CN110729322B - 一种垂直型led芯片结构及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种垂直型LED芯片结构及其制作方法，所述垂直型LED芯片结构，在LED外延结构上形成有至少贯穿发光层和第二型半导体层的沟槽，所述沟槽将LED外延结构分割成多个子台面，对于正装制备结构而言，分离台面的沟槽可以直接增加LED芯片的侧壁出光比例，对于倒装制备结构而言，由于沟槽的侧壁能够对发光层发出的光进行反射，改变发光层发出光的路径，避免由于LED外延半导体材料与空气存在较大的折射率差，使得一定比例的光在半导体材料中形成类似在波导中传播一样的多次全反射，最终被吸收消耗，造成垂直型LED芯片结构的发光效率较低的问题。

Description

一种垂直型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，尤其涉及一种垂直型LED芯片结构及其制作方法。
背景技术
垂直型LED芯片属于高性能LED芯片，具有高光效、良好散热能力、高可靠性等优点，一般用于制备大功率、高亮度优良性能LED芯片。结合目前日渐成熟的晶圆键合和外延剥离技术，可以将LED外延层转移至导电性好、散热性好的第二衬底上，一方面解决了生长衬底吸光严重、导电性能差、机械性能差、散热性能弱等一系列问题，另一方面LED芯片背部反射镜不仅更好实现芯片底层的电流扩展，而且可以大大提升LED的出光效率。目前垂直型LED芯片经常用来制备大芯粒、高功率、高亮度LED芯片。
但是现有技术中垂直型LED芯片的发光效率还可以进一步提高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种垂直型LED芯片结构及其制作方法，以进一步提高垂直型LED芯片的发光效率。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种垂直型LED芯片结构，包括：
LED外延结构，所述LED外延结构包括依次层叠设置的第一型半导体层、发光层和第二型半导体层；
至少贯穿所述第二型半导体层和所述发光层的沟槽；
位于所述第一型半导体层背离所述发光层表面的欧姆接触层；
位于所述欧姆接触层背离所述LED外延结构一侧的导电衬底；
位于所述导电衬底背离所述LED外延结构表面，且与所述导电衬底电性连接的第一电极；
覆盖所述沟槽底部和侧壁的绝缘层；
覆盖所述绝缘层和所述第二型半导体层的透明导电层；
位于所述沟槽底部与所述透明导电层电性连接的第二电极。
优选地，所述导电衬底与所述欧姆接触层之间还包括导电键合层。
优选地，所述导电衬底为金属衬底或掺杂型半导体衬底。
优选地，所述金属衬底包括铜衬底、钼衬底、铜层和钼层形成的多层叠层金属衬底或金属合金衬底。
优选地，所述沟槽的侧壁为粗化侧壁。
优选地，所述透明导电层为导电型半导体材料、金属材料，所述金属材料包括透明薄金属材料或网状金属材料。
优选地，所述沟槽在平行于所述欧姆接触层的平面为网格状，所述网格状包括四边形网格、六边形网格、圆形网格或蜂窝状网格。
优选地，还包括引线电极焊盘，所述引线电极焊盘位于网格状沟槽的交叉位置处，用于电连接位于沟槽内的所述第二电极，将注入电流分散扩展引到LED芯片表面。
本发明还公开一种垂直型LED芯片结构制作方法，用于制作形成上面所述的垂直型LED芯片结构，所述垂直型LED芯片结构制作方法包括：
提供第一衬底；
在所述第一衬底上生长LED外延结构，所述LED外延结构包括依次生长在所述第一衬底上的第一型半导体层、发光层和第二型半导体层；
形成至少贯穿所述第二型半导体层和发光层的沟槽，将所述LED外延结构分割为多个子台面；
形成覆盖所述沟槽底部和侧壁的绝缘层；
在所述绝缘层和所述第二型半导体层上形成透明导电层；
在所述沟槽底部形成第二电极；
将形成沟槽和第二电极的表面粘附临时衬底；
去除所述第一衬底；
在所述LED外延结构背离临时衬底的表面沉积欧姆接触材料，形成欧姆接触层；
在所述欧姆接触层背离所述LED外延结构的表面形成导电衬底；
在所述导电衬底上形成第一电极；
移除所述临时衬底，形成垂直型LED芯片结构。
优选地，所述在所述欧姆接触层上背离所述LED外延结构的表面形成导电衬底，具体包括：
