CN110491977A - 一种led芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED芯片及其制作方法,包括衬底,依次设于衬底上的第一半导体层、有源层、第二半导体层,第一电极和第二电极,还包括裸露区域和n个孔洞,n≥2,n个孔洞形成阶梯结构,第1个孔洞的直径到第n个孔洞的直径依次递减,所述第一电极设置在裸露出来的第一半导体层上并延伸至n个孔洞内,所述第二电极设置在第二半导体层上。本发明通过n个孔洞来增加第一电极和第一半导体层的接触面积,从而使第一电极与第一半导体层结合得更加牢固,从而提高后续封装打线的可靠性,以及提高芯片的电流扩展能力。
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。
发光二极体目前已经发展成为一个通用的照明,对产品的特性要求也越来越高。一般要求是到亮度、低电压,高可靠性。
图1是现有的LED芯片结构示意图,现有的LED芯片,一般对外延层进行刻蚀,刻蚀至N型GaN层23,以形成裸露区域24,然后在裸露出来的N型GaN层23上形成N电极31。其中,N电极31与N型GaN层23的接触面为平面,接触面积相对较少,不利于电流的扩展。此外,在后续的封装打线中,N电极31容易出现掉电极,可靠性低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,提供一种LED芯片及其制作方法,增加电极接触面积和结合力,提高芯片的电流扩展能力,降低芯片电压,以及提高芯片的可靠性。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种LED芯片,包括衬底,依次设于衬底上的第一半导体层、有源层、第二半导体层,第一电极和第二电极,还包括裸露区域和n个孔洞,n≥2,所述裸露区域从第二半导体层刻蚀至第一半导体层,以将第一半导体层裸露出来,n个孔洞均位于第一半导体层内,第1个孔洞位于裸露区域的下方,且与裸露区域连通,第n个孔洞位于第(n-1)个孔洞的下方,且与第(n-1)个孔洞连通,n个孔洞形成阶梯结构,第1个孔洞的直径到第n个孔洞的直径依次递减,所述第一电极设置在裸露出来的第一半导体层上并延伸至n个孔洞内,所述第二电极设置在第二半导体层上。
作为上述方案的改进,所述裸露区域和n个孔洞的总深度为0.7~1.5μm。
作为上述方案的改进,第1个孔洞的深度为(0.06~0.1)*nμm,第2个孔洞的深度为(0.06~0.1)*(n-1)μm,第n个孔洞的深度为(0.06~0.1)*1μm。
作为上述方案的改进,第1个孔洞的深度为0.08*nμm,第2个孔洞的深度为0.08*(n-1)μm,第n个孔洞的深度为0.08*1μm。
作为上述方案的改进,所述孔洞的侧壁与底部形成一倾斜角度,所述倾斜角度为120~150度。
作为上述方案的改进,所述第一电极包括第一金属层和第二金属层,所述第一金属层设置在第一半导体层上并填充在孔洞内,所述第二金属层覆盖在第一金属层上,将第一金属层裸露出来的部分包裹,第一金属层的润湿性小于第二金属层的润湿性。
作为上述方案的改进,所述第一金属层还包括Cr、Al和Pt中一种或几种金属。
相应地,本发明还提供了一种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,形成裸露区域;
对裸露出来的第一半导体层进行刻蚀,形成第1个孔洞;
沿着第1个孔洞继续刻蚀,形状第2个孔洞;
沿着第(n-1)个孔洞继续刻蚀,形成第n个孔洞,其中,第1个孔洞的直径到第n个孔洞的直径依次递减,n个孔洞形成阶梯结构;
