CN114447176A - 垂直结构的薄膜led芯片、微型led阵列及其制备方法 - Google Patents
垂直结构的薄膜led芯片、微型led阵列及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114447176A CN114447176A CN202210106765.8A CN202210106765A CN114447176A CN 114447176 A CN114447176 A CN 114447176A CN 202210106765 A CN202210106765 A CN 202210106765A CN 114447176 A CN114447176 A CN 114447176A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- light
- electrode
- epitaxial
- emitting
- 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
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 14
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 56
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 34
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 31
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 28
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 26
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 16
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 12
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 12
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 11
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 10
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 8
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 8
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 7
- UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N benzocyclobutene Chemical compound C1=CC=C2CCC2=C1 UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 7
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 4
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims 2
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 claims 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 abstract description 5
- 230000007480 spreading Effects 0.000 abstract description 5
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000002493 microarray Methods 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- CFBGXYDUODCMNS-UHFFFAOYSA-N cyclobutene Chemical compound C1CC=C1 CFBGXYDUODCMNS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000013341 scale-up Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers 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 electrodes
- H01L33/38—Semiconductor devices having potential barriers 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 electrodes with a particular shape
- H01L33/385—Semiconductor devices having potential barriers 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 electrodes with a particular shape the electrode extending at least partially onto a side surface of the semiconductor body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
- H01L27/153—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars
- H01L27/156—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars two-dimensional arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers 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 electrodes
- H01L33/40—Materials therefor
- H01L33/405—Reflective materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/44—Semiconductor devices having potential barriers 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 coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/44—Semiconductor devices having potential barriers 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 coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
- H01L33/46—Reflective coating, e.g. dielectric 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
- H01L2933/0016—Processes relating to electrodes
-
- 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
- H01L2933/0025—Processes relating to coatings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明提供一种垂直结构的薄膜LED芯片，包括：外延发光结构，具有相对的第一主面和第二主面，包括依次堆叠的N型外延层、发光层和P型外延层，外延发光结构具有贯穿至所述N型外延层表面的第一台阶结构；N电极，设置于所述N型外延层的第一台阶结构上，N电极包括主体部和延伸部，并且所述N电极通过所述主体部与所述第一台阶结构的上表面形成电性接触，所述延伸部围绕所述N型外延层的侧壁形成；和P电极，所述P电极设置于所述外延发光结构的第一主面上。本发明还提供一种微型LED阵列。所述薄膜LED芯片可以解决现有芯片结构中四周边缘的电流扩展均匀性较差，提高了芯片的电流扩展均匀性及反射有效面积，从而最大程度地提高了芯片的出光效率。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件及制造领域，尤其是涉及一种垂直结构的薄膜LED芯片。
背景技术
发光二极管(LED)具有体积小、效率高和寿命长等优点，在交通指示、户外全色显示等领域有着广泛的应用。尤其是利用大功率发光二极管可能实现半导体固态照明，引起人类照明史的革命，从而逐渐成为目前电子学领域的研究热点。
现有的LED芯片根据电极的位置可以分为：倒装型芯片结构、垂直型芯片结构及正装型芯片结构。其中，垂直型LED芯片结构中，两个电极位于外延层的上下两端，此种芯片结构中电流分布均匀，发光面积大并且亮度较高。然而，垂直型薄膜LED芯片的制造工艺相对复杂且技术要求较高，造成芯片的良率偏低。随着LED芯片尺寸持续缩减，进一步增加了薄膜芯片规模化生产的难度以及成本。另外，现有的LED结构的光侧漏也较为严重，导致出光效率降低。
因此，提供一种垂直型薄膜LED芯片的改良结构，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种垂直结构的薄膜LED芯片，用于解决现有技术中薄膜芯片局部区域电流扩展效应仍比较差、尤其是LED芯片的四周边缘位置的四周边缘电流不均匀、以及芯片漏电、制造工艺较为复杂，良率和可靠性有待提高等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种垂直结构的薄膜LED芯片，所述薄膜 LED芯片包括：外延发光结构，所述外延发光结构具有相对的第一主面和第二主面，包括依次堆叠的N型外延层、发光层和P型外延层，所述外延发光结构具有贯穿至所述N型外延层表面的第一台阶结构；电极结构，所述电极结构包括N电极，所述N电极设置于所述N型外延层的第一台阶结构上，所述N电极包括主体部和延伸部，并且所述N电极通过所述主体部与所述第一台阶结构的上表面形成电性接触，所述延伸部围绕所述N型外延层的侧壁形成；和P电极，所述P电极设置于所述外延发光结构的第一主面上，所述P电极形成为反射电极以使所述薄膜LED芯片具有N面出光的结构。
可选地，所述外延发光结构还包括覆盖所述第一台阶结构上表面和侧壁的N面欧姆接触层，所述第一台阶结构围绕所述外延发光结构形成。
