CN117525233A - 一种小尺寸红光led芯片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及LED芯片技术领域，具体涉及一种小尺寸红光LED芯片及其制造方法。该芯片由下至上依次包括背面电极、GaAs衬底、N型半导体层、量子阱层、P型半导体层、P型GaP层和透明导电薄膜层；透明导电薄膜层远离所述GaAs衬底一侧的局部表面覆盖有正面电极；P型GaP层上表面具有向下刻蚀形成的凹陷部，凹陷部中设置有用于将凹陷部填满的凸起部，且凸起部的上端面与所述P型GaP层齐平或者高出P型GaP层并嵌入所述透明导电薄膜层，凸起部包括绝缘填充层。本申请提供的LED芯片结构能够解决现有技术存在的出光亮度低、焊线挖电极、可靠性差中的至少一个技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及LED芯片技术领域，具体涉及一种小尺寸红光LED芯片及其制造方法。
背景技术
随着科技的发展，LED已经成为了主流的照明和显示技术之一，红光LED则在近年来得到了广泛的应用。红光LED具有高效率、低功耗、长寿命等优点，在显示器、照明、汽车等领域都有广泛的应用。随着技术的发展及应用的需求，LED向着更微型小尺寸发展。
对于传统小尺寸的红光LED，为了满足当前市场对于更小尺寸及更高出光亮度的需求，需进行结构优化，提升出光亮度。常规方法的解决方案通常集中于对电极大小及表面结构进行优化，这种方法至少存在以下缺陷：电流在电极材料非覆盖区电流扩展性差，LED出光效率不高导致实际亮度不能有效提高；缩小电极尺寸会导致电极焊线困难、焊线挖电极（电极连同外延层出现破损脱落的现象），LED器件可靠性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小尺寸红光LED芯片及其制造方法，以解决现有技术中存在的出光亮度低、焊线挖电极、可靠性差中的至少一个技术问题。
为了解决上述问题，本发明提供的技术方案是：
本发明的第一个方面是提供一种小尺寸红光LED芯片，所述芯片由下至上依次包括背面电极、GaAs衬底、N型半导体层、量子阱层、P型半导体层、P型GaP层和透明导电薄膜层；
所述透明导电薄膜层远离所述GaAs衬底一侧的局部表面覆盖有正面电极；
所述P型GaP层上表面具有向下刻蚀形成的凹陷部，所述凹陷部与所述正面电极形状相一致，且位于所述正面电极的正下方；所述凹陷部中设置有用于将所述凹陷部填满的凸起部，所述凸起部与所述凹陷部的形状相适配，且所述凸起部的上端面与所述P型GaP层齐平或者高出所述P型GaP层并嵌入所述透明导电薄膜层，所述凸起部包括绝缘填充层。
进一步地，所述凸起部还包括钝化层和高反射层，所述钝化层覆盖于所述凹陷部内壁，且所述钝化层上沿高出所述P型GaP层并向外水平延伸形成延伸边；
所述高反射层设置于所述钝化层与所述绝缘填充层之间，且所述高反射层与所述透明导电薄膜和所述P型GaP层无接触。
进一步地，所述凹陷部的最大刻蚀深度为3μm～5μm；
所述钝化层的材料选自二氧化硅、氮化硅和氟化镁中至少一种；所述钝化层的厚度为0.2μm～0.4μm；
所述高反射层的材料为Ag/TiW，所述高反射层的厚度为0.2μm～0.4μm；
所述绝缘填充层的材料为聚酰亚胺。
进一步地，所述凹陷部横截面宽度从上至下逐渐减少；所述凹陷部的形状为半球状、类半球形、碗状、倒圆台状或者棱数为3～10的倒棱台状；
当所述凹陷部的形状为倒圆台状或者棱数为3～10的倒棱台状时，所述凹陷部侧壁与垂直方向的夹角为30°～60°。
进一步地，所述P型GaP层采用渐变梯度掺杂方式生长，掺杂元素为Mg，掺杂浓度由底部的1E18cm-3向上梯度渐变至6E19cm-3。
进一步地，所述正面电极的形状选自圆形或者边数为3以上的多边形；
