CN110350060A - 发光二极管芯片及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发光二极管芯片及其制作方法，属于半导体技术领域。发光二极管芯片包括透明基板、透明粘结层、窗口层、P型限制层、有源层、N型限制层、N型电极、P型电极和若干金属颗粒；窗口层的第一表面具有凸起部和凹陷部，若干金属颗粒间隔设置在凸起部和凹陷部上；每个金属颗粒呈工字型，工字型包括依次设置在窗口层的第一表面上的底部、连接部和顶部；底部与金属颗粒的设置表面形成合金，连接部的第一截面的面积小于底部的第一截面的面积，顶部的第一截面的面积大于连接部的第一截面的面积。本发明可以有效避免窗口层和透明基板分离，提高LED芯片的稳定性和可靠性，延长LED芯片的使用寿命。

Description

发光二极管芯片及其制作方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管芯片及其制作方法。

背景技术

发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)是一种可以把电能转化成光能的半导体二极管，已经被广泛应用在显示、装饰、通讯等领域。通过采用不同的半导体材料，LED的发光波长能够覆盖从紫外到红外的全色范围，并使得LED的发光效率和发光亮度不断提高。

芯片是LED的核心组件，包括外延片和分别设置在外延片上的N型电极和P型电极。对于红黄光LED芯片来说，N型电极和P型电极通常分别设置在包括芯片出光面在内的两个相对的表面上。由于电极是不透光的，因此位于芯片出光面上的电极会造成芯片光效的损失。随着LED芯片的尺寸越来越小，电极所占芯片表面面积的比例越来越高，电极对芯片光效造成的损失也越来越大。为了解决电极造成芯片光效损失的问题，目前将红黄光LED芯片的N型电极和P型电极设置在芯片同一侧的表面上，电极设置表面的相对表面作为芯片的出光面，形成倒装LED芯片，可以避免电极吸收芯片射向出光面的光线。

另外，红黄光LED外延片包括GaAs衬底以及依次生长在GaAs衬底上的N型限制层、有源层、P型限制层和窗口层。GaAs衬底吸光，为了避免芯片射向出光面的光线被GaAs衬底吸收，可以先利用透明的二氧化硅将透明基板键合到窗口层上作为芯片的出光面，再去除GaAs衬底，分别设置N型电极和P型电极，形成倒装LED芯片。其中，键合透明基板和窗口层时，透明基板和窗口层上均铺设有二氧化硅层，在透明基板上的二氧化硅层和窗口层上的二氧化硅层放在一起之后，会施加作用力将透明基板上的二氧化硅层和窗口层上的二氧化硅层之间的距离减小到二氧化硅分子距离内，从而利用分子力将透明基板上的二氧化硅层和窗口层上的二氧化硅层结合在一起，实现透明基板和窗口层的键合。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

LED芯片工作时会产生热量，温度可以升高到150℃左右；LED芯片不工作时，温度又会降低至室温(一般为25℃)，因此LED芯片的温度会频繁地在25℃～150℃之间变化。而温度的变化导致LED芯片(包括二氧化硅层、窗口层等)不断地进行热胀冷缩，由于二氧化硅层与窗口层之间存在着热膨胀系数的巨大差异(窗口层的热膨胀系数在5e-6以上，二氧化硅层的热膨胀系数为0.5e-6，热膨胀系数相差10倍)，加上二氧化硅层和窗口层采用的材料均为脆性材料，因此二氧化硅层与窗口层的交界面在热胀冷缩的过程中会产生较大的应力。这个应力长时间作用在二氧化硅层和窗口层的交界面上，很可能造成透明基板和窗口层分离，LED芯片失效和损坏，不利于LED芯片的稳定使用，影响LED芯片的使用寿命。

发明内容

本发明实施例提供了一种发光二极管芯片及其制作方法，能够有效避免窗口层和透明基板分离，提高LED芯片的稳定性和可靠性。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管芯片，所述发光二极管芯片包括透明基板、透明粘结层、窗口层、P型限制层、有源层、N型限制层、N型电极、P型电极和若干金属颗粒；所述透明基板、所述透明粘结层、所述窗口层、所述P型限制层、所述有源层、所述N型限制层依次层叠设置，所述N型限制层上设有延伸至所述P型限制层的凹槽，所述N型电极设置在所述N型限制层上，所述P型电极设置在所述凹槽内的P型限制层上；

所述窗口层的第一表面具有凸起部和凹陷部，所述窗口层的第一表面为所述透明粘结层所在的表面，所述若干金属颗粒间隔设置在所述凸起部和所述凹陷部上；每个所述金属颗粒呈工字型，所述工字型包括依次设置在所述窗口层的第一表面上的底部、连接部和顶部；所述底部与所述金属颗粒的设置表面形成合金。