可选地，所述N电极设置于所述N面欧姆接触层上，所述N电极的主体部和延伸部藉由所述第一台阶结构整体形成为环状。
可选地，所述N型外延层包括本征外延部分和位于所述本征外延部分与所述发光层之间的N型掺杂部分，所述N电极和的主体部与设置于所述第一台阶结构上表面的所述N型掺杂部分形成电性接触。
可选地，所述外延发光结构还包括一P面欧姆接触层，所述P面欧姆接触层设置于所述 P型外延层的部分表面上以构成第二台阶结构。
可选地，所述P电极包括第一反射层，所述第二反射层设置于所述P面欧姆接触层上，且所述第二反射层包括多层结构的金属反射层。
可选地，所述N电极包括第二反射层，所述第一反射层包括金属反射层或金属介质复合反射层中的一种。
可选地，所述薄膜LED芯片还包括钝化层，所述钝化层设置于所述外延发光结构的侧壁上且覆盖所述第二台阶结构，所述钝化层包括SiO2层、Si3N4层、SiON层、Al2O3层或Al2O3层与AlN层的叠层，或者上述无机介质层与聚酰亚胺或苯并环丁烯的复合层。
本发明还提供一种微型LED阵列，所述微型LED阵列包括：至少一个第一发光单元和多个第二发光单元，所述第一发光单元与所述第二发光单元于导电基板上均匀排列成发光单元阵列，其中所述发光单元阵列中的每一发光单元为前述的垂直结构的薄膜LED芯片；公共电极，所述公共电极设置于所述发光外延结构的第二主面且与所述N电极的延伸部电连接。
可选地，所述第一发光单元包括位于所述外延发光结构的第二主面上的焊盘和所述外延发光结构的第一主面和侧壁上的电流阻挡层，所述公共电极通过所述焊盘与外部引线电连接。
可选地，每一发光单元的所述扩散阻挡层通过设置于所述扩散阻挡层与所述导电基板之间的金属键合层与所述导电基板上的电极键合。
可选地，相邻的发光单元之间设置有绝缘间隙，所述绝缘间隙填充有绝缘材料。
本发明提供一种垂直结构的薄膜LED芯片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：提供一生长衬底，于所述生长衬底上形成发光外延结构，包括依次形成N型外延层、发光层和P型外延层，所述外延发光结构具有相对的第一主面和第二主面；执行刻蚀工艺以形成贯穿至所述N型外延层表面的第一台阶结构；于所述外延发光结构的第一主面上形成P电极，所述P电极形成为反射电极；于所述第一台阶结构上形成N电极，所述N电极形成为反射电极且包括主体部和延伸部，所述N电极通过所述主体部与所述第一台阶结构的上表面形成电性接触，所述延伸部围绕所述N型外延层的侧壁形成。
可选地，所述制备方法包括：形成所述P电极之后，于所述外延发光结构的侧壁上且覆盖所述第二台阶结构形成钝化层，所述钝化层包括SiO2层、Si3N4层、SiON层、Al2O3层或Al2O3层与AlN层的叠层，或者上述无机介质层与聚酰亚胺或苯并环丁烯的复合层。
可选地，所述制备方法包括：通过刻蚀工艺去除所述钝化层的一部分，以于所述第一台阶结构的上表面显露出所述N型外延层。
可选地，形成N型外延层的步骤包括于所述生长衬底上依次外延生长本征外延部分和N 型掺杂部分。
本发明还提供一种微型LED阵列的制备方法，所述制备方法包括：前述的垂直结构的薄膜LED芯片的制备方法，于所述生长衬底上同时形成至少一个第一发光单元和多个第二发光单元，所述第一发光单元和所述第二发光单元均匀排列成发光单元阵列；将所述生长衬底自所述外延发光结构的第二主面剥离；于所述第二发光单元上形成公共阴极，同时于所述第一发光单元上形成焊盘；将所述发光单元阵列转移至导电基板上。
可选地，所述制备方法还包括：在形成所述第一台阶结构的步骤之后，于所述第一发光单元上形成电流阻挡层，所述电流阻挡层覆盖所述外延发光结构的第一主面和侧壁。
可选地，通过光刻刻蚀工艺定义出图形化区域之后，通过蒸镀工艺于所述图形化区域形成所述公共阴极和所述焊盘，所述公共阴极设置于所述外延发光结构的走道处以限定出光窗口，并且所述焊盘覆盖所述外延发光结构的第二主面以用于与外部引线电连接。
如上所述，本发明的一种垂直结构的薄膜LED芯片、微型LED阵列及其制备方法，具有以下有益效果：
1)本发明的垂直结构的薄膜LED芯片中，N电极包括主体部和延伸部，N电极通过主体部与电极台阶的上表面形成电性接触，且围绕电极台阶的侧壁形成延伸部，改善了电流注入均匀性，有利于降低芯片电阻，提高出光强度；
2)本发明的垂直结构的薄膜LED芯片中，藉由围绕所述外延发光结构的电极台阶，于电极台阶的侧壁设置金属介质复合反射层或金属反射层，可以通过显著提高反射的有效面积，大大提升N面的出光效率，提高芯片的外量子效率，从而可以达到高光效；
3)本发明的微型LED阵列中，每个芯片裸露的外延发光结构表面设置有钝化层，相邻芯片设置有绝缘间隙，可以明显地明显降低芯片漏电，同时还有利于提高芯片的光电性能；
4)本发明的微型LED阵列中，采用芯片微型化阵列，可以在相邻的芯片间隔区域设置绝缘间隙，从而可以提升芯片的稳定性和可靠性；
5)本发明的微型LED阵列的制备方法，于生长衬底上先外延生长本征外延部分，可以避免N型外延层一侧的减薄工艺，所提供的制备方法可以有效地提升产品良率。
附图说明
图1显示为本发明的实施例一中的垂直结构的薄膜LED芯片的截面示意图。
图2显示为本发明的实施例二的微型LED阵列的制备方法的流程图。
图3至图11显示为本发明的实施例二的微型LED阵列的制备方法中步骤1)至7)，其中，其中图3B显示为图3A所示的结构俯视图，图5B显示为图5A所示步骤所得的结构俯视图，图7B显示为图7A所示步骤所得的结构俯视图，图8B显示为图8A所示步骤所得的结构俯视图，图9B显示为图9A所示步骤所得的结构俯视图，图10B显示为图10A所示步骤所得的结构俯视图，图11B显示为图11A所示步骤所得的结构俯视图。