通过导电键合材料在所述欧姆接触层上键合所述导电衬底。
优选地，在形成至少贯穿所述第二型半导体层和发光层的沟槽后，还包括：
对所述沟槽的侧壁进行粗化处理。
本发明还提供另外一种垂直型LED芯片结构，包括：
LED外延结构，所述LED外延结构包括依次层叠设置的第一型半导体层、发光层和第二型半导体层；
至少贯穿所述第二型半导体层和发光层的第一沟槽；
位于所述第一型半导体层背离所述发光层表面的第一电极；
覆盖所述第一沟槽底部和侧壁的绝缘层；
至少覆盖所述第二型半导体层的欧姆接触层；
至少覆盖所述欧姆接触层的防扩散保护层；
位于所述防扩散保护层背离所述欧姆接触层一侧的导电衬底；
位于所述导电衬底背离所述欧姆接触层的第二电极。
优选地，所述第一型半导体层背离所述发光层的表面设置有第二沟槽，且所述第二沟槽与所述第一沟槽在垂直于所述LED外延结构的方向上正对。
优选地，所述欧姆接触层还覆盖所述绝缘层。
优选地，所述导电衬底与所述防扩散保护层之间还包括导电键合层。
优选地，所述导电衬底为金属衬底或掺杂型半导体衬底。
优选地，所述金属衬底包括铜衬底、钼衬底、铜层和钼层形成的多层叠层金属衬底或金属合金衬底。
对应的，本发明还提供一种垂直型LED芯片结构制作方法，用于制作形成上面所述的垂直型LED芯片结构，所述垂直型LED芯片结构制作方法包括：
提供第一衬底；
在所述第一衬底上生长LED外延结构，所述LED外延结构包括依次生长在所述第一衬底上的第一型半导体层、发光层和第二型半导体层；
形成至少贯穿所述第二型半导体层和发光层的第一沟槽，将所述LED外延结构分割为多个子台面；
形成覆盖所述第一沟槽底部和侧壁的绝缘层；
至少在所述多个子台面上形成欧姆接触层；
在所述欧姆接触层上形成防扩散保护层；
在所述防扩散保护层上形成导电衬底和第二电极；
去除所述第一衬底；
在所述LED外延结构去除第一衬底的表面形成第一电极，形成垂直型LED芯片结构。
优选地，其特征在于，在所述去除所述第一衬底之后还包括：
在所述LED外延结构去除第一衬底的表面，刻蚀形成第二沟槽，所述第二沟槽与所述第一沟槽在垂直于所述LED外延结构的方向上正对；
在所述第二沟槽内形成所述第一电极。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的垂直型LED芯片结构，在LED外延结构上形成有至少贯穿第二型半导体层和发光层的沟槽，所述沟槽将LED外延结构分割成多个子台面，所述沟槽尽可能均匀的分割LED发光台面，而又尽量少的占据发光台面的面积，例如可以将子台面做成正四边形/六边形等多边形排布，或者做成圆形的六方蜂巢式排布。对于正装结构而言，从第二型半导体层表面出光，分割出较多的台面大大增加了LED侧面出光比例，对于倒装结构而言，从第一型半导体层出光，由于更多的沟槽的侧壁能够对发光层发出的光进行反射，改变发光层发出光的路径，避免由于LED外延半导体材料与空气存在较大的折射率差，使得光在半导体材料中形成类似在波导中传播一样的多次全反射，最终被吸收消耗，造成垂直型LED芯片结构的发光效率较低的问题。
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为本发明一个实施例提供的一种垂直型LED芯片结构的俯视示意图；
图2为沿图1中AA’线的剖面图；
图3-图10为形成上述垂直型LED芯片对应的工艺流程图；
图11为本发明实施例提供的一种倒装垂直型LED芯片结构示意图；
图12为图11中BB’的剖面结构示意图；
图13为图11中BB’的另一种倒装垂直型LED芯片结构示意图。
具体实施方式
正如背景技术部分所述，现有技术中垂直型LED芯片结构的发光效率还可以进一步提高。
发明人发现，出现上述问题的原因在于，现有技术中对于高功率垂直型LED芯片而言，通常芯片面积通常比较大，常见的有45mil╳45mil、60mil╳60mil等，但受目前外延材料质量的限制，穿透位错等缺陷可造成芯片失效，往往一个微小缺陷就造成整个LED芯粒的失效，所以LED芯片面积越大，芯片的整体良率就越低，但芯片的价格也会越高。而且由于LED外延半导体材料与空气存在较大的折射率差，从多量子阱（MQWs）中发出的光子能逃逸出LED表面的立体角很小，很大比例的光子在半导体材料形成的波导中传播，一部分光子最终从发光台面的侧壁出射，但也有一定比例的光子在波导传输过程中逐渐被杂质吸收，最终导致在半导体材料中，光子被材料吸收消耗，使得LED芯片的出光效果较差。
