CN204216044U - Led结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种LED结构，在发光半导体层的预定区域形成若干高阻态离子注入层，所述若干高阻态离子注入层将发光半导体层分割成若干绝缘分离的独立发光半导体层，后续芯片制造端无需再通过光刻刻蚀工艺进行隔离槽的制作，更无须再用绝缘材料填充隔离槽，而这些正是芯片制造端成本昂贵的工艺步骤，也是其提高可靠性和良率的技术瓶颈，本实用新型有利于提高LED发光亮度、LED芯片可靠性及LED芯片良率，且可降低生产成本。

Description

LED结构

技术领域

本实用新型属于半导体光电芯片制造领域，尤其涉及一种LED结构。

背景技术

自从20世纪90年代初商业化以来，经过二十几年的发展，GaN基LED已被广泛应用于户内外显示屏、投影显示用照明光源、背光源、景观亮化照明、广告、交通指示等领域，并被誉为二十一世纪最有竞争力的新一代固体光源。然而对于半导体发光器件LED来说，要代替传统光源，进入高端照明领域，必须考虑三个因素：一是发光亮度的提升，二是可靠性的提升，三是生产成本的降低。

近年来，各种为提高LED发光亮度的技术应运而生，例如图形化蓝宝石衬底技术、侧壁粗化技术、DBR技术、优化电极结构、在蓝宝石衬底或透明导电膜上制作二维光子晶体等。其中图形化蓝宝石衬底技术最具成效，在2010年到2012年间，前后出现的锥状结构的干法图形化蓝宝石衬底和金字塔形状的湿法图形化蓝宝石衬底完全取代了表面平坦的蓝宝石衬底成为LED芯片的主流蓝宝石衬底，使LED的晶体结构和发光亮度都得到了革命性的提高。但是图形化的蓝宝石衬底代替表面平坦的蓝宝石衬底成为LED芯片的主流蓝宝石衬底无疑增加了LED的生产成本，虽然所增加的成本随着图形化蓝宝石衬底制作技术水平的提高会慢慢降低，但却无法完全消除。

随着半导体集成技术的高速发展，一种称为高压芯片的LED结构应运而生，此种结构的LED一般是在发光半导体层形成后，通过光刻刻蚀工艺在所述发光半导体层上形成隔离槽，再在隔离槽内填充绝缘材料，最后在各绝缘分离的发光半导体层上制作电极并形成串联结构；虽然这种结构可以在一定程度上提高LED的发光亮度，但此种结构也会降低LED的可靠性，同时其提高LED发光亮度的空间也是有限的；这是因为发光半导体层的厚度要超过6μm，如果利用光刻胶作掩膜，在发光半导体层上形成隔离槽，则光刻胶的厚度一般要在10μm以上，此种厚度的光刻胶势必会影响光刻线宽，进而增大隔离槽的宽度，减小LED的发光面积；如果利用二氧化硅作掩膜，在发光半导体层上形成隔离槽，则会由于选择比的局限性，进而导致隔离槽的侧壁陡峭，这会影响后续串联电极的爬坡效果，进而降低LED芯片的良率和可靠性；不仅如此，由于现有刻蚀工艺均匀性的局限性，形成的隔离槽内总有部分区域存在半导体材料残留现象，此种现象会导致串联芯片因短路而失效；再者，无论采用哪种工艺形成隔离槽，都会在现有LED生产技术的基础上增加一部分生产成本。

总之，现有LED生产工艺技术要么提高LED发光亮度的空间有限，要么降低了LED芯片的可靠性好良率，要么提高了LED的生产成本，要么两者或三者兼有之，不利于LED替代传统光源进入照明领域。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种提高LED发光亮度、LED芯片可靠性及LED芯片良率且能同时降低其生产成本的LED结构。