在裸露出来的第一半导体上及n个孔洞内形成第一电极,在第二半导体层上形成第二电极。
作为上述方案的改进,采用黄光开图和化学药剂腐蚀来蚀刻外延层,以形成裸露区域和n个孔洞。
作为上述方案的改进,所述化学药剂为KOH或H3PO4溶液,其中,将外延层浸泡在80~90℃的腐蚀溶液中20~40min。
实施本发明,具有如下有益效果:
本发明的提供的一种LED芯片,包括衬底,依次设于衬底上的第一半导体层、有源层、第二半导体层,第一电极和第二电极,还包括裸露区域和n个孔洞,n≥2,本发明的第一电极不仅与裸露出来的第一半导体层表面结合,而且还通过n个阶梯状结构的孔洞伸入到第一半导体层内,与第一半导体层的内部结合。
本发明通过n个孔洞来增加第一电极和第一半导体层的接触面积,从而使第一电极与第一半导体层结合得更加牢固,从而提高后续封装打线的可靠性。此外,由于第一电极和第一半导体层的接触面积增加,两者之间的电流扩展性能也相应增加,从而可以还提高芯片整体的电流扩展性能,降低芯片的电压,提高光效。
发明对第一电极的结构进行了特殊设计,以配合孔洞的形状和大小,以保证第一电极能够在第一孔洞内形成,同时增强两者的结合力。
附图说明
图1是现有LED芯片的结构示意图;
图2是本发明第一方案LED芯片的结构示意图;
图3是本发明第二方案LED芯片的结构示意图;
图4a是本发明第一方案LED芯片在形成外延层后的结构示意图;
图4b是本发明第一方案LED芯片在形成裸露区域后的结构示意图;
图4c是本发明第一方案LED芯片在形成第1个孔洞后的结构示意图;
图4d是本发明第一方案LED芯片在形成第2个孔洞后的结构示意图;
图4e是本发明第一方案LED芯片在形成第3个孔洞后的结构示意图。
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2,本发明提供的一种LED芯片,包括衬底10,依次设于衬底10上的第一半导体层20、有源层30、第二半导体层40,第一电极51、第二电极52、裸露区域61和孔洞62。
本发明的裸露区域61从第二半导体层40刻蚀至第一半导体层20,以将第一半导体层20裸露出来。所述裸露区域61为第一电极51的预设区域,现有的第一电极51就是设置在裸露出来的第一半导体层20上。
本发明的孔洞62有n个,n≥2。n个孔洞62均位于第一半导体层20内,即孔洞62没有贯穿第一半导体层20。
具体的,第1个孔洞62位于裸露区域61的下方,且与裸露区域61连通。即,第1个孔洞62沿着裸露区域61继续刻蚀第一半导体层20。第n个孔洞62位于第(n-1)个孔洞62的下方,且与第(n-1)个孔洞62连通。即,后一个孔洞62沿着前一个孔洞62继续刻蚀第一半导体层20。
本发明的n个孔洞62形成阶梯结构。优选的,第1个孔洞62的直径到第n个孔洞62的直径依次递减。
本发明的第一电极51设置在裸露出来的第一半导体层20上并延伸至n个孔洞62内,本发明的第二电极52设置在第二半导体层40上。
与现有技术相比,本发明的第一电极不仅与裸露出来的第一半导体层表面结合,而且还通过n个阶梯状结构的孔洞伸入到第一半导体层内,与第一半导体层的内部结合。
本发明通过n个孔洞来增加第一电极和第一半导体层的接触面积,从而使第一电极与第一半导体层结合得更加牢固,从而提高后续封装打线的可靠性。此外,由于第一电极和第一半导体层的接触面积增加,两者之间的电流扩展性能也相应增加,从而可以还提高芯片整体的电流扩展性能,降低芯片的电压,提高光效。
需要说明的是,裸露区域和n个孔洞的刻蚀深度对芯片的整体光电性能起着重要的影响,其与第一半导体层、有源层和第二半导体层的厚度有着一定的联系。优选的,裸露区域和n个孔洞的总深度为0.7~1.5μm。