另外，发明人还发现，对于大芯粒LED而言，芯片比周长（定义为芯片周长与芯片面积的比值）越小，侧壁出光的效果越差。
基于此，本发明提供一种垂直型LED芯片结构，在LED外延结构上形成有至少贯穿第二型半导体层和发光层的沟槽，所述沟槽将LED外延结构分割成多个子台面，由于沟槽的侧壁能够有效提高LED芯片的侧壁出光比例，以及对发光层发出的光进行反射，改变发光层发出光的路径，避免由于LED外延半导体材料与空气存在较大的折射率差，使得光在半导体材料中形成类似在波导中传播一样的多次全反射，最终一部分比例光子被吸收消耗，造成垂直型LED芯片结构的发光效率较低的问题。
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。
请参见图1和图2，其中，图1为本发明一个实施例提供的一种垂直型LED芯片结构的俯视示意图；图2为沿图1中AA’线的剖面图；所述垂直型LED芯片结构包括：LED外延结构11，LED外延结构11包括依次层叠设置的第一型半导体层111、发光层112和第二型半导体层113；至少贯穿发光层112和第二型半导体层113的沟槽12；位于第一型半导体层111背离发光层112表面的欧姆接触层13；与欧姆接触层13通过导电衬底19电性连接的第一电极14；覆盖沟槽12底部和侧壁的绝缘层15；覆盖绝缘层15和第二型半导体层113的透明导电层16；位于沟槽12底部与透明导电层16电性连接的第二电极17。
需要说明的是，本实施例中导电衬底19与欧姆接触层13之间还包括导电键合层18，通过导电键合层18将导电衬底19与LED外延结构键合在一起。
本发明实施例中不限定导电衬底的具体材质，在本发明的一个实施例中，导电衬底可以是金属材质的金属衬底。所述金属衬底可以是铜衬底、钼衬底、铜层和钼层形成的多层叠层金属衬底或金属合金衬底。另外，导电衬底还可以是掺杂型半导体衬底，例如常见的，所述导电衬底为Si衬底。
本发明实施例提供的垂直型LED芯片为正装结构的LED芯片，第一型半导体层为N型半导体层，发光层为多量子阱层，第二型半导体层为P型半导体层，或者第一型半导体层为P型半导体层，发光层为多量子阱层，第二型半导体层为N型半导体层。本发明实施例中不限定半导体层的具体材质，可选的，所述半导体层为氮化镓材质或砷化镓材质体系。
需要说明的是，本发明实施例中通过设置沟槽，将LED芯片的外延结构分割为多个子台面，沟槽的侧壁形成子台面的侧壁，由于更大比例的沟槽侧壁的存在，在正装结构芯片中，可以显著提升LED芯片的侧壁出光比例；在倒装结构芯片中，侧壁能够反射部分发光层发出的光，改变光在外延结构中波导式的传播方向，从而提高LED芯片的出光效率。本实施例中不限定沟槽的深度，其至少要将发光层贯穿至第一型半导体层，以便将LED芯片分割为多个子台面。可选的，为了有利于多个子台面的侧面出光，本发明实施例中还可以将沟槽刻蚀深一些，超过发光层结构，刻蚀一部分第一型半导体层。还可以通过对LED芯片多个子台面的表面或者沟槽的侧壁进行粗化处理，以增强出光效果。也即沟槽12的侧壁为粗化侧壁，从而能够进一步改变侧面出光部分的反射光路，增强出光效果。
另外，本实施例中所述沟槽将LED外延结构分割成多个子台面，所述沟槽尽可能均匀的分割LED发光台面，而又尽量少的占据发光台面的面积，例如可以将子台面做成正四边形或六边形等多边形排布，或者做成圆形的六方蜂巢式排布。
另外，本实施例中不限定绝缘层的具体材质，在本发明的一个实施例中，绝缘层为SiO2、SiNx、MgF2等钝化材料，绝缘层对LED发射光具有较高的透光率。也即，本发明实施例中绝缘层为透光率较高的透明绝缘层。
本发明中透明导电层的作用将电流在发光子台面上进行扩展，同时又对LED发射波长的光具有较高的透光率，而且透明导电层将每个LED芯片的各个子台面电性连接起来，实现每个子台面的并联，同时由于透明导电层与第二型半导体层接触，因此，所述透明导电层还具有较好的欧姆接触特性。本实施例中不限定透明导电层的具体材质，可选的，在一些实施例中，透明导电层可以是导电半导体材料，如ITO、IZO等透明导电材质；还可以是薄层的金属材料层，当金属层厚度降低到一定程度时，金属透光率增加，可以作为透明导电材料使用；另外，透明导电层还可以是网状金属材料。