组件标号说明
100 Al2O3衬底
200 外延发光结构
200a 第一主面
200b 第二主面
201 N型GaN层
202 发光层
203 P型GaN层
211 第一台阶结构
213 第二台阶结构
300 微型LED阵列
310 第一发光单元
320 第二发光单元
402 钝化层
501 扩散阻挡层
601 金属键合层
602 导电基板
701 电流阻挡层
710 公共电极
720 焊盘
801 P电极
802 N电极
802a 主体部
802b 延伸部
812 绝缘间隙
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他优点与功效。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。
如本文中所使用，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等可描述各种元件、组件、区、层和/或区段，但其中的任一者均不受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区、材料、层或区段与另一元件、组件、区、材料、层或区段区分开，而没有先后顺序之分。
同时，本文中所引用的如“上”、“下”、“之上”、“之下”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。此外，在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“上方”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
请参阅图1-图11。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、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
实施例一
本实施例提供一种垂直结构的薄膜LED芯片，所述薄膜LED芯片可以包括外延发光结构、电极结构和反射层，并且所述薄膜LED芯片是GaN基LED芯片、AlGaInP基LED芯片和GaAs基LED芯片，但并不意味着将本发明的芯片类型不限于此。下文将以GaN基LED 芯片为例，具体描述所述薄膜LED芯片。
参见图1，外延发光结构200具有相对的第一主面200a和第二主面200b，并且包括依次堆叠的N型GaN层201、发光层202和P型GaN层203。N型GaN层201可以自生长衬底异质外延生长。举例而言，所述生长衬底是Al2O3衬底。发光层202位于N型GaN层201上，P型GaN层203位于所述发光层上。作为示例，N型GaN层201包括自生长衬底外延生长的本征外延部分和位于所述本征外延部分与发光层202之间的N型掺杂部分。所述N型掺杂部分包括具有第一横向尺寸的上部区段和第二横向尺寸的下部区段，所述第一横向尺寸小于所述第二横向尺寸。外延发光结构200可具有贯穿至所述N型GaN层表面的第一台阶结构211，第一台阶结构211的上表面为N型掺杂的GaN材料，使得N电极802主要地由主体部802a 与所述N型掺杂部分形成电性接触，或者N电极802几乎完全通过主体部802a与第一台阶结构211上表面的N型掺杂部分形成电性接触。
在本实施例中，第一台阶结构211贯穿至所述N型GaN层表面，N电极的主体部802a和延伸部802b藉由所述第一台阶结构整体形成为环状。
所述薄膜LED芯片还包括电极结构，所述电极结构包括P电极801和N电极802。P电极801设置于所述外延发光结构的第一主面200a上，所述P电极可以形成为反射电极，以使所述薄膜LED芯片具有P面出光的结构。作为示例，P电极801可以包括多层结构的金属反射层，例如Ni/Ag反射镜。N电极802设置于所述N型GaN层的第一台阶结构211上。N 电极802包括主体部802a和延伸部802b，所述N电极通过所述主体部与第一台阶结构211 的上表面形成电性接触，所述延伸部围绕N型GaN层201的侧壁形成。
在本实施例中，外延发光结构200还包括一P面欧姆接触层(未图示)，所述P面欧姆接触层设置于P型GaN层203的部分表面上以构成第二台阶结构213，所述P面欧姆接触层位于P电极801与P型GaN层203之间。举例而言，所述P面欧姆接触层包括氧化铟锡(ITO) 透明电极层。通过在反射电极下设置ITO层作为电流扩展层，可以增加电流横向扩展效应；与此同时，藉由第一台阶结构211形成整体为环状的N电极802，可以进一步提高芯片的四周边缘位置处电流扩展均匀性，由此导致低电阻以及提升出光强度。第一台阶结构211上还形成有一N面欧姆接触层(未图示)，所述N面欧姆接触层位于N型GaN层201与N电极 802之间，且覆盖所述第一台阶结构的上表面和侧壁。作为示例，P电极包括第一反射层，所述第一反射层设置于所述P面欧姆接触层上，且所述第一反射层包括多层结构的金属反射层，其包括但不限于Ag基反射镜，举例而言，Ni/Ag、Ni/Ag/Ni/Au或Ni/Ag/Ni反射镜。所述第二反射层上还设置有扩散阻挡层，所述扩散阻挡层可以覆盖P电极以提供对反射层的保护，特别是抑制来自反射层的金属迁移。N电极802为反射电极，所述N电极包括第二反射层，所述第二反射层包括但不限于金属反射层、或金属介质复合反射层。所述外延发光结构具有围绕侧壁的反射电极，可以显著提高反射的有效面积，提高芯片的外量子效率，同时避免由芯片侧壁出光导致的漏蓝问题。