为了解决上述问题，本实用新型还提供一种LED结构，包括：

蓝宝石衬底；

形成于所述蓝宝石衬底上的发光半导体层；

形成于所述发光半导体层中的若干高阻态离子注入层，所述若干高阻态离子注入层将所述发光半导体层分割成若干绝缘分离的独立发光半导体层，每个独立发光半导体层均包括依次层叠的N型半导体层、有源层和P型半导体层；

若干贯穿所述P型半导体层、有源层和至少部分N型半导体层的凹槽，每个所述凹槽暴露一高阻态离子注入层的一侧壁；

形成于所述每个独立发光半导体层的P型半导体层上的第一电极以及形成于所述每个独立发光半导体层的凹槽中的第二电极，部分相邻的独立发光半导体层上的第二电极和第一电极电连接，形成串联结构；以及

形成于所述发光半导体层所有暴露的表面上的钝化保护层，所述钝化保护层具有暴露所述串联结构中为首的独立发光半导体层上的第一电极和为尾的独立发光半导体层上的第二电极的引线孔。

可选的，在所述的LED结构中，还包括形成于所述P型半导体层的部分区域上的阻挡层。

可选的，在所述的LED结构中，还包括形成于所述P型半导体层和阻挡层上的接触层。

可选的，在所述的LED结构中，所述阻挡层的材料为二氧化硅，所述接触层的材料为ITO。

本实用新型提供的LED结构具有以下有益效果：

1、本实用新型的LED结构制作方法利用离子注入技术，在发光半导体层形成的过程中或其形成之后，在预定区域上形成高阻态离子注入层，所述若干高阻态离子注入层将发光半导体层分割成若干绝缘分离的独立发光半导体层，后续芯片制造端无需再通过光刻刻蚀工艺进行隔离槽的制作，更无须再用绝缘材料填充隔离槽，而这些正是芯片制造端成本昂贵的工艺步骤，也是其提高可靠性和良率的技术瓶颈，所以本实用新型提供的LED结构解决了芯片制造端的技术难题；

2、各个独立发光半导体的第一电极和第二电极可以根据需求在形成独立发光半导体第一电极和第二电极的同时形成金属连接，即形成任意颗数的串联结构，形成串联结构的发光半导体层无需再进行单独测试，节约了测试成本；无需再进行单独切割，节约了切割成本；也无需再进行单独封装，节约了封装成本；所以本实用新型提供的LED结构将低了芯片制造端的测试成本、切割成本，同时还降低了下游封装的成本；

3、由于所述各个发光半导体层可以在形成电极的同时，形成串联结构，所以本实用新型所提供的LED结构能够在较大电压下工作；

4、由于串联结构可以和电极同步形成，处于中间位置的管芯可以不受光刻线宽的约束、可以不受打线要求的束缚，其所占据发光区的面积会更小，所以这又进一步提高了LED的发光亮度。

附图说明

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本实用新型。为了清楚起见，图中各个层的相对厚度以及特定区的相对尺寸并没有按比例绘制。在附图中：

图1-7是本实用新型一实施例的LED结构制作过程中的结构示意图；

图8是本实用新型一实施例形成钝化保护层时蓝宝石衬底的转动示意图。

图9是本实用新型一实施例的LED结构制作方法的流程示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。

如图9所示，本实用新型的LED结构制作方法，包括如下步骤：

S1：提供一蓝宝石衬底；

S2：在蓝宝石衬底上形成发光半导体层，并通过离子注入工艺在发光半导体层的预定位置形成若干高阻态离子注入层，所述若干高阻态离子注入层将所述发光半导体层分割成若干绝缘分离的独立发光半导体层，每个独立发光半导体层均包括依次层叠的N型半导体层、有源层和P型半导体层；

S3：在每个独立发光半导体层中形成一凹槽，所述凹槽贯穿所述P型半导体层、有源层和至少部分N型半导体层，每个高阻态离子注入层的一侧壁被一个凹槽暴露出来；

S4：在每个独立发光半导体层的P型半导体层上形成第一电极，在每个独立发光半导体层的凹槽内形成第二电极，并将部分相邻的独立发光半导体层的第二电极和第一电极电连接形成串联结构；

S5：在所述独立发光半导体层所有暴露的表面上形成钝化保护层，所述钝化保护层具有暴露所述串联结构中为首的独立发光半导体层上的第一电极和为尾的独立发光半导体层上的第二电极的引线孔。

下面结合图1-8更详细地说明本实用新型所提供的LED结构。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

如图1所示，提供一蓝宝石衬底1。

如图2所示，通过MOCVD工艺或分子束外延技术在所述蓝宝石衬底1上形成发光半导体层2，所述发光半导体层2至少包括依次层叠的N型半导体层21、有源层22和P型半导体层23。

在此，通过MOCVD工艺或分子束外延技术在所述蓝宝石衬底1上形成发光半导体层2之后，在所述发光半导体层2上形成掩膜层，并以所述掩膜层做遮挡进行离子注入，从而在所述发光半导体层2的预定位置形成若干高阻态离子注入层3。或者，通过MOCVD工艺或分子束外延技术形成所述发光半导体层2的过程中，同时通过离子注入技术在所述发光半导体层2的预定位置形成若干高阻态离子注入层3，所述高阻态离子注入层3将所述发光半导体层2分割成若干绝缘分离的独立发光半导体层。

本实施例中，在所述发光半导体层2中注入氧离子形成高阻态离子注入层3。可以理解的是，在本实用新型其他实施例中还可注入其他离子，只要实现形成高阻态离子注入层的目的进而将所述发光半导体层2分割成若干绝缘分离的独立发光半导体层即可。

如图3所示，通过光刻刻蚀工艺在所述发光半导体层2的预定区域形成若干凹槽2’，即在每个独立发光半导体层中均形成一个凹槽2’，所述凹槽2’贯穿所述P型半导体层23、有源层22和至少部分N型半导体层21，并且所述高阻态离子注入层3的一侧壁被所述凹槽2’暴露出来，换言之，凹槽2’内的P型半导体层23和有源层22完全被去除，而N型半导体层21被去除一部分，并且每个高阻态离子注入层3紧邻一个凹槽2’。

如图4所示，通过沉积、光刻、刻蚀工艺在所述P型半导体层23的部分区域上形成阻挡层4，所述阻挡层4的材料例如为二氧化硅。

如图5所示，通过蒸发工艺在所述P型半导体层23和阻挡层4上形成接触层5，所述接触层5的材料例如为ITO。

如图6所示，通过蒸发工艺，在每个独立发光半导体层的接触层5上形成第一电极61，在每个独立发光半导体层的凹槽2’内形成第二电极62，并有选择地且同步地将部分相邻的发光半导体层上的第二电极62和第一电极61金属连接，形成串联结构。

如图7所示，通过PECVD工艺在所述独立发光半导体层所有暴露的侧壁上形成钝化保护层7；并通过光刻刻蚀工艺对串联结构中为首的独立发光半导体层上的第一电极61和为尾的独立发光半导体层上第二电极62上的钝化保护层7进行开孔工艺形成引线孔，暴露出为首的独立发光半导体层上第一电极61的部分区域和为尾的独立发光半导体层2上第二电极62的部分区域，以便于引线。所述钝化保护层7的材料例如为二氧化硅。

优选的，如图8所示，为了在独立发光半导体层的上表面及其各侧壁上形成表面平坦的钝化保护层7，通过PECVD工艺形成钝化保护层的过程中，所述蓝宝石衬底在承载盘的带动下公转的同时，所述蓝宝石衬底还在进行高速自转(即发光半导体层在做两种形式的公转)。

相应的，本实用新型还提供一种LED结构，如图1-7所示，包括：

蓝宝石衬底1；

形成于所述蓝宝石衬底1上的发光半导体层2；

形成于所述发光半导体层2中的若干高阻态离子注入层3，所述若干高阻态离子注入层3将所述发光半导体层2分割成若干绝缘分离的独立发光半导体层，每个独立发光半导体层均包括依次层叠的N型半导体层21、有源层22和P型半导体层23；

贯穿所述P型半导体层23、有源层22和至少部分N型半导体层21的凹槽2’，所述凹槽2’暴露所述高阻态离子注入层3的一侧壁；

形成于所述每个独立发光半导体层的P型半导体层23上的第一电极61以及形成于所述每个独立发光半导体层的凹槽2’中的第二电极62，部分相邻的独立发光半导体层上的第二电极62和第一电极61金属连接，形成串联结构；以及

形成于所述发光半导体层2所有暴露的表面上的钝化保护层7，所述钝化保护层7具有暴露所述串联结构中为首的独立发光半导体层上的第一电极和为尾的独立发光半导体层上的第二电极的引线孔。

其中，所述高阻态离子注入层3贯穿所述P型半导体层23、有源层22、N型半导体层21，与蓝宝石衬底1表面无缝连接，其可通过在发光半导体层中注入氧离子形成。

较佳的，所述LED结构还包括形成于所述P型半导体层23的部分区域上的阻挡层4，所述阻挡层4的材料为二氧化硅。在所述阻挡层4上及所述P半导体层23上还形成有接触层5，所述接触层5的材料为ITO，所述第一电极61位于接触层5上。

综上所述，本实用新型的LED结构制作方法利用离子注入技术，在发光半导体层形成的过程中或其形成之后，在预定区域上形成高阻态离子注入层，所述若干高阻态离子注入层将所述发光半导体层分割成若干绝缘分离的独立发光半导体层，后续芯片制造端无需再通过光刻刻蚀工艺进行隔离槽的制作，更无须再用绝缘材料填充隔离槽，而这些正是芯片制造端成本昂贵的工艺步骤，也是其提高可靠性和良率的技术瓶颈。

另外，各个独立发光半导体的第一电极和第二电极可以根据需求在形成独立发光半导体第一电极和第二电极的同时形成金属连接，即形成任意颗数的串联结构，形成串联结构的发光半导体层无需再进行单独测试、切割、封装，节约了测试、切割、封装成本。

此外，由于所述各个发光半导体层可以在形成电极的同时形成串联结构，所以本实用新型所提供的LED结构能够在较大电压下工作，并且，由于串联结构可以和电极同步形成，处于中间位置的管芯可以不受光刻线宽的约束、不受打线要求的束缚，其所占据发光区的面积会更小，所以这又进一步提高了LED的发光亮度。

虽然已经通过示例性实施例对本实用新型进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例性实施例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种LED结构，其特征在于，包括：

蓝宝石衬底；

形成于所述蓝宝石衬底上的发光半导体层；

形成于所述发光半导体层中的若干高阻态离子注入层，所述若干高阻态离子注入层将所述发光半导体层分割成若干绝缘分离的独立发光半导体层，每个独立发光半导体层均包括依次层叠的N型半导体层、有源层和P型半导体层；

若干贯穿所述P型半导体层、有源层和至少部分N型半导体层的凹槽，每个所述凹槽暴露一高阻态离子注入层的一侧壁；

形成于所述每个独立发光半导体层的P型半导体层上的第一电极以及形成于所述每个独立发光半导体层的凹槽中的第二电极，部分相邻的独立发光半导体层上的第二电极和第一电极电连接，形成串联结构；以及

形成于所述发光半导体层所有暴露的表面上的钝化保护层，所述钝化保护层具有暴露所述串联结构中为首的独立发光半导体层上的第一电极和为尾的独立发光半导体层上的第二电极的引线孔。

2.如权利要求1所述的LED结构，其特征在于，还包括形成于所述P型半导体层的部分区域上的阻挡层。

3.如权利要求2所述的LED结构，其特征在于，还包括形成于所述P型半导体层和阻挡层上的接触层。

4.如权利要求3所述的LED结构，其特征在于，所述阻挡层的材料为二氧化硅，所述接触层的材料为ITO。