CN112117353A - 一种led芯片及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种LED芯片，包括层叠设置的衬底、缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、P型半导体层、电流阻挡层和电流扩展层；P型电极设置在电流扩展层上；N型电极设置在N型半导体层上，在电流扩展层、缓冲层、P型电极和N型电极上设有透明绝缘层，位于第二端的透明绝缘层上设有第一反射层，位于第一端的衬底上设有第二反射层。应用本发明的方案，采用第一反射层和第二反射层的结合，第一反射层和第二反射层共同作用能实现第一端和第二端的光被反射从位于第一端和第二端之间的侧面出光，LED芯片侧壁出光效率能够提升2‑6％，芯片出光角度能够增大10°以上。本发明还公开一种LED芯片的制作方法，工艺步骤精简，工艺参数容易控制，适合工业化生产。

Description

一种LED芯片及其制作方法
技术领域
本发明属于LED技术领域，特别是涉及一种LED芯片及其制作方法。
背景技术
伴随着技术的不断进步，LED作为照明产品已经广泛应用于人类生产生活中，LED器件在显示照明、手机背光、TV背光等领域得到了广泛应用。
目前，LED芯片主要有三大类结构：正装结构、倒装结构和垂直结构。
无论是怎么样的结构，随着生活质量的提高，人民对其亮度等要求越来越高。因受限于材料、技术、成本等各方面原因，提升LED芯片发光强度一直是研究的主要方向。
因此，开发一种能提高产品LED芯片亮度的结构和方法具有重要意义。
发明内容
本发明提供一种LED芯片，克服现有技术中亮度提高不明显的缺陷，具体技术方案如下：
一种LED芯片，该LED芯片包括衬底、缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、P型半导体层、电流阻挡层、电流扩展层、P型电极和N型电极；
由第一端至第二端方向衬底、缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、P型半导体层、电流阻挡层和电流扩展层依次层叠设置；所述P型电极设置在电流扩展层上，且电流阻挡层位于P型电极的正下方；N型电极设置在N型半导体层上；
该LED芯片还包括设置在电流扩展层、缓冲层、P型电极和N型电极上的透明绝缘层，该LED芯片中位于第二端的透明绝缘层上设有第一反射层，该LED芯片中位于第一端的衬底上设有第二反射层，第一反射层和第二反射层共同作用能实现第一端和第二端的光被反射从位于第一端和第二端之间的侧面出光。
以上技术方案中优选的，所述第一反射层和第二反射层均为由铝、银、二氧化钛及二氧化硅中的至少两种形成的布拉格反射镜结构。
以上技术方案中优选的，所述第一反射层和第二反射层的厚度均在2.0um-4.5um之间。
应用本发明的技术方案，效果是：本发明的LED芯片由第一端至第二端方向衬底、缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、P型半导体层、电流阻挡层和电流扩展层依次层叠设置，P型电极设置在透明绝缘层上，且电流阻挡层位于P型电极的正下方；N型电极设置在N型半导体层上，在电流扩展层、缓冲层、P型电极和N型电极上的透明绝缘层，该LED芯片中位于第二端的透明绝缘层上设有第一反射层，该LED芯片中位于第一端的衬底上设有第二反射层。本发明采用第一反射层和第二反射层的结合，第一反射层和第二反射层共同作用能实现第一端和第二端的光被反射从位于第一端和第二端之间的侧面出光，LED芯片侧壁出光效率能够提升2-6％，芯片出光角度能够增大10°以上。
本发明还提供一种上述LED芯片的制作方法，包括如下步骤：
第一步、制作全结构外延片，具体是：沿第一端至第二端方向，在衬底上依次生长出缓冲层、N型半导体层、多量子阱层和P型半导体层，得到全结构外延片；第二步、在全结构外延片上生长电流阻挡层；在电流阻挡层及未覆盖电流阻挡层的P型半导体层上生长电流扩展层；第三步、制作P型电极和N型电极，具体是：在电流扩展层上制作P型电极，且P型电极位于电流阻挡层的正上方；在全结构外延片蚀刻后露出的N型半导体层上制作N型电极；得到LED芯片半成品；第四步、生长透明绝缘层，具体是：在LED芯片半成品上生长透明绝缘层，得芯片COW片；第五步、在芯片COW片位于第一端的衬底上设有第二反射层；在芯片COW片位于第二端的透明绝缘层上设有第一反射层；经过后处理即得LED芯片。
以上方案中优选的，所述第三步中制作P型电极和N型电极时，先利用黄光光刻和ICP刻蚀工艺刻蚀制备出P电极焊盘和N电极焊盘，再将P型电极和N型电极分别固定P电极焊盘和N电极焊盘上。
以上方案中优选的，所述ICP刻蚀工艺中：功率控制在120W-300W，采用CF4气体进行刻蚀，CF4气体控制在80sccm-120sccm。
以上方案中优选的，所述第五步具体是：先在芯片COW片位于第一端的衬底上采用蒸镀方式制备出由二氧化钛和二氧化硅形成的厚度为2.0-4.5um的布拉格反射镜结构作为第二反射层，再减薄至80-150um；接着在芯片COW片位于第二端的透明绝缘层上采用蒸镀方式制备出由二氧化钛和二氧化硅形成的厚度为2.0-4.5um的布拉格反射镜结构作为第一反射层；最后进行切割、裂片、点测及分选得到LED芯片。
本发明公开的LED制作方法，步骤精简且工艺参数容易控制，通过第一反射层和第二反射层的设置，能提高LED芯片的发光效率，满足现实需求。
附图说明
图1是实施例1中LED芯片的结构示意图；
图2是图1中LED芯片的整体外观示意图(图2中箭头方向代表第一端至第二端方向)；
其中：1、衬底，2、缓冲层，3、N型半导体层，4、多量子阱层，5、P型半导体层，6、电流阻挡层，7、电流扩展层，8、透明绝缘层，9、P型电极，10、N型电极，11、第二反射层，12、第一反射层，13、侧壁。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1：
一种LED芯片，详见图1和图2，该LED芯片包括衬底1、缓冲层2、N型半导体层3、多量子阱层4、P型半导体层5、电流阻挡层6、电流扩展层7、P型电极9和N型电极10。
由第一端至第二端方向衬底1、缓冲层2、N型半导体层3、多量子阱层4、P型半导体层5、电流阻挡层6和电流扩展层7依次层叠设置；所述P型电极9设置在电流扩展层7上，且电流阻挡层6位于P型电极9的正下方；N型电极10设置在N型半导体层3上。
该LED芯片还包括设置在电流扩展层7、缓冲层2、P型电极9和N型电极10上的透明绝缘层8，该LED芯片中位于第二端的透明绝缘层8上设有第一反射层11，该LED芯片中位于第一端的衬底1上设有第二反射层12。第一反射层11和第二反射层12共同作用能实现第一端和第二端的光被反射从位于第一端和第二端之间的侧面(即侧壁13处)出光，详见图2。
上述第一反射层11和第二反射层12均为由铝、银、二氧化钛及二氧化硅形成的布拉格反射镜结构。所述第一反射层11和第二反射层12的厚度均在2.0um-4.5um之间。在波长为450nm的条件下所述第一反射层11和第二反射层12对光的反射效率均在95％以上。
本实施例的LED芯片的具体制作方法包括以下步骤：
第一步、制作全结构外延片，具体是：沿第一端至第二端方向，在衬底1上依次生长出缓冲层2、N型半导体层3、多量子阱层4和P型半导体层5，得到全结构外延片；衬底1的处理、缓冲层2、N型半导体层3、多量子阱层4和P型半导体层5的生长工艺参照现有技术；
第二步、在全结构外延片上生长电流阻挡层6；在电流阻挡层6及未覆盖电流阻挡层6的P型半导体层5上生长电流扩展层7；电流阻挡层6和电流扩展层7的生长工艺参照现有技术；
第三步、制作P型电极9和N型电极10，具体是：在电流扩展层7上制作P型电极9，且P型电极9位于电流阻挡层6的正上方；在全结构外延片蚀刻后露出的N型半导体层3上制作N型电极10；得到LED芯片半成品；此处优选：制作P型电极9和N型电极10时，先利用黄光光刻和ICP刻蚀工艺刻蚀制备出P电极焊盘和N电极焊盘，再将P型电极9和N型电极10分别固定P电极焊盘和N电极焊盘上；所述ICP刻蚀工艺中：功率控制在120W-300W(优选180W)，采用CF4气体进行刻蚀，CF4气体控制在80sccm-120sccm(优选100sccm)；
第四步、生长透明绝缘层8，具体是：在LED芯片半成品上生长透明绝缘层8(具体是：在电流扩展层7、缓冲层2、P型电极9和N型电极10上设置透明绝缘层8，P型电极9和N型电极10分别露出部分用于电路连接，其生长工艺参照现有技术)，得到芯片COW片；
第五步、在芯片COW片位于第一端的衬底1上设有第二反射层12；在芯片COW片位于第二端的透明绝缘层8上设有第一反射层11，此处优选：先在芯片COW片位于第一端的衬底1上采用蒸镀方式制备出二氧化钛和二氧化硅形成厚度为3.9um的布拉格反射镜结构作为第二反射层12，再减薄至150um；接着在芯片COW片位于第二端的透明绝缘层8上采用蒸镀方式制备出二氧化钛和二氧化硅形成厚度为3.6um的布拉格反射镜结构作为第一反射层11；最后进行切割、裂片、点测及分选得到LED芯片(切割、裂片、点测、分选等操作参照现有技术)。
本实施例中其他未公开的参数和操作步骤均可参见现有技术获得，本领域技术人员能够实施。
实施例2-3：
实施例2-3与实施例1不同之处在于：
实施例2：第二反射层12采用厚度为2.0um的布拉格反射镜结构；减薄至80um；第一反射层11采用厚度为2.0um的布拉格反射镜结构。
实施例3：第二反射层12采用厚度为4.5um的布拉格反射镜结构；减薄至150um；第一反射层11采用厚度为4.5um的布拉格反射镜结构。
