CN112670382A - 一种led芯片及led芯片的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED芯片及LED芯片的制备方法，包括：衬底，具有相对设置的第一表面和第二表面；外延层，位于衬底的第一表面上，且外延层在衬底的第一表面上依次包括第一半导体层、有源层和第二半导体层；外延层的侧壁表面形成有粗化微结构；阻挡层，位于外延层的上方且完全覆盖外延层的上表面。由此，本发明能够在芯片粗化过程中对芯片的正面进行保护，同时避免在现有技术中为了保护芯片正面在芯片表面沉积氮化硅，采用化学液去除氮化硅时残留的一些化学键对芯片焊线效果产生的不良影响。

Description

一种LED芯片及LED芯片的制备方法

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种LED芯片及LED芯片的制备方法。

背景技术

LED芯片是固态照明中的核心器件，具备寿命长，可靠性好、电光转换效率高等诸多优点。LED芯片亮度的提高基于两个效率的提高，即：内量子效率的提高及外量子效率的提高。其中，外量子效率的提高主要依赖生长分布布拉格发射器、表面粗化增加光萃取等技术手段。

表面粗化提高LED芯片出光效率的原理是利用LED出光表面的凹凸结构，将全反射角度的光线散射出或者引导出芯片，从而增加可以出射到LED外部的光线比例。一般地，可以选择对芯片的正面或侧面进行粗化，以提高其外部量子效率。在对芯片的侧面进行粗化时，由于使用的强酸性溶液对芯片正面的透明导电层会有一定的损害，一般会采用化学沉积法在芯片的正面沉积一层氮化硅层以对芯片正面的透明导电层进行保护。但是，由于制备的氮化硅层存在粘附性和致密性较差等问题，无法较好的包覆芯片的电极及发光区，导致腐蚀液对芯片正面的透明导电层产生一定的腐蚀，影响芯片的发光质量。并且，由于表面沉积的氮化硅层后续需要使用氢氟酸等溶液去除掉，由此会在芯片的表面遗留部分含氟化学键，导致芯片表面易吸附胶气，影响芯片的焊线效果。

发明内容

为了解决背景技术中至少一个技术问题，本发明提供一种LED芯片及LED芯片的制备方法，能够在芯片粗化过程中对芯片的正面进行保护，同时避免在现有技术中为了保护芯片正面而在芯片表面沉积氮化硅，去除时遗留的化学键对芯片焊线效果产生的影响。

