CN113066914A - 一种led芯片 - Google Patents

一种led芯片 Download PDF

Info

Publication number
CN113066914A
CN113066914A CN202110411491.9A CN202110411491A CN113066914A CN 113066914 A CN113066914 A CN 113066914A CN 202110411491 A CN202110411491 A CN 202110411491A CN 113066914 A CN113066914 A CN 113066914A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
led chip
light
substrate
mesa
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110411491.9A
Other languages
English (en)
Inventor
黄瀚毅
戴志祥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiamen Sanan Optoelectronics Technology Co Ltd
Original Assignee
Xiamen Sanan Optoelectronics Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiamen Sanan Optoelectronics Technology Co Ltd filed Critical Xiamen Sanan Optoelectronics Technology Co Ltd
Priority to CN202110411491.9A priority Critical patent/CN113066914A/zh
Publication of CN113066914A publication Critical patent/CN113066914A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H01L33/24—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate of the light emitting region, e.g. non-planar junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
    • H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/10—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

本发明提供一种LED芯片，LED芯片包括衬底，以及形成衬底正面的发光外延层，发光外延层形成有第一台面和低于所述第一台面的第二台面，发光外延层包括依次形成在衬底正面的第一半导体层、有源层以及第二半导体层，有源层的面积占所述芯片面积的80以上。相对于现有技术，本发明的LED芯片的出光面面积提高了近20％。由于LED芯片的出光面面积的增加，LED芯片的阻值下降，进而导致相同电流下电压下降，使得本发明的LED芯片的亮度相对常规芯片提高了近2.96％，相同电流下电压下降约0.03V。本发明的LED芯片还可以在发光外延层的侧壁上形成反射结构，该反射结构与发光外延层的倾斜侧壁共同作用，进一步提高LED芯片的光提取率，特别是轴向出光率。

Description

一种LED芯片
技术领域
本发明涉及半导体器件制造领域，特别是涉及一种LED芯片。
背景技术
目前，在LED芯片制程中，都需预留切割道，使得在划裂时能够将LED芯片之间顺利分开。预留此切割道可避免划裂时，激光能量损伤有源层导致的器件漏电及光电特性异常(譬如漏电或电压高)等问题。但是，保留此切割道需要在芯粒间预留15μm～40μm左右的距离作为切割道，此部份不仅不发光还占用发光区的有效面积。对于不同尺寸的芯片，预留的切割道占一般芯粒3～10％的面积不等。这一占比明显减小了LED芯片的发光面积，不利于提高器件的效率。因此需要增大LED芯片的有效发光面积。
发明内容
为了有效解决LED芯片预留切割道占比较大的问题，本发明旨在提供一种LED芯片，通过正划划裂在外延层之间形成沟槽，经沟槽采用酸液腐蚀外延层，使得外延层侧壁形成倾斜侧壁，控制外延层最边缘与衬底边缘之间的距离小于10μm，由此控制外延层的发光面积的占比在80％以上，显著提高LED芯片的有效发光面。
为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供了一种LED芯片，其包括：
衬底，所述衬底具有相对设置的衬底正面及衬底背面；
发光外延层，形成在所述衬底正面，所述发光外延层形成有第一台面和高于所述第一台面的第二台面，所述发光外延层包括依次形成在所述衬底正面的第一半导体层、有源层以及第二半导体层，其中所述第一半导体层形成所述第一台面，与所述第一台面相邻的其余第一半导体层以及所述有源层、所述第二半导体层形成所述第二台面，所述有源层为所述发光外延层的发光层，并且所述有源层的面积占所述芯片面积的80％以上。
