CN207925510U - 一种倒装led芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种倒装LED芯片，包括发光结构，所述发光结构包括衬底，设于衬底表面的第一半导体层，设于第一半导体层表面的有源层和第一电极，设于有源层表面的第二半导体层，设于第二半导体层表面的透明导电层，设于透明导电层表面的第一电极；钝化反射层，所述钝化反射层包括依次设于透明导电层和第一半导体层上的第一钝化层、分布式布拉格反射镜层、金属反射层和第二钝化层。本申请通过分布式布拉格反射镜层和金属反射层的配合，从有源层发出的光通过分布式布拉格反射镜层部分反射后，又经金属反射层再次全反射，既避免金属反射层引起的漏电，又增大了全反射面积，有效提高芯片的外量子效率与稳定性，增加了芯片亮度。

Description

一种倒装LED芯片

技术领域

本实用新型涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种倒装LED芯片。

背景技术

LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种利用载流子复合时释放能量形成发光的半导体器件，LED芯片具有耗电低、色度纯、寿命长、体积小、响应时间快、节能环保等诸多优势。

LED芯片的发光效率主要由内量子效率和外量子效率决定。目前，LED芯片的内量子效率已经达到90％以上，但外量子效率却较低。因此，如何提高LED芯片的外量子效率，已经成为业界的重点研究方向。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种倒装LED芯片，通过在发光结构的表面形成钝化反射层，将有源层发生的光进行全反射，从而提高芯片的出光效率。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种倒装LED芯片，包括；

发光结构，所述发光结构包括衬底，设于衬底表面的第一半导体层，设于第一半导体层表面的有源层和第一电极，设于有源层表面的第二半导体层，设于第二半导体层表面的透明导电层，设于透明导电层表面的第一电极；

钝化反射层，所述钝化反射层包括依次设于透明导电层和第一半导体层上的第一钝化层、分布式布拉格反射镜层、金属反射层和第二钝化层。

作为上述方案的改进，所述金属反射层包括粘附层、反射层和阻挡层。

作为上述方案的改进，所述粘附层的材质为Al、Cr、Ni和Ti中的一种。

作为上述方案的改进，所述反射层由Ag制成。

作为上述方案的改进，所述阻挡层的材质为Ti、Ni、Pt、W、Pd、Rh中的一种。

作为上述方案的改进，所述第一钝化层和/或第二钝化层的材质为SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃中的一种。

作为上述方案的改进，所述第一电极和/或第二电极的材质为Cr、Ni、Al、Ti、Au、Pt、W、Pb、Rh、Sn、Cu、Ag中的一种。实施本实用新型，具有如下有益效果：

1、本实用新型提供的一种倒装LED芯片，通过分布式布拉格反射镜层和金属反射层的配合，从有源层发出的光通过分布式布拉格反射镜层部分反射后，又经金属反射层再次全反射，既避免金属反射层引起的漏电，又增大了全反射面积，有效提高芯片的外量子效率与稳定性，增加了芯片亮度。

2、本实用新型提供的一种倒装LED芯片，本申请通过第一钝化层将分布式布拉格反射镜层更好地粘附发光结构表面，防止分布式布拉格反射镜层发生脱落和碎裂。

3、本实用新型提供的一种倒装LED芯片，金属反射层包括粘附层、反射层和阻挡层。其中，粘附层的作用是将反射层粘附在分布式布拉格反射镜层表面，防止金属反射层发生脱落和碎裂。所述反射层由Ag制成；反射层的作用是将经过分布式布拉格反射镜层反射的光再次进行反射，此外，还将未经过分布式布拉格反射镜层反射的光进行反射；阻挡层用于阻挡金属反射层的Ag迁移而发生漏电和降低出光效率。