所述正面电极的厚度为4.5μm～5.5μm，所述正面电极的面积为所述芯片尺寸的20%～50%。
进一步地，所述透明导电薄膜层的上表面为平面；
所述透明导电薄膜层的材料选自ITO、AZO、FTO和ATO中至少一种。
本发明的第二个方面是提供上述小尺寸红光LED芯片的制作方法，所述制作方法包括：
S1、提供一GaAs衬底作为外延结构生长衬底；
S2、于所述GaAs衬底上，依次生长N型半导体层、量子阱层、P型半导体层和P型GaP层；
S3、在P型GaP层表面制作图案化凹陷部的开口图形，利用ICP蚀刻裸露出来的P型GaP层，完成凹陷部的制作；
S4、利用PECVD在晶片表面沉积钝化材料，采用负胶套刻方式，Sputter蒸镀，并配合lift-off工艺剥离，在钝化层上表面沉积高反射材料制备高反射层；
S5、采用旋涂方式，在晶片表面涂满聚酰亚胺材料，利用正性光刻胶制作图案化的图形，对聚酰亚胺材料进行烘烤固化处理形成绝缘填充层；
S6、采用正胶套刻方式制作出钝化层开口图形，通过氟化铵溶液腐蚀裸露出来的钝化材料；
S7、利用有机溶液清洗晶片，利用sputter溅射或电子束蒸镀的方式，在晶圆表面制备透明导电薄膜层；
S8、利用有机溶液清洗晶片，采用负胶套刻方式，电子束蒸镀，并配合lift-off工艺剥离，在透明导电薄膜层表面制作出正面电极；
S9、利用机械研磨进行GaAs衬底减薄，并通过有机清洗清洗背面，采用电子束蒸镀方式，蒸镀背面电极；
S10、最后以固定的间距，进行切割测试，形成单颗芯粒。
进一步地，S2中，所述P型GaP层采用渐变梯度掺杂方式生长，掺杂元素为Mg，掺杂浓度由底部的1E18cm-3向上梯度渐变至6E19cm-3。
进一步地，S3中，所述ICP刻蚀程序为：SRF功率1300W，BRF功率500W，Cl2流量10sccm，BCl3流量40sccm，HBr流量80sccm，刻蚀深度4.5μm。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：
1、通过在P型GaP层和正面电极之间设置透明导电薄膜层增加电流的横向扩展，并在正面电极的覆盖区域通过刻蚀GaP材料形成凹陷部，然后在凹陷部内设置具有绝缘填充层的凸起部对凹陷部进行表面平整化，从而在正面电极下方形成电流阻挡结构，将电流向正面电极四周引导。上述设计方式，一方面通过对P型GaP层的上表面进行刻蚀可以减少GaP材料造成的吸光；另一方面，正面电极下方通过刻蚀掉GaP材料以及电流阻挡结构加大正面电极下方电阻，正面电极导入的电流通过透明导电薄膜层横向扩散到电极非覆盖区的量子阱进行复合发光，减少电极下方的复合，光有效的出射，从而增强了LED的出光亮度。
2、通过在凹陷部内依次设置钝化层、高反射层以及绝缘填充层，高反射层可以使有源区发出的光反射，减少光子被正面电极吸收，增加光子二次出射的几率，增强LED出光亮度。绝缘填充层可以起到缓冲焊线功率压力的作用，避免挖电极。高反射层设置于钝化层与绝缘填充层之间，且高反射层与透明导电薄膜层和P型GaP层无接触，阻断高反射层的导电作用。
3、P型GaP层采用渐变梯度掺杂方式生长，从而形成高掺杂（电阻小）P型GaP层表面。通过在对正面电极覆盖区域的P型GaP层的上表面高掺杂GaP材料刻蚀掉，正面电极非覆盖区保留高掺杂（电阻小）的GaP材料，在保证欧姆接触的同时，可以进一步减少电子通过P型GaP层进入到正面电极覆盖区域的量子阱，从而使更多的电子进入到正面电极非覆盖区的量子阱中进行复合发光，LED出光亮度得到了保证。
4、通过在具有GaAs衬底的外延结构的P型GaP层上刻蚀制备凹陷部，并在凹陷部内依次制作钝化层、高反射层和绝缘填充层对凹陷部进行平整化处理，而后进行透明导电薄膜层以及两侧电极制作得到LED芯片，利用上述方法制备上述结构的LED芯片具有制备工艺简单，所制备的LED芯片的良品率高，能够进行大规模制作。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请一些实施例所示LED外延结构示意图；