作为示例，所述薄膜LED芯片还包括钝化层402，所述钝化层设置于P面欧姆接触层之上；即，所述钝化层设置于外延发光结构200的侧壁上且覆盖第二台阶结构213，以降低LED 器件的漏电流和提高其光输出功率。同样地，钝化层402还可以覆盖第一台阶结构211的裸露部分。在一些示例中，钝化层402可以选用SiO2层、Si3N4层、SiON层、Al2O3层或类似无机介质层，或者上述的叠层；较佳地，钝化层402可以是Al2O3层与AlN层的叠层。在其他的示例中，钝化层402可以是上述无机介质层与有机绝缘材料层的复合层，所述有机绝缘材料可以选用半导体沟槽填充常用材料，无机介质层之间填充有机绝缘材料以用于填充和固定。举例而言，所述钝化层是Al2O3与聚酰亚胺(PI)或苯并环丁烯(BCB)的复合层。
实施例二
请参阅图2，本实施例提供一种微型LED阵列及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
1)提供一生长衬底，于所述生长衬底上形成外延发光结构，包括依次形成N型外延层、发光层和P型外延层，以及执行刻蚀工艺以形成第一台阶结构；
2)沿切割道刻蚀至生长衬底的表面以界定出单个芯片颗粒；
3)于所述外延发光结构表面形成电流阻挡层和钝化层，以及于所述外延发光结构的第一主面上形成P电极；
4)于所述第一台阶结构上形成N电极；
5)提供一上表面形成有键合层的导电基板，将所述发光单元阵列转移至所述导电基板上；
6)将所述生长衬底自所述外延发光结构的第二主面剥离；
7)于所述第二发光单元上形成公共阴极。
类似地，此后将以GaN基LED芯片为例，具体描述所述薄膜LED芯片的制造方法。
请参阅图2中的S1步骤，进行步骤1)，包括：1-1)提供生长衬底，于所述生长衬底上生长外延发光结构。参见图3A和图3B，外延发光结构200具有相对的第一主面200a和第二主面200b。举例而言，所述生长衬底可以是Al2O3衬底100。作为示例，于所述Al2O3衬底外延生长外延发光结构200至少包括：于Al2O3衬底100上依次生长N型GaN层201、量子阱层202和P型GaN层203，所述N型GaN层、所述量子阱层和所述P型GaN层构成层叠结构。N型GaN层201包括自生长衬底外延生长的本征外延部分和位于所述本征外延部分与发光层202之间的N型掺杂部分。具体而言，步骤1)包括：于外延生长外延发光结构200之后，执行步骤1-2)通过刻蚀工艺贯穿至N型GaN层201表面的第一台阶结构211，如图4 所示。优选地，所述刻蚀工艺停止于N型GaN层的N型掺杂部分，使得所述N型掺杂部分包括具有第一横向尺寸的上部区段和第二横向尺寸的下部区段，所述第一横向尺寸小于所述第二横向尺寸。
接着，进行步骤2)，沿切割道刻蚀至生长衬底的表面以界定出单个芯片颗粒。请参阅图 2中的S2步骤，可以采用光刻刻蚀工艺沿切割道刻蚀N型GaN层201至生长衬底表面以界定出至少一个第一发光单元310和多个第二发光单元320，所述第一发光单元和所述第二发光单元均匀排列成发光单元阵列300，所得结构如图5A和图5B所示。举例而言，所述刻蚀工艺是干法刻蚀工艺。
于步骤2)之后，参见图2中的S3步骤，步骤3)包括：3-1)于生长衬底上的至少一个发光单元310上沉积电流阻挡层701；3-2)于第一发光单元310和第二发光单元320上形成 P面欧姆接触层，以及于所述P面欧姆接触层上形成P电极；3-3)于外延发光结构上沉积钝化层。本实施例中，步骤3-1)中，于所述外延发光结构的第一主面和侧壁上沉积电流阻挡层701，参见图6。电流阻挡层701可以通过包括但不限于化学气相沉积工艺或钝化处理形成的介质层，例如是SiO2层，或者Si3N4层。具体而言，步骤3-2)中，于所述P型GaN层的部分表面上形成P面欧姆接触层，以构成第二台阶结构213；于所述P面欧姆接触层上形成P 电极，所述P电极形成为反射电极；于步骤3-2)之后，执行步骤3-3)，于第一台阶结构301 和第二台阶结构302上一体化形成钝化层402，所述钝化层还设置于外延发光结构的侧壁，参见图7A和图7B。举例而言，P面欧姆接触层可以是ITO层，以提高电流扩散的均匀度。作为示例，P电极可以是金属反射层，所述金属反射层可以是多层结构的反射层，其包括但不限于Ag基反射镜，举例而言，Ni/Ag、Ni/Ag/Ni/Au或Ni/Ag/Ni反射镜。在一些示例中，钝化层402可以选用SiO2层、Si3N4层、SiON层、Al2O3层或类似无机介质层，或者上述的叠层；较佳地，钝化层402可以是Al2O3层与AlN层的叠层。在其他的示例中，钝化层402可以是上述无机介质层与有机绝缘材料层的复合层，所述有机绝缘材料可以选用半导体沟槽填充常用材料，无机介质层之间填充有机绝缘材料以用于填充和固定。举例而言，所述钝化层是Al2O3与聚酰亚胺(PI)或苯并环丁烯(BCB)的复合层。
继续参见图2中的S4步骤，进行步骤4)，于所述第一台阶结构上形成N电极。具体而言，步骤4)包括：4-1)通过光刻刻蚀工艺去除所述钝化层的一部分，以于第一台阶结构211的上表面显露出N型GaN层的表面，并且于第二台阶结构213显露出P电极801。本实施例中，参见图8A和图8B，步骤4)包括：于步骤4-1)之后，执行步骤4-2)通过蒸镀工艺于第一台阶结构显露的N型GaN层上形成N电极802；4-3)于显露的P电极801形成扩散阻挡层501，以避免来自外部环境的湿度影响，同时切断反射层中的Ag或其他金属的迁移途径。N电极802可以是金属反射层或金属介质复合反射层。在一些示例中，N电极可以是金属介质复合反射层，所述金属介质复合反射层包括低折射率介质层和高光反射金属层，例如是Ag基反射镜与SiO2、SiNx或SiON的复合层。