可选地，所述LED芯片还包括反射结构，所述反射结构形成在所述第一台面的侧壁以及所述第二台面远离所述第一台面的一侧的侧壁上。
可选地，所述第一台面的侧壁以及所述第二台面的侧壁为倾斜侧壁，使得所述发光外延层呈倒梯形结构。
可选地，在所述第一台面处，形成所述第一台面的第一半导体层的侧壁为倾斜侧壁，在所述第二台面处，远离所述第一台面的一侧，形成所述第二台面的第一半导体层、有源层及第二半导体层的侧壁为连续的倾斜侧壁，靠近所述第一台面的一侧，所述有源层及所述第二半导体层的侧壁为倾斜侧壁。
可选地，所述倾斜侧壁与所述衬底之间的锐角夹角介于30°～70°。
可选地，所述发光外延层的底部边缘与所述衬底正面的边缘之间的水平距离小于等于15μm。
可选地，所述出光面远离所述第一台面的一侧的顶部边缘与所述衬底正面的边缘之间的水平距离小于等于10μm。
可选地，还包括反射结构，所述反射结构位于所述衬底背面。
可选地，所述LED芯片的长宽比大于3:1小于6:1。
可选地，所述反射层为包括交替层叠的第一材料层和第二材料层的DBR反射层，所述第一材料层和所述第二材料层具有不同的折射率，所述DBR反射层包括20～70对第一材料层和第二材料层构成的反射层对。
可选地，所述反射层为ODR反射层，所述ODR反射层包括介质层和金属层。
根据本发明的又一方面，提供一种LED芯片，该LED芯片包括：
衬底，所述衬底具有相对设置的衬底正面及衬底背面；
发光外延层，形成在所述衬底正面，所述发光外延层形成有第一台面和高于所述第一台面的第二台面，所述发光外延层包括依次形成在所述衬底正面的第一半导体层、有源层以及第二半导体层，其中所述第一半导体层形成所述第一台面，所述有源层及所述第二半导体层形成所述第二台面；
其中，所述发光外延层的底部边缘与所述衬底正面的边缘之间的水平距离小于等于15μm，所述发光外延层远离所述第一台面的一侧的顶部边缘与所述衬底正面的边缘之间的水平距离小于等于10μm。
可选地，还包括反射结构，所述反射结构形成在所述第一台面的侧壁以及所述第二台面远离所述第一台面的一侧的侧壁上。
可选地，所述第一台面的侧壁以及所述第二台面的侧壁为倾斜侧壁，使得所述发光外延层呈倒梯形结构。
可选地，在所述第一台面处，形成所述第一台面的第一半导体层的侧壁为倾斜侧壁；在所述第二台面处，远离所述第一台面的一侧，形成所述第二台面的第一半导体层、有源层及第二半导体层的侧壁为连续的倾斜侧壁，靠近所述第一台面的一侧，所述有源层及所述第二半导体层的侧壁为倾斜侧壁。
可选地，所述倾斜侧壁与所述衬底之间的锐角夹角介于30°～70°。
可选地，还包括反射结构，所述反射结构位于所述衬底背面。
可选地，所述LED芯片的长宽比大于3:1小于6:1。
如上所述，本发明提供的LED芯片，至少具备如下有益技术效果：
本发明的LED芯片包括衬底，以及形成衬底正面的发光外延层，发光外延层形成有第一台面和低于所述第一台面的第二台面，所述第一台面形成所述发光外延层的出光面，并且所述出光面的面积占所述芯片面积的80％以上，甚至达到95％左右。相对于现有技术的LED芯片来说，本发明的LED芯片的发光面积提高了近20％。另外，由于LED芯片的发光区面积的增加，LED芯片的阻值下降，进而导致相同电流下电压下降，使得本发明的LED芯片的亮度相对常规芯片提高了近2.96％，相同电流下电压下降约0.03V。
本发明的LED芯片的外延层侧壁形成为倾斜侧壁，该倾斜侧壁有利于LED芯片的侧面出光，避免侧面出光被吸收，有利于提高LED芯片的出光效率。本发明的LED芯片在衬底背面还形成有反射结构，同样有利于提高LED芯片的出光效率。
本发明的LED芯片还可以在发光外延层的侧壁上形成反射结构，该反射结构与发光外延层的倾斜侧壁共同作用，进一步提高LED芯片的光提取率，特别是轴向出光率。该LED芯片尤其适用于作为显示屏的背光LED芯片，特别是对于长宽比介于3:1～10:1，优选地，长宽比介于3:1～6:1的长条形LED芯片，由于LED芯片的轴向出光率显著提高，因此采用该LED芯片的手机等显示屏的亮度能够显著提高。此外，反射结构覆盖发光外延层101的侧壁，并具有一定的厚度(例如，优选地，小于5μm)，能够防止水汽和灰尘进入芯片内部，是的发光外延层不被破坏，从而显著提高了LED芯片的可靠性。
本发明首先采用激光技术对外延层进行正划，在外延层中形成沟槽，经沟槽采用酸液刻蚀外延层，形成倾斜侧壁，由此形成切割道使得切割道的宽度小于10μm，形成上述切割道之后再对外延层进行刻蚀，形成第一台面和低于第一台面的第二台面。上述第一台面构成LED芯片的出光面，该出光面的面积占芯片面积的80％以上。同时采用原子层沉积方法形成LED芯片背面或者发光外延层侧壁的反射结构，保证反射结构良好的均匀性、粘附性佳以及较高的膜层致密度。
附图说明
图1显示为现有技术中一种LED芯片的结构示意图。
图2a显示为本发明实施例一提供的LED芯片的结构示意图。
图2b显示为图2a所述的LED芯片中外延层远离所述第一台面的一侧的顶部边缘与所述衬底边缘之间的距离Lu为0时LED芯片的俯视图。