图2为本申请一些实施例所示LED外延结构形成凹陷部的结构示意图；
图3为本申请一些实施例所示LED外延结构形成凹陷部的另一视角结构示意图；
图4为本申请一些实施例所示LED外延结构形成凸起部的结构示意图；
图5为本申请一些实施例所示LED中凸起部的结构示意图；
图6为本申请一些实施例所示LED芯片结构示意图；
图7为本申请一些实施例所示LED芯片结构的另一视角的结构示意图；
附图说明：1、GaAs衬底；2、N型半导体层；3、量子阱层；4、P型半导体层；5、P型GaP层；6、钝化层；7、高反射层；8、绝缘填充层；9、透明导电薄膜层；10、正面电极；11、凹陷部；12、凸起部；13、延伸边；14、背面电极；15、侧壁；16、底面。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本申请的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
以下结合具体实施例对本申请进行进一步详细说明：
实施例1
本申请实施例提供一种小尺寸红光LED芯片，具体来说，本申请提供的LED芯片结构如下，图6为本申请一些实施例所示LED芯片结构示意图。图7为本申请一些实施例所示LED芯片结构的另一视角的结构示意图。
请参照图6和图7，所述芯片由下至上依次包括背面电极14、GaAs衬底1、N型半导体层2、量子阱层3、P型半导体层4、P型GaP层5和透明导电薄膜层9；所述透明导电薄膜层9远离所述GaAs衬底1一侧的局部表面覆盖有正面电极10，正面电极10未覆盖区域用作为出光面；所述P型GaP层5上表面具有向下刻蚀形成的凹陷部11，所述凹陷部11与所述正面电极10形状相一致，且位于所述正面电极10的正下方；所述凹陷部11中设置有用于将所述凹陷部11填满的凸起部12，所述凸起部12与所述凹陷部11的形状相适配，且所述凸起部12的上端面与所述P型GaP层5齐平进行凹陷部11的表面平整化，或者高出所述P型GaP层5并嵌入所述透明导电薄膜层9，所述凸起部12包括绝缘填充层8。
上述LED芯片的结构，通过在P型GaP层5和正面电极10之间设置透明导电薄膜层9增加电流的横向扩展，并在正面电极10的覆盖区域通过刻蚀GaP材料形成凹陷部11，然后在凹陷部11内设置具有绝缘填充层8的凸起部12对其进行表面平整化。上述设计方式能够在正面电极10下方形成电流阻挡结构；电流阻挡结构可以将电流向正面电极10四周引导，避免注入电流向正面电极10下方注入，有效减少电子空穴在正面电极10下方复合发光，利于注入电流通过透明导电薄膜层9横向扩散到电极非覆盖区的量子阱进行复合发光，增强了LED的出光亮度。通过对P型GaP层5的上表面进行刻蚀还可以减少GaP材料造成的吸光。凹陷部11中设置的绝缘填充层8，能够保证结构完整且具有一定的应力缓冲作用，可以起到缓冲焊线功率和压力的作用，从而来解决焊线挖电极的问题，提高器件的可靠性。
进一步地，请结合图4，图4为本申请一些实施例所示LED外延结构形成凸起部12的结构示意图；具体来说，所述凸起部12还包括钝化层6和高反射层7，其中，凹陷部11中设置的高反射层7可以形成反射面，使有源区发出的光反射，减少光子被正面电极10吸收，增加光子二次出射的几率，从而进一步增强出光亮度。钝化层6覆盖于凹陷部11内壁，且所述钝化层6上沿高出所述P型GaP层5并向外水平延伸形成延伸边13；其中，延伸边13的设计方式可以提高制作工艺的便利性同时减少钝化层6的侧蚀；所述高反射层7设置于所述钝化层6与所述绝缘填充层8之间，且所述高反射层7与所述透明导电薄膜层9和所述P型GaP层5无接触，从而阻断高反射层7的导电作用。
