CN117878211A - 一种led芯片结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种LED芯片结构，包括依次堆叠之第一型半导体层、发光层和第二型半导体层，第二型半导体层中具有暴露区，暴露区暴露出部分第一型半导体层；第一电极延伸层，位于暴露区之第一型半导体层上；第二电极延伸层，位于第二型半导体层上；透明绝缘层，位于第二型半导体层上，且透明绝缘层填入暴露区，透明绝缘层包括多层结构；第一通孔和第二通孔，位于透明绝缘层中，其中第一通孔位于暴露区上之透明绝缘层中且连通至第一电极延伸层，第二通孔连通至第二电极延伸层；以及第一型电极和第二型电极，位于透明绝缘层远离第二型半导体层的端面上，第一型电极延伸层与第一型电极电性连接，第二电极延伸层与第二型电极电性连接；其中在一俯视图中，第二电极与第一电极延伸层不重叠。

Description

一种LED芯片结构及其制造方法

本申请是中国发明专利申请(申请号：201410774774.X，申请日：2014年12月16日，发明名称：一种LED芯片结构及其制造方法)的分案申请。

技术领域

本发明涉及LED芯片结构及其制造方法。

背景技术

LED发光二极管具有耗能少，使用寿命长的特点，已广泛应用于各个领域。近期，随着发光二极管照明性能指标的大幅度提高，LED发光二极管在照明领域得到快速的应用和发展。

但是传统氮化镓基发光二极管通常生长在蓝宝石衬底上，在制作电极过程中，特别是制作N型电极时，需要蚀刻一部分的P型半导体层和发光层，然后再把N型电极连接在N型半导体层上，这种传统的结构主要存在问题是P型电极和N型电极不等高，不利于芯片的倒装和贴装，P型电极和N型电极设置较为呆板，不利于芯片结构的多样化设计，同时其在制作N型电极时，需蚀刻掉较多面积的发光层，这样会损失较多发光面积，发光效率较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种LED芯片结构，其优化了电极的设置，降低了芯片工作电压，且可增大有效发光面积，有效提高芯片的发光效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种LED芯片结构，包括依次堆叠之第一型半导体层、发光层和第二型半导体层，该第二型半导体层中具有暴露区，该暴露区暴露出部份第一型半导体层；该暴露区之第一型半导体层上具有第一电极延伸层；该第二型半导体层上具有第二电极延伸层；该第二型半导体层上连接一透明绝缘层，且该透明绝缘层填入该暴露区；在该透明绝缘层上具有第一通孔和第二通孔，该第一通孔位于该暴露区之透明绝缘层中且连通至该第一电极延伸层，第二通孔连通至该第二电极延伸层；在该透明绝缘层远离第二型半导体层的端面上具有第一型电极和第二型电极；该第一通孔中设有第一电极连接层，第一电极连接层连接该第一型电极延伸层与该第一型电极；该第二通孔中设有第二电极连接层，第二电极连接层连接该第二电极延伸层与该第二型电极。

优选该第一型半导体层为N型半导体层，该第二型半导体层为P型半导体层。

进一步改进结构，在该第二型半导体层与该透明绝缘层之间设置一透明电流扩散层，且把该第二电极延伸层连接在透明电流扩散层上。其可有效提高电流的扩展性能。

进一步改进结构，该第一型电极下方之该透明绝缘层中及/或该第二型电极下方之该透明绝缘层中具有一反射层。可以较好把发光层发出的光反射到外部，减少第一型电极和第二型电极对光的阻挡。

