透明导电层上；
所述透明导电层由铟锡氧化物制成，其中，铟锡氧化物中铟和锡的比例为(50-90):(10-50)；
还包括绝缘层，所述绝缘层覆盖在发光结构和环状结构上，并延伸至隔离沟槽上，所述绝缘层由SiO2、Si3N4、Al2O3、TiO2、Ta2O3等一种或几种制成。
2.如权利要求1所述的正装LED芯片，其特征在于，所述第一电极的本体与环状结构的内壁相连，且延伸到环状结构的顶部，或者，所述第一电极的本体延伸到环状结构的顶部和外壁。
3.如权利要求1-2任一项所述的正装LED芯片，其特征在于，所述第一电极的本体顶部设有凹缺部。
4.如权利要求1所述的正装LED芯片，其特征在于，所述第一电极和第二电极均包括依次设置的Cr层、Al层、Ti层、Pt层和Au层。
5.一种正装LED芯片的制作方法，其特征在于，包括：
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；
对所述外延层进行刻蚀，刻蚀至第一半导体层，形成发光结构、环状结构、隔离沟槽和裸露区域，所述隔离沟槽位于发光结构和环状结构之间，所述裸露区域位于环状结构的轴心上；
在所述发光结构的第二半导体层上形成透明导电层；
在所述裸露区域的第一半导体层上形成第一电极，并在所述透明导电层上形成第二电极；
所述第一电极和环状结构之间设有环状凹槽，所述环状凹槽的宽度为H，所述环状结构的宽度为d，其中，0＜H≤d，3μm≤d≤10μm。
6.如权利要求5所述的正装LED芯片的制作方法，其特征在于，采用黄光工艺和ICP工艺对外延层进行刻蚀，刻蚀至第一半导体层，以形成发光结构、环状结构、隔离沟槽和裸露区域。
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| CN108899405A (zh) * | 2018-08-13 | 2018-11-27 | 佛山市国星半导体技术有限公司 | 一种led芯片及其制作方法 |
| CN209544383U (zh) * | 2019-04-12 | 2019-10-25 | 佛山市国星半导体技术有限公司 | 一种正装led芯片 |
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2019
- 2019-04-12 CN CN201910294209.6A patent/CN110148653B/zh active Active
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