可选地，所述底部的组成材料与所述窗口层的组成材料固态共融，所述连接部的组成材料的熔点低于所述顶部的组成材料的熔点。

进一步地，所述底部的组成材料采用AuBe，所述连接部的组成材料采用Au，所述顶部的组成材料采用TiW。

可选地，所述连接部的厚度H2为所述顶部的厚度H3的1.5倍～2倍，所述顶部的厚度H3为所述底部的厚度H1的20倍～40倍，所述底部的厚度H1、所述连接部的厚度H2、所述顶部的厚度H3依次为所述底部、所述连接部、所述顶部在垂直于所述金属颗粒的设置表面的方向上的长度。

可选地，所述透明基板的第一表面具有凸起部和凹陷部，所述透明基板的第一表面为与所述透明粘结层接触的表面；所述透明基板的凸起部的尺寸小于所述窗口层的凸起部的尺寸；或者，所述透明基板的凹陷部的尺寸小于所述窗口层的凹陷部的尺寸。

可选地，所述凸起部或者所述凹陷部具有一个或多个台阶。

可选地，所述透明基板的第二表面具有多个间隔分布的凸块，所述透明基板的第二表面与所述透明基板的第一表面相对，所述透明基板的第一表面为与所述透明粘结层接触的表面；所述凸块的侧面与所述凸块的底面之间的夹角为65°～75°，所述凸块的底面为所述凸块与所述透明基板接触的表面，所述凸块的侧面为与所述凸块的底面相邻的表面。

可选地，所述透明粘结层的材料采用氮氧化硅，所述透明粘结层中氮组分的含量自所述透明基板向所述窗口层的方向先逐渐减小再逐渐增大。

另一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管芯片的制作方法，所述制作方法包括：

提供一外延片，所述外延片包括依次层叠的衬底、N型限制层、有源层、P型限制层和窗口层；

在所述窗口层的第一表面形成凸起部和凹陷部；

在所述凸起部和所述凹陷部上间隔设置若干金属颗粒，每个所述金属颗粒呈工字型，所述工字型包括依次设置在所述窗口层的第一表面上的底部、连接部和顶部，所述底部与所述金属颗粒的设置表面形成合金；

在所述若干金属颗粒和所述窗口层上形成透明粘结层；

利用所述透明粘结层将透明基板键合在所述窗口层上；

去除所述衬底；

设置N型电极和P型电极，形成发光二极管芯片。

可选地，所述在所述凸起部和所述凹陷部上间隔设置若干金属颗粒，包括：

采用光刻技术在所述凸起部和所述凹陷部上形成设定图形的光刻胶；

在所述光刻胶和所述窗口层上依次沉积所述底部的组成材料、所述连接部的组成材料、所述顶部的组成材料，所述底部的组成材料与所述窗口层的组成材料固态共融，所述连接部的组成材料的熔点低于所述顶部的组成材料的熔点；

去除所述光刻胶，留下间隔设置在所述窗口层上的若干金属颗粒；

对所述若干金属颗粒进行快速退火，所述底部在快速退火的过程中与所述窗口层形成合金，所述连接部在快速退火的过程中先熔化变形再凝固定形，所述顶部在快速退火过程中保持不变。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在窗口层设置透明粘结层的表面形成凸起部和凹陷部，窗口层和透明粘结层的交界面变成凹凸不平的曲面，窗口层和透明粘结层的交界面产生的应力在发光二极管芯片的层叠方向上的作用范围从平面变成具有一定厚度的柱体，使得应力的作用范围得到扩大，由于应力的大小没有变化，因此应力的分布密度得到降低，对窗口层和透明粘结层的分离作用减弱。同时在窗口层设置透明粘结层的表面间隔设置若干金属颗粒，可以进一步分散窗口层和透明粘结层的交界面的应力分布，避免窗口层和透明粘结层的交界面应力将窗口层与透明基板分离。

而且每个金属颗粒呈工字型，工字型包括依次设置的底部、连接部和顶部，连接部的截面面积小于顶部的截面面积和底部的截面面积，透明粘结层包裹在金属颗粒外，可以被工字型的凹陷处锁住，金属颗粒与透明粘结层之间形成牢固连接；工字型的底部与窗口层形成合金，金属颗粒与窗口层之间也形成牢固连接，通过金属颗粒可以有效增强窗口层和透明粘结层之间粘结的牢固程度。而且，窗口层设置透明粘结层的表面形成凸起部和凹陷部，凹凸不平的曲面也有利于增强窗口层和透明粘结层之间粘结的牢固程度。

综上，本发明实施例通过在窗口层设置透明粘结层的表面形成凸起部和凹陷部，并在凸起部和凹陷部上间隔设置若干金属颗粒，可以有效避免窗口层和透明基板分离，提高LED芯片的稳定性和可靠性，延长LED芯片的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种发光二极管芯片的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的金属颗粒的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种窗口层的俯视图；

图4是本发明实施例提供的另一种窗口层的俯视图；

图5是本发明实施例提供的一种凸起部的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的另一种凸起部的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的透明粘结层中氮组分的含量的分布图；