请参阅图2中的S5，进行步骤5)，提供一上表面形成有键合层的导电基板，将所述发光单元阵列转移至导电基板上。具体而言，步骤5)包括：5-1)提供一上表面形成有金属键合层601的导电基板602；5-2)使发光单元阵列300与导电基板602键合以使每一发光单元的P电极801与导电基板602上对应的电极电连接。具体而言，在步骤5-2)中，发光单元阵列300中的每个发光单元通过金属键合层601与导电基板502键合，用于将单颗芯片与导电基板电连接。举例而言，金属键合层601包括但不限于Au或In。本实施例中的发光单元阵列通过一次转移并键合至导电基板，可以大大简化制备工艺，并且所得的发光单元阵列可以具有提升的良率和可靠性。
于步骤5)之后，参见图2中的S6，进行步骤6)将所述生长衬底自所述外延发光结构的第二主面200b剥离，剥离之后芯片结构的底面示意图可参见图9B所示。具体而言，步骤6)包括：6-1)通过化学剥离工艺将生长衬底剥离；6-2)于相邻的发光单元之间形成绝缘间隙。相比于采用激光剥离工艺将生长衬底剥离的LED芯片制造工艺，由于激光剥离工艺易于造成生长的外延层损伤，可以引发器件的漏电以及器件性能的劣化，本实施例采用了化学剥离技术，可以避免由激光剥离工艺造成的外延层损伤，由此可以实现在降低薄膜LED器件的制造成本，同时提升器件的质量。作为示例，步骤6-2)中，于相邻的发光单元之间填充绝缘材料，所得结构如图10A和图10B所示。举例而言，所述绝缘材料可以氟基树脂材料。
继续参见图2中的S7步骤和参见图11A和图11B，进行步骤7)，于所述第二发光单元上形成公共阴极。在本实施例中，步骤7)包括：7-1)通过光刻刻蚀工艺定义出图形化区域；7-2)通过蒸镀工艺于所述图形化区域形成公共阴极710和焊盘720，所述公共阴极设置于所述外延发光结构的走道处以限定出光窗口，所述焊盘覆盖所述外延发光结构的第二主面以用于与外部引线电连接。
通过本实施例的制备方法可以得到如图11A所示的微型LED阵列，本实施例还提供一种微型LED阵列包括至少一个第一发光单元310和多个第二发光单元320，所述第一发光单元与所述第二发光单元于导电基板502上均匀排列成发光单元阵列300，所述发光单元阵列中的每一发光单元为如实施例一所述的垂直结构的薄膜LED芯片，其中每一发光单元包括贯穿至N型外延层表面的第一台阶结构211，N电极802包括主体部802a和延伸部802b，所述主体部与第一台阶结构211上表面形成电性接触。该微型LED阵列还包括公共电极710，所述公共电极设置于所述发光外延结构的第二主面200b且与N电极的延伸部802电连接。
本实施例中，第一发光单元310包括位于外延发光结构的第二主面200b上的焊盘720和外延发光结构的第一主面200a和侧壁上的电流阻挡层701，所述公共电极通过所述焊盘与外部引线电连接。第一发光单元310包括于外延发光结构的第一主面和侧壁设置上的电流阻挡层，用于避免自第一发光单元的电极引入导致的电流集中以及由此造成的芯片损毁。此外，发光单元阵列上的每一发光单元还包括扩散阻挡层501，所述扩散阻挡层通过设置于所述扩散阻挡层与所述导电基板之间的金属键合层与所述导电基板上的电极键合。
综上所述，如上所述，本发明的一种垂直结构的薄膜LED芯片具有以下有益效果：
1)本发明的垂直结构的薄膜LED芯片中，N电极包括主体部和延伸部，N电极通过主体部与电极台阶的上表面形成电性接触，且围绕电极台阶的侧壁形成延伸部，有助于实现电流扩展的均匀性，改善了电流注入均匀性，有利于降低芯片电阻，提高出光强度；
2)本发明的垂直结构的薄膜LED芯片中，藉由围绕所述外延发光结构的电极台阶，于电极台阶的侧壁设置金属介质复合反射层或金属反射层，可以通过显著提高反射的有效面积，大大提升N面的出光效率，提高芯片的外量子效率，从而可以达到高光效；
本发明还提供一种微型LED阵列及其制备方法，具有以下有益效果：
3)本发明的微型LED阵列中，每个芯片裸露的外延发光结构表面设置有钝化层，相邻芯片设置有绝缘间隙，可以明显地明显降低芯片漏电，同时还有利于提高芯片的光电性能；
4)本发明的微型LED阵列中，采用芯片微型化阵列，可以在相邻的芯片间隔区域设置绝缘间隙，从而可以提升芯片的稳定性和可靠性；
5)本发明的微型LED阵列的制备方法，于生长衬底上先外延生长本征外延部分，可以避免N型外延层一侧的减薄工艺，所提供的制备方法可以有效地提升产品良率。
藉由围绕所述外延发光结构的第一台阶结构，N电极整体形成为环状，可以进一步提升电流扩展的均匀性，电流扩展均匀会有利于低电阻。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
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 (19)
1.一种垂直结构的薄膜LED芯片，其特征在于，所述薄膜LED芯片包括：
外延发光结构，所述外延发光结构具有相对的第一主面和第二主面，包括依次堆叠的N型外延层、发光层和P型外延层，所述外延发光结构具有贯穿至所述N型外延层表面的第一台阶结构；
电极结构，所述电极结构包括N电极，所述N电极设置于所述N型外延层的第一台阶结构上，所述N电极包括主体部和延伸部，并且所述N电极通过所述主体部与所述第一台阶结构的上表面形成电性接触，所述延伸部围绕所述N型外延层的侧壁形成；和P电极，所述P电极设置于所述外延发光结构的第一主面上，所述P电极形成为反射电极以使所述薄膜LED芯片具有N面出光的结构。
2.根据权利要求1所述的垂直结构的薄膜LED芯片，其特征在于：所述外延发光结构还包括覆盖所述第一台阶结构上表面和侧壁的N面欧姆接触层，所述第一台阶结构围绕所述外延发光结构形成。
3.根据权利要求1所述的垂直结构的薄膜LED芯片，其特征在于：所述N电极设置于所述N面欧姆接触层上，所述N电极的主体部和延伸部藉由所述第一台阶结构整体形成为环状。
