CN113451474A - Led芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LED芯片及其制备方法。LED芯片设置有将芯片主体至少部分包覆的阻挡层，以及将阻挡层包覆的第一钝化层，阻挡层可阻挡第一钝化层中氯离子进入芯片主体，且保留在第一钝化层中的氯离子可与外部进入的金属离子结合，避免金属离子从LED芯片外界透过钝化层到达芯片主体，从而对芯片主体进行有效的保护。因此上述LED芯片的第一钝化层抗金属离子污染的能力得到明显提升，同时LED芯片的可靠性、质量以及良品率也都能得到明显的提升。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件领域，尤其涉及一种LED芯片及其制备方法。
背景技术
随着空间技术和工农业的发展，电子设备日趋复杂，对半导体器件的稳定性和可靠性提出了越来越高的要求，由于半导体表面状态的恶化严重地影响到器件的稳定性和可靠性，因此表面钝化问题在半导体器件生产上的重要性越来越突出。针对该问题，相关技术中的LED(Light Emitting Diode，发光二极管)芯片上采用了钝化层对LED芯片进行保护，但是采用的钝化层存在结构疏松，针孔密度较高，抗金属离子污染能力较差。例如相关技术中的钝化Na+等金属离子阻挡能力有限；在长时间的Na+等金属离子环境条件下使用后，Na+会慢慢的从LED芯片外界透过钝化层到达芯片内部，导致芯片漏电，芯片质量下降，良品率降低。
因此，如何提升LED芯片的钝化层抗金属离子污染能力是亟需解决的问题。
发明内容
鉴于上述相关技术的不足，本申请的目的在于提供一种LED芯片及其制备方法，旨在解决相关技术中，LED芯片的钝化层抗金属离子污染能力差的问题。
一种LED芯片，包括：
芯片主体；
将芯片主体包覆的阻挡层；
以及将阻挡层包覆的第一钝化层，第一钝化层中包括能与外部进入的金属离子结合的氯离子，阻挡层用于阻止形成第一钝化层的过程中的气体进入芯片主体。
上述LED芯片设置有将芯片主体至少部分包覆的阻挡层，以及将阻挡层包覆的第一钝化层，阻挡层可阻止形成第一钝化层的过程中的气体进入芯片主体，且保留在第一钝化层中的氯离子可与外部进入的金属离子(例如Na+等金属离子)结合，避免金属离子从LED芯片外界透过钝化层到达芯片主体，从而对芯片主体造成破坏。因此上述LED芯片的第一钝化层抗金属离子污染的能力得到明显提升，同时LED芯片的可靠性、质量以及良品率也都能得到明显的提升。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种LED芯片制备方法，包括：
生成芯片主体；
形成将芯片主体包覆的阻挡层；
形成将阻挡层覆盖的第一钝化层，第一钝化层中包括能与外部进入的金属离子结合的氯离子，阻挡层用于阻止形成第一钝化层的过程中气体进入芯片主体。
上述LED芯片制备方法制得的LED芯片，其具有将芯片主体至少部分包覆的阻挡层，以及将阻挡层包覆的第一钝化层，阻挡层可阻挡第一钝化层中氯离子进入芯片主体，第一钝化层中的氯离子可与外部进入的金属离子结合，避免金属离子从LED芯片外界透过钝化层到达芯片内部，因此可提升LED芯片的第一钝化层抗金属离子污染的能力，同时提升LED芯片的可靠性、质量以及良品率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的LED芯片结构示意图一；
图2为本发明实施例提供的LED芯片结构示意图二；
图3为本发明实施例提供的LED芯片结构示意图三；
图4为本发明实施例提供的LED芯片制备方法流程示意图一；
图5为本发明实施例提供的LED芯片制备方法流程示意图三；