图3显示为实施例一的可选实施例提供的LED芯片的结构示意图。
图4显示为本发明实施例二提供的LED芯片的制造方法的流程示意图。
图5显示为在衬底上形成外延层的结构示意图。
图6显示为对所述外延层进行正划形成沟槽的结构示意图。
图7显示为经图6所示的沟槽腐蚀外延层侧壁形成倾斜侧壁的结构示意图。
图8显示为刻蚀图7所示的外延层形成第一台面和第二台面的结构示意图。
图9显示为在第一台面和第二台面上形成第一电极和第二电极的结构示意图。
图10显示为实施例二的一可选实施例中在衬底背面形成反射结构的结构示意图。
图11显示为本发明实施例二提供的一LED芯片的俯视示意图。
图12显示为本发明实施例二提供的另一LED芯片的俯视示意图。
图13显示为本发明实施例三提供的LED芯片的结构示意图。
图14显示为本发明实施例四中在LED芯片的倾斜侧壁上形成反射结构的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量、位置关系及比例可在实现本方技术方案的前提下随意改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
在LED芯片中，如图1所示，在衬底01上形成有第一半导体层02、有源层03及第二半导体层04以形成发光外延层。现有技术中，通常首先对发光外延层进行刻蚀，由第一半导体层形成第一台面001，在第二半导体层和有源层形成第二台面002。然后再采用正划工艺在相邻LED芯片之间形成预留切割道05，以实现相邻LED芯片之间的分离。此时，通常会在在预留切割道两侧的第二台面与第一半导体层之间形成预留台面003。上述预留切割道以及预留台面均会牺牲LED芯片的发光面积，由此造成LED有效发光面减小，降低了LED芯片的出光效率。
为了增加LED芯片的发光面积，本发明提供了如下实施例所述LED芯片及其制造方法。
实施例一
本实施例提供一种LED芯片，如图2a所示，该LED芯片包括衬底100，形成在衬底正面的发光外延层101。该发光外延层101包括依次形成在衬底正面的第一半导体层1011、有源层1012及第二半导体层1013。
以氮化镓LED为例，上述衬底100可以是硅衬底、蓝宝石、碳化硅衬底等任意适合的衬底，在此以蓝宝石为例。在蓝宝石100的衬底正面上依次生长n型氮化镓层1011、有源层1012及p型氮化镓层1013，以在衬底正面上形成发光外延层101。该发光外延层101在第一半导体层中形成第一台面104，与第一台面104相邻的其余第一半导体层以及有源层和第二半导体层形成第二台面105。其中，有源层1012为发光层，该第二台面105作为LED芯片的出光面，在可选实施例中，有源层的面积占LED芯片面积的70％～95％，优选地，有源层的面积占LED芯片面积的80％以上。
同样如图2a所示，发光外延层101的侧壁形成为倾斜侧壁，具体地，形成第一台面104的第一半导体层1011的侧壁为第一倾斜侧壁130，形成第二台面105的第一半导体层1011、有源层1012以及第二半导体层1013的远离第一台面一侧的侧壁为第二倾斜侧壁140，第二倾斜侧壁形成为连续一段式的倾斜侧壁。靠近第一台面一侧的第二半导体层和有源层的侧壁形成为第三倾斜侧壁150。并且，第二台面两侧的第二倾斜侧壁和第三倾斜侧壁的倾斜方向一致，这同样有利于增加有源层的面积，由于第二倾斜侧壁和第三倾斜侧壁的形成过程不同，二者的倾斜角度会存在差异。在LED芯片的制造过程中通过酸液腐蚀发光外延层形成上述倾斜侧壁，由此能够控制切割前相邻LED芯片之间的切割道顶部的宽度Wu小于等于20μm，底部的宽度Wb小于等于30μm(可参见图9)。切割后，如图2a所示，发光外延层的底部边缘与所述衬底边缘(更具体地，衬底正面的边缘)的距离Lb小于等于15μm，所述外延层远离所述第一台面的一侧的顶部边缘与所述衬底边缘(更具体地，衬底正面的边缘)之间的距离Lu小于等于10μm；优选地，外延层远离所述第一台面的一侧的顶部边缘与所述衬底边缘(更具体地，衬底正面的边缘)之间的距离Lu小于等于5μm；更优选地，外延层远离所述第一台面的一侧的顶部边缘与所述衬底边缘(更具体地，衬底正面的边缘)之间的距离Lu为0，如图2b所示，此时，芯片的有源层面积可以实现最大化。由此保证LED芯片的发光外延层中有源层的面积占LED芯片面积的70％～95％，优选地80％以上。发光外延层的倾斜侧壁与衬底之间的锐角夹角α介于30°～70°，优选地介于50°～70°，即，LED芯片的发光外延层整体上呈现倒梯形。通过控制倾斜侧壁的与衬底之间夹角的大小，可以有效避免LED芯片侧面出射的光被再次吸收，有利于LED芯片的侧面出光。
如图2a所示，本实施例的LED芯片还包括形成在第一台面104上的第一电极111，该第一电极111与第一半导体层(即n型氮化镓层)1011电连接；形成在第二台面105上的第二电极112，该第二电极112与第二半导体层(p型氮化镓层)1013电连接，并且在第二电极112与第二半导体层1013之间还形成有透明导电层110，该透明导电层可以为氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、掺铝氧化锌(AZO)、掺氟氧化锡(FTO)、钼氧化(IMO)铟等。