4.根据权利要求1所述的垂直结构的薄膜LED芯片，其特征在于：所述N型外延层包括本征外延部分和位于所述本征外延部分与所述发光层之间的N型掺杂部分，所述N电极和的主体部与设置于所述第一台阶结构上表面的所述N型掺杂部分形成电性接触。
5.根据权利要求1所述的垂直结构的薄膜LED芯片，其特征在于：所述外延发光结构还包括一P面欧姆接触层，所述P面欧姆接触层设置于所述P型外延层的部分表面上以构成第二台阶结构。
6.根据权利要求1所述的垂直结构的薄膜LED芯片，其特征在于：所述P电极包括第一反射层，所述第二反射层设置于所述P面欧姆接触层上，且所述第二反射层包括多层结构的金属反射层。
7.根据权利要求1所述的垂直结构的薄膜LED芯片，其特征在于：所述N电极包括第二反射层，所述第一反射层包括金属反射层或金属介质复合反射层中的一种。
8.根据权利要求5所述的垂直结构的薄膜LED芯片，其特征在于：所述薄膜LED芯片还包括钝化层，所述钝化层设置于所述外延发光结构的侧壁上且覆盖所述第二台阶结构，所述钝化层包括所述钝化层包括SiO2层、Si3N4层、SiON层、Al2O3层或Al2O3层与AlN层的叠层，或者上述无机介质层与聚酰亚胺或苯并环丁烯的复合层。
9.一种微型LED阵列，其特征在于，所述微型LED阵列包括：
至少一个第一发光单元和多个第二发光单元，所述第一发光单元与所述第二发光单元于导电基板上均匀排列成发光单元阵列，其中所述发光单元阵列中的每一发光单元为根据权利要求1至8任意一项所述的垂直结构的薄膜LED芯片；
公共电极，所述公共电极设置于所述发光外延结构的第二主面且与所述N电极的延伸部电连接。
10.根据权利要求9所述的微型LED阵列，其特征在于：所述第一发光单元包括位于所述外延发光结构的第二主面上的焊盘和所述外延发光结构的第一主面和侧壁上的电流阻挡层，所述公共电极通过所述焊盘与外部引线电连接。
11.根据权利要求9所述的微型LED阵列，其特征在于：每一发光单元的所述扩散阻挡层通过设置于所述扩散阻挡层与所述导电基板之间的金属键合层与所述导电基板上的电极键合。
12.根据权利要求9所述的微型LED阵列，其特征在于：相邻的发光单元之间设置有绝缘间隙，所述绝缘间隙填充有绝缘材料。
13.一种垂直结构的薄膜LED芯片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供一生长衬底，于所述生长衬底上形成发光外延结构，包括依次形成N型外延层、发光层和P型外延层，所述外延发光结构具有相对的第一主面和第二主面；
执行刻蚀工艺以形成贯穿至所述N型外延层表面的第一台阶结构；
于所述外延发光结构的第一主面上形成P电极，所述P电极形成为反射电极；
于所述第一台阶结构上形成N电极，所述N电极包括主体部和延伸部，所述N电极通过所述主体部与所述第一台阶结构的上表面形成电性接触，所述延伸部围绕所述N型外延层的侧壁形成。
14.根据权利要求13所述的薄膜LED芯片的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：形成所述P电极之后，于所述外延发光结构的侧壁上且覆盖所述第二台阶结构形成钝化层，所述钝化层包括SiO2层、Si3N4层、SiON层、Al2O3层或Al2O3层与AlN层的叠层，或者上述无机介质层与聚酰亚胺或苯并环丁烯的复合层。
15.根据权利要求13所述的薄膜LED芯片的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：通过刻蚀工艺去除所述钝化层的一部分，以于所述第一台阶结构的上表面显露出所述N型外延层。
16.根据权利要求13所述的薄膜LED芯片的制备方法，其特征在于：形成N型外延层的步骤包括于所述生长衬底上依次外延生长本征外延部分和N型掺杂部分。
17.一种微型LED阵列的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
根据权利要求13至16任意一项所述的垂直结构的薄膜LED芯片的制备方法，于所述生长衬底上同时形成至少一个第一发光单元和多个第二发光单元，所述第一发光单元和所述第二发光单元均匀排列成发光单元阵列；
将所述生长衬底自所述外延发光结构的第二主面剥离；
于所述第二发光单元上形成公共阴极，同时于所述第一发光单元上形成焊盘；
将所述发光单元阵列转移至导电基板上。
18.根据权利要求17所述的微型LED阵列的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：在形成所述第一台阶结构的步骤之后，于所述第一发光单元上形成电流阻挡层，所述电流阻挡层覆盖所述外延发光结构的第一主面和侧壁。
19.根据权利要求17所述的微型LED阵列的制备方法，其特征在于：通过光刻刻蚀工艺定义出图形化区域之后，通过蒸镀工艺于所述图形化区域形成所述公共阴极和所述焊盘，所述公共阴极设置于所述外延发光结构的走道处以限定出光窗口，并且所述焊盘覆盖所述外延发光结构的第二主面以用于与外部引线电连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210106765.8A CN114447176A (zh) | 2022-01-28 | 2022-01-28 | 垂直结构的薄膜led芯片、微型led阵列及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210106765.8A CN114447176A (zh) | 2022-01-28 | 2022-01-28 | 垂直结构的薄膜led芯片、微型led阵列及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114447176A true CN114447176A (zh) | 2022-05-06 |