本实施例中提供的垂直型LED芯片底部欧姆接触层13同时充当背反射镜作用，需要对LED发射波长的光具有较高的发射率，因此，本发明实施例中底部欧姆接触层13也称作底部反射电极。底部反射电极还可以制备成具有与第一沟槽图形上下对应的电流阻挡层（CBL）结构或者全方位反射镜（ODR）结构等。
本实施例中位于沟槽内的第二电极作为扩展电极，由于分布在分离的LED子台面之间的沟槽内，不会单独再多占用LED的发光面积。本发明实施例中要求台面的分割尽量均匀分布，但不限定子台面分割的具体形状，而扩展电极和沟槽在平行于欧姆接触层所在平面内的具体形状由子台面的形状所限制决定，可选的，沟槽在平行于欧姆接触层的平面内为四边形网格结构、六边形网格结构、圆形网格结构或蜂窝状网格结构，如图1中四方密排结构所示。
为了方便将第二电极的电流汇集引到外界中，本发明实施例中LED芯片上还包括引线电极焊盘110，如图1和图2中所示，优选的，所述引线电极焊盘110位于网格状沟槽的交叉位置处，用于电连接多条所述第二电极，将注入电流通过均匀密布的第二电极引到LED芯片整个发光台面。
本发明实施例中为了防止注入电流通过引线电极直接向其底部的透明导电层注入，从而实现电流横向注入，本发明实施例中可以在引线电极焊盘区域下方透明导电层上进行开孔，但要保证引线电极至少全部覆盖所开的透明导电层的孔洞。
需要说明的是，为了将注入电流分散扩展引到LED芯片表面，本发明实施例中的垂直型LED芯片结构还可以包括引线电极焊盘，所述引线电极焊盘位于网格状沟槽的交叉位置处，用于电连接位于沟槽内的所述第二电极。
本发明实施例中提供的垂直型LED芯片结构，在LED外延结构上形成有至少贯穿发光层和第二型半导体层的沟槽，所述沟槽将LED外延结构分割成多个子台面，在正装结构芯片中，可以显著提升LED芯片的侧壁出光比例；在倒装结构芯片中，侧壁由于沟槽的侧壁能够对发光层发出的光进行反射，改变发光层发出光的路径，避免由于LED外延半导体材料与空气存在较大的折射率差，使得光在半导体材料中形成类似在波导中传播一样的多次全反射，最终被吸收消耗，造成垂直型LED芯片结构的发光效率较低的问题。
通过对沟槽的设置，使沟槽尽可能均匀的分割垂直型LED芯片的发光台面，而又尽可能少的占据发光面积，从而使侧壁的周长增加了许多，即垂直型LED芯片的比周长（也即LED芯片的周长与面积的比值）显著增加，从而能够增加垂直型LED芯片结构的侧面出光率。
需要说明的是，虽然本发明实施例中，增加了沟槽，占用了一部分发光面积，但是发明人发现，LED芯片发光亮度是发光面积、电流密度与电流均匀性分布等因素综合折中决定的，牺牲一定的发光面积未必会导致芯片发光亮度的降低。
而且，目前LED外延材料（特别是AlGaN基材料）缺陷密度还只能控制在一定程度，芯片面积越大，LED芯片内出现穿透位错可能性越大，可造成芯片的漏电等缺陷，影响芯片的整体良率。而本发明实施例中分割台面阵列中每个LED子台面侧面由绝缘层隔离，并使用统一的透明导电层覆盖整个LED芯片表面，实现各子台面的电极连接，在隔离LED子台面的沟道上制备沟道电极，沟道电极实现向各LED子台面的电流扩展，子台面阵列分割的越多，整个LED芯片上电流分布也就越均匀。同时一定比例的外延缺陷可能落在隔离LED子芯片的沟槽中，如此可在一定程度上减小外延缺陷对LED芯片性能造成的不利影响。
基于相同的发明构思，本发明实施例还提供一种上述垂直型LED芯片结构的制作方法，请参见图3-图10，为形成上述垂直型LED芯片对应的工艺流程图。所述垂直型LED芯片结构制作方法包括：
S101：提供第一衬底；
S102：在所述第一衬底上生长LED外延结构，所述LED外延结构包括依次生长在所述第一衬底上的第一型半导体层、发光层和第二型半导体层；
S103：形成至少贯穿所述第二型半导体层和发光层的沟槽，将所述LED外延结构分割为多个子台面；
请参见图3所示，在第一衬底10的表面依次生长有LED外延结构，LED外延结构包括第一型半导体层、发光层和第二型半导体层；本实施例中第一型半导体层可以是P型半导体层也可以是N型半导体层，第二型半导体层与第一型半导体层掺杂类型相反，本实施例中对此不作限定，可选的所述第一型半导体层为N型半导体层，所述N型半导体层的具体材质可以根据实际LED芯片的发光情况进行选择。