在本实施例的可选实施例中，如图3所示，LED芯片的衬底背面还形成有反射结构113，该反射结构可以是金属反射层或者可以是DBR反射结构。当形成为金属反射层时，可以是多层金属层的叠层。该反射结构的形成能够进一步提高LED芯片的发光效率。
实施例二
本实施例提供一种LED芯片的制造方法，如图4所示，该方法包括如下步骤：
步骤S101：提供衬底，所述衬底具有相对设置的衬底正面及衬底背面；
如图5所示，首先，提供衬底100，以氮化镓LED为例，该衬底可以是硅衬底、蓝宝石、碳化硅衬底等任意适合的衬底，在此以蓝宝石为例。
步骤S102：在所述衬底正面形成发光外延层，所述发光外延层包括依次形成在所述衬底正面的第一半导体层、有源层以及第二半导体层；
同样参照图5，以氮化镓LED为例，在衬底正面依次生长n型氮化镓层1011、有源层1012及p型氮化镓层1013，以在衬底正面上形成发光外延层101。在生长n型氮化镓层1011之前，还可以首先在衬底100的衬底正面上形成缓冲层，在此未详细示出。
步骤S103：在所述发光外延层中形成贯穿所述发光外延层的切割道；
首先，如图6所示，采用正划工艺，在发光外延层101中形成贯穿发光外延层101的沟槽102，在此过程中，控制正划的能量及功率，将沟槽102的宽度控制在20μm以下。同时控制正划的能量及功率还可以避免损伤发光区的有源层(例如，量子阱层)而造成器件的电性异常，例如漏电、ESD偏弱等。
经正划工艺形成上述沟槽102之后，如图7所示，采用湿法刻蚀对沟槽两侧的发光外延层101的侧壁进行刻蚀，以形成倾斜侧壁，倾斜侧壁之间形成为切割道103。例如可以采用酸液腐蚀刻蚀出发光外延层的倾斜侧壁，该酸液可以采用稀释的硫酸和氢氟酸混合液，H2PO3溶液，H2SO4溶液，H2PO3和H2SO4的混合溶液，NaOH溶液及HCl溶液中的一种，腐蚀溶液的温度介于25℃～350℃，能够达到较好的腐蚀效果。发光外延层的侧壁整体上形成倾斜侧壁，即，由发光外延层中第一半导体层、有源层及第二半导体层形成一段式的连续的倾斜侧壁，由此能够增加侧边出光的取出效率，降低全反射的光损失。由此能够提高LED芯片的出光效率。
如图7所示，如上所述方法形成的切割道顶部的宽度Wu小于等于20μm，底部的宽度Wb小于等于30μm，均明显小于常用制程形成的预留切割道的宽度，即将预留切割道的面积转换为有效的发光面积，由此增大LED芯片的发光面积。
步骤S104：刻蚀所述发光外延层形成第一台面和高于所述第一台面的第二台面，其中，所述第一半导体层形成所述第一台面，与所述第一台面相邻的其余第一半导体层以及所述有源层、所述第二半导体层形成所述第二台面，所述有源层为所述发光外延层的发光层，并且所述有源层的面积占所述芯片面积的80％以上。
形成上述切割道及发光外延层的倾斜侧壁之后，再对发光外延层进行刻蚀，形成第一台面104和第二台面105。如图8所示，在掩膜层(未详细示出)的遮挡下，刻蚀发光外延层101，直至暴露第一半导体层1011，优选地，可以继续刻蚀部分第一半导体层1011，暴露的第一半导体层1011形成上述第一台面104，与第一台面104相邻的其余第一半导体层及有源层和第二半导体层形成第二台面105，该第二台面作为LED芯片的出光面。同样参照图8，形成上述第一台面104之后，第二台面105靠近第一台面一侧的侧壁(即形成该侧壁的有源层和第二半导体层)同样形成为连续倾斜侧壁，并该倾斜侧壁的倾斜方向与第二台面远离第一台面一侧的倾斜侧壁的倾斜方向相同。上述结构使得作为发光层的有源层1012的面积显著增加，可增加至占LED芯片面积的70％～95％，优选地，有源层1012的面积增加至占LED芯片面积的80％以上。
形成第一台面和第二台面之后，如图9所示，还包括在第一台面和第二台面上分别形成第一电极和第二电极的步骤。在第一台面上沉积金属材料形成第一电极111，在第二台面上首先形成透明电极层110，然后在透明电极层上方沉积金属材料形成第二电极112。形成第一电极和第二电极之后，还包括，沿切割道103将LED芯片分离，获得图2a所示的LED芯片。
在本实施例的可选实施例中，如图10所示，在LED芯片的衬底背面形成反射结构113，该反射结构可以是金属反射层或者可以是DBR反射结构。当形成为金属反射层时，可以是多层金属层的叠层。该反射结构的形成能够进一步提高LED芯片的发光效率。形成反射结构之后，同样包括沿切割道103将LED芯片分离，获得图3所示的LED芯片。可以理解的是，可以首先沿切割道103将LED芯片分离，然后在LED芯片的背面形成上述反射结构113。
为了进一步验证本发明的LED芯片的各性能相对于现有技术的LED芯片的提升，对具有相同芯片尺寸的本发明的LED芯片及现有技术芯片进行各项性能测试，测试结果如下表1所示：
表1具有相同芯片尺寸的本发明的LED芯片与常规LED芯片各性能的比较结果
Figure BDA0003024313800000081
在相同芯粒尺寸(面积)下的对比结果可以看出，与常规的芯片相比，本发明的方法制造的LED芯片的亮度提高了2.96％，电压下降了0.03V，因为本发明的LED芯片制程的工艺能有效提高发光区面积，并且因为发光区面积的增加阻值下降进而导致在相同电流下电压下降。