图6为对应图5所示的LED芯片制备过程示意图；
图7为对应图5所示的LED芯片制备方法制得的LED芯片结构示意图；
附图标记说明：
1-透光基底，21-第一半导体层，22-有源层，23-第二半导体层，24-第一电极，25-第二电极，26-第一电极垫，27-第二电极垫，28-缓冲层，29-ITO(IndiumTinOxide，掺锡氧化铟)薄膜，29-，3-阻挡层，4-第一钝化层，5-第三钝化层，6-反射层。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。
相关技术中的LED芯片上采用的钝化层抗金属离子污染能力较差。在长时间的金属离子环境条件下使用后，金属离子会慢慢的从LED芯片外界透过钝化层到达芯片内部，导致芯片漏电，芯片质量下降，良品率降低。
基于此，本申请希望提供一种能够解决上述技术问题的方案，其详细内容将在后续实施例中得以阐述。
本实施例提供的一种LED芯片包括：透光基底，设置于透光基底上的芯片主体，将芯片主体至少部分包覆的阻挡层，以及将阻挡层包覆的第一钝化层，第一钝化层中包括能与外部进入的金属离子结合的氯离子，从而可避免LED芯片在存在金属离子的使用环境中使用时，外部的金属离子(例如包括但不限于钠离子、铁离子、锂离子中的至少一种。)从LED芯片外界透过钝化层到达芯片主体对LED芯片造成破坏。可见本实施例所虽提供的LED芯片的第一钝化层的抗金属离子污染的能力得到明显提升。同时，阻挡层又能阻止形成第一钝化层中的气体进入芯片主体；因此可综合提升LED芯片的可靠性、质量以及良品率也都能得到明显的提升。
应当理解的是，本实施例中的LED芯片可以为但不限于倒装LED芯片，正装LED芯片。且该LED芯片可以为微型LED芯片(例如包括但不限于micro-LED芯片、mini-LED芯片中的至少一种，例如一种示例中，LED芯片可以为micro-LED芯片；在又一种示例中，LED芯片可以为mini-LED芯片。)，也可以为普通尺寸的LED芯片。且应当理解的是，本实施例的中LED芯片也可替换为有同等保护需求的其他器件，并不限于LED芯片。
应当理解的是，本实施例中的透光基底可以为透明基底，也可根据应用场景选用半透明基底。且透光基底的材质可灵活选用，例如可选用但不限于蓝宝石基底、氮化硅基底、硅基底。
本实施例不限定LED芯片的外延层的具体结构，在一种示例中，LED芯片的外延层可以包括N型半导体、P型半导体以及位于N型半导体和P型半导体之间的有源层，该有源层可以包括量子阱层，还可以包括其他结构。在另一些示例中，本实施例中电极的材质和形状也不做限定，例如一种示例中，电极的材质可包括但不限于Cr，Ni，Al，Ti，Au，Pt，W，Pb，Rh，Sn，Cu，Ag中的至少一种。
应当理解的是，本实施例中第一钝化层的材质可以灵活选用，例如可以选用但不限于氮化硅、二氧化硅、三氧化二铝等。
应当理解的是，本实施例中的阻挡层可以采用任意能阻止形成第一钝化层的过程中气体(例如包括但不限于酸性气体)进入芯片主体，同时不会对芯片外延层造成损伤或影响其正常使用的材质。可选地，本实施例中的阻挡层将芯片主体位于所述透光基底之上的区域全部覆盖。
可选地，本实施例中的阻挡层也可为一钝化层，该钝化层可构成LED芯片的第二钝化层。这样通过双层钝化层结构的设计，可进一步提升LED芯片的防护效果，进一步提升LED芯片的抗杂质扩散、抗水汽渗透的能力。第二钝化层中可不包括氯离子。
可选地，在本实施例的一些示例中，为了保证第一钝化层和阻挡层之间的融合性，以及承受应力的一致性，进一步提升LED芯片的可靠性。第一钝化层和阻挡层的主要材质可以相同。例如，一些应用示例中，第一钝化层和阻挡层可以都选用但不限于氮化硅、二氧化硅、三氧化二铝等。