本发明所采用的技术方案具体如下：

根据本发明的一个方面，提供一种LED芯片，包括：

衬底，具有相对设置的第一表面和第二表面；

外延层，位于衬底的第一表面上，且外延层在衬底的第一表面上依次包括第一半导体层、有源层和第二半导体层；外延层的侧壁表面形成有粗化微结构；

阻挡层，位于外延层的上方且覆盖外延层的上表面。

可选地，阻挡层为至少一层金属层，金属层形成为LED芯片的第一电极。

可选地，金属层的材料为Au、Ge、Ni、Cr、Al、Cu、Ti、Pt、Zn中的一种或多种。

可选地，阻挡层包括第一金属层和第二金属层，第一金属层覆盖外延层的上表面，第二金属层覆盖第一金属层的上表面。

可选地，第一金属层的材料为Au、Ge、Ni、Cr、Al、Cu、Ti、Pt、Zn中的一种或多种。

可选地，第二金属层的材料为Au或Pt中的一种或多种。

可选地，外延层的第二半导体层与阻挡层之间设置有透明导电层。

可选地，衬底为导电衬底。

可选地，还包括：第二电极，设置于导电衬底的第二表面上。

根据本发明的另一个方面，还提供一种LED芯片的制备方法，包括：

提供一衬底，衬底具有第一表面和第二表面；

在衬底的第一表面上形成外延层，外延层包括依次形成在第一表面上的第一半导体层、有源层和第二半导体层；

图形化外延层，形成相互间隔的台面结构，相邻的台面结构之间形成切割区；

在台面结构上方形成阻挡层，阻挡层覆盖台面结构的上表面；

对台面结构的侧壁进行粗化处理。

可选地，在台面结构上方形成阻挡层包括：在台面结构上方形成至少一层金属层，阻挡层形成LED芯片的第一电极。

可选地，金属层的材料为Au、Ge、Ni、Cr、Al、Cu、Ti、Pt、Zn中的一种或多种。

可选地，在台面结构上方形成阻挡层包括：在台面结构上方形成覆盖台面结构上表面的第一金属层，在第一金属层上形成覆盖第一金属层的第二金属层。

可选地，第一金属层的材料为Au、Ge、Ni、Cr、Al、Cu、Ti、Pt、Zn中的一种或多种。

可选地，第二金属层的材料为Au或Pt中的一种或多种。

可选地，在台面结构上方形成阻挡层之前，还包括：在外延层的第二半导体层的上方形成透明导电层。

可选地，衬底为导电衬底。

可选地，还包括：在导电衬底的第二表面上形成第二电极。

可选地，在对台面结构的侧面进行粗化处理时，采用的粗化液为氢氟酸、硫酸、硝酸、盐酸、磷酸中的一种或多种。

可选地，粗化液的浓度为50％～100％，粗化时间为3S～200S。

与现有技术相比，本发明所述的LED芯片及LED芯片的制备方法至少具备如下有益效果：

本发明的LED芯片及LED芯片制备方法包括：衬底，具有相对设置的第一表面和第二表面；外延层，位于衬底的第一表面上，且外延层在衬底的第一表面上依次包括第一半导体层、有源层和第二半导体层；外延层的侧壁表面形成有粗化微结构；阻挡层，位于外延层的上方且完全覆盖外延层的上表面。由此，本发明采用将具有抗粗化液腐蚀的阻挡层覆盖于整个芯片正面，能够在粗化过程中对芯片的正面进行保护，防止了在粗化过程中粗化液对芯片正面的损伤，保证了芯片正面的完好；并且，克服了现有技术中为了保护芯片正面在芯片表面沉积氮化硅，在采用化学液去除氮化硅时遗留的一些化学键对芯片焊线效果产生的影响。

附图说明

图1为现有技术中LED芯片在进行粗化前的结构示意图；

图2为现有技术中LED芯片在施加粗化液时的示意图；

图3为现有技术中LED芯片粗化后芯片的正面照片；

图4为本发明一实施例中所述LED芯片的结构示意图；

图5为本发明一实施例中所述LED芯片的结构示意图；

图6为图4或图5中LED芯片的正面SEM照片；

图7a-7f为本发明所述LED芯片制备方法的流程图。

附图标记列表：

100 衬底

110 第一半导体层

120 有源层

130 第二半导体层

140 透明导电层

150 第一电极

151 第一金属层

152 第二金属层

160 氮化硅层

170 第二电极

180 粗化液

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

参照图1，提供一种LED芯片，该芯片包括衬底100、外延层、第一电极150和第二电极170；其中，外延层包括第一半导体层110、有源层120和与第一半导体层110类型相反的第二半导体层130，在第二半导体层130上形成有透明导电层140，该透明导电层140用于对电流的扩展；在透明导电层140之上形成有第一电极150，该第一电极150位于透明导电层140上方的部分区域，且暴露出部分的透明导电层140。为了提高芯片的外量子效率，一般会对芯片施加粗化液进行粗化，以增加芯片出光面的出光效率，参照图2。在此过程中，粗化液180会进入芯片正面透明导电层140或渗透至外延层，对芯片透明导电层140及外延层造成一定的损伤，进而影响芯片的发光效率。

为了解决上述问题，参照图1，现有技术中常常利用PECVD(等离子体增强化学气相沉积)的方法在芯片的表面沉积一层氮化硅层160，以防止粗化液180对芯片透明导电层140及外延层的损伤。但是，由于采用PECVD(等离子体增强化学气相沉积)形成的氮化硅往往存在粘附性差，致密度不高等问题，且由于第一电极层150与透明导电层140之间存在一定的高度差，无法对芯片正面形成有效的包覆，导致了粗化液180对芯片的透明导电层140甚至外延层产生了一定的腐蚀现象；例如，参照图3，在芯片的透明导电层140或外延层上产生一定的孔隙，进而影响芯片的发光效率。