附图说明

图1是本实用新型倒装LED芯片的结构示意图；

图2是本实用新型倒装LED芯片的制作流程示意图；

图2a是本实用新型发光结构的结构示意图；

图2b是本实用新型形成第二钝化层之后的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。

参见图1，本实用新型提供的一种倒装LED芯片，包括；

发光结构，所述发光结构包括衬底10，设于衬底10表面的第一半导体层21，设于第一半导体层21表面的有源层22和第一电极41，设于有源层22表面的第二半导体层23，设于第二半导体层23表面的透明导电层30，设于透明导电层30表面的第一电极42；

钝化反射层，所述钝化反射层包括依次设于透明导电层30和第一半导体层21上的第一钝化层50、分布式布拉格反射镜层60、金属反射层70和第二钝化层80。

需要说明的是，衬底10的材料可以为蓝宝石、碳化硅或硅，也可以为其他半导体材料，本实施例中优选衬底为蓝宝石衬底。具体的，所述衬底为纳米图案衬底，倒装LED芯片从衬底一侧出光，在衬底制作纳米图案，增加折射效率，从而提高倒装LED芯片的出光效率。

具体的，本申请实施例提供的第一半导体层和第二半导体层均为氮化镓基半导体层，有源层为氮化镓基有源层；此外，本申请实施例提供的第一半导体层、第二半导体层和有源层的材质还可以为其他材质，对此本申请不做具体限制。

其中，第一半导体层可以为N型半导体层，则第二半导体层为P型半导体层；或者，第一半导体层为P型半导体层，而第二半导体层为N型半导体层，对于第一半导体层和第二半导体层的导电类型，需要根据实际应用进行设计，对此本申请不做具体限制。

需要说明的是，为了提高后续的刻蚀工艺的良率，所述外延层的厚度为4-10μm。当外延层的厚度低于4μm，LED芯片的亮度会降低，在后续刻蚀时，LED芯片容易出现裂片的情况。但外延层的厚度大于10μm，LED芯片的亮度会降低，增加刻蚀的难度和时间。

其中，所述透明导电层30的材质为铟锡氧化物，但不限于此。

需要说明的是，在本申请的其他实施例中，所述衬底10与所述外延层之间设有缓存冲层(图中未示出)。

具体的，所述第一电极41贯穿所述透明导电层30、第二半导体层23和有源层22并延伸至所述第一半导体层21的裸露区域。在本申请的其他实施例中，裸露区域可以刻蚀到第一半导体层21的表面，也可以刻蚀到第一半导体层21。其中，第一电极41与第一半导体层21导电连接，第二电极42与透明导电层30导电连接，且第一电极41和第二电极42之间相互绝缘。

所述第一电极41和/或所述第二电极42的材质为Cr、Ni、Al、Ti、Au、Pt、W、Pb、Rh、Sn、Cu、Ag中的一种。

优选的，第一钝化层50的材质为SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃中的一种成。其中，第一钝化层50的作用是将分布式布拉格反射镜层60更好地粘附发光结构表面，防止分布式布拉格反射镜层发生脱落和碎裂。由于分布式布拉格反射镜层与发光结构之间的应力较大，直接将分布式布拉格反射镜层设置在发光结构表面，分布式布拉格反射镜层容易发生脱落和碎裂。

在本申请中，分布式布拉格反射镜层用于将有源层发出的进行部分反射，由于分布式布拉格反射镜层具有一定的反射率，而大于全反射角的光则不能通过分布式布拉格反射镜层进行反射。其中，由于分布式布拉格反射镜层的内部结构比较致密，能够防止金属反射层的Ag迁移到发光结构而发生漏电，影响出光效率。