对应的，在生产不同LED芯片时，对应的第一衬底可以不同，第一衬底可以是Si衬底、蓝宝石衬底或者砷化镓衬底等，本实施例中对此不作限定。
本发明实施例中在形成沟槽后，还可以包括对沟槽的侧壁进行粗化处理，得到粗化后的侧壁，以进一步增加侧壁出光效率。
S104：形成覆盖所述沟槽底部和侧壁的绝缘层；
请参见图4所示，采用绝缘层15包覆与各台面的侧面和隔离台面沟槽的底部，绝缘层一般为SiO2、SiNx、MgF2等钝化材料，绝缘层对LED发射光具有较高的透光率。
S105：在所述绝缘层和所述第二型半导体层上形成透明导电层；
请参见图5所示，用透明导电层16将每个LED芯片各子台面连接起来，实现每个子台面的并联，透明导电层16对LED发射波长的光具有较高的透射率，同时与接触的第二型半导体层具有较好的欧姆接触特性，优选地，在上部引线电极PAD区域下方透明导电层进行开孔，利于电流的横向注入。
S106：在所述沟槽底部形成第二电极；
请参见图6所示，制备垂直LED芯片的上部电极，也即第二电极，上电极的扩展条分布在分离LED子台面的沟槽之内，并且比沟槽宽度略小，不会额外占用LED的发光面积，而且不影响LED的侧面发光，第二电极PAD（图中未示出，后续附图中也并没有给出，具体请参见图2中的引线电极焊盘即可）位于沟槽电极的交汇处，供后续引线使用，可以尽可能均匀的实现电流分布，尽可能少的占用发光面积。
S107：将形成沟槽和第二电极的表面粘附临时衬底；
请参见图7所示，将制备好上表面工艺的LED芯片半成品粘附于一临时衬底10’之上，本实施例中不限定临时衬底10’的具体材质，可选的临时衬底可以是蓝宝石衬底、玻璃衬底、金属衬底、Si衬底等，本实施例中临时衬底粘附时，可先对LED表面涂敷一层光刻胶等材料进行保护，然后采用粘附材料进行粘附，其中，粘附材料可以是石蜡、胶水、氧化硅、双面胶带等临时键合材料。
S108：去除所述第一衬底；
请继续参见图7所示，为已经去掉第一衬底10的结构。本实施例中，去除第一衬底包括LED外延片原有生长衬底以及外延生长的腐蚀停止层或高电阻层等，外延片原有衬底10的移除可以是化学腐蚀、机械减薄、化学剥离、激光剥离等至少其中的一种。
S109：在所述LED外延结构背离临时衬底的表面沉积欧姆接触材料，形成欧姆接触层；
请参见图8所示，在LED外延层背面沉积具有高反射率的底部电极材料之前，为了使得导电衬底与LED底部第一型半导体层具有较好的欧姆接触特性，可以先形成欧姆接触材料，形成欧姆接触层13。
S1010：在所述欧姆接触层背离所述LED外延结构的表面形成导电衬底；
本发明实施例中，可以通过导电键合材料在所述欧姆接触层上键合所述导电衬底。
S1011：在所述导电衬底上形成第一电极；
请参见图9-图10，本实施例中以包含有导电键合层18、导电衬底19和第一电极14为例进行说明，在欧姆接触层13上形成导电键合材料，使之将将导电衬底与LED外延结构键合成叠层结构，然后再金属衬底背离LED一侧形成所述第一电极。优选地，为增强底部反射效果，在做欧姆接触层之前，可以对底部半导体材料进行一定的粗化处理或者制备与沟槽图形相互对应的电流阻挡层图形或者全方位反射镜结构。
S1012：移除所述临时衬底，形成垂直型LED芯片结构。
请参见图2所示，为移除临时衬底后的完整结构。需要说明的是，移除临时衬底的同时，还包括清除LED表面保护层，临时粘合材料，从而完成具有分离台面的垂直LED芯片的工艺制备。
本实施例中通过上述制作方法，能够得到上面实施例中正装的垂直型LED芯片结构。
另外，本发明实施例还提供一种倒装的垂直型LED芯片结构，具体请参见图11和图12，其中图11为本发明实施例提供的一种倒装垂直型LED芯片结构示意图；图12为图11中BB’的剖面结构示意图；所述倒装垂直型LED芯片包括：LED外延结构21，LED外延结构包括依次层叠设置的第一型半导体层211、发光层212和第二型半导体层213；至少贯穿第二型半导体层213和发光层212和的第一沟槽22；位于第一型半导体层211背离发光层212表面的第一电极23；覆盖第一沟槽22底部和侧壁的绝缘层24；至少覆盖第二型半导体层213表面的欧姆接触层25；至少覆盖欧姆接触层25的防扩散保护层26；位于防扩散保护层26背离LED外延结构的导电键合层29，导电衬底28和第二电极27。