图8是本发明实施例提供的一种发光二极管芯片的制作方法的流程图；

图9是本发明实施例提供的透明基板和窗口层键合的流程图；

图10是本发明实施例提供的设置N型电极和P型电极的流程图；

图11是本发明实施例提供的发光二极管芯片的后续工艺的流程图。

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实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种发光二极管芯片。图1为本发明实施例提供的一种发光二极管芯片的结构示意图。参见图1，该发光二极管芯片包括透明基板10、透明粘结层20、窗口层31、P型限制层32、有源层33、N型限制层34、N型电极41、P型电极42和若干金属颗粒50。

在本实施例中，透明基板10、透明粘结层20、窗口层31、P型限制层32、有源层33、N型限制层34依次层叠设置，N型限制层34上设有延伸至P型限制层32的凹槽100，N型电极41设置在N型限制层34上，P型电极42设置在凹槽100内的P型限制层32上。窗口层31的第一表面具有凸起部200和凹陷部300，窗口层31的第一表面为透明粘结层20所在的表面，若干金属颗粒50间隔设置在凸起部200和凹陷部300上。

图2为本发明实施例提供的金属颗粒的结构示意图。参见图2，每个金属颗粒50呈工字型，工字型包括依次设置在窗口层31的第一表面上的底部51、连接部52和顶部53。底部51与金属颗粒50的设置表面形成合金。连接部52的第一截面B的面积小于底部51的第一截面A的面积，顶部53的第一截面C的面积大于连接部52的第一截面B的面积。底部51的第一截面A为底部51与窗口层31的第一表面平行的截面，连接部52的第一截面B为连接部52与窗口层31的第一表面平行的截面，顶部53的第一截面C为顶部53与窗口层31的第一表面平行的截面。

在实际应用中，底部与金属颗粒的设置表面形成合金是指，金属颗粒的底部材料与窗口层的材料相互渗透，在金属颗粒和窗口层的交界面形成混合层(如图2中斜线区域所示)。

本发明实施例通过在窗口层设置透明粘结层的表面形成凸起部和凹陷部，窗口层和透明粘结层的交界面变成凹凸不平的曲面，窗口层和透明粘结层的交界面产生的应力在发光二极管芯片的层叠方向上的作用范围从平面变成具有一定厚度的柱体，使得应力的作用范围得到扩大，由于应力的大小没有变化，因此应力的分布密度得到降低，对窗口层和透明粘结层的分离作用减弱。同时在窗口层设置透明粘结层的表面间隔设置若干金属颗粒，可以进一步分散窗口层和透明粘结层的交界面的应力分布，避免窗口层和透明粘结层的交界面应力将窗口层与透明基板分离。

而且每个金属颗粒呈工字型，工字型包括依次设置的底部、连接部和顶部，连接部的截面面积小于顶部的截面面积和底部的截面面积，透明粘结层包裹在金属颗粒外，可以被工字型的凹陷处锁住，金属颗粒与透明粘结层之间形成牢固连接；工字型的底部与窗口层形成合金，金属颗粒与窗口层之间也形成牢固连接，通过金属颗粒可以有效增强窗口层和透明粘结层之间粘结的牢固程度。而且，窗口层设置透明粘结层的表面形成凸起部和凹陷部，凹凸不平的曲面也有利于增强窗口层和透明粘结层之间粘结的牢固程度。

综上，本发明实施例通过在窗口层设置透明粘结层的表面形成凸起部和凹陷部，并在凸起部和凹陷部上间隔设置若干金属颗粒，可以有效避免窗口层和透明基板分离，提高LED芯片的稳定性和可靠性，延长LED芯片的使用寿命。

可选地，底部51的组成材料可以与窗口层31的组成材料固态共融，连接部52的组成材料的熔点可以低于顶部53的组成材料的熔点。

底部的组成材料与窗口层的组成材料固态共融，将金属颗粒的温度升高，底部和窗口层相互熔合，此时再将金属颗粒的温度降低即可形成合金。连接部的组成材料的熔点低于顶部的组成材料的熔点，先将金属颗粒的温度升高至连接部和顶部的熔点之间，熔点较低的连接部熔化变形，在重力作用下下陷而内凹，熔点较高的顶部保持固态，金属颗粒整体呈现工字型，此时再将金属颗粒的温度降低至连接部的熔点以下，连接部凝固定形，形成工字型的金属颗粒。

进一步地，底部51的组成材料可以采用AuBe，连接部52的组成材料可以采用Au，顶部53的组成材料可以采用TiW。

窗口层的组成材料通常采用GaP，透光性和导电性均较好，既能避免吸收有源层发出的光线，又能达到扩展电流的目的。AuBe与GaP之间可以较好地形成合金(即AuBeGaP)，Au和TiW的熔点相差较大，有利于金属颗粒形成工字型。而且Au与AuBe具有相同元素，匹配性较好，同时Au的柔韧性较好，可以有效释放与异质材料TiW之间失配所产生的应力。因此，AuBe/Au/TiW的配合，可以较好的满足金属颗粒的需要。