金属反射层70包括粘附层71、反射层72和阻挡层73。优选的，所述粘附层的材质为Al、Cr、Ni和Ti中的一种。所述反射层由Ag制成。所述阻挡层的材质为由Ti、Ni、Pt、W、Pd、Rh中的一种。其中，粘附层的作用是将反射层粘附在分布式布拉格反射镜层表面，防止金属反射层发生脱落和碎裂。所述反射层由Ag制成。反射层的作用是将经过分布式布拉格反射镜层反射的光再次进行反射，此外，还将未经过分布式布拉格反射镜层反射的光进行反射。所述阻挡层73的材质为Ti、Ni、Pt、W、Pd、Rh中的一种。阻挡层用于阻挡金属反射层的Ag迁移而发生漏电和降低出光效率。

本申请通过分布式布拉格反射镜层和金属反射层的配合，从有源层发出的光通过分布式布拉格反射镜层部分反射后，又经金属反射层再次全反射，既避免金属反射层引起的漏电，又增大了全反射面积，有效提高芯片的外量子效率与稳定性，增加了芯片亮度。

优选的，第二钝化层80的材质为SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃中的一种。其中，第二钝化层80的作用是进一步阻止反射层72中的的Ag迁移，芯片避免漏电，保证反射层的反射效果，提高出光效率。

图2为本实用新型一种倒装LED芯片流程图，其中，本实用新型提供的一种倒装LED芯片的制作方法，包括以下步骤：

S1：提供发光结构；

参见图2a，提供一发光结构，所述发光结构包括衬底10，设于衬底10表面的第一半导体层21，设于第一半导体层21表面的有源层22和第一电极41，设于有源层22表面的第二半导体层23，设于第二半导体层23表面的透明导电层30，设于透明导电层30表面的第一电极42。

衬底10的材料可以为蓝宝石、碳化硅或硅，也可以为其他半导体材料，本实施例中优选衬底为蓝宝石衬底。具体的，所述衬底为纳米图案衬底，倒装LED芯片从衬底一侧出光，在衬底制作纳米图案，增加折射效率，从而提高倒装LED芯片的出光效率。

具体的，本申请实施例提供的第一半导体层和第二半导体层均为氮化镓基半导体层，有源层为氮化镓基有源层；此外，本申请实施例提供的第一半导体层、第二半导体层和有源层的材质还可以为其他材质，对此本申请不做具体限制。

其中，第一半导体层可以为N型半导体层，则第二半导体层为P型半导体层；或者，第一半导体层为P型半导体层，而第二半导体层为N型半导体层，对于第一半导体层和第二半导体层的导电类型，需要根据实际应用进行设计，对此本申请不做具体限制。

需要说明的是，为了提高后续的刻蚀工艺的良率，所述外延层的厚度为4-10μm。当外延层的厚度低于4μm，LED芯片的亮度会降低，在后续刻蚀时，LED芯片容易出现裂片的情况。但外延层的厚度大于10μm，LED芯片的亮度会降低，增加刻蚀的难度和时间。

具体的，采用电子束蒸发工艺在所述第二半导体层23表面蒸镀一层电流阻挡层30。其中，蒸镀温度为0-300℃，氧气流量为5-sccm，蒸镀腔体真空度为3.0-10.0E-5，蒸镀时间为100-300min。

当蒸镀温度低于0℃时，电流阻挡层无法获取足够的能量进行迁移，形成的电流阻挡层质量较差，缺陷多；当蒸镀温度高于300℃时，温度过高，薄膜能量过大不易于在外延层上沉积，沉积速率变慢，效率降低。氧气流量小于5sccm时，氧气流量过低，电流阻挡层氧化不充分，薄膜质量不佳，氧气流量大于5sccm时，氧气流量太大，电流阻挡层过度氧化，膜层缺陷密度增加。蒸镀时间小于100min时，薄膜需要较高的沉积速率才能达到所需厚度，沉积速率太快，原子来不及迁移，因此薄膜生长质量较差，缺陷多。