同样的，与正装垂直型LED芯片相似的，本实施例中不限定各层结构的具体材质，参考上面实施例中的表述，本实施例中对此不作详细说明。
本发明实施例提出一种具有分割台面的倒装垂直型LED芯片结构，沟槽将LED发光平台分割出一定数量的子台面阵列（图中3╳3阵列表示），芯片具有更大的比周长，从而可以有效增加LED侧壁发光的比例。如图12中LED芯片结构侧面示意图所示，阵列中每个LED子台面周围由绝缘层24隔离，该绝缘层24同时做LED芯片钝化层，可以保证芯片各子台面的可靠性能；整个LED芯片表面有统一的第一电极23覆盖，该第一电极23实现各LED子芯片电极的连接，与第一型半导体层具有良好的欧姆接触特性。第二电极27通过导电键合材料29与导电衬底28键合一起。
还可以在第一电极23的交叉位置制作引线电极焊盘，用于将注入电流通过多个第一电极23的进行分散扩展。本实施例中第一电极23即实现各LED子芯片电流扩展的扩展条，网格式扩展条可以将各LED发光子台面的电流扩展得更加均匀。
如图13所示，也可以在第一电极处刻蚀出与第一沟槽22上下相互对齐的顶部沟道，也即第二沟槽，将第一电极23制备在顶部沟道之内，形成沟道电极，也即第一电极，进一步增强LED芯片侧壁出光的效果。相比于目前同样需要扩展条实现电流扩展传统垂直LED芯片，该新型结构并未损失过多的发光面积，同时一定比例外延缺陷可能落在隔离LED子芯片的沟道中，如此可在一定程度上减小外延缺陷对LED芯片性能造成的不利影响。沟道内及其侧壁上的绝缘层同时作为顶部第一电极的电流阻挡层，使电子空穴只在没有任何阻挡的子台面表面进行复合发光。由于各子LED芯片之间采用并联连接，个别子芯片的断路并不会影响其他子芯片的工作。
优选地，该垂直型LED芯片结构具有表面和侧壁粗化工艺，芯片的表面和侧面具有钝化层保护，底部金属反射镜可以只制备在各子台面的表面，以减少子台面漏电的风险，或者将底部反射镜制备成全方位反射镜（ODR）结构。
基于相同的发明构思，本发明实施例还提供一种倒装垂直型LED芯片结构制作方法，具体制作工艺步骤流程图并未示出，本领域技术人员根据图12和图13所示的结构图可以很容易得到各个步骤的流程图，本实施例中对此不作详细说明。所述倒装垂直型LED芯片结构的制作方法包括：
S201：提供第一衬底；
所述第一衬底用于生长形成LED外延结构，但是并不是器件最终结构的衬底。
S202：在所述第一衬底上生长LED外延结构，所述LED外延结构包括依次生长在所述第一衬底上的第一型半导体层、发光层和第二型半导体层；
S203：形成至少贯穿所述发光层和第二型半导体层的第一沟槽，将所述LED外延结构分割为多个子台面；
将LED台面刻蚀成具有分割台面的区域结构，每个LED台面有一系列子台面阵列组成，台面刻蚀深度超过多量子阱有源层，为利于侧面出光，刻蚀深度可以较正常台面刻蚀深度深一些，优选地，可以对LED各子台面的表面或者侧面进行粗化处理，以增强出光效果。优选的，为增强LED芯片的可靠性，可以对LED芯片的表面和侧壁做钝化层处理。
S204：形成覆盖所述第一沟槽底部和侧壁的绝缘层；
采用绝缘层包覆于各台面的侧面和隔离台面沟槽的底部，绝缘层一般为SiO2、SiNx、MgF2等钝化材料，绝缘层对LED发射光具有较高的透光率。
S205：至少在所述多个子台面上形成欧姆接触层；
LED的欧姆接触层同时具备金属反射镜的作用。金属反射层对LED所发光波段具有较高的反射率，而且与所接触半导体层具有较好的欧姆接触特性。
S206：在所述欧姆接触层上形成防扩散保护层；
防扩散保护层是采用具有良好阻挡作用的材料（也即防扩散）将金属反射镜覆盖保护，也可以扩大至将每个LED芯片各子台面连接起来，实现每个子台面的欧姆接触的连接；可选地，也可以直接将金属反射镜直接将每个LED芯片各子台面连接起来，如图12和图13所示，实现每个子台面的电极的连接，如此可以增强对LED子台面侧壁发光的反射效果。
S207：在所述防扩散保护层上形成导电衬底和第二电极；
导电衬底和第二电极的制作包括：
制备垂直LED芯片的导电衬底，导电性衬底一般为高掺杂的半导体材料衬底或金属衬底，导电衬底的粘结一般采用晶圆键合方式，优选地，如果导电衬底具有薄、脆、软等机械性能较差的问题，在剥离生长衬底之前，可以将键合叠片结构进一步键合到一另一临时衬底之上，以便于后续制程。