进一步地，所述凹陷部11的最大刻蚀深度为3μm～5μm；当凹陷部11的底面16为平面结构时，上述最大蚀刻深度是指P型GaP层5上表面至底面16的垂直距离，当凹陷部11底面16为非平面结构时，上述最大刻蚀深度是指P型GaP层5上表面至底面16最低点的垂直距离。
在本申请的实施方式中，钝化层6起到隔离高反射层7和外延材料层的作用，并保证光的透射；作为优选地，所述钝化层6的材料选自二氧化硅、氮化硅和氟化镁中至少一种，但不限于此；所述钝化层6的厚度为0.2μm～0.4μm；所述高反射层7的材料可以采用依次设置的Ag/TiW金属材料制备，但不限于此；其中Ag作为主要的反射金属材料，TiW主要起到防止Ag层氧化的作用；所述高反射层7的厚度为0.2μm～0.4μm；所述绝缘填充层8的材料选用聚酰亚胺可以更好地起到应对高的焊线压力和功率作用，解决焊线挖电极的问题。此外，聚酰亚胺具有高绝缘性，介电常数低，导热系数随着温度升高而增加的特点，故利用聚酰亚胺制备的绝缘填充层8还能起到对器件进行散热的作用。
前已述及，凹陷部11的开口图形与正面电极10的形状相一致，在本申请的实施方式中，凹陷部11的开口截面的形状可以采用常规正面出光红光LED正面电极10形状。进一步地，所述凹陷部11横截面宽度从上至下逐渐减少；所述凹陷部11的形状包括但不限于半球状、类半球状、碗状、倒圆台状或者棱数为3～10的倒棱台状；当所述凹陷部11的形状为倒圆台状或者棱数为3～10的倒棱台状时，所述凹陷部11侧壁15与垂直方向的夹角为30°～60°；在一些具体的实施方式中，所述正面电极10以及凹陷部11的开口图形均为正八面形，所述凹陷部11的形状为棱数为8的倒棱台状，凹陷部11的侧壁15与垂直方向的夹角为60°，底面16为正八面形的平面结构；采用本申请上述具体实施方式提供的凹陷部11的结构，能够使得射向凹陷部11的光，在高反射层7的作用下，较好的进行反射，从而增加光子二次出射，进一步增强LED的出光亮度。
为了增加电流从正面电极10四周扩散进入到量子阱区，在一些优选的实施方式中，所述P型GaP层5采用渐变梯度掺杂方式生长，掺杂元素为Mg，掺杂浓度由底部的1E18cm-3向上梯度渐变至6E19cm-3。
将正面电极10覆盖区域P型GaP层5的上表面高掺杂GaP材料刻蚀掉，电极非覆盖区保留高掺杂的GaP材料，高掺杂浓度的GaP材料能够增加在载流子浓度，减小接触电阻；上述结构的P型GaP层5，在保证欧姆接触的同时，可以进一步减少电子通过P型GaP层5进入到正面电极10覆盖区域的量子阱，从而使更多的电子进入到正面电极10非覆盖区的量子阱中进行复合发光，增强了LED出光亮度。
进一步地，所述正面电极10的形状可以为常规的正面电极10形状，包括但不限于选自圆形或者边数为3以上的多边形；进一步地，多边形的边数例如可以选择为4～8中任意的整数；在一些实施方式中，所述正面电极10的厚度为4.5μm～5.5μm，所述正面电极10的面积为所述芯片尺寸的20%～50%。作为一些具体的实施案例，正面电极10的制备材料为在所述透明导电薄膜层9上依次设置的Cr/Ti/Al金属材料层。
透明导电薄膜层9作为正面电极10的直接布置表面可以提高电流横向扩展；在一些实施方式中，所述透明导电薄膜层9的上表面为平面，从而有利于保证正面电极10的平整，在后续焊线过程中不易发生不均匀应力集中，提高了LED可靠性能；在另一些实施方式中，所述透明导电薄膜层9的材料包括但不限于选自ITO、AZO、FTO和ATO中至少一种。
由以上可知，本申请实施例提供的小尺寸红光LED芯片，具有以下优点：
1、通过在P型GaP层5和正面电极10之间设置透明导电薄膜层9增加电流的横向扩展，并在正面电极10的覆盖区域通过刻蚀GaP材料形成凹陷部11，然后在凹陷部11内设置具有绝缘填充层8的凸起部12对其进行表面平整化，从而在正面电极10下方形成电流阻挡结构，将电流向正面电极10四周引导。上述设计方式，一方面通过对P型GaP层5的上表面进行刻蚀可以减少GaP材料造成的吸光；另一方面，正面电极10下方通过刻蚀掉GaP材料以及电流阻挡结构加大正面电极10下方电阻，正面电极10导入的电流通过透明导电薄膜层9横向扩散到电极非覆盖区的量子阱进行复合发光，减少电极下方的复合，光有效的出射，从而增强了LED的出光亮度。
2、通过在凹陷部11内依次设置钝化层6、高反射层7以及绝缘填充层8，高反射层7可以使有源区发出的光反射，减少光子被正面电极10吸收，增加光子二次出射的几率，增强LED出光亮度。绝缘填充层8可以起到缓冲焊线功率压力的作用，避免挖电极。高反射层7设置于钝化层6与绝缘填充层8之间，且高反射层7与透明导电薄膜层9和P型GaP层5无接触，阻断高反射层7的导电作用。
3、P型GaP层5采用渐变梯度掺杂方式生长，从而形成高掺杂（电阻小）P型GaP层5表面。通过在对正面电极10覆盖区域的P型GaP层5的上表面高掺杂GaP材料刻蚀掉，电极非覆盖区保留高掺杂的GaP材料，在保证欧姆接触的同时，可以进一步减少电子通过P型GaP层5进入到正面电极10覆盖区域的量子阱，从而使更多的电子进入到正面电极10非覆盖区的量子阱中进行复合发光，LED出光亮度得到了保证。
实施例2
请结合图1～图7，本实施例提供了一种小尺寸红光LED芯片的制作方法，适用于上述所述小尺寸红光LED芯片的制备，制作方法包括：
S1、提供一GaAs衬底1作为外延结构生长衬底；
S2、以下结合图1对外延结构进行说明，图1为本申请一些实施例所示LED外延结构示意图，请参考图1，于所述GaAs衬底1上，依次生长N型半导体层2、量子阱层3、P型半导体层4和P型GaP层5；其中，在GaAs衬底1生长外延结构的方法可以在MOCVD机台上进行，外延结构的生长方法可采用现有技术。
在一些优选的实施方式中，P型GaP层5的生长厚度为8μm；P型GaP层5采用渐变梯度掺杂方式生长，掺杂元素为Mg，掺杂浓度由底部的1E18cm-3向上梯度渐变至6E19cm-3。
S3、以下结合图2和图3对外延结构上凹陷部11的制备进行说明，图2为本申请一些实施例所示LED外延结构形成凹陷部11的结构示意图；图3为本申请一些实施例所示LED外延结构形成凹陷部11的另一视角结构示意图；请参考图2和图3，在P型GaP层5表面制作图案化凹陷部11的开口图形，利用ICP蚀刻裸露出来的P型GaP层5，完成凹陷部11的刻蚀；
下面以一具体实施方式来介绍在LED外延结构上形成凹陷部11的方法：在外延片上，采用一定体积比例的浓硫酸、双氧水、水的混合酸性溶液进行清洗，利用正胶光刻，制作图案化凹陷部11的开口图形，利用ICP蚀刻裸露出来的P型GaP层5，ICP刻蚀程序为：SRF功率1300W，BRF功率500W，Cl2流量10sccm，BCl3流量40sccm，HBr流量80sccm，刻蚀深度4.5μm，刻蚀面最大宽度50μm，得到图案化凹陷部11的开口图形，开口角度30°（凹陷部11侧壁15与垂直方向的夹角），用光阻去除液去除表面光刻胶，并使用等离子去胶设备，去除残胶。
下述S4～S6进一步说明LED芯片上凸起部12的制作方法，图4为本申请一些实施例所示LED外延结构形成凸起部12的结构示意图；图5为本申请一些实施例所示LED中凸起部12的结构示意图，请参考图4和图5：
S4、利用PECVD在晶片表面沉积钝化材料，采用负胶套刻方式，Sputter蒸镀，并配合lift-off工艺剥离，在钝化层6上表面沉积高反射材料制作高反射层7；
下面以一具体实施方式来介绍高反射层7的制备方法，采用一定体积比例的氨水、水的混合碱性溶液进行清洗晶片，利用PECVD在晶片表面沉积SiN材料来制作钝化层6，钝化层6厚度为0.3μm，采用负胶套刻方式，Sputter蒸镀，并配合lift-off工艺剥离，在钝化层6内沉积高反射材料制作高反射层7，高反射材料为Ag/TiW，高反射层7材料的沉积厚度为0.3μm；
S5、采用旋涂方式，在晶片表面涂满聚酰亚胺材料，利用正性光刻胶制作图案化的图形，对聚酰亚胺材料进行烘烤固化处理形成绝缘填充层8；
下面以一具体实施方式来介绍绝缘填充层8的制作方法：采用旋涂方式，将晶片表面涂满聚酰亚胺材料，静置10min，流平处理，表面平整无明显气泡，进行110℃ 2分钟烘箱软烘，再利用正性光刻胶制作图案化的图形，最后对聚酰亚胺材料进行烘烤固化，最高温度不超过350℃，得到绝缘填充层8；
S6、采用正胶套刻方式制作出钝化层6开口图形，通过氟化铵溶液腐蚀裸露出来的钝化材料；进一步利用去胶溶液去除表面光刻胶，并使用等离子去胶设备，去除残胶；
下述S7～S10进一步说明LED芯片上透明导电薄膜层9、正面电极10和背面电极14的制备，图6为本申请一些实施例所示LED芯片结构示意图；图7为本申请一些实施例所示LED芯片结构的另一视角的结构示意图；请结合图6和图7：
S7、利用有机溶液清洗晶片，利用sputter溅射或电子束蒸镀的方式，在晶圆表面制备透明导电薄膜层9；
在一些优选的实施方式中，利用有机溶液清洗晶片，利用sputter溅射或电子束蒸镀的方式，在晶圆表面沉积一定厚度的致密的透明导电薄膜，作为具体的实施方式，所采用的溅射工艺中，溅射温度130℃，氧流量15sccm，厚度设置为1/4波长偶数倍，透明导电薄膜层9的制备材料为ITO或IZO、AZO等；
S8、利用有机溶液清洗晶片，采用负胶套刻方式，电子束蒸镀，并配合lift-off工艺剥离，在透明导电薄膜层9表面制作出正面电极10；
在一些优选的实施方式中，在透明导电薄膜层9表面制作出的正面电极10厚度为4.5μm～5.5μm，正面电极10与图案化凹陷部11的开口图形大小一致；在一些具体的实施方式中，正面电极10材料依次包括Cr/Ti/Al金属材料，利用去胶溶液去除表面光刻胶，并进行晶片表面有机清洗；
S9、利用机械研磨进行GaAs衬底1减薄，并通过有机清洗清洗背面，采用电子束蒸镀方式，蒸镀背面电极14；
在一些具体的实施方式中，背面电极14的厚度1200埃，材料依次为AuGe/Au，并进行380℃高温快速退火30秒；
S10、最后以固定的间距，进行切割测试，形成单颗芯粒。
由以上可知，本申请实施例提供的LED芯片的制备方法，通过在具有GaAs衬底1的外延结构的P型GaP层5上刻蚀制备凹陷部11，并在凹陷部11内依次制作钝化层6、高反射层7和绝缘填充层8对凹陷部11进行平整化处理，而后进行透明导电薄膜层9以及两侧电极制作得到LED芯片，利用上述方法制备上述结构的LED芯片具有制备工艺简单，所制备的LED芯片的良品率高，能够进行大规模制作。由于本申请实施例提供的LED芯片的制作方法得到的为上述实施例1中的LED芯片，因而其同样具备上述实施例1中的LED芯片的优点，在此不做赘述。
本实施例中未描述的内容可以参考本申请其余部分的相关描述。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本申请的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，其均应涵盖在本申请请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种小尺寸红光LED芯片，其特征在于，所述芯片由下至上依次包括背面电极、GaAs衬底、N型半导体层、量子阱层、P型半导体层、P型GaP层和透明导电薄膜层；
所述透明导电薄膜层远离所述GaAs衬底一侧的局部表面覆盖有正面电极；
所述P型GaP层上表面具有向下刻蚀形成的凹陷部，所述凹陷部与所述正面电极形状相一致，且位于所述正面电极的正下方；所述凹陷部中设置有用于将所述凹陷部填满的凸起部，所述凸起部与所述凹陷部的形状相适配，且所述凸起部的上端面与所述P型GaP层齐平或者高出所述P型GaP层并嵌入所述透明导电薄膜层，所述凸起部包括绝缘填充层。
2.根据权利要求1所述的小尺寸红光LED芯片，其特征在于，所述凸起部还包括钝化层和高反射层，所述钝化层覆盖于所述凹陷部内壁，且所述钝化层上沿高出所述P型GaP层并向外水平延伸形成延伸边；
所述高反射层设置于所述钝化层与所述绝缘填充层之间，且所述高反射层与所述透明导电薄膜和所述P型GaP层无接触。
3.根据权利要求2所述的小尺寸红光LED芯片，其特征在于，所述凹陷部的最大刻蚀深度为3μm～5μm；
所述钝化层的材料选自二氧化硅、氮化硅和氟化镁中至少一种；所述钝化层的厚度为0.2μm～0.4μm；
所述高反射层的材料为Ag/TiW，所述高反射层的厚度为0.2μm～0.4μm；
所述绝缘填充层的材料为聚酰亚胺。
4.根据权利要求1或2所述的小尺寸红光LED芯片，其特征在于，所述凹陷部横截面宽度从上至下逐渐减少；所述凹陷部的形状为半球状、类半球形、碗状、倒圆台状或者棱数为3～10的倒棱台状；
当所述凹陷部的形状为倒圆台状或者棱数为3～10的倒棱台状时，所述凹陷部侧壁与垂直方向的夹角为30°～60°。
5.根据权利要求1所述的小尺寸红光LED芯片，其特征在于，所述P型GaP层采用渐变梯度掺杂方式生长，掺杂元素为Mg，掺杂浓度由底部的1E18cm-3向上梯度渐变至6E19cm-3。
6.根据权利要求1所述的小尺寸红光LED芯片，其特征在于，所述正面电极的形状选自圆形或者边数为3以上的多边形；
所述正面电极的厚度为4.5μm～5.5μm，所述正面电极的面积为所述芯片尺寸的20%～50%。
7.根据权利要求1所述的小尺寸红光LED芯片，其特征在于，所述透明导电薄膜层的上表面为平面；
所述透明导电薄膜层的材料选自ITO、AZO、FTO和ATO中至少一种。
8.一种如权利要求1～7任一项所述的小尺寸红光LED芯片的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
S1、提供一GaAs衬底作为外延结构生长衬底；
S2、于所述GaAs衬底上，依次生长N型半导体层、量子阱层、P型半导体层和P型GaP层；
S3、在P型GaP层表面制作图案化凹陷部的开口图形，利用ICP蚀刻裸露出来的P型GaP层，完成凹陷部的制作；
S4、利用PECVD在晶片表面沉积钝化材料，采用负胶套刻方式，Sputter蒸镀，并配合lift-off工艺剥离，在钝化层上表面沉积高反射材料制备高反射层；
S5、采用旋涂方式，在晶片表面涂满聚酰亚胺材料，利用正性光刻胶制作图案化的图形，对聚酰亚胺材料进行烘烤固化处理形成绝缘填充层；
S6、采用正胶套刻方式制作出钝化层开口图形，通过氟化铵溶液腐蚀裸露出来的钝化材料；
S7、利用有机溶液清洗晶片，利用sputter溅射或电子束蒸镀的方式，在晶圆表面制备透明导电薄膜层；
S8、利用有机溶液清洗晶片，采用负胶套刻方式，电子束蒸镀，并配合lift-off工艺剥离，在透明导电薄膜层表面制作出正面电极；
S9、利用机械研磨进行GaAs衬底减薄，并通过有机清洗清洗背面，采用电子束蒸镀方式，蒸镀背面电极；
S10、最后以固定的间距，进行切割测试，形成单颗芯粒。
9.根据权利要求8所述的小尺寸红光LED芯片的制作方法，其特征在于，S2中，所述P型GaP层采用渐变梯度掺杂方式生长，掺杂元素为Mg，掺杂浓度由底部的1E18cm-3向上梯度渐变至6E19cm-3。
10.根据权利要求8所述的小尺寸红光LED芯片的制作方法，其特征在于，S3中，所述ICP刻蚀程序为：SRF功率1300W，BRF功率500W，Cl2流量10sccm，BCl3流量40sccm，HBr流量80sccm，刻蚀深度4.5μm。
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