本发明每一个孔洞的刻蚀深度是不一样的,优选的,第1个孔洞的深度为(0.06~0.1)*nμm,第2个孔洞的深度为(0.06~0.1)*(n-1)μm,第n个孔洞的深度为(0.06~0.1)*1μm。本发明n个孔洞的刻蚀深度是依次递减的,因为n个孔洞的直径是依次递减的,这样便于蚀刻形成孔洞。此外,本发明越靠近衬底的孔洞直径和深度越小,这样可以避免刻蚀时对衬底造成损伤,防止衬底与第一半导体层发生脱离和出现裂痕,保证芯片的整体质量。
优选的,第1个孔洞的深度为0.08*nμm,第2个孔洞的深度为0.08*(n-1)μm,第n个孔洞的深度为0.08*1μm。
更优的,第1个孔洞的深度为0.24μm,第2个孔洞的深度为0.16μm,第3个孔洞的深度为0.08μm。
参见图3,图3是本发明另一优选方案的LED芯片的结构示意图,为了进一步增加第一电极和第一半导体层的接触面积,本发明每个孔洞的侧壁与底部形成一倾斜角度θ,优选的,所述倾斜角度θ为120~150度。
由于本发明的第一电极需要伸入到第一电极内,以增加两者的结构力,因此本发明对第一电极的结构进行了特殊设计,以配合孔洞的形状和大小,以保证第一电极能够在第一孔洞内形成,同时增强两者的结合力。具体的,本发明的第一电极51包括第一金属层511和第二金属层512,所述第一金属层511设置在第一半导体层20上并填充在孔洞62内,所述第二金属层512覆盖在第一金属层511上,将第一金属层511裸露出来的部分包裹。其中,第一金属层511的润湿性小于第二金属层522的润湿性。
润湿性是材料表面的重要特性之一,通过静态接触角来表征,影响润湿性的因素主要是材料表面的化学组成和微观结构,主要通过表面修饰和表面微造型来改变材料表面润湿性。具体的,所述润湿性大的金属在高温、超声或真空状态下不容易发生收缩;而润湿性小的金属在高温、超声或真空状态下容易发生收缩,并产生金属迁移,其中,润湿性大的金属在迁移的时候遇到润湿性小金属,则会在润湿性小的金属上发生团聚,进行二次生长,增加其金属层的厚度。
优选的,所述第一金属层511至少包括Cu、Co、Fe和Zn中的一种或几种金属,以上金属为润湿性小的金属或不具有润湿性的金属。所述第二金属层512至少包括Ni、Au、Ti和In中的一种或几种金属,以上金属为润湿性大的金属。
本发明的第一电极在高温、超声波或真空状态下,第二金属层的金属会迁移到第一金属层上,从而发生团聚、进行二次生长,由于第二金属层将第一金属层包裹住,这样在金属发生团聚时,可以加强第一金属层与第一半导体层的结合力,进一步减少掉电极发生的概率,提高芯片的可靠性。
为了进一步提高第一电极与第一半导体层之间的电流扩展性能,本发明的第一金属层还包括Cr、Al和Pt中一种或几种金属。
优选的,第一金属层的结构为Cr/Cu/Co/Zn/Pt,Cr作为底层,其作用是为了其它金属层更好地附着在第一半导体层上,防止掉电极。Pt作为顶层,可以保护整个电极。
本发明通过第一电极的结构与n个孔洞的结构相配合,进一步提高第一电极和第一半导体层的结合力,提到芯片的电流扩展能力。
相应地,本发明还提供了一种LED芯片的制作方法,包括以下步骤:
一、参见图4a,在衬底10上形成外延层,所述外延层包括依次设于衬底10上的第一半导体层20、有源层30和第二半导体层40;
二、参见图4b,对所述外延层进行刻蚀,刻蚀至第一半导体层20,形成裸露区域61,将部分的第一半导体层20裸露出来;
三、参见图4c,对裸露出来的第一半导体层20进行刻蚀,形成第1个孔洞62;