S208：去除所述第一衬底；
去除LED外延片原有衬底以及外延生长的腐蚀停止层或高电阻层等，外延片原有衬底的移除可以是化学腐蚀、机械减薄、化学剥离、激光剥离等至少其中的一种。
S209：在所述LED外延结构去除第一衬底的表面形成第一电极，最终形成倒装垂直型LED芯片结构。
在LED外延层第一型半导体层上沉积第一电极材料，第一电极与LED第一型半导体层具有较好的欧姆接触特性，且第一电极的Finger与对面子台面隔离沟槽位置上下相互对应，优选比沟槽宽度略小，不额外占用LED的发光面积，第一电极引线焊盘PAD位于第一电极Finger交汇处，供后续引线使用；或者，也可以在LED外延层第一型半导体层上刻蚀出与对面LED各子台面相对应的子台面结构，然后在隔离槽底部制备第一电极，以进一步增强各子台面的侧壁出光效果，也即在所述LED外延结构去除第一衬底的表面，刻蚀形成多个第二沟槽；在所述第二沟槽内形成所述第一电极。
优选地，为增强表面出光效果，还可以对第一型半导体层上各子台面的表面或侧面进行一定的粗化处理。为增强LED的可靠性能，可以在LED芯片的表面和侧面进行钝化层制备，钝化层可以是一般为SiO2、SiNx、MgF2等钝化材料，绝缘层对LED发射光具有较高的透光率。
本发明提供的无论正装垂直型LED芯片结构还是倒装垂直型LED芯片结构，在LED外延结构上形成有至少贯穿发光层和第二型半导体层的沟槽，所述沟槽将LED外延结构分割成多个子台面，沟槽制备在发光面，可以增加侧壁出光比例，沟槽在出光面背面，由于沟槽的侧壁能够对发光层发出的光进行反射，改变发光层发出光的路径，避免由于LED外延半导体材料与空气存在较大的折射率差，使得光在半导体材料中形成类似在波导中传播一样的多次全反射，最终被吸收消耗，造成垂直型LED芯片结构的发光效率较低的问题。
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 (18)

1.一种垂直型LED芯片结构，其特征在于，包括：
LED外延结构，所述LED外延结构包括依次层叠设置的第一型半导体层、发光层和第二型半导体层；
至少贯穿所述第二型半导体层和所述发光层的沟槽；
位于所述第一型半导体层背离所述发光层表面的欧姆接触层；
位于所述欧姆接触层背离所述LED外延结构一侧的导电衬底；
位于所述导电衬底背离所述LED外延结构表面，且与所述导电衬底电性连接的第一电极；
覆盖所述沟槽底部和侧壁的绝缘层；
覆盖所述绝缘层和所述第二型半导体层的透明导电层；
位于所述沟槽底部与所述透明导电层电性连接的第二电极；
其中，所述垂直型LED芯片结构为正装结构，从所述第二型半导体层表面出光；所述沟槽在平行于所述欧姆接触层的平面为网格状；还包括引线电极焊盘，所述引线电极焊盘位于网格状沟槽的交叉位置处，用于电连接位于沟槽内的所述第二电极，将注入电流分散扩展引到LED芯片表面。
2.根据权利要求1所述的垂直型LED芯片结构，其特征在于，所述导电衬底与所述欧姆接触层之间还包括导电键合层。
3.根据权利要求1所述的垂直型LED芯片结构，其特征在于，所述导电衬底为金属衬底或掺杂型半导体衬底。
4.根据权利要求3所述的垂直型LED芯片结构，其特征在于，所述金属衬底包括铜衬底、钼衬底、铜层和钼层形成的多层叠层金属衬底或金属合金衬底。
5.根据权利要求1所述的垂直型LED芯片结构，其特征在于，所述沟槽的侧壁为粗化侧壁。
6.根据权利要求1所述的垂直型LED芯片结构，其特征在于，所述透明导电层为导电型半导体材料、金属材料，所述金属材料包括透明薄金属材料或网状金属材料。
7.根据权利要求1所述的垂直型LED芯片结构，其特征在于，所述网格状包括四边形网格、六边形网格、圆形网格或蜂窝状网格。
8.一种垂直型LED芯片结构制作方法，其特征在于，用于制作形成权利要求1-7任意一项所述的垂直型LED芯片结构，所述垂直型LED芯片结构制作方法包括：
提供第一衬底；
在所述第一衬底上生长LED外延结构，所述LED外延结构包括依次生长在所述第一衬底上的第一型半导体层、发光层和第二型半导体层；
形成至少贯穿所述第二型半导体层和发光层的沟槽，将所述LED外延结构分割为多个子台面；