可选地，如图2所示，连接部52的厚度H2可以为顶部53的厚度H3的1.5倍～2倍，顶部53的厚度H3可以为底部51的厚度H1的20倍～40倍。底部51的厚度H1为底部51在垂直于金属颗粒50的设置表面的方向上的长度，连接部52的厚度H2可以为连接部52在垂直于金属颗粒50的设置表面的方向上的长度，顶部53的厚度H3为顶部53在垂直于金属颗粒50的设置表面的方向上的长度。

底部的厚度远小于连接部和顶部，较薄的底部容易与窗口层形成合金；连接部的厚度与顶部的厚度差不多，且连接部的厚度略大，有利于工字型的形成。

示例性地，底部51的厚度可以为8nm～12nm，如10nm；连接部52的厚度可以为480nm～520nm，如500nm；顶部53的厚度可以为260nm～320nm，如300nm；金属颗粒50在设置表面上的粒径可以为4.8μm～5.2μm，如5μm。进一步地，底部51与窗口层31形成的合金层的厚度可以为48nm～52nm，如50nm。

图3为本发明实施例提供的一种窗口层的俯视图，图4为本发明实施例提供的另一种窗口层的俯视图。参见图3和图4，在实际应用中，窗口层31的第一表面可以具有多个间隔分布的凸起部200和位于各个凸起部200之间的凹陷部300(如图3所示)，也可以具有多个间隔分布的凹陷部300和位于各个凹陷部300之间的凸起部200(如图4所示)。

示例性地，凸起部200或者凹陷部300可以为圆台形、圆锥形、方锥形中的一种。

可选地，如图1所示，透明基板10的第一表面可以具有凸起部200和凹陷部300，透明基板10的第一表面为与透明粘结层20接触的表面；透明基板10的凸起部200的尺寸小于窗口层31的凸起部200的尺寸；或者，透明基板10的凹陷部300的尺寸小于窗口层31的凹陷部300的尺寸。

透明基板采用材料的硬度较大，可以有效抵挡表面粗化过程中的作用力，即使凸起部或者凹陷部的分布很密集，也不容易受损。而当凸起部或者凹陷部的分布很密集时，表面粗化的效果越明显，因此透明基板的凸起部或者凹陷部的尺寸较小，分布比较密集。而窗口层采用材料的硬度较小，如果凸起部或者凹陷部的分布过于密集，则容易造成窗口层受损，因此窗口层的凸起部或者凹陷部的尺寸较大，分布比较疏松。

在实际应用中，当透明基板和窗口层均具有多个凸起部和位于多个凸起部之间的凹陷部时，则透明基板的各个凸起部的尺寸小于窗口层的每个凸起部的尺寸；当透明基板和窗口层均具有多个凹陷部和位于多个凹陷部之间的凸起部时，则透明基板的各个凹陷部的尺寸小于窗口层的每个凹陷部的尺寸。

示例性地，凸起部的尺寸可以包括凸起部的高度、凸起部的底面面积、凸起部之间的距离中的至少一个，凹陷部的尺寸可以包括凹陷部的深度、凹陷部的开口面积、凹陷部之间的距离中的至少一个。例如，透明基板的凸起部的底面面积和凸起部之间的距离均小于窗口层，或者透明基板的凹陷部的底面面积和凹陷部之间的距离均小于窗口层，即可实现透明基板的凸起部的分布密度大于窗口层。

在实际应用中，透明基板10的凸起部200的高度可以等于窗口层31的凸起部200的高度，或者，透明基板10的凹陷部300的深度可以等于窗口层31的凹陷部300的深度。进一步地，凸起部200的高度或者凹陷部300的深度可以为0.8μm～1.2μm，如1μm，可以有效降低窗口层和透明粘结层的交界面、透明基板和透明粘结层的交界面的应力的分布密度，避免窗口层和透明基板分离。

可选地，窗口层31的第一表面可以为粗化表面，即凸起部200和凹陷部300均为凹凸不平的曲面，以改变光的方向，提高LED芯片的出光效率。

在实际应用中，粗化表面可以通过低温生长窗口层的表面，降低窗口层表面的生长质量，使得窗口层的表面自然粗化的方式实现。

图5为本发明实施例提供的一种凸起部的结构示意图，图6为本发明实施例提供的另一种凸起部的结构示意图。参见图5和图6，可选地，凸起部200或者凹陷部300可以具有一个台阶(如图5所示)，也可以具有多个台阶(如图6所示)。