优选该第一通孔至少有两个及/或该第二通孔至少有两个。

优选该第一电极延伸层及/或该第二电极延伸层上视为圆形、长条形或环形。

优选一种该第一电极延伸层与该第二电极延伸层的布置方式，该第一电极延伸层与该第二电极延伸层上视为交错排列。

优选另一种该第一电极延伸层与该第二电极延伸层的布置方式，该第一电极延伸层上视为环绕该第二电极延伸层。

优选该透明绝缘层的厚度大于1.2um。通过增大该透明绝缘层的厚度可以增大光线的出射角度，减少电极部分的阻挡，进一步提高光效。

优选该第一型电极和该第二型电极的高度大致相同。有利于倒装和贴装。

优选该第一型电极及/或该第二型电极包括一打线部及一延伸部。以方便制造。

优选该第一电极连接层连接该第一型电极延伸层与该第一型电极之该延伸部及/或该第二电极连接层连接该第二电极延伸层与该第二型电极之该延伸部。

本发明还提供上述LED芯片结构的制造方法，包括以下步骤：

在衬底上依次生长第一型半导体层、发光层和第二型半导体层；

移除部分第二型半导体层、发光层和第一型半导体层，以暴露出部分第一型半导体层并形成一暴露区；

在暴露区之该第一半导体层上生成第一电极延伸层；且在第二型半导体层上生成第二电极延伸层；

在第二型半导体层上以及该暴露区内生成透明绝缘层；

在透明绝缘层远离第二型半导体层的端面上形成第一通孔以及第二通孔，第一通孔使第一电极延伸层暴露于外部，第二通孔使第二电极延伸层暴露于外部；

在第一通孔中生成第一电极连接层，第一电极连接层连接在第一电极延伸层上，在第二通孔中生成第二电极连接层，第二电极连接层连接在第二电极延伸层上；在透明绝缘层上生成第一型电极及第二型电极，该第一型电极及该第二型电极分别电性连接于该第一电极连接层及该第二电极连接层。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明把第一型电极和第二型电极设置在在透明绝缘层远离第二型半导体层的端面上，然后第一型电极通过第一电极连接层和第一电极延伸层连接第一型半导体层，第二型电极通过第二电极连接层和第二电极延伸层连接第二型半导体层，这样就可以方便实现电极的跨接及第一型电极和第二型电极的等高，电极的设置位置非常灵活，第一型电极和第二型电极的设置大为优化；同时其可以减少第二型半导体层和发光层的蚀刻面积，尽可能多的保留发光面积，提高了芯片的发光效率。

2、通过透明绝缘层，把单一平面化的电极设置，变成多层立体化电极设置，改进电流分布的导线设计，也能增加有效发光面积，提高芯片的发光效率。

3、在受限制的芯片面积下和蚀刻同样面积半导体层情况下，由于可以跨接和立体化的电极设置，就可以置入更多金属导线，增加电流扩散面积，达到最大电流扩散效果，利于降低芯片工作电压，增大工作电流，也能提高芯片的发光效率。

附图说明

图1是本发明第一种实施例立体图；

图2是图1的俯视图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是本发明第一种实施例隐藏第一电极连接层、第一型电极、第二电极连接层及第二型电极立体图；

图5是本发明第一种实施例隐藏透明绝缘层立体图；

图6是图5的俯视图；

图7是本发明第一种实施例隐藏透明绝缘层且不设置反射层的立体图；

图8是本发明第二种实施例立体图；

图9是本发明第二种实施例隐藏透明绝缘层立体图；

图10是图9的俯视图；

图11是本发明第二种实施例隐藏透明绝缘层且不设置反射层立体图；

图12是本发明第三种实施例立体图；

图13是本发明第三种实施例隐藏透明绝缘层立体图；

图14是图13的俯视图；

图15是本发明第三种实施例隐藏透明绝缘层且不设置反射层立体图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例一，绘示如图1至图6所示。图1是本发明第一实施例之LED芯片结构立体图，图2为图1的俯视图。一种LED芯片结构，包括衬底10，以及在衬底10上以外延工艺形成之半导体迭层。半导体迭层包括依次堆叠之第一型半导体层1、发光层2和第二型半导体层3，衬底10可为蓝宝石(Sapphire)基板、硅(Silicon)基板、碳化硅(SiC)基板、氮化镓(GaN)基板、或砷化镓(GaAs)基板。半导体迭层中第一型半导体层1、发光层2和第二型半导体层3之材料系包含至少一种元素选自于由铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、氮(N)、磷(P)、砷(As)及硅(Si)所构成之群组，例如为AlGaInP、AlN、GaN、AlGaN、InGaN或AlInGaN等之半导体化合物。发光层2之结构可为单异质结构(single heterostructure；SH)、双异质结构(doubleheterostructure；DH)、双面双异质结构(double-side double heterostructure；DDH)或多重量子井结构(multi-quantum well structure；MQW)。第一型半导体层1与第二型半导体层3之电性相异，于本实施例中，该第一型半导体层1为N型半导体层，该第二型半导体层3为P型半导体层。图3为图2沿A-A截面之剖视图，在图3中，半导体迭层中具有暴露区30，该暴露区30系由移除部分第二型半导体层3、发光层2及第一型半导体层1以暴露出部份第一型半导体层1所形成；第二型半导体层3上方可选择性地形成一透明电流扩散层7，透明电流扩散层7对于发光层2所发之光为透明，并可增加电流传导与扩散。其材料可为导电材料，包含但不限于氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化镓锌(GZO)、氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)、石墨烯(graphene)或氧化铟锌(IZO)；或其材料为半导体材料，包含但不限于砷化铝镓(AlGaAs)、氮化镓(GaN)或磷化镓(GaP)。