Family
ID=81371954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210106765.8A Pending CN114447176A (zh) | 2022-01-28 | 2022-01-28 | 垂直结构的薄膜led芯片、微型led阵列及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114447176A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100314643A1 (en) * | 2009-06-10 | 2010-12-16 | Bridgelux, Inc. | Thin-film LED with P and N contacts electrically isolated from the substrate |
| CN111244244A (zh) * | 2020-03-23 | 2020-06-05 | 华引芯（武汉）科技有限公司 | 一种大功率led芯片及其制作方法 |
| CN217361616U (zh) * | 2022-01-28 | 2022-09-02 | 上海芯元基半导体科技有限公司 | 垂直结构的薄膜led芯片及微型led阵列 |
-
2022
- 2022-01-28 CN CN202210106765.8A patent/CN114447176A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100314643A1 (en) * | 2009-06-10 | 2010-12-16 | Bridgelux, Inc. | Thin-film LED with P and N contacts electrically isolated from the substrate |
| CN111244244A (zh) * | 2020-03-23 | 2020-06-05 | 华引芯（武汉）科技有限公司 | 一种大功率led芯片及其制作方法 |
| CN217361616U (zh) * | 2022-01-28 | 2022-09-02 | 上海芯元基半导体科技有限公司 | 垂直结构的薄膜led芯片及微型led阵列 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11563152B2 (en) | Light emitting diode package and method of manufacturing the same | |
| US10749075B2 (en) | Semiconductor light-emitting device | |
| CN108063173B (zh) | 发光元件及其制造方法 | |
| CN110088922B (zh) | 一种发光二极管芯片结构及其制作方法 | |
| US7829911B2 (en) | Light emitting diode | |
| CN112768484B (zh) | 发光二极管及其制作方法 | |
| CN111433921B (zh) | 一种发光二极管 | |
| US11973164B2 (en) | Light-emitting device | |
| US20220231196A1 (en) | Semiconductor light-emitting device | |
| CN111446343B (zh) | 一种半导体发光器件 | |
| US9735316B2 (en) | Method for manufacturing high voltage LED flip chip | |
| CN217361616U (zh) | 垂直结构的薄膜led芯片及微型led阵列 | |
| EP4187597A1 (en) | Light-emitting diode having plurality of light-emitting cells | |
| US20210336090A1 (en) | Light-emitting device and manufacturing method thereof | |
| CN104638077A (zh) | 一种光输出增强的发光器件及其制备方法 | |
| CN114447176A (zh) | 垂直结构的薄膜led芯片、微型led阵列及其制备方法 | |
| US12002904B2 (en) | Light-emitting element with cushion part | |
| CN211578783U (zh) | Led芯片结构 | |
| US20230335682A1 (en) | Led chip and preparation method thereof | |
| CN113540312A (zh) | Led芯片结构及其制备方法 | |
| TW202141814A (zh) | 發光元件及其製造方法 | |
| CN117133845A (zh) | 发光元件及发光模块 | |
| CN115642214A (zh) | 发光二极管芯片及发光装置 | |
| CN117393676A (zh) | 一种发光二极管器件及晶圆结构 | |
| KR20110043577A (ko) | 발광소자와 그 제조방법 |
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 |