四、参见图4d,沿着第1个孔洞62继续刻蚀,形状第2个孔洞63;
五、参见图4e,沿着第2个孔洞63继续刻蚀,形成第3个孔洞64;
六、参见图2,在裸露出来的第一半导体层20上及3个孔洞内形成第一电极51,在第二半导体层40上形成第二电极52。
需要说明的是,第1个孔洞62的直径>第2个孔洞63的直径>第3个孔洞64的直径。本实施例3个孔洞的直径依次递减,3个孔洞形成阶梯结构;
具体的,采用黄光开图和化学药剂腐蚀来蚀刻外延层,以形成裸露区域和3个孔洞。
为了提高蚀刻速度和蚀刻精度,本发明的化学药剂为KOH或H3PO4溶液,其中,将外延层浸泡在80~90℃的腐蚀溶液中20~40min。
需要说明的是,本发明还可以通过ICP刻蚀的方法来形成裸露区域和孔洞。
本发明LED芯片的制作方法,操作简单,不需要增加额外的设备和试剂。
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LED芯片,包括衬底,依次设于衬底上的第一半导体层、有源层、第二半导体层,第一电极和第二电极,其特征在于,还包括裸露区域和n个孔洞,n≥2,所述裸露区域从第二半导体层刻蚀至第一半导体层,以将第一半导体层裸露出来,n个孔洞均位于第一半导体层内,第1个孔洞位于裸露区域的下方,且与裸露区域连通,第n个孔洞位于第(n-1)个孔洞的下方,且与第(n-1)个孔洞连通,n个孔洞形成阶梯结构,第1个孔洞的直径到第n个孔洞的直径依次递减,所述第一电极设置在裸露出来的第一半导体层上并延伸至n个孔洞内,所述第二电极设置在第二半导体层上。
2.如权利要求1所述的LED芯片,其特征在于,裸露区域和n个孔洞的总深度为0.7~1.5μm。
3.如权利要求2所述的LED芯片,其特征在于,第1个孔洞的深度为(0.06~0.1)*nμm,第2个孔洞的深度为(0.06~0.1)*(n-1)μm,第n个孔洞的深度为(0.06~0.1)*1μm。
4.如权利要求3所述的LED芯片,其特征在于,第1个孔洞的深度为0.08*nμm,第2个孔洞的深度为0.08*(n-1)μm,第n个孔洞的深度为0.08*1μm。
5.如权利要求1所述的LED芯片,其特征在于,所述孔洞的侧壁与底部形成一倾斜角度,所述倾斜角度为120~150度。
6.如权利要求1所述的LED芯片,其特征在于,所述第一电极包括第一金属层和第二金属层,所述第一金属层设置在第一半导体层上并填充在孔洞内,所述第二金属层覆盖在第一金属层上,将第一金属层裸露出来的部分包裹,第一金属层的润湿性小于第二金属层的润湿性。
7.如权利要求6所述的LED芯片,其特征在于,所述第一金属层还包括Cr、Al和Pt中一种或几种金属。
8.一种如权利要求1~7任一项所述的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,形成裸露区域;
对裸露出来的第一半导体层进行刻蚀,形成第1个孔洞;
沿着第1个孔洞继续刻蚀,形状第2个孔洞;
沿着第(n-1)个孔洞继续刻蚀,形成第n个孔洞,其中,第1个孔洞的直径到第n个孔洞的直径依次递减,n个孔洞形成阶梯结构;
在裸露出来的第一半导体上及n个孔洞内形成第一电极,在第二半导体层上形成第二电极。
9.如权利要求8所述的LED芯片的制作方法,其特征在于,采用黄光开图和化学药剂腐蚀来蚀刻外延层,以形成裸露区域和n个孔洞。
10.如权利要求9所述的LED芯片的制作方法,其特征在于,所述化学药剂为KOH或H3PO4溶液,其中,将外延层浸泡在80~90℃的腐蚀溶液中20~40min。
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