通过在凸起部和凹陷部上设置台阶，可以进一步分散窗口层和透明粘结层的交界面的应力分布，避免窗口层和透明粘结层的交界面应力将窗口层与透明基板分离。

在实际应用中，当凸起部200或者凹陷部300具有一个台阶时，此时台阶数量较少，将凸起部和凹陷部的形成工艺再执行一次即可，即先采用光刻技术和刻蚀技术形成凸起部和凹陷部，再采用光刻技术和刻蚀技术形成台阶，实现更为简单方便。当凸起部200或者凹陷部300具有多个台阶时，此时台阶数量较多，如果采用凸起部和凹陷部的形成工艺依次形成，则工艺步骤较多，实现成本较高，因此可以先采用光刻技术和刻蚀技术形成凸起部和凹陷部，再向凸起部和凹陷部上喷射混有高密度蓝宝石颗粒的旋转涂布玻璃(英文：spin onglass coating，简称：SOG)作为掩膜，进行全面刻蚀，这样可以同时形成多个台阶，大大简化实现工艺。

可选地，如图1所示，透明基板10的第二表面具有多个间隔分布的凸块400，透明基板10的第二表面与透明基板10的第一表面相对；凸块400的侧面与凸块400的底面之间的夹角可以为65°～75°，凸块400的底面为凸块400与透明基板10接触的表面，凸块400的侧面为与凸块400的底面相邻的表面。通过设置截面面积沿设置方向逐渐减小的凸块，并控制凸块的侧面与底面之间的夹角，使射向凸块侧面的光线由于全反射而改变方向，集中从凸块顶面射出，提高LED芯片的出光效率。

进一步地，如图1所示，凸块400的高度H可以为1.8μm～2.2μm，如2μm；凸块400的顶面与凸块400的底面的面积之比可以为80％～85％，如82.3％；相邻两个凸块400之间的距离可以为0，以充分利用透明基板10的粗化表面调整出光方向，提高LED芯片的出光效率。

示例性地，凸块400可以为圆台形。

进一步地，如图1所示，该发光二极管芯片还可以包括增透膜60，增透膜60设置在透明基板10上，透明基板10设置增透膜60的表面与透明基板10设置透明粘结层20的表面相反。增透膜与圆台配合，进一步提高LED芯片的出光效率。

示例性地，增透膜60的材料可以采用氮氧化硅，折射率调节方便，且实现成本低。增透膜60的厚度可以为3.8μm～4.2μm，如4μm，以充分填满圆台之间的空隙，促进LED芯片出光效率的提升。

可选地，透明粘结层20的材料可以采用氮氧化硅。图7为本发明实施例提供的透明粘结层中氮组分的含量的分布图。参见图7，透明粘结层20中氮组分的含量自透明基板10向窗口层31的方向先逐渐减小再逐渐增大。

利用透明粘结层将透明基板和窗口层键合在一起时，透明粘结层在键合界面处的氮组分含量达到最低，-OH离子的浓度达到最高，有利于两个表面键合在一起。而透明粘结层在设置表面处氮组分含量达到最高，强度达到最大，固定较为牢固。同时透明粘结层中氮组分的含量逐渐变化，折射率相应渐变，可以避免折射率突变影响LED芯片的出光效率。

在实际应用中，透明粘结层20的材料也可以采用ZnO、SiN、ITO、In₂O₃、SnO₂、TiO₂、ZrO₂中的一种或多种。

示例性地，透明粘结层20的厚度可以为4μm～6μm。

可选地，透明基板10的材料可以为蓝宝石、磷化镓、碳化硅、氧化铝、氧化锌、氮化硅和玻璃中的一种。其中，透明基板10的材料可以优选蓝宝石，光透过率高，材料坚硬，化学性质稳定。

示例性地，透明基板10的厚度可以为110μm～130μm，如120μm。

可选地，窗口层31采用的材料可以为GaP，P型限制层32采用的材料可以为P型掺杂的AlInP，有源层33采用的材料可以为未掺杂的AlInGaP，N型限制层34采用的材料可以为N型掺杂的AlInP，N型电极41采用的材料可以为金锗合金，P型电极42采用的材料可以为金铍合金。

示例性地，窗口层31的厚度可以为5.5μm～6.5μm，如6μm。

本发明实施例提供了一种发光二极管芯片的制作方法，适用于制作图1所示的发光二极管芯片。图8为本发明实施例提供的一种发光二极管芯片的制作方法的流程图。参见图8，该制作方法包括：

步骤201：提供一外延片，外延片包括依次层叠的衬底、N型限制层、有源层和P型限制层和窗口层。

可选地，该步骤201可以包括：

采用金属有机化合物化学气相沉淀(英文：Metal-organic Chemical VaporDeposition，简称：MOCVD)技术在衬底上依次生长N型限制层、有源层和P型限制层和窗口层。

在实际应用中，通常先在衬底上生长腐蚀停止层，再在腐蚀停止层上依次生长N型限制层、有源层和P型限制层和窗口层，从而在后续湿法腐蚀去除衬底的过程中，利用腐蚀停止层对N型限制层、有源层和P型限制层和窗口层进行保护。