此外，采用沉积氮化硅保护芯片正面的方法还存在一些不足，例如，在去除芯片表面的氮化硅时常常使用氢氟酸溶液，这使得在芯片的表面会遗留含氟化学键，导致芯片正面吸附胶气，影响芯片后期的焊线效果。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种LED芯片及LED芯片的制备方法。

实施例1

本实施例公开了一种LED芯片；该LED芯片包括衬底，具有相对设置第一表面和第二表面；外延层，位于衬底的第一表面上，且外延层在衬底的第一表面上依次包括第一半导体层、有源层和第二半导体层；外延层的侧壁表面形成有粗化微结构；阻挡层，位于外延层的上方且完全覆盖外延层的上表面。

在本发明的一个实施例中，参照图4，阻挡层为至少一层金属层，该金属层形成为LED芯片的第一电极150，金属层的材料为Au、Ge、Ni、Cr、Al、Cu、Ti、Pt、Zn中的一种或多种。由此，抗粗化液腐蚀的金属层既可以充当金属电极，也可以对芯片的正面形成抗粗化液腐蚀保护，进而能够防止在芯片粗化的过程中，粗化液对芯片正面外延层的损伤。

在本发明的一个实施例中，参照图5，金属层包括第一金属层151和第二金属层152，第二金属层152位于第一金属层151的上方。可选地，第一金属层151的材料可以为Au、Ge、Ni、Cr、A1、Cu、Ti、Pt、Be、Zn中的一种或多种；可选地，第二金属层的材料为Au或Pt中的一种或多种。

在可选的实施例中，衬底100为导电衬底，所述衬底100可以为氮化镓衬底、砷化镓衬底的一种；在本实施例中，该导电衬底100为砷化镓衬底。可选地，还包括设置于导电衬底100的第二表面上的第二电极170。

在可选地实施例中，外延层包括依次的N型层、量子阱层和P型层；可选地，N型层依次包括N型缓冲层和N型限制层；在本实施例中，N型缓冲层为GaAs缓冲层，N型限制层为N型AlGaAs限制层；量子阱层为AlGaAsPIn层；P型层依次包括P型限制层和P型窗口层，P型限制层为P型AlGaAs限制层，P型窗口层为AlGaAs窗口层。

在可选实施例中，第二半导体层130与金属层之间设置有透明导电层140，金属层覆盖整个透明导电层140的表面。该透明导电层140的材料可以包括金属氧化物，至少一种材料选自铟锡氧化物(ITO)，镉锡氧化物(CTO)、锑氧化锡、氧化铟锌、氧化锌铝及锌锡氧化物。

本实施例所述的LED芯片采用将抗粗化液腐蚀的阻挡层形成于整个芯片正面的方式以在粗化过程中对芯片的正面进行保护，防止粗化过程中粗化液对芯片正面的损伤，保证了芯片的质量及发光效率。

实施例2

本实施例提供一种LED芯片的制备方法，参照图7a～7f和图4、图5。

S101：提供一衬底100，该衬底100具备相对设置的第一表面和第二表面；

参照图7a，提供一衬底100，优选该衬底为导电衬底，该导电衬底100具备第一表面和第二表面；可选地，该导电衬底100材料可以为氮化镓衬底、砷化镓衬底中的一种；在本实施例中，该导电衬底100为砷化镓衬底。

S102：在衬底100的第一表面上形成外延层，外延层包括依次形成在衬底的第一表面上的第一半导体层110、有源层120与第二半导体层130。

参照图7a，在衬底100的第一表面上依次形成第一半导体层110、有源层120和与第二半导体层130，具体地，可以采用MOCVD(金属有机化合物化学气相沉积)工艺依次生长外延层。可选地，外延层包括依次的N型层、量子阱层和P型层；可选地，N型层依次包括N型缓冲层和N型限制层；在本实施例中，N型缓冲层为GaAs缓冲层，可以大大提高发光外延结构的生长质量，提高发光二级管的发光效率；N型限制层为N型AlGaAs限制层；量子阱层为AlGaAsPIn层；P型层依次包括P型限制层和P型窗口层，P型限制层为P型AlGaAs限制层，P型窗口层为AlGaAs窗口层。需要说明的是，AlGaAs是指AlGa_(1-x)As材料，各AlGa_(1-x)As的功能层组分可根据实际需求分别进行调整，以实现相应的功能。