该暴露区30之第一型半导体层1上具有第一电极延伸层11；该第二型半导体层3上具有第二电极延伸层31；为了清楚说明本实施例之结构，图5为将图1之透明绝缘层隐藏之立体图，图6为图5之俯视图。参照图3及图6，于本实施例中，暴露区30与该第一电极延伸层11上视为圆形且有两个，暴露区30与该第一电极延伸层11之数量可视情况增加为多个，该第二电极延伸层31上视为长条形且有两条，亦可根据电流分散目的增加为多条。也可把该第二电极延伸层31设置为圆形或环形。第一电极延伸层11与第二电极延伸层31之材质较佳例如可以是金属，如金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铬(Cr)、铝(Al)、铂(Pt)、镍(Ni)、钛(Ti)、锡(Sn)等，其合金或其迭层组合。

该第二型半导体层3上连接一透明绝缘层4，且该透明绝缘层4填入该暴露区30；优选该透明绝缘层4可为聚亚酰胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)、过氟环丁烷(PFCB)、氧化镁(MgO)、Su8、环氧树脂(Epoxy)、丙烯酸树脂(Acrylic Resin)、环烯烃聚合物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚醚酰亚胺(Polyetherimide)、氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)、玻璃(Glass)、氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiOx)、氧化钛(TiO2)、氧化钽(Ta2O5)、氮化硅(SiNx)、旋涂玻璃(SOG)、四乙氧基硅烷(TEOS)、氟化镁(MgF2)或上述材料之组合。透明绝缘层4亦可为上述材料组成之单层或多层结构；透明绝缘层4上方配置有第一型电极5与第二型电极6，用以作为与外部电源及电路组件进行电性连结，第一型电极5与第二型电极6可各分别包含打线部与延伸自打线部之延伸部55、66。

为了清楚说明本实施例之结构，图4为将图1之第一型电极5及第二型电极6隐藏之立体图。在图4中，透明绝缘层4上具有两个第一通孔41和两个第二通孔42，该第一通孔41位于该暴露区30之透明绝缘层4中且延伸连通至该第一电极延伸层11，第二通孔42穿过透明绝缘层4并连通至该第二电极延伸层31。亦即，该第一通孔41及该第二通孔42是由透明绝缘层4定义而成，其周围都是透明绝缘层4。第一通孔41及/或第二通孔42的直径可介于3um～20um。优选该透明绝缘层4的厚度大于1.2um，以减少该第一型电极5和该第二型电极6对光的阻挡角度，把尽量多的光射到外部。

优选该第一型电极5和该第二型电极6的高度大致相同，以利于LED芯片倒装和贴装；参照图3，该第一通孔41中设有第一电极连接层51，第一电极连接层51连接该第一型电极延伸层11与该第一型电极5；该第二通孔42中设有第二电极连接层61，第二电极连接层61连接该第二电极延伸层31与该第二型电极6；于本实施例中，第一电极连接层51是连接该第一型电极5之延伸部55，第二电极连接层61是连接该第二型电极6之延伸部66；第一通孔41与其对应之第一电极连接层51或第二通孔42与其对应之第二电极连接层61之数量并不限于两个，可透过多个通孔及电极连接层之配置，达到较佳的电流传递与电流分散效果。