另外，本发明还对具有不同尺寸的本发明的LED芯片及常规LED芯片的出光面积进行了比较，具体如下表2所示：
表2具有不同尺寸的本发明的LED芯片及常规LED芯片的出光面积比较结果
Figure BDA0003024313800000082
Figure BDA0003024313800000091
以表2中的芯片C为例，如图11所示，表2中芯片的面积是指以图11所示的衬底100的最边缘为界的矩形或者类似矩形的芯片的面积，即，图11中长c和宽k的乘积。而有源层的面积大致为图11中连续线条120所界定的区域面积减去第一台面的面积。
对于长宽比较大的芯片，由于芯片的长宽比较大，为了增加半导体层的电流均匀性，通常会增加电极长度或者宽度。例如表2中的芯片D，长宽比大于5:1，如图12所示，在本实施例中，为了增加半导体层的电流均匀性，增加芯片D的第二电极112的长度，第一电极111除了形成在第一台面上的部分以外，还在外延层的一侧形成第一电极的扩展部分111-1。即，在第一台面之外的外延层的依次对外延层进行刻蚀，刻蚀至暴露第一半导体层，例如刻蚀至暴露出长条状的第一半导体层，然后在暴露的该半导体层上形成上述扩展部分111-1。优选地，刻蚀暴露的第一半导体层与第一台面形成连续结构，并且扩展部分111-1与第一台面上的第一电极111形成连续结构。以上方式增加了第一电极和第二电极的面积，提高了半导体层的电流均匀性。相应地，为了第一电极的扩展部分111-1，牺牲了一部分外延层，图12所示芯片的有源层的面积会减小，因此出现表2中所示有源层面积占比下降的情况，但是相比于现有的具有同样的电极结构的芯片来说，本发明的芯片的有源层面积还是增加了10％以上，由此也能够提高LED芯片的出光效果。
如上表所示，相比于常规的LED芯片制程，本发明的方法制得的LED芯片充分利用了LED芯片的面积，本发明的LED芯片的出光面积相比于常规制程的LED芯片的出光面积显著增加，LED芯片的出光面积的占比增加至70％～95％以上，优选地，增加至80％以上，相对于现有技术中的LED芯片的出光面积增加10％以上，最大能提高近20％。
实施例三
本实施例同样提供一种LED芯片，与实施例一的相同之处不再赘述，不同之处在于：
如图13所示，发光外延层101的侧壁上形成有反射结构113′，优选地，该反射结构的厚度小于5μm。在可选实施例中，该反射结构可以是DBR反射层，即由具有不同的折射率的第一材料层和第二材料层交替层叠形成的反射结构。上述DBR反射层优选采用原子层沉积方法形成，依次在发光外延层侧壁上沉积第一材料层和第二材料层，形成20～70对第一材料层和第二材料层构成的反射层对。在可选实施例中，所述第一材料层为TiO2层，所述第二材料层为SiO2层。上述反射结构113′进一步阻挡了有源层22产生的光从外延层侧壁发射出去，提高了光的提取率，因此本实施例的上述LED芯片尤其适用于作为显示屏的背光LED芯片，特别是对于长宽比介于3:1～10:1，优选地，长宽比介于3:1～6:1的长条形LED芯片，能显著提高其轴向出光率，由于LED芯片的轴向出光率显著提高，因此采用该LED芯片的手机等显示屏的亮度能够显著提高。此外，反射结构113′覆盖发光外延层101的侧壁，并具有一定的厚度(例如，优选地，小于5μm)，能够防止水汽和灰尘进入芯片内部，是的发光外延层不被破坏，从而显著提高了LED芯片的可靠性。
在本实施例的另一可选实施例中，反射结构113′还可以是ODR反射层，即包括介质层和金属层的反射结构。其中的介质层可以是单层介质层也可以是不同介质层的叠层结构。在可选实施例中，该介质层为单层二氧化硅层，金属层为Ni层、Al层、Ag层、Au层、Pt层、Pb层、Cr层、Nb层、Ti层和Sn层中的任意一层或多层组合。在另一可选实施例中，上述ODR反射层中的介质层为DBR反射层，即由具有不同的折射率的第一材料层和第二材料层交替层叠形成的反射结构，所述第一材料层可以为TiO2层，所述第二材料层可以为SiO2层，金属层可以是Ni层、Al层、Ag层、Au层、Pt层、Pb层、Cr层、Nb层、Ti层和Sn层中的任意一层或多层组合。当上述介质层为DBR反射层时，同样可以包括20～70对交替层叠的第一材料层和第二材料层。
在本实施例提供的LED芯片中，倾斜的外延层侧壁与覆盖在外延层侧壁的反射层共同作用，提高了LED芯片的光提取率，特别是轴向出光率；此外，覆盖在外延层侧壁的反射层能够阻挡水汽和灰尘的进入，提高了LED芯片的可靠性。
实施例四
本实施例提供一种LED芯片的制造方法，与实施例二的相同之处不再赘述，不同之处在于：
本实施例中，形成第一台面和第二台面之后，切割LED芯片之前，如图14所示，还包括在发光外延层101的侧壁上形成反射结构113′的步骤。在可选实施例中，采用原子层沉积技术(atomic layer deposition,ALD)形成上述反射结构113′，由此保证反射结构良好的均匀性、粘附性佳以及较高的膜层致密度。同时保证反射结构113′具有一定的厚度(例如，小于5μm)，由此有效防止水汽和灰尘进入LED芯片内部，避免发光外延层遭受破坏，进而提高LED芯片的可靠性。