对比例1：
对比例1与实施例1不同之处在于：未设置第一反射层和第二反射层。其他结构构造同实施例1。
对比例2：
对比例2与实施例2不同之处在于：未设置第一反射层和第二反射层。其他结构构造同实施例1。
对比例3：
对比例3与实施例3不同之处在于：未设置第一反射层和第二反射层。其他结构构造同实施例1。
将实施例1-3及对比例1-3所得的LED组装后进行测试(单颗芯片比对)，详见表1：
表1实施例1-3及对比例1-3所得的LED组装后的单颗芯片性能比对表
类别 电压(V) 亮度(mW) 出光角度
对比例1 2.68 0.84 118°
实施例1 2.67 0.89 129°
对比例2 3.11 3.67 119°
实施例2 3.09 3.80 130°
对比例3 3.22 3.48 117°
实施例3 3.19 3.59 132°
从表1可以看出，本发明方案(实施例1-3)设置第一反射层和第二反射层，使得LED芯片侧壁出光效率能够提升2-6％，芯片出光角度能够增大10°以上。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种LED芯片，其特征在于：该LED芯片包括衬底(1)、缓冲层(2)、N型半导体层(3)、多量子阱层(4)、P型半导体层(5)、电流阻挡层(6)、电流扩展层(7)、P型电极(9)和N型电极(10)；
由第一端至第二端方向衬底(1)、缓冲层(2)、N型半导体层(3)、多量子阱层(4)、P型半导体层(5)、电流阻挡层(6)和电流扩展层(7)依次层叠设置；所述P型电极(9)设置在电流扩展层(7)上，且电流阻挡层(6)位于P型电极(9)的正下方；N型电极(10)设置在N型半导体层(3)上；
该LED芯片还包括设置在电流扩展层(7)、缓冲层(2)、P型电极(9)和N型电极(10)上的透明绝缘层(8)，该LED芯片中位于第二端的透明绝缘层(8)上设有第一反射层(11)，该LED芯片中位于第一端的衬底(1)上设有第二反射层(12)，第一反射层(11)和第二反射层(12)共同作用能实现第一端和第二端的光被反射从位于第一端和第二端之间的侧面出光。
2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于：所述第一反射层(11)和第二反射层(12)均为由铝、银、二氧化钛及二氧化硅中的至少两种形成的布拉格反射镜结构。
3.根据权利要求2所述的LED芯片，其特征在于:所述第一反射层(11)和第二反射层(12)的厚度均在2.0um-4.5um之间。
4.一种如权利要求1-3任意一项所述的LED芯片的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步、制作全结构外延片，具体是：沿第一端至第二端方向，在衬底(1)上依次生长出缓冲层(2)、N型半导体层(3)、多量子阱层(4)和P型半导体层(5)，得到全结构外延片；
第二步、在全结构外延片上生长电流阻挡层(6)；在电流阻挡层(6)及未覆盖电流阻挡层(6)的P型半导体层(5)上生长电流扩展层(7)；
第三步、制作P型电极(9)和N型电极(10)，具体是：在电流扩展层(7)上制作P型电极(9)，且P型电极(9)位于电流阻挡层(6)的正上方；在全结构外延片蚀刻后露出的N型半导体层(3)上制作N型电极(10)；得到LED芯片半成品；
第四步、生长透明绝缘层(8)，具体是：在LED芯片半成品上生长透明绝缘层(8)，得到芯片COW片；
第五步、在芯片COW片位于第一端的衬底(1)上设置第二反射层(12)；在芯片COW片位于第二端的透明绝缘层(8)上设置第一反射层(11)；经过后处理即得LED芯片。
5.根据权利要求4所述的LED芯片的制作方法，其特征在于：所述第三步中制作P型电极(9)和N型电极(10)时，先利用黄光光刻和ICP刻蚀工艺刻蚀制备出P电极焊盘和N电极焊盘，再将P型电极(9)和N型电极(10)分别固定P电极焊盘和N电极焊盘上。
6.根据权利要求5所述的LED芯片的制作方法，其特征在于：所述ICP刻蚀工艺中：功率控制在120W-300W，采用CF4气体进行刻蚀，CF4气体控制在80sccm-120sccm。
7.根据权利要求4所述的LED芯片的制作方法，其特征在于：所述第五步具体是：先在芯片COW片位于第一端的衬底(1)上采用蒸镀方式制备出由二氧化钛和二氧化硅形成的厚度为2.0-4.5um的布拉格反射镜结构作为第二反射层(12)，再减薄至80-150um；接着在芯片COW片位于第二端的透明绝缘层(8)上采用蒸镀方式制备出由二氧化钛和二氧化硅形成的厚度为2.0-4.5um的布拉格反射镜结构作为第一反射层(11)；最后进行切割、裂片、点测及分选得到LED芯片。
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