进一步优化结构，在该第一型电极5下方之该透明绝缘层4中具有一反射层52，反射层52的形状对应该第一型电极5且面积不大于第一型电极5，反射层52可连接在透明电流扩散层7，亦可将第一型电极5下方对应位置之透明电流扩散层7移除，使反射层52连接在第二型半导体层3上；同样地，在该第二型电极6下方之该透明绝缘层中具有一反射层62，反射层62的形状对应该第二型电极6且面积不大于第一型电极6，反射层62可连接在透明电流扩散层7，亦可将第二型电极6下方对应位置之透明电流扩散层7移除，使反射层62连接在第二型半导体层3上；这样可以避免第二型半导体层3与透明电流扩散层7之间折射率差异造成的全反射，把尽量多的光反射到外部。

当然在该第一型电极5和该第二型电极6的下部也可不设置反射层，如图7所示，图7亦为将图1之透明绝缘层4隐藏之立体图。

本发明之实施例二，如图8至图10所示。为了清楚说明本实施例之结构，图9为将图8之透明绝缘层4隐藏之立体图，图10为图9之俯视图。其与实施例一之差别在于电极延伸层与通孔之配置。暴露区30上视为长条形，且在暴露区30中之第一半导体层1上的第一电极延伸层11上视也为长条形，透过第一通孔中的第一电极连接层51与第一型电极5之延伸部55电性连接；该第一电极延伸层11与该第二电极延伸层31上视为交错间隔排列，如此一来可增进电流扩散，使LED芯片之发光效能提升。

同样道理，图9进一步所示，在该第一型电极5下方之该透明绝缘层4中可设置一反射层52，反射层52的形状对应该第一型电极5且面积不大于第一型电极5，反射层52连接在透明电流扩散层7上，亦可将第一型电极5下方对应位置之透明电流扩散层7移除，使反射层52连接在第二型半导体层3上；在该第二型电极6下方之该透明绝缘层中具有一反射层62，反射层62的形状对应该第二型电极6且面积不大于第一型电极6，反射层62连接在透明电流扩散层7，亦可将第二型电极6下方对应位置之透明电流扩散层7移除，使反射层62连接在第二型半导体层3上；当然也可不设置反射层，如图11所示。

本发明之实施例三如图12至图14所示，为了清楚说明本实施例之结构，图13为将图12之透明绝缘层4隐藏之立体图，图14为图13之俯视图。其与实施例一不同的是，该暴露区30上视为环形，该第一电极延伸层11上视也为环形并透过第一通孔与上方第一型电极5电性连接，第二半导体层上方具有多个第二电极延伸层31，透过多个第二通孔与上方第二型电极6之多个延伸部66电性连接，该第一电极延伸层11上视为环绕其中一条第二电极延伸层31设置。同样地，在本实施例中之最外围之两第二电极延伸层31亦可沿着LED芯片外围延伸至相互连接，使得第二电极延伸层31上视为环绕第一电极延伸层11。

同样道理，图13进一步所示，在该第一型电极5下方之该透明绝缘层4中可设置一反射层52，反射层52的形状对应该第一型电极5且面积不大于第一型电极5，反射层52连接在透明电流扩散层7，亦可将第一型电极5下方对应位置之透明电流扩散层7移除，使反射层52连接在第二型半导体层3上；在该第二型电极6下方之该透明绝缘层中具有一反射层62，反射层62的形状对应该第二型电极6且面积不大于第一型电极6，反射层62连接在透明电流扩散层7，亦可将第二型电极6下方对应位置之透明电流扩散层7移除，使反射层62连接在第二型半导体层3上；当然也可不设置反射层，如图15所示。

在上述实施例中，第一电极延伸层11可配置为圆形、长条形或环形，在不违背本发明的技术原理及精神的情况下，同样地，可对上述实施例进行修改及变化，使第二电极延伸层31配置为圆形、长条形或环形。