在可选实施例中，该反射结构可以是DBR反射层，即由具有不同的折射率的第一材料层和第二材料层交替层叠形成的反射结构。上述DBR反射层优选采用原子层沉积方法形成，依次在发光外延层侧壁上沉积第一材料层和第二材料层，形成20～70对第一材料层和第二材料层构成的反射层对。在可选实施例中，所述第一材料层为TiO2层，所述第二材料层为SiO2层。
在本实施例的另一可选实施例中，该反射结构113′还可以是ODR反射层，即包括介质层和金属层的反射结构。其中的介质层可以是单层介质层也可以是不同介质层的叠层结构。在可选实施例中，该介质层为单层二氧化硅层，金属层为Ni层、Al层、Ag层、Au层、Pt层、Pb层、Cr层、Nb层、Ti层和Sn层中的任意一层或多层组合。在另一可选实施例中，上述ODR反射层中的介质层为DBR反射层，即由具有不同的折射率的第一材料层和第二材料层交替层叠形成的反射结构，所述第一材料层可以为TiO2层，所述第二材料层可以为SiO2层，金属层可以是Ni层、Al层、Ag层、Au层、Pt层、Pb层、Cr层、Nb层、Ti层和Sn层中的任意一层或多层组合。当上述介质层为DBR反射层时，同样可以包括20～70对交替层叠的第一材料层和第二材料层。
本实施例的上述反射结构113′进一步阻挡了有源层22产生的光从外延层侧壁发射出去，提高了光的提取率，因此本实施例的上述LED芯片尤其适用于作为显示屏的背光LED芯片，特别是对于长宽比介于3:1～10:1，优选地，长宽比介于3:1～6:1的长条形LED芯片，能显著提高其轴向出光率，由于LED芯片的轴向出光率显著提高，因此采用该LED芯片的手机等显示屏的亮度能够显著提高。此外，反射结构113′覆盖发光外延层101的侧壁，并具有一定的厚度(例如，优选地，小于5μm)，能够防止水汽和灰尘进入芯片内部，是的发光外延层不被破坏，从而显著提高了LED芯片的可靠性。
如上所述，本发明提供的LED芯片，至少具备如下有益技术效果：
本发明的LED芯片包括衬底，以及形成衬底正面的发光外延层，发光外延层形成有第一台面和低于所述第一台面的第二台面，所述第一台面形成所述发光外延层的出光面，并且所述出光面的面积占所述芯片面积的70％～95％。相对于现有技术的LED芯片来说，本发明的LED芯片的发光面积提高了近20％。另外，由于LED芯片的发光区面积的增加，LED芯片的阻值下降，进而导致相同电流下电压下降，使得本发明的LED芯片的亮度相对常规芯片提高了近2.96％，相同电流下电压下降约0.03V。
本发明的LED芯片的外延层侧壁形成为倾斜侧壁，该倾斜侧壁有利于LED芯片的侧面出光，避免侧面出光被吸收，有利于提高LED芯片的出光效率。本发明的LED芯片在衬底背面还形成有反射结构，同样有利于提高LED芯片的出光效率。
本发明的LED芯片还可以在发光外延层的侧壁上形成反射结构，该反射结构与发光外延层的倾斜侧壁共同作用，进一步提高LED芯片的光提取率，特别是轴向出光率。该LED芯片尤其适用于作为显示屏的背光LED芯片，特别是对于长宽比介于3:1～10:1，优选地，长宽比介于3:1～6:1的长条形LED芯片，由于LED芯片的轴向出光率显著提高，因此采用该LED芯片的手机等显示屏的亮度能够显著提高。此外，反射结构113′覆盖发光外延层101的侧壁，并具有一定的厚度(例如，优选地，小于5μm)，能够防止水汽和灰尘进入芯片内部，是的发光外延层不被破坏，从而显著提高了LED芯片的可靠性。
本发明首先采用激光技术对外延层进行正划，在外延层中形成沟槽，经沟槽采用酸液刻蚀外延层，形成倾斜侧壁，由此形成切割道使得切割道的宽度小于10μm，形成上述切割道之后再对外延层进行刻蚀，形成第一台面和低于第一台面的第二台面。上述第一台面构成LED芯片的出光面，该出光面的面积占芯片面积的70％～95％。同时采用原子层沉积方法形成LED芯片背面或者发光外延层侧壁的反射结构，保证反射结构良好的均匀性、粘附性佳以及较高的膜层致密度。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (18)

1.一种LED芯片，其特征在于，包括：
衬底，所述衬底具有相对设置的衬底正面及衬底背面；
发光外延层，形成在所述衬底正面，所述发光外延层形成有第一台面和高于所述第一台面的第二台面，所述发光外延层包括依次形成在所述衬底正面的第一半导体层、有源层以及第二半导体层，其中所述第一半导体层形成所述第一台面，与所述第一台面相邻的其余第一半导体层以及所述有源层、所述第二半导体层形成所述第二台面，所述有源层为所述发光外延层的发光层，并且所述有源层的面积占所述芯片面积的80％以上。
2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，还包括反射结构，所述反射结构形成在所述第一台面的侧壁以及所述第二台面远离所述第一台面的一侧的侧壁上。
3.根据权利要求1或2所述的LED芯片，其特征在于，所述第一台面的侧壁以及所述第二台面的侧壁为倾斜侧壁，使得所述发光外延层呈倒梯形结构。
4.根据权利要求1或2所述的LED芯片，其特征在于，在所述第一台面处，形成所述第一台面的第一半导体层的侧壁为倾斜侧壁；在所述第二台面处，远离所述第一台面的一侧，形成所述第二台面的第一半导体层、有源层及第二半导体层的侧壁为连续的倾斜侧壁，靠近所述第一台面的一侧，所述有源层及所述第二半导体层的侧壁为倾斜侧壁。