优选的，蒸镀温度为290℃，氧气流量为10sccm，蒸镀腔体真空度为3.0*10^-5-10.0*10^-5。

具体的，采用光刻胶或SiO₂作为掩膜，采用电子束蒸发工艺在所述电流阻挡层30表面蒸镀一层导透明导电层40。其中，蒸镀温度为0-300℃，氧气流量为5-sccm，蒸镀腔体真空度为3.0-10.0E-5，蒸镀时间为100-300min。当蒸镀温度低于0℃时，透明导电层无法获取足够的能量进行迁移，形成的透明导电层质量较差，缺陷多；当蒸镀温度高于300℃时，温度过高，薄膜能量过大不易于在外延层上沉积，沉积速率变慢，效率降低。氧气流量小于5sccm时，氧气流量过低，透明导电层氧化不充分，薄膜质量不佳，氧气流量大于sccm时，氧气流量太大，透明导电层过度氧化，膜层缺陷密度增加。蒸镀时间小于100min时，薄膜需要较高的沉积速率才能达到所需厚度，沉积速率太快，原子来不及迁移，因此薄膜生长质量较差，缺陷多。优选的，蒸镀温度为290℃，氧气流量为10sccm，蒸镀腔体真空度为3.0*10^-5-10.0*10^-5。

其中，所述透明导电层30的材质为铟锡氧化物，但不限于此。铟锡氧化物中铟和锡的比例为70-99:1-30。优选的，铟锡氧化物中铟和锡的比例为95:5。这样有利提高导透明导电层30的导电能力，防止载流子聚集在一起，还提高芯片的出光效率。

需要说明的是，在本申请的其他实施例中，所述衬底10与所述外延层之间设有缓存冲层。

需要说明的是，所述发光结构的制作方法还包括以下步骤：

对所述发光结构进行刻蚀，形成贯穿所述透明导电层、第二半导体层和有源层并延伸至第一半导体层的裸露区域；

在所述裸露区域上的第一半导体层表面形成第一电极，在透明导电层表面形成第二电极。

具体的，采用电感耦合等离子(ICP)工艺对所述发光结构进行刻蚀，形成贯穿所述透明导电层30、第二半导体层23和有源层22并延伸至所述第一半导体层21的裸露区域。在本申请的其他实施例中，裸露区域可以刻蚀到第一半导体层21的表面，也可以刻蚀到第一半导体层21。

需要说明的是，在本申请的其他实施例中，在形成外延层之后先对外延层进行刻蚀，形成贯穿第二半导体层和有源层并延伸至所述第一半导体层的裸露区域，然后在依次在第二半导体层表面形成透明导电层。

采用电子束蒸镀、磁控溅射、电镀或化学镀工艺，在所述裸露区域的第一半导体层21表面沉积金属层形成第一电极41，在所述第所述透明导电层30表面沉积金属层形成第二电极42。

为了提高芯片的光电性能，防止漏电，采用金属蒸镀工艺在所述裸露区域的第一半导体层21上沉积一层金属层，在所述透明导电层30上沉积一层金属层，并采用剥离去胶工艺去除多余的金属，以在第一半导体层21上形成第一电极41，在透明导电层30上形成第二电极42。

需要说明的是，所述第一电极51和/或所述第二电极52由Cr、Ni、Al、Ti、Au、Pt、W、Pb、Rh、Sn、Cu、Ag中的一种或几种制成。

S2：在所述发光结构表面形成钝化反射层，钝化反射层包括依次形成第一钝化层、分布式布拉格反射镜层、金属反射层和第二钝化层；

参见图2b，在所述发光结构表面形成钝化反射层，钝化反射层包括依次形成第一钝化层50、分布式布拉格反射镜层60、金属反射层70和第二钝化层80。

具体的，采用等离子体增强化学气相沉积法工艺在所述发光结构表面形成第一钝化层50。优选的，第一钝化层50由SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃中的一种或几种制成。其中，第一钝化层50的作用是将分布式布拉格反射镜层60更好地粘附发光结构表面，防止分布式布拉格反射镜层发生脱落和碎裂。由于分布式布拉格反射镜层与发光结构之间的应力较大，直接将分布式布拉格反射镜层设置在发光结构表面，分布式布拉格反射镜层容易发生脱落和碎裂。

采用离子束辅助沉积镀膜工艺在所述第一钝化层50表面形成分布式布拉格反射镜层60。优选的，所述分布式布拉格反射镜层由SiO₂、Si₃N₄、TiO₂、ZnO、MgF₂、CaF₂、SrF₂、BaF₂、ZnSe、ZnS、ZrO₂、Al₂O₃中的两种或两种以上材料制成。在本申请中，分布式布拉格反射镜层用于将有源层发出的进行部分反射，由于分布式布拉格反射镜层具有一定的反射率，而大于全反射角的光则不能通过分布式布拉格反射镜层进行反射。其中，由于分布式布拉格反射镜层由两种材料制成，因此分布式布拉格反射镜层的内部结构比较致密，能够防止金属反射层的Ag迁移到发光结构而发生漏电，影响出光效率。

采用电子束蒸镀或磁控溅射工艺在所述分布式布拉格反射镜层60表面形成金属反射层70。具体的，金属反射层70包括粘附层71、反射层72和阻挡层73。优选的，所述粘附层由Al、Cr、Ni和Ti中的一种或几种制成。所述反射层由Ag制成。所述阻挡层由Ti、Ni、Pt、W、Pd、Rh中的一种或几种制成。其中，粘附层的作用是将反射层粘附在分布式布拉格反射镜层表面，防止金属反射层发生脱落和碎裂。所述反射层由Ag制成。反射层的作用是将经过分布式布拉格反射镜层反射的光再次进行反射，此外，还将未经过分布式布拉格反射镜层反射的光进行反射。所述阻挡层73由Ti、Ni、Pt、W、Pd、Rh中的一种或几种制成。阻挡层用于阻挡金属反射层的Ag迁移而发生漏电和降低出光效率。

本申请通过分布式布拉格反射镜层和金属反射层的配合，从有源层发出的光通过分布式布拉格反射镜层部分反射后，又经金属反射层再次全反射，既避免金属反射层引起的漏电，又增大了全反射面积，有效提高芯片的外量子效率与稳定性，增加了芯片亮度。

采用等离子体增强化学气相沉积法工艺在所述金属反射层60表面形成第而钝化层80。优选的，第二钝化层80由SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃中的一种或几种制成。其中，第二钝化层80的作用是进一步阻止反射层72中的的Ag迁移，芯片避免漏电，保证反射层的反射效果，提高出光效率。

S3：对所述钝化反射层进行刻蚀，将所述第一电极和第二电极裸露出来；

参见图1，对所述钝化反射层进行刻蚀，将所述第一电极41和第二电极42裸露出来。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种倒装LED芯片，包括；

发光结构，所述发光结构包括衬底，设于衬底表面的第一半导体层，设于第一半导体层表面的有源层和第一电极，设于有源层表面的第二半导体层，设于第二半导体层表面的透明导电层，设于透明导电层表面的第一电极；

钝化反射层，所述钝化反射层包括依次设于透明导电层和第一半导体层上的第一钝化层、分布式布拉格反射镜层、金属反射层和第二钝化层。

2.根据权利要求1所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述金属反射层包括粘附层、反射层和阻挡层。

3.根据权利要求2所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述粘附层的材质为Al、Cr、Ni和Ti中的一种。

4.根据权利要求2或3所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述反射层由Ag制成。

5.根据权利要求2所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述阻挡层的材质为Ti、Ni、Pt、W、Pd、Rh中的一种。

6.根据权利要求1所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述第一钝化层和/或第二钝化层的材质为SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃中的一种。

7.根据权利要求1所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述第一电极和/或第二电极的材质为Cr、Ni、Al、Ti、Au、Pt、W、Pb、Rh、Sn、Cu、Ag中的一种。