针对上述实施例的制造方法如下：一种LED芯片结构的制造方法，包括以下步骤：

在衬底10上依次以外延方式生长第一型半导体层1、发光层2和第二型半导体层3；

自第二型半导体层3向下进行蚀刻，移除部分第二型半导体层3、发光层2和第一型半导体层1，以暴露出部分第一型半导体层1并形成一暴露区30；

选择性地在第二型半导体层3上以蒸镀、溅镀等方式沉积透明电流扩散层7，然后在该透明电流扩散层7对应该暴露区30的位置移除沉积在该暴露区30上的透明电流扩散层7；

在暴露区30之该第一半导体层1上生成第一电极延伸层11；同时在该透明电流扩散层7上按预先设计的位置和形状生成第二电极延伸层31；此时如需设置反射层，也可在生成第一电极延伸层11和第二电极延伸层31前，在第二型半导体层3或该透明电流扩散层7上生成反射层52和反射层62；

也可同时在该透明电流扩散层7上生成反射层52和反射层62；

接着，在该透明电流扩散层7以及该暴露区30内生成透明绝缘层4；

在透明绝缘层4远离第二型半导体层3的端面上按预先设计位置蚀刻形成第一通孔41以及第二通孔42，第一通孔41使第一电极延伸层11暴露于外部，第二通孔42使第二电极延伸层31暴露于外部；

在第一通孔41中以及第二通孔42中以蒸镀、溅镀、化镀或电镀之方式分别生成第一电极连接层51及第二电极连接层61，第一电极连接层51连接在第一电极延伸层11上，第二电极连接层61连接在第二电极延伸层31上；

在透明绝缘层4上生成第一型电极5及第二型电极6，使该第一型电极5及该第二型电极6分别电性连接于该第一电极连接层51及该第二电极连接层61。

以上仅是本发明几个较佳的实施例，本发明不限于这几个实施例，本领域的技术人员按权利要求作等同的改变都落入本案的保护范围。

Claims (10)

1.一种LED芯片结构，包括：

依次堆叠之第一型半导体层、发光层和第二型半导体层，该第二型半导体层中具有暴露区，该暴露区暴露出部分该第一型半导体层；

第一电极延伸层，位于该暴露区之该第一型半导体层上；

第二电极延伸层，位于该第二型半导体层上；

透明绝缘层，位于该第二型半导体层上，且该透明绝缘层填入该暴露区，该透明绝缘层包括多层结构；

第一通孔和第二通孔，位于该透明绝缘层中，其中该第一通孔位于该暴露区上之该透明绝缘层中且连通至该第一电极延伸层，该第二通孔连通至该第二电极延伸层；以及

第一型电极和第二型电极，位于该透明绝缘层远离该第二型半导体层的端面上，该第一型电极延伸层与该第一型电极电性连接，该第二电极延伸层与该第二型电极电性连接；

其中在一俯视图中，该第二电极与该第一电极延伸层不重叠。

2.根据权利要求1所述的LED芯片结构，其中在该俯视图中，该第一型电极与该第二电极延伸层不重叠。

3.根据权利要求1或2所述的LED芯片结构，其中该第一型电极(n-pad)及该第二型电极分别包括一打线部，该第二电极的该打线部与该第一电极延伸层不重叠及/或该第一型电极的该打线部与该第二电极延伸层不重叠。

4.根据权利要求3所述的LED芯片结构，其中该第一型电极及该第二型电极分别包括延伸自该打线部之一延伸部，该第二电极的该延伸部与该第一电极延伸层不重叠及/或该第一型电极的该延伸部与该第二电极延伸层不重叠。

5.根据权利要求3所述的LED芯片结构，其中第一型电极或该第二型电极的该延伸部宽度小于该打线部的宽度。

6.根据权利要求1所述的LED芯片结构，其中该第一型半导体层为N型半导体层，该第二型半导体层为P型半导体层，其中该第二型半导体层与该透明绝缘层之间具有一透明电流扩散层，该第二电极延伸层连接在该透明电流扩散层上。

7.根据权利要求1的LED芯片结构，更包括：第一电极连接层，位于该第一通孔中；以及第二电极连接层，位于该第二通孔中。

8.根据权利要求1所述的LED芯片结构，其中该第一电极延伸层及该第二电极延伸层其中任一上视为圆形、长条形或环形，及/或其中该第一电极延伸层与该第二电极延伸层上视为交错排列。

9.根据权利要求1所述的LED芯片结构，其中该透明绝缘层的厚度大于1.2um。

10.根据权利要求1所述的LED芯片结构，其中该第一通孔及/或该第二通孔的直径介于3um～20um。