5.根据权利要求4所述的LED芯片，其特征在于，所述倾斜侧壁与所述衬底之间的锐角夹角介于30°～70°。
6.根据权利要求1或2所述的LED芯片，其特征在于，所述发光外延层的底部边缘与所述衬底正面的边缘之间的水平距离小于等于15μm。
7.根据权利要求1或2所述的LED芯片，其特征在于，所述发光外延层远离所述第一台面的一侧的顶部边缘与所述衬底正面的边缘之间的水平距离小于等于10μm。
8.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，还包括反射结构，所述反射结构位于所述衬底背面。
9.根据权利要求2所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片的长宽比大于3:1小于6:1。
10.根据权利要求2或8所述的LED芯片，其特征在于，所述反射层为包括交替层叠的第一材料层和第二材料层的DBR反射层，所述第一材料层和所述第二材料层具有不同的折射率，所述DBR反射层包括20～70对第一材料层和第二材料层构成的反射层对。
11.根据权利要求2或8所述的LED芯片，其特征在于，所述反射层为ODR反射层，所述ODR反射层包括介质层和金属层。
12.一种LED芯片，其特征在于，包括：
衬底，所述衬底具有相对设置的衬底正面及衬底背面；
发光外延层，形成在所述衬底正面，所述发光外延层形成有第一台面和高于所述第一台面的第二台面，所述发光外延层包括依次形成在所述衬底正面的第一半导体层、有源层以及第二半导体层，其中所述第一半导体层形成所述第一台面，所述有源层及所述第二半导体层形成所述第二台面；
其中，所述发光外延层的底部边缘与所述衬底正面的边缘之间的水平距离小于等于15μm，所述发光外延层远离所述第一台面的一侧的顶部边缘与所述衬底上边缘之间的水平距离小于等于10μm。
13.根据权利要求12所述的LED芯片，其特征在于，还包括反射结构，所述反射结构形成在所述第一台面的侧壁以及所述第二台面远离所述第一台面的一侧的侧壁上。
14.根据权利要求12或13所述的LED芯片，其特征在于，所述第一台面的侧壁以及所述第二台面的侧壁为倾斜侧壁，使得所述发光外延层呈倒梯形结构。
15.根据权利要求12或13所述的LED芯片，其特征在于，在所述第一台面处，形成所述第一台面的第一半导体层的侧壁为倾斜侧壁；在所述第二台面处，远离所述第一台面的一侧，形成所述第二台面的第一半导体层、有源层及第二半导体层的侧壁为连续的倾斜侧壁，靠近所述第一台面的一侧，所述有源层及所述第二半导体层的侧壁为倾斜侧壁。
16.根据权利要求15所述的LED芯片，其特征在于，所述倾斜侧壁与所述衬底之间的锐角夹角介于30°～70°。
17.根据权利要求12所述的LED芯片，其特征在于，还包括反射结构，所述反射结构位于所述衬底背面。
18.根据权利要求13所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片的长宽比大于3:1小于6:1。
CN202110411491.9A 2021-04-16 2021-04-16 一种led芯片 Pending CN113066914A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110411491.9A CN113066914A (zh) 2021-04-16 2021-04-16 一种led芯片

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110411491.9A CN113066914A (zh) 2021-04-16 2021-04-16 一种led芯片

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113066914A true CN113066914A (zh) 2021-07-02

Family

ID=76567173

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110411491.9A Pending CN113066914A (zh) 2021-04-16 2021-04-16 一种led芯片

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113066914A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113659050A (zh) * 2021-08-17 2021-11-16 天津三安光电有限公司 一种发光二极管及其制备方法
CN113871519A (zh) * 2021-09-30 2021-12-31 安徽三安光电有限公司 一种发光二极管及其制作方法
CN113990991A (zh) * 2021-11-26 2022-01-28 安徽三安光电有限公司 一种发光二极管及制作方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1822400A (zh) * 2004-12-31 2006-08-23 Lg电子有限公司 高输出发光二极管及其制造方法