S103：图形化外延层，形成相互间隔的台面结构，相邻台面结构之间形成切割区；

参照图7b，图形化外延层，形成相互间隔的台面结构，相邻台面结构之间形成切割区。具体地，在上述外延层的表面上沉积一层具有预留切割道形状的光刻胶掩膜，采用干法刻蚀工艺刻蚀未被光刻胶覆盖的部分以暴露衬底，使得外延层在衬底上形成相互间隔的台面结构，相邻台面结构之间形成切割区。

S104：在台面结构上方形成阻挡层，阻挡层完全覆盖台面结构的上表面；

参照图7d，在台面结构上方形成阻挡层，阻挡层完全覆盖台面结构的上表面，以对外延层的表面形成保护。具体地，在台面结构的上方沉积至少一层金属层150，该作为阻挡层的金属层同时形成LED芯片的第一电极；该金属层150可以为采用蒸镀或溅射的方式形成。

可选地，金属层的材料为Au、Ge、Ni、Cr、Al、Cu、Ti、Pt、Zn中的一种或多种。在可选实施例中，金属层包括第一金属层151和覆盖第一金属层151的第二金属层152，第一金属层151的材料为Au、Ge、Ni、Cr、Al、Cu、Ti、Pt、Zn中的一种或多种；第二金属层152的材料为Au或Pt中的一种或多种。

在可选实施例中，参照图7c，在台面结构上方形成阻挡层之前，还包括：在外延层的第二半导体层130的上方形成透明导电层140；具体地，可以采用电子束或溅射形成透明导电层140，其中透明导电层140的材料包括金属氧化物，至少一种材料选自铟锡氧化物(ITO)，镉锡氧化物(CTO)、锑氧化锡、氧化铟锌、氧化锌铝及锌锡氧化物。

在可选实施例中，还包括在衬底100的第二表面上采用蒸镀或溅射的方式形成第二电极170，可选地，第二电极170的材料可以为Au、Ge、Ni、Cr、A1、Cu、Ti、Pt、Be、Zn中的一种或多种。

S105：对台面结构的侧面进行粗化处理。

参照图7e，对台面结构的侧面进行粗化处理。具体地，将上述所得图7d置于粗化液中进行粗化处理，粗化3S～200S后，获得具有侧面粗化的LED芯片。可选地，粗化液为氢氟酸、硫酸、硝酸、盐酸或磷酸中的一种或多种；可选地，粗化液的浓度为50％～100％；在本实施例中，采用的粗化液为硝酸，浓度值为100％，腐蚀时间为50S。

参照图7f，对如图7e所示的器件沿切割区进行切割，获得单颗的LED芯片，获得粗化后的单颗芯片的结构示意图如图4或5所示，SEM照片如图6所示。由图6可得，本实施例所述LED芯片的制备方法能够有效的保护芯片的正面不被粗化液的侵蚀，保证了芯片的质量及发光效率。

另外，本实施例还避免了在芯片的正面沉积氮化硅带来不良影响，保证了器件的质量及可靠性。一方面，本实施例中在芯片的正面沉积一层金属层作为粗化液阻挡层，能够对芯片正面形成致密且有效的保护，进而克服在芯片正面沉积氮化硅作为保护层时的粘附性差和不致密的缺点。另一方面，现有技术中在芯片正面沉积氮化硅作为保护层，在使用之后还需要采用酸性溶液去除该保护层，因此在芯片的表面会遗留一些化学键，存在于芯片表面的化学键在焊线过程中容易吸附C、O、Si等元素，对焊线时的胶气产生污染，影响打线效果。本实施例中的金属层能同时作为芯片的电极层和阻挡层使用，因而该阻挡层不用去除，保证了后续焊线时的焊线质量及器件的可靠性。

综上，本发明所述的LED芯片及LED芯片的制备方法至少具备如下有益效果：

本发明的LED芯片及制备方法，包括：衬底，具有相对设置的第一表面和第二表面；外延层，位于衬底的第一表面上，且外延层在衬底的第一表面上依次包括第一半导体层、有源层和第二半导体层；外延层的侧壁表面形成有粗化微结构；阻挡层，位于台面结构的上方且完全覆盖台面结构的上表面。由此，本发明的LED芯片的制备方法及LED芯片采用将具有抗粗化液腐蚀的阻挡层覆盖于整个芯片正面，能够在粗化过程中对芯片的正面进行保护，防止了在粗化过程中粗化液对芯片正面的损伤，保证了芯片正面的完好；并且，克服了现有技术中为了保护芯片正面在芯片表面沉积氮化硅，在采用化学液去除氮化硅时遗留的一些化学键对芯片焊线效果产生的影响。