形成覆盖所述沟槽底部和侧壁的绝缘层；
在所述绝缘层和所述第二型半导体层上形成透明导电层；
在所述沟槽底部形成第二电极；
将形成沟槽和第二电极的表面粘附临时衬底；
去除所述第一衬底；
在所述LED外延结构背离临时衬底的表面沉积欧姆接触材料，形成欧姆接触层；
在所述欧姆接触层背离所述LED外延结构的表面形成导电衬底；
在所述导电衬底上形成第一电极；
移除所述临时衬底，形成垂直型LED芯片结构；
其中，所述垂直型LED芯片结构为正装结构，从所述第二型半导体层表面出光；所述沟槽在平行于所述欧姆接触层的平面为网格状；还包括引线电极焊盘，所述引线电极焊盘位于网格状沟槽的交叉位置处，用于电连接位于沟槽内的所述第二电极，将注入电流分散扩展引到LED芯片表面。
9.根据权利要求8所述的垂直型LED芯片结构制作方法，其特征在于，所述在所述欧姆接触层上背离所述LED外延结构的表面形成导电衬底，具体包括：
通过导电键合材料在所述欧姆接触层上键合所述导电衬底。
10.根据权利要求8所述的垂直型LED芯片结构制作方法，其特征在于，在形成至少贯穿所述第二型半导体层和发光层的沟槽后，还包括：
对所述沟槽的侧壁进行粗化处理。
11.一种垂直型LED芯片结构，其特征在于，包括：
LED外延结构，所述LED外延结构包括依次层叠设置的第一型半导体层、发光层和第二型半导体层；
至少贯穿所述第二型半导体层和发光层的第一沟槽；
位于所述第一型半导体层背离所述发光层表面的第一电极；
覆盖所述第一沟槽底部和侧壁的绝缘层；
至少覆盖所述第二型半导体层的欧姆接触层；
至少覆盖所述欧姆接触层的防扩散保护层；
位于所述防扩散保护层背离所述欧姆接触层一侧的导电衬底；
位于所述导电衬底背离所述欧姆接触层的第二电极；
其中，所述垂直型LED芯片结构为倒装结构，从所述第一型半导体层表面出光；在所述第一电极处刻蚀出与所述第一沟槽上下相互对齐的第二沟槽，所述第一电极位于所述第二沟槽内；所述第一电极的交叉位置制作引线电极焊盘，用于将注入电流通过多个第一电极的进行分散扩展。
12.根据权利要求11所述的垂直型LED芯片结构，其特征在于，所述第一型半导体层背离所述发光层的表面设置有第二沟槽，且所述第二沟槽与所述第一沟槽在垂直于所述LED外延结构的方向上正对。
13.根据权利要求11或12所述的垂直型LED芯片结构，其特征在于，所述欧姆接触层还覆盖所述绝缘层。
14.根据权利要求11所述的垂直型LED芯片结构，其特征在于，所述导电衬底与所述防扩散保护层之间还包括导电键合层。
15.根据权利要求11所述的垂直型LED芯片结构，其特征在于，所述导电衬底为金属衬底或掺杂型半导体衬底。
16.根据权利要求15所述的垂直型LED芯片结构，其特征在于，所述金属衬底包括铜衬底、钼衬底、铜层和钼层形成的多层叠层金属衬底或金属合金衬底。
17.一种垂直型LED芯片结构制作方法，其特征在于，用于制作形成权利要求11-16任意一项所述的垂直型LED芯片结构，所述垂直型LED芯片结构制作方法包括：
提供第一衬底；
在所述第一衬底上生长LED外延结构，所述LED外延结构包括依次生长在所述第一衬底上的第一型半导体层、发光层和第二型半导体层；
形成至少贯穿所述第二型半导体层和发光层的第一沟槽，将所述LED外延结构分割为多个子台面；
形成覆盖所述第一沟槽底部和侧壁的绝缘层；
至少在所述多个子台面上形成欧姆接触层；
在所述欧姆接触层上形成防扩散保护层；
在所述防扩散保护层上形成导电衬底和第二电极；
去除所述第一衬底；
在所述LED外延结构去除第一衬底的表面形成第一电极，形成垂直型LED芯片结构；
其中，所述垂直型LED芯片结构为倒装结构，从所述第一型半导体层表面出光；在所述第一电极处刻蚀出与所述第一沟槽上下相互对齐的第二沟槽，所述第一电极位于所述第二沟槽内；所述第一电极的交叉位置制作引线电极焊盘，用于将注入电流通过多个第一电极的进行分散扩展。
18.根据权利要求17所述的垂直型LED芯片结构制作方法，其特征在于，在所述去除所述第一衬底之后还包括：
在所述LED外延结构去除第一衬底的表面，刻蚀形成第二沟槽，所述第二沟槽与所述第一沟槽在垂直于所述LED外延结构的方向上正对；
在所述第二沟槽内形成所述第一电极。
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