可选地，为了进一步提升LED芯片的抗杂质扩散、抗水汽渗透的能力。本实施例中的LED芯片还可包括的包覆第一钝化层的至少一层其他钝化层，例如还可包括包覆第一钝化层的第三钝化层。也可根据需求进一步设置包覆第三钝化层的第四钝化层等。其中，第三钝化层和第四钝化层中可以包括氯离子，也可根据需求在其中至少一层中设置氯离子。第三钝化层和第四钝化层中的至少一个的主要材质可与先不限于与第一钝化层相同。
应当理解的是，本实施例中第一钝化层和阻挡层的厚度可以根据具体应用场景灵活设定。例如可以根据LED芯片尺寸、防护等级等需求灵活设定。一种应用示例中，阻挡层的厚度可为但不限于2000埃-5000埃，第一钝化层的厚度可为但不限于800埃至3000埃。例如，阻挡层的厚度可以设置为2000埃、2500埃、3000埃、3200埃、3500埃、4000埃、4500埃、5000埃等，第一钝化层的厚度可以设置为800埃、900埃、1000埃、1500埃、1800埃、2000埃、2500埃、3000埃等。
在本实施例的一种示例中，LED芯片还可包括：与芯片外延层包括的电极电连接的电极垫，电极垫裸露于阻挡层和第一钝化层，以供使用时与外部形成对应的电连接。应当理解的是，本实施例中电极垫的材质也可灵活选用，例如电极垫的材质可包括但不限于Cr，Ni，Al，Ti，Au，Pt，W，Pb，Rh，Sn，Cu，Ag中的至少一种。
为了便于理解，本实施例下面结合一些示例性的LED芯片结构示意图进行理解性的说明。
一种示例请参见图1所示的LED芯片，其包括透光基底1，第一半导体层21，有源层22，第二半导体层23，分别位于第一半导体层21和第二半导体层23上的第一电极24和第二电极25，以及分别设置于第一电极24和第二电极25上的第一电极垫26和第二电极垫27。其中，应当理解的是，第一半导体层21可以为N型半导体，第二半导体层23为P型半导体，或第一半导体层21可以为P型半导体，第二半导体层23为N型半导体，具体可根据需求灵活设置。
请参见图1所示，LED芯片还包括将第一半导体层21，有源层22，第二半导体层23、第一电极24和第二电极25包覆的阻挡层3，以及将阻挡层3包覆的第一钝化层4。其中，第一钝化层4中包括氯离子Cl-，其可与外部进入的金属离子(例如钠离子、铁离子、锂离子等金属离子)结合，避免金属离子从LED芯片外界透过钝化层到达芯片内部，从而对LED芯片造成破坏，提升LED芯片的钝化层抗金属离子污染的能力，同时LED芯片的可靠性、质量以及良品率也都能得到明显的提升。图1中的阻挡层3中不含氯离子，且可选地，可以设置为不含氯离子的第二钝化层，阻挡层3和第一钝化层4可以设置为但不限于二氧化硅薄膜层，且二者的厚度可以灵活设置，例如：阻挡层3的厚度可为2000埃至3000埃，第一钝化层4的厚度可设置为1000埃至2000埃。
一种示例请参见图2所示的LED芯片，其也包括透光基底1，第一半导体层21，有源层22，第二半导体层23，分别位于第一半导体层21和第二半导体层23上的第一电极24和第二电极25，以及分别设置于第一电极24和第二电极25上的第一电极垫26和第二电极垫27。图2所示的LED芯片还包括将第一半导体层21，有源层22，第二半导体层23、第一电极24和第二电极25包覆的阻挡层3，以及将阻挡层3包覆的第一钝化层4，以及将第一钝化层4覆盖的第三钝化层5。其中，第一钝化层4中包括氯离子Cl-，其可与外部进入的金属离子(例如钠离子、铁离子、锂离子等金属离子)结合，避免金属离子从LED芯片外界透过钝化层到达芯片内部。第三钝化层5中可包含氯离子，也可不包含氯离子。图2中的阻挡层3中不含氯离子，且可选地，可以设置为不含氯离子的第二钝化层，也可不设置为钝化层，仅起到阻挡作用。类似的，应当理解的是，还可根据需求在第三钝化层基础上增设第四钝化层，第五钝化层等，在此不再赘述。