本具体的实施例仅仅是对本发明的解释，而并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (20)

1.一种LED芯片，其特征在于，包括：

衬底，具有相对设置的第一表面和第二表面；

外延层，位于所述衬底的所述第一表面上，且所述外延层在所述衬底的第一表面上依次包括第一半导体层、有源层和第二半导体层；所述外延层的侧壁表面形成有粗化微结构；

阻挡层，位于所述外延层的上方且覆盖所述外延层的上表面。

2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述阻挡层为至少一层金属层，所述金属层形成为所述LED芯片的第一电极。

3.根据权利要求2所述的LED芯片，其特征在于，所述金属层的材料为Au、Ge、Ni、Cr、Al、Cu、Ti、Pt、Zn中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述阻挡层包括第一金属层和第二金属层，所述第一金属层覆盖所述外延层的上表面，所述第二金属层覆盖所述第一金属层的上表面。

5.根据权利要求4所述的LED芯片，其特征在于，所述第一金属层的材料为Au、Ge、Ni、Cr、Al、Cu、Ti、Pt、Zn中的一种或多种。

6.根据权利要求4所述的LED芯片，其特征在于，所述第二金属层的材料为Au或Pt中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述外延层的所述第二半导体层与所述阻挡层之间设置有透明导电层。

8.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述衬底为导电衬底。

9.根据权利要求8所述的LED芯片，其特征在于，还包括：第二电极，设置于所述导电衬底的所述第二表面上。

10.一种LED芯片的制备方法，其特征在于，包括：

提供一衬底，所述衬底具有第一表面和第二表面；

在所述衬底的第一表面上形成外延层，所述外延层包括依次形成在所述第一表面上的第一半导体层、有源层和第二半导体层；

图形化所述外延层，形成相互间隔的台面结构，相邻的台面结构之间形成切割区；

在所述台面结构上方形成阻挡层，所述阻挡层覆盖所述台面结构的上表面；

对所述台面结构的侧壁进行粗化处理。

11.根据权利要求10所述LED芯片的制备方法，其特征在于，在所述台面结构上方形成阻挡层包括：在所述台面结构上方形成至少一层金属层，所述阻挡层形成所述LED芯片的第一电极。

12.根据权利要求11所述LED芯片的制备方法，其特征在于，所述金属层的材料为Au、Ge、Ni、Cr、Al、Cu、Ti、Pt、Zn中的一种或多种。

13.根据权利要求10所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，在所述台面结构上方形成阻挡层包括：在所述台面结构上方形成覆盖所述台面结构上表面的第一金属层，在所述第一金属层上形成覆盖所述第一金属层的第二金属层。

14.根据权利要求13所述LED芯片的制备方法，其特征在于，所述第一金属层的材料为Au、Ge、Ni、Cr、Al、Cu、Ti、Pt、Zn中的一种或多种。

15.根据权利要求13所述LED芯片的制备方法，其特征在于，所述第二金属层的材料为Au、或Pt中的一种或多种。

16.根据权利要求10所述LED芯片的制备方法，其特征在于，在所述台面结构上方形成阻挡层之前，还包括：在所述外延层的所述第二半导体层的上方形成透明导电层。

17.根据权利要求10所述LED芯片的制备方法，其特征在于，所述衬底为导电衬底。

18.根据权利要求17所述LED芯片的制备方法，其特征在于，还包括：在所述导电衬底的所述第二表面上形成第二电极。

19.根据权利要求10所述LED芯片的制备方法，其特征在于，在对所述台面结构的侧面进行粗化处理时，采用的粗化液为氢氟酸、硫酸、硝酸、盐酸、磷酸中的一种或多种。

20.根据权利要求19所述LED芯片的制备方法，其特征在于，所述粗化液的浓度为50％～100％，粗化时间为3S～200S。

Images