CN102544248A (zh) * 2010-12-29 2012-07-04 展晶科技(深圳)有限公司 发光二极管晶粒的制作方法
JP2013128071A (ja) * 2011-12-19 2013-06-27 Showa Denko Kk 発光ダイオード及びその製造方法
CN106098888A (zh) * 2016-07-29 2016-11-09 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管芯片及其制备方法
CN108922950A (zh) * 2018-08-03 2018-11-30 佛山市国星半导体技术有限公司 一种高亮度倒装led芯片及其制作方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1822400A (zh) * 2004-12-31 2006-08-23 Lg电子有限公司 高输出发光二极管及其制造方法
CN102544248A (zh) * 2010-12-29 2012-07-04 展晶科技(深圳)有限公司 发光二极管晶粒的制作方法
JP2013128071A (ja) * 2011-12-19 2013-06-27 Showa Denko Kk 発光ダイオード及びその製造方法
CN106098888A (zh) * 2016-07-29 2016-11-09 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管芯片及其制备方法
CN108922950A (zh) * 2018-08-03 2018-11-30 佛山市国星半导体技术有限公司 一种高亮度倒装led芯片及其制作方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113659050A (zh) * 2021-08-17 2021-11-16 天津三安光电有限公司 一种发光二极管及其制备方法
CN113871519A (zh) * 2021-09-30 2021-12-31 安徽三安光电有限公司 一种发光二极管及其制作方法
CN113871519B (zh) * 2021-09-30 2024-03-08 安徽三安光电有限公司 一种发光二极管及其制作方法
CN113990991A (zh) * 2021-11-26 2022-01-28 安徽三安光电有限公司 一种发光二极管及制作方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113066914A (zh) 一种led芯片
KR102323686B1 (ko) 발광 소자 및 그 제조 방법
TWI462326B (zh) 半導體發光元件
KR101258583B1 (ko) 나노 로드 발광 소자 및 그 제조 방법
KR20170041672A (ko) 발광 구조체
US20060267027A1 (en) Light-emitting gallium nitride-based III-V group compound semiconductor device with high light extraction efficiency
US10367118B2 (en) Light-emitting diode
CN106159043B (zh) 倒装led芯片及其形成方法
CN106410008B (zh) 一种高亮度发光二极管芯片及其制备方法
US8735923B2 (en) Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
CN104882461A (zh) 发光二极管及其制造方法
KR102402480B1 (ko) 투명 도전층 및 그 제조방법, 발광 다이오드
CN115663079A (zh) 一种发光二极管及其制备方法
CN114256398B (zh) 发光二极管及发光装置
US8441023B2 (en) Semiconductor light emitting device
WO2019019692A1 (zh) 一种发光二极管芯片结构及其制作方法
CN104638077A (zh) 一种光输出增强的发光器件及其制备方法
KR100891800B1 (ko) 발광소자 어레이 제조방법 및 발광소자 어레이
CN203659931U (zh) Led芯片及具有该结构的阵列式led芯片
CN220324473U (zh) 一种倒装发光元件及发光装置
KR200377654Y1 (ko) 높은 광 추출 효율을 갖는 발광 갈륨 질화물계 ⅲ-ⅴ족화합물 반도체 디바이스
CN115295698B (zh) 发光二极管及发光装置
KR102609001B1 (ko) 질화물 반도체 레이저 소자 및 그의 제조 방법
CN108400215A (zh) 一种发光二极管芯片及其制作方法
CN110752276B (zh) 发光二极管及其制作方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination