CN110600592A - 一种倒装led芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种倒装LED芯片及其制作方法，所述LED芯片包括转移衬底、第一钝化层、透明导电层、外延层、反射层、阻挡层、第二钝化层、第一电极和第二电极，所述第一钝化层设置在转移衬底和透明导电层之间，以将转移衬底固定在透明导电层上，所述外延层设置在透明导电层上，所述反射层设置在外延层上，将外延层发出的光反射到转移衬底一侧，所述阻挡层设置在反射层上，所述第二钝化层设置在阻挡层上，第一电极和第二电极贯穿第二钝化层，第一电极与反射层导电连接，第二电极与透明导电层导电连接，其中，所述外延层发出的光从转移衬底一侧出射。与传统的倒装LED芯片相比，本发明的倒装LED芯片减少了AlN层、缓冲层等大量体材料的吸光影响，出光效率高。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种倒装LED芯片及其制作方法。
背景技术
倒装LED芯片是近几年新型态的LED，主要功能在于无封装制程，大幅节省生产效能，可应用在大电流上，更可以实现超微小mini型态的LED。
参见图1，传统的倒装LED芯片包括依次设于衬底10上的AlN层11、缓冲层12、外延层20、透明导电层30、反射层40、阻挡层50、钝化层60、第一电极71和第二电极72，传统倒装LED芯片的出光面为衬底一侧，现有的衬底一般为蓝宝石衬底，外延层材料为氮化镓材料，为了减少蓝宝石衬底和外延层之间的晶格失配，在形成外延层之前，需要在蓝宝石衬底上形成AlN层、缓冲层等结构，上述结构统称为大量体材料，这些大量体材料会吸收外延层发出的光，从而降低芯片的出光效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种倒装LED芯片及其制作方法，芯片出光效率高。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种倒装LED芯片，包括：转移衬底、第一钝化层、透明导电层、外延层、反射层、阻挡层、第二钝化层、第一电极和第二电极，所述第一钝化层设置在转移衬底和透明导电层之间，以将转移衬底固定在透明导电层上，所述外延层设置在透明导电层上，所述反射层设置在外延层上，将外延层发出的光反射到转移衬底一侧，所述阻挡层设置在反射层上，所述第二钝化层设置在阻挡层上，第一电极和第二电极贯穿第二钝化层，第一电极与反射层导电连接，第二电极与透明导电层导电连接，其中，所述外延层发出的光从转移衬底一侧出射。
作为上述方案的改进，所述外延层包括依次设置的N-GaN层、MQW层和P-GaN层，所述N-GaN层设置在MQW层和反射层之间，所述P-GaN层设置在MQW层和透明导电层之间。
作为上述方案的改进，所述转移衬底为蓝宝石衬底。
作为上述方案的改进，所述第一钝化层由SiO2或Al2O3制成，厚度为4000～8000埃；所述第二钝化层由SiO2、Al2O3或SiNx制成，厚度为6000～10000埃。
作为上述方案的改进，所述反射层为金属反射层，由Ag或Al制成，厚度为1000～3000埃。
相应地，本发明还提供了一种倒装LED芯片的制作方法，包括：
在蓝宝石衬底上依次形成AlN层、缓冲层、外延层、透明导电层和第一键合层；
在转移衬底上形成第二键合层；
将第一键合层和第二键合层进行键合，形成第一钝化层，以将转移衬底固定在透明导电层上；
去除蓝宝石衬底、AlN层和缓冲层，将外延层裸露出来；
在裸露出来的外延层上依次形成反射层、阻挡层和第二钝化层；
对第二钝化层进行刻蚀，刻蚀至透明导电层，形成第一孔洞；
对第二钝化层进行刻蚀，刻蚀至反射层，形成第二孔洞；
在第一孔洞内沉积金属形成第一电极，在第二孔洞内沉积金属形成第二电极。
作为上述方案的改进，所述第一键合层和第二键合层由SiO2或Al2O3制成，厚度为2000～4000埃；通入NH3与H2O2蒸汽，所述第一键合层和第二键合层在温度为280～350℃、压力为1800～2500N的条件下，键合60～90分钟，形成第一钝化层。
作为上述方案的改进，采用剥离的方法去除蓝宝石衬底，所述剥离的方法包括激光烧结、干法刻蚀和研磨；采用干法刻蚀的方法去除AlN层和缓冲层。
作为上述方案的改进，在形成第一电极和第二电极后，还包括以下步骤：
在第一电极、第二电极和第二钝化层上形成第三钝化层；
对第三钝化层进行刻蚀，将第一电极和第二电极裸露出来；
在第三钝化层上形成第三电极和第四电极，第三电极与第一电极连接，第四电极与第二电极连接。
作为上述方案的改进，所述第三钝化层由SiO2、Al2O3或SiNx制成，厚度为6000～10000埃；第三电极和第四电极的面积相同。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明的倒装LED芯片，转移衬底设置在透明导电层上，反射层直接设置在外延层背向转移衬底一侧，所述反射层将外延层发出的光反射到转移衬底一侧出射，外延层发出的光和反射层反射回来的光只需经过转移衬底出射，与传统的倒装LED芯片相比，减少了AlN层、缓冲层等大量体材料的吸光影响，出光效率可以提高2％以上。
本发明通过剥离芯片原有的蓝宝石衬底，以去除蓝宝石衬底和外延层之间的AlN层和缓冲层等大量体材料，防止外延层发出的光被这些材料吸收，从而提高芯片的出光效率；然后通过键合技术，将新的转移衬底键合在透明导电层上，对外延层起到支撑作用。
附图说明
图1是现有倒装LED芯片的结构示意图；
图2是本发明倒装LED芯片的结构示意图；
图3a是本发明在蓝宝石衬底上形成第一键合层后的示意图；
图3b是本发明在转移衬底上形成第二键合层的示意图；
图3c是本发明转移衬底键合在透明导电层上的示意图；
图3d是本发明去除蓝宝石衬底、AlN层和缓冲层后的示意图；
图3e是本发明形成反射层、阻挡层和第二钝化层后的示意图；
图4是本发明倒装LED芯片另一实施例的结构示意图。
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，本发明提供的一种倒装LED芯片，包括：转移衬底1、第一钝化层2、透明导电层3、外延层4、反射层5、阻挡层6、第二钝化层71、第一电极81和第二电极82，所述第一钝化层2设置在转移衬底1和透明导电层3之间，以将转移衬底1固定在透明导电层3上，所述外延层4设置在透明导电层3上，所述反射层5设置在外延层4上，将外延层4发出的光反射到转移衬底1一侧，所述阻挡层6设置在反射层5上，所述第二钝化层71设置在阻挡层6上，第一电极81和第二电极82贯穿第二钝化层，第一电极81与反射层5导电连接，第二电极82与透明导电层3导电连接。
具体的，所述外延层4包括依次设置的N-GaN层41、MQW层42和P-GaN层43，所述N-GaN层41设置在MQW层42和反射层5之间，所述P-GaN层43设置在MQW层42和透明导电层3之间。
本发明的倒装LED芯片，转移衬底设置在透明导电层上，反射层直接设置在外延层背向转移衬底一侧，所述反射层将外延层发出的光反射到转移衬底一侧出射，外延层发出的光和反射层反射回来的光只需经过转移衬底出射，与传统的倒装LED芯片相比，减少了AlN层、缓冲层等大量体材料的吸光影响，出光效率可以提高2％以上。
本发明的转移衬底键合在透明导电层上，对外延层起到支撑作用。优选的，所述转移衬底由高透光率材料制成，所述转移衬底优选为蓝宝石衬底。此外，所述转移衬底还可以为玻璃片、石英片等。
本发明通过第一钝化层将转移衬底固定在透明导电层上。优选的，所述第一钝化层由SiO2或Al2O3制成，厚度为4000～8000埃。其中，SiO2易于获得、成本低，且容易将转移衬底键合在透明导电层上。
需要说明的是，若第一钝化层的厚度小于4000埃，则影响转移衬底和透明导电层之间的结合力；若第一钝化层的厚度大于8000埃，则厚度太厚，影响出光效率。上述厚度范围内的第一钝化层，不仅可以将转移衬底很好地固定在透明导电层上，还不影响出光效率。
为了提高反射层的反射效率，本发明的反射层为金属反射层，由Ag或Al制成，厚度为1000～3000埃。
本发明的第二钝化层用于隔绝第一电极和第二电极，优选的，所述第二钝化层由SiO2、Al2O3或SiNx制成，厚度为6000～10000埃。
相应地，本发明还提供了一种倒装LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
参见图3a，在蓝宝石衬底9上依次形成AlN层91、缓冲层92、外延层4、透明导电层3和第一键合层21。
具体层，所述外延层4包括依次设于蓝宝石衬底9上的N-GaN层41、MQW层42和P-GaN层43。
参见图3b，在转移衬底1上形成第二键合层22。优选的，所述第一键合层和第二键合层由SiO2或Al2O3制成，厚度为2000～4000埃。
参见图3c，将第一键合层21和第二键合层22进行键合，形成第一钝化层2，以将转移衬底1固定在透明导电层3上。具体的，通入NH3与H2O2蒸汽，所述第一键合层和第二键合层在温度为280～350℃、压力为1800～2500N的条件下，键合60～90分钟，形成第一钝化层。
参见图3d，去除蓝宝石衬底9、AlN层91和缓冲层92，将N-GaN层41裸露出来。具体的，采用剥离的方法去除蓝宝石衬底，所述剥离的方法包括激光烧结、干法刻蚀和研磨；采用干法刻蚀的方法去除AlN层和缓冲层。
需要说明的是，剥离出来的蓝宝石衬底可以作为转移衬底重复使用。
参见图3e，在裸露出来的N-GaN层41上依次形成反射层5、阻挡层6和第二钝化层71。
所述反射层为金属反射层，将外延层发出的光反射到转移衬底一侧出射。优选的，所述反射层由Ag或Al制成，厚度为1000～3000埃。
所述阻挡层用于阻挡金属反射层的金属扩散，起保护作用。
所述第二钝化层由SiO2、Al2O3或SiNx制成，厚度为6000～10000埃。第二钝化层将第一电极和第二电极隔绝。
参见图2，对第二钝化层71进行刻蚀，刻蚀至透明导电层3，形成第一孔洞；对第二钝化层71进行刻蚀，刻蚀至反射层5，形成第二孔洞；在第一孔洞内沉积金属形成第一电极81，在第二孔洞内沉积金属形成第二电极82。
需要说明的是，在形成第一电极和第二电极后，还包括以下步骤：参见图4，在第一电极81、第二电极82和第二钝化层71上形成第三钝化层72；对第三钝化层72进行刻蚀，将第一电极81和第二电极82裸露出来；在第三钝化层72上形成第三电极83和第四电极84，第三电极83与第一电极81连接，第四电极84与第二电极82连接。为了便于封装，第三电极83和第四电极84的面积相同。
本发明通过剥离芯片原有的蓝宝石衬底，以去除蓝宝石衬底和外延层之间的AlN层和缓冲层等大量体材料，防止外延层发出的光被这些材料吸收，从而提高芯片的出光效率。然后通过键合技术，将新的转移衬底键合在透明导电层上，对外延层起到支撑作用。
由于剥离衬底后的芯片厚度只有6μm左右，外延层太薄没有支撑，容易碎裂，同时无法进行转移，也无法进行测试分选，本发明将新的转移衬底键合在透明导电层上，对外延层起到支撑作用。
优选的，所述转移衬底由高透光率材料制成，所述转移衬底优选为蓝宝石衬底。芯片原有的剥离出来的蓝宝石衬底可以作为转移衬底重复使用。此外，所述转移衬底还可以为玻璃片、石英片等。
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)
1.一种倒装LED芯片，其特征在于，包括：转移衬底、第一钝化层、透明导电层、外延层、反射层、阻挡层、第二钝化层、第一电极和第二电极，所述第一钝化层设置在转移衬底和透明导电层之间，以将转移衬底固定在透明导电层上，所述外延层设置在透明导电层上，所述反射层设置在外延层上，将外延层发出的光反射到转移衬底一侧，所述阻挡层设置在反射层上，所述第二钝化层设置在阻挡层上，第一电极和第二电极贯穿第二钝化层，第一电极与反射层导电连接，第二电极与透明导电层导电连接，其中，所述外延层发出的光从转移衬底一侧出射。
2.如权利要求1所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述外延层包括依次设置的N-GaN层、MQW层和P-GaN层，所述N-GaN层设置在MQW层和反射层之间，所述P-GaN层设置在MQW层和透明导电层之间。
3.如权利要求1所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述转移衬底为蓝宝石衬底。
4.如权利要求1所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述第一钝化层由SiO2或Al2O3制成，厚度为4000～8000埃；所述第二钝化层由SiO2、Al2O3或SiNx制成，厚度为6000～10000埃。
5.如权利要求1所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述反射层为金属反射层，由Ag或Al制成，厚度为1000～3000埃。
6.如权利要求1～5任一项所述的倒装LED芯片的制作方法，其特征在于，包括：
在蓝宝石衬底上依次形成AlN层、缓冲层、外延层、透明导电层和第一键合层；
在转移衬底上形成第二键合层；
将第一键合层和第二键合层进行键合，形成第一钝化层，以将转移衬底固定在透明导电层上；
去除蓝宝石衬底、AlN层和缓冲层，将外延层裸露出来；
在裸露出来的外延层上依次形成反射层、阻挡层和第二钝化层；
对第二钝化层进行刻蚀，刻蚀至透明导电层，形成第一孔洞；
对第二钝化层进行刻蚀，刻蚀至反射层，形成第二孔洞；
在第一孔洞内沉积金属形成第一电极，在第二孔洞内沉积金属形成第二电极。
7.如权利要求6所述的倒装LED芯片的制作方法，其特征在于，所述第一键合层和第二键合层由SiO2或Al2O3制成，厚度为2000～4000埃；通入NH3与H2O2蒸汽，所述第一键合层和第二键合层在温度为280～350℃、压力为1800～2500N的条件下，键合60～90分钟，形成第一钝化层。
8.如权利要求6所述的倒装LED芯片的制作方法，其特征在于，采用剥离的方法去除蓝宝石衬底，所述剥离的方法包括激光烧结、干法刻蚀和研磨；采用干法刻蚀的方法去除AlN层和缓冲层。
9.如权利要求6所述的倒装LED芯片的制作方法，其特征在于，在形成第一电极和第二电极后，还包括以下步骤：
在第一电极、第二电极和第二钝化层上形成第三钝化层；
对第三钝化层进行刻蚀，将第一电极和第二电极裸露出来；
在第三钝化层上形成第三电极和第四电极，第三电极与第一电极连接，第四电极与第二电极连接。
10.如权利要求9所述的倒装LED芯片的制作方法，其特征在于，所述第三钝化层由SiO2、Al2O3或SiNx制成，厚度为6000～10000埃；第三电极和第四电极的面积相同。
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