又一种示例请参见图3所示的LED芯片，其与图1所示的LED芯片相比，还包括设置于透光基底1底部的反射层6。该反射层6的材质及形成方式在本实施例中不做限制。当该反射层6可将大部分光反射至从第一电极垫26和第二电极垫27所在的面射出时，图3中所示的LED芯片为正装LED芯片。反射层6也可仅将一部分光反射至LED芯片的侧面射出，此时图3中的LED芯片则为倒装LED芯片，且该倒装LED芯片具有较大的光出射角。具体可根据应用需求灵活设置。
应当理解的是，本实施例中所示的LED芯片的制备方法可以灵活设置，本实施例对其不做限制。为了便于理解，本实施例下面结合一种示例的制备方法进行理解性的说明。
请参见图4所示，一种示例的LED芯片制备方法包括：
S401：生成芯片主体。
在本实施例中，可以提供透光基底，在透光基底上生成芯片主体，具体的芯片主体结构、形态以及具体形成工艺，在本实施例中不做限制。
S402：形成将芯片主体至少部分包覆的阻挡层；具体的阻挡层结构、形态以及形成工艺，在本实施例中不做限制。可选地，本实施例中的阻挡层将芯片主体位于所述透光基底之上的区域全部覆盖。
S403：形成将阻挡层覆盖的第一钝化层，第一钝化层中包括能与外部进入的金属离子结合的氯离子Cl-，阻挡层则阻止形成第一钝化层过程中产生的气体进入芯片主体。
本实施例中，具体的第一钝化层结构、形态以及具体形成工艺也不做限制。但为了便于理解，下面以第一钝化层的主要材质采用二氧化硅为示例进行说明，本示例中形成第一钝化层的方式可为但不限于：利用氯化硅气体SiCl4和氧气O2作为反应前驱气体，通过PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积法)，在阻挡层上形成二氧化硅膜薄层，该二氧化硅膜薄层即构成第一钝化层，其中包含氯离子。
可选地，在另一应用示例中，在上述图4所示的制作过程中，在形成将阻挡层覆盖的第一钝化层之后，还可包括：将芯片主体包括的电极上的阻挡层和第一钝化层去除；在电极上形成电极垫。也即电极垫是在形成第一钝化层之后制作的。
本应用示例中的一种LED芯片制作过程请参见图5和图6所示，包括：
S501：提供透光基底，例如蓝宝石基底。
S502：在透光基底上生成芯片主体。
例如请参见图6中对应步骤S502所示，在透光基底1上生成缓冲层28，第一半导体层21，有源层22，第二半导体层23，在第一半导体层21上形成第一电极24，以及在第二半导体层23形成ITO薄膜29，并在ITO薄膜29上形成第二电极25。
S503：形成将芯片外延层包覆的阻挡层。
例如请参见图6中对应步骤S503所示，形成将缓冲层28，第一半导体层21，有源层22，第二半导体层23，ITO薄膜29包覆的阻挡层3。
一种应用场景中，阻挡层3可作为第二钝化层，且其也可为二氧化硅薄膜层，一种示例的制作方式可为但不限于：采用PECVD设备制备，反应前驱体为SiH4和N2O，薄膜厚度为2000埃-3000埃。反应的反应式为如下所示：
SiH4+N2O→SiO2+N2+H2O
S504：形成将阻挡层覆盖的第一钝化层，第一钝化层中包括能与外部进入的金属离子结合的氯离子Cl-，阻挡层则阻止形成第一钝化层过程中产生的气体(例如包括但不限于Cl2)进入芯片主体。
例如请参见图6中对应步骤S504所示，在阻挡层3上形成一层将其包覆的第一钝化层4。且第一钝化层4也可为二氧化硅薄膜层，一种示例的制作方式可为但不限于：采用PECVD设备制备，反应前驱体为SiCl4+O2，薄膜厚度为1000埃-2000埃。反应的反应式为：
SiCl4+O2→SiO2+Cl2
S505：将芯片外延层包括的第一电极和第二电极上的阻挡层和第一钝化层去除。
例如请参见图6中对应步骤S505所示，将覆盖在第一电极24和第二电极25上的阻挡层3和第一钝化层4中的至少一部分去除，以为后续制作电极垫腾空间。其中阻挡层3和第一钝化层4的去除方式可以采用但不限于蚀刻、切割、腐蚀等。
S506：在第一电极和第二电极上分别形成第一电极垫和第二电极垫。
例如请参见图6中对应步骤S505所示，在第一电极24和第二电极25上分别形成有第一电极垫26和第二电极垫27。第一电极垫26和第二电极垫27露出阻挡层3和第一钝化层4以与外部电连接。通过以上示例的制作过程即可最终得到如图7所示的LED芯片。由于该LED芯片具有阻挡层3和第一钝化层4，阻挡层3可阻挡第一钝化层4中氯离子进入芯片外延层，且保留在第一钝化层4中的氯离子可与外部进入的金属离子(例如Na+等金属离子)结合，避免金属离子从LED芯片外界透过钝化层到达芯片内部，从而对LED芯片造成破坏。因此图7中LED芯片的第一钝化层4抗金属离子污染的能力得到明显提升，同时LED芯片的可靠性、质量以及良品率也都能得到明显的提升。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种LED芯片，其特征在于，包括：
芯片主体；
将所述芯片主体至少部分包覆的阻挡层；
以及将所述阻挡层包覆的第一钝化层，所述第一钝化层中包括能与外部进入的金属离子结合的氯离子，所述阻挡层用于阻止形成所述第一钝化层的过程中的气体进入所述芯片主体。
2.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片还包括透光基底，所述芯片主体设置于所述透光基底之上，所述阻挡层将所述芯片主体位于所述透光基底之上的区域全部覆盖。
3.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述第一钝化层的厚度为800埃至3000埃，所述阻挡层的厚度为2000埃-5000埃。
4.如权利要求1-3任一项所述的LED芯片，其特征在于，所述芯片主体包括芯片外延层和设置于所述芯片外延层上的电极，所述LED芯片还包括：与所述电极电连接的电极垫，所述电极垫裸露于所述阻挡层和第一钝化层。
5.如权利要求1-3任一项所述的LED芯片，其特征在于，所述第一钝化层和阻挡层为二氧化硅薄膜层。
6.如权利要求1-3任一项所述的LED芯片，其特征在于，所述金属离子包括钠离子、铁离子、锂离子中的至少一种。
7.一种LED芯片制备方法，其特征在于，包括：
生成芯片主体；
形成将所述芯片主体至少部分包覆的阻挡层；
形成将所述阻挡层覆盖的第一钝化层，所述第一钝化层中包括能与外部进入的金属离子结合的氯离子，所述阻挡层用于阻止形成所述第一钝化层的过程中气体进入所述芯片主体。
8.如权利要求7所述的LED芯片制备方法，其特征在于，所述芯片主体包括芯片外延层和设置于所述芯片外延层上的电极，所述形成将所述阻挡层覆盖的第一钝化层之后，还包括：
将所述电极上的所述阻挡层和第一钝化层去除；
在所述电极上形成电极垫。
9.如权利要求7所述的LED芯片制备方法，其特征在于，所述阻挡层用于阻止形成所述第一钝化层的过程中的酸性气体进入所述芯片主体。
10.如权利要求7-9任一项所述的LED芯片制备方法，其特征在于，所述第一钝化层为二氧化硅薄膜层，所述形成将所述阻挡层覆盖的第一钝化层包括：
利用氯化硅气体和氧气作为反应前驱气体，通过等离子体增强化学气相沉积法，在所述阻挡层上形成第一钝化层。
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