进一步地，在生长N型限制层之前，还可以先生长电流扩展层，以对N型电极注入的电流进行扩展。示例性地，电流扩展层的材料可以为N型掺杂的AlGaInP。

可选地，在步骤201之后，该制作方法还可以包括：

对窗口层的表面进行粗化。

在实际应用中，可以在窗口层的生长后期降低窗口层的生长温度，使窗口层的晶体质量变差，表面自然粗化，这样粗化图形的尺寸较小，可以与凸起部和凹陷部配合。

步骤202：在窗口层的第一表面形成凸起部和凹陷部。

可选地，该步骤202可以包括：

采用光刻技术在窗口层的表面形成设定图形的光刻胶；

干法刻蚀没有光刻胶覆盖的窗口层，形成凸起部和凹陷部；

去除光刻胶。

在实际应用中，可以利用正性光刻胶曝光显影的特点，使图形边缘的光刻胶上面的部分曝光溶解，图形边缘的光刻胶下面的部分未曝光保留，干法刻蚀形成的凸起部呈圆台形、圆锥形或者方锥形等侧面倾斜的形状。

进一步地，在步骤202之后，还可以再次利用光刻技术和干法刻蚀，在凸起部和凹陷部连接面形成一个台阶；或者，通过向凸起部和凹陷部上喷射混有高密度蓝宝石颗粒的SOG并进行全面刻蚀，在凸起部和凹陷部连接面同时形成多个台阶。

步骤203：在凸起部和凹陷部上间隔设置若干金属颗粒。

在本实施例中，每个金属颗粒呈工字型，工字型包括依次设置在窗口层的第一表面上的底部、连接部和顶部，底部与金属颗粒的设置表面形成合金。

可选地，该步骤203可以包括：

采用光刻技术在凸起部和凹陷部上形成设定图形的光刻胶；

在光刻胶和窗口层上依次沉积底部的组成材料、连接部的组成材料、顶部的组成材料，底部的组成材料与窗口层的组成材料固态共融，连接部的组成材料的熔点低于顶部的组成材料的熔点；

去除光刻胶，留下间隔设置在窗口层上的若干金属颗粒；

对若干金属颗粒进行快速退火，底部在快速退火的过程中与窗口层形成合金，连接部在快速退火的过程中先熔化变形再凝固定形，顶部在快速退火过程中保持不变。

在本实施例中，快速退火是指用各种热辐射源，直接照射在样品表面上，迅速将样品加热至设定温度并在设定时间内完成退火。进一步地，快速退火的温度为500℃，快速退火的时间可以为30分钟。

在实际应用中，也可以预先制作好金属颗粒(是否呈工字型都行)，再将其铺设在凸起部和凹陷部上，最后对金属颗粒进行快速退火。

步骤204：在若干金属颗粒和窗口层上形成透明粘结层。

可选地，透明粘结层的厚度可以为2.5μm～3.5μm，如3μm。进一步地，透明粘结层中氮组分的含量可以沿生长方向逐渐减小。

在实际应用中，该步骤204可以采用化学气相沉积(英文：Chemical VaporDeposition，简称：CVD)技术形成。进一步地，沉积的温度可以为200℃，反应气体为笑气和氨气。例如，先在初始阶段，反应室内通入的笑气和氨气的流量比可以为10:1，以形成氮组分含量较高的氮氧化硅；然后逐步提高反应室内通入的笑气和氨气的流量比，形成的氮氧化硅中氮组分的含量逐渐减小；最后在结束阶段，反应室内通入的笑气和氨气的流量比变为20:1，形成的氮氧化硅中氮组分的含量达到最低。

可选地，在步骤204之后，该制作方法还可以包括：

对透明粘结层的表面进行抛光处理。

进一步地，抛光掉的透明粘结层的厚度可以为0.8μm～1.2μm，如1μm，使透明粘结层的表面粗糙度达到Ra0.2的级别。

步骤205：利用透明粘结层将透明基板键合在窗口层上。

图9为本发明实施例提供的键合透明基板和窗口层的流程图。参见图9，可选地，该步骤205可以包括：

步骤2051，在透明基板上形成透明粘结层，透明基板上形成的透明粘结层采用的材料与窗口层上形成的透明粘结层采用的材料相同。

可选地，该步骤2051可以与步骤204类似，在此不再详述。

在本实施例中，透明基板上形成的透明粘结层中氮组分的含量也可以沿生长方向逐渐减小。当透明基板上形成的透明粘结层和窗口层上形成的透明粘结层键合在一起时，透明基板上形成的透明粘结层和窗口层上形成的透明粘结层中氮组分含量最低的部分键合在一起，使得形成的透明粘结层整体中氮组分的含量先逐渐减小再逐渐增大。

步骤2052，利用压力将透明基板上形成的透明粘结层与窗口层上形成的透明粘结层键合在一起。

可选地，在步骤2052之前，该制作方法还可以包括：

利用氨水对透明基板上形成的透明粘结层的表面和窗口层上形成的透明粘结层的表面进行处理；

将透明基板上形成的透明粘结层和窗口层上形成的透明粘结层置于电场环境中，并利用氧气对透明基板上形成的透明粘结层的表面和窗口层上形成的透明粘结层的表面进行处理。

先利用氨水对透明粘结层的表面进行处理，再在电场环境中利用氧气对透明粘结层的表面进行处理，可以有效活化透明粘结层的表面的-OH离子，从而得到良好的键合效果。

在实际应用中，在上述处理的30分钟内将透明基板上形成的透明粘结层与窗口层上形成的透明粘结层键合在一起，可以得到较好的键合效果。

进一步地，键合时的温度可以为280℃～320℃，如300℃，以保证键合表面的清洁。键合时的压力可以为10吨，即可绑定牢固。

步骤206：去除衬底。

可选地，该步骤206可以通过湿法腐蚀实现。

在实际应用中，在衬底去除之后，会将腐蚀停止层也去除。

步骤207：设置N型电极和P型电极，形成发光二极管芯片。

图10为本发明实施例提供的设置N型电极和P型电极的流程图。参见图10，可选地，该步骤207可以包括：

步骤2071，在N型限制层上开设延伸至P型限制层的凹槽。

可选地，该步骤2071可以包括：

采用光刻技术在N型限制层上形成设定图形的光刻胶；

干法刻蚀没有光刻胶覆盖的N型限制层和有源层，形成凹槽；

去除光刻胶。

步骤2072，在N型限制层上设置N型电极，在凹槽内的P型限制层上设置P型电极。

可选地，该步骤2072可以包括：

采用光刻技术形成设定图形的光刻胶；

采用CVD技术在整个表面铺设电极材料；

去除光刻胶和光刻胶上铺设的电极材料，留下的电极材料形成N型电极和/或P型电极。

进一步地，可以利用负性光刻胶曝光保留的特点，使得图形边缘的光刻胶的上部分曝光保留下来，图形边缘的光刻胶的下部分未曝光去除，沉积在光刻胶之间的电极材料形成梯形侧面。

在实际应用中，如果N型电极和P型电极的材料相同，则N型电极和P型电极可以同时形成，上述步骤执行一次即可。如果N型电极和P型电极的材料不同，则N型电极和P型电极可以分别形成，上述步骤需要执行两次。

另外，可以控制N型电极和P型电极的沉积功率，如10kw，避免沉积时间超过5秒钟而造成合金成分的偏离。

可选地，该制作方法可以包括：

在N型限制层上除N型电极的设置区域之外的区域、凹槽内除P型电极的设置区域之外的区域上铺设钝化保护层。

可选地，钝化保护层可以包括依次层叠的氧化硅层和氮化硅层，氧化硅层的粘附性较好，有利于钝化保护层铺设的牢固性；氮化硅层的致密性较高，可以有效阻挡空气中的氧气和水蒸气腐蚀LED。

进一步地，该制作方法可以包括：

在钝化保护层上间隔设置N型焊盘和P型焊盘。

在本实施例中，N型焊盘通过钝化保护层上的通孔与N型电极电连接，P型焊盘通过钝化保护层上的通孔与P型电极电连接。

可选地，N型焊盘和P型焊盘的设置方式可以与N型电极和P型电极的设置方式类似，在此不再详述。

在实际应用中，N型焊盘的表面和P型焊盘的表面在同一水平面上。

图11为本发明实施例提供的发光二极管芯片的后续工艺的流程图。参见图11，可选地，该制作方法还可以包括：

步骤301，减薄透明基板。

可选地，减薄后的基板的厚度可以为110μm～130μm，如120μm。在保证支撑强度的情况下，减少光线在透明基板内的损失。

步骤302，对透明基板的表面进行粗化。

可选地，该步骤302可以包括：

采用光刻技术在透明基板上形成设定图形的光刻胶；

干法刻蚀透明基板。

在实际应用中，光刻胶可以采用STEPPER光刻机形成，光刻机的分辨率在0.2μm以上，可以满足刻蚀精度的要求。另外，干法刻蚀时需要保证底座的冷却效果，同时控制干法刻蚀的速率为0.01微米/分钟，使光刻胶的温度升高幅度在30℃以下，避免光刻胶的形貌变形，进而保证圆台的形貌结构。

步骤303，在透明基板上形成增透膜。

可选地，增透膜的材料可以采用氮氧化硅，实现成本低，而且出光效率高。

步骤304，切割基板，得到至少两个相互独立的芯片。

在实际应用中，切割可以先利用隐形切割技术进行划裂，再劈开即可，有利于控制切割方向，减少损失。

步骤305，对芯片进行测试。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发光二极管芯片，其特征在于，所述发光二极管芯片包括透明基板(10)、透明粘结层(20)、窗口层(31)、P型限制层(32)、有源层(33)、N型限制层(34)、N型电极(41)、P型电极(42)和若干金属颗粒(50)；所述透明基板(10)、所述透明粘结层(20)、所述窗口层(31)、所述P型限制层(32)、所述有源层(33)、所述N型限制层(34)依次层叠设置，所述N型限制层(34)上设有延伸至所述P型限制层(32)的凹槽(100)，所述N型电极(41)设置在所述N型限制层(34)上，所述P型电极(42)设置在所述凹槽(100)内的P型限制层(32)上；

所述窗口层(31)的第一表面具有凸起部(200)和凹陷部(300)，所述窗口层(31)的第一表面为所述透明粘结层(20)所在的表面，所述若干金属颗粒(50)间隔设置在所述凸起部(200)和所述凹陷部(300)上；每个所述金属颗粒(50)呈工字型，所述工字型包括依次设置在所述窗口层(31)的第一表面上的底部(51)、连接部(52)和顶部(53)；所述底部(51)与所述金属颗粒(50)的设置表面形成合金。

2.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述底部(51)的组成材料与所述窗口层(31)的组成材料固态共融，所述连接部(52)的组成材料的熔点低于所述顶部(53)的组成材料的熔点。

3.根据权利要求2所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述底部(51)的组成材料采用AuBe，所述连接部(52)的组成材料采用Au，所述顶部(53)的组成材料采用TiW。

4.根据权利要求1～3任一项所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述连接部(52)的厚度H2为所述顶部(53)的厚度H3的1.5倍～2倍，所述顶部(53)的厚度H3为所述底部(51)的厚度H1的20倍～40倍，所述底部(51)的厚度H1、所述连接部(52)的厚度H2、所述顶部(53)的厚度H3依次为所述底部(51)、所述连接部(52)、所述顶部(53)在垂直于所述金属颗粒(50)的设置表面的方向上的长度。

5.根据权利要求1～3任一项所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述透明基板(10)的第一表面具有凸起部(200)和凹陷部(300)，所述透明基板(10)的第一表面为与所述透明粘结层(20)接触的表面；所述透明基板(10)的凸起部(200)的尺寸小于所述窗口层(31)的凸起部(200)的尺寸；或者，所述透明基板(10)的凹陷部(300)的尺寸小于所述窗口层(31)的凹陷部(300)的尺寸。

6.根据权利要求1～3任一项所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述凸起部(200)或者所述凹陷部(300)具有一个或多个台阶。

7.根据权利要求1～3任一项所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述透明基板(10)的第二表面具有多个间隔分布的凸块(400)，所述透明基板(10)的第二表面与所述透明基板(10)的第一表面相对，所述透明基板(10)的第一表面为与所述透明粘结层(20)接触的表面；所述凸块(400)的侧面与所述凸块(400)的底面之间的夹角为65°～75°，所述凸块(400)的底面为所述凸块(400)与所述透明基板(10)接触的表面，所述凸块(400)的侧面为与所述凸块(400)的底面相邻的表面。

8.根据权利要求1～3任一项所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述透明粘结层(20)的材料采用氮氧化硅，所述透明粘结层(20)中氮组分的含量自所述透明基板(10)向所述窗口层(31)的方向先逐渐减小再逐渐增大。

9.一种发光二极管芯片的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：

提供一外延片，所述外延片包括依次层叠的衬底、N型限制层、有源层、P型限制层和窗口层；

在所述窗口层的第一表面形成凸起部和凹陷部；

在所述凸起部和所述凹陷部上间隔设置若干金属颗粒，每个所述金属颗粒呈工字型，所述工字型包括依次设置在所述窗口层的第一表面上的底部、连接部和顶部，所述底部与所述金属颗粒的设置表面形成合金；

在所述若干金属颗粒和所述窗口层上形成透明粘结层；

利用所述透明粘结层将透明基板键合在所述窗口层上；

去除所述衬底；

设置N型电极和P型电极，形成发光二极管芯片。

10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述在所述凸起部和所述凹陷部上间隔设置若干金属颗粒，包括：

采用光刻技术在所述凸起部和所述凹陷部上形成设定图形的光刻胶；

在所述光刻胶和所述窗口层上依次沉积所述底部的组成材料、所述连接部的组成材料、所述顶部的组成材料，所述底部的组成材料与所述窗口层的组成材料固态共融，所述连接部的组成材料的熔点低于所述顶部的组成材料的熔点；

去除所述光刻胶，留下间隔设置在所述窗口层上的若干金属颗粒；

对所述若干金属颗粒进行快速退火，所述底部在快速退火的过程中与所述窗口层形成合金，所述连接部在快速退火的过程中先熔化变形再凝固定形，所述顶部在快速退火过程中保持不变。