CN210723080U - Led芯片 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种LED芯片，包括：外延层，位于衬底上；第一电极和第二电极，位于所述外延层上；其中，所述外延层包括第一区域和第二区域，所述第一区域具有凸台结构；第一电极形成在所述第一区域上，具有与所述第一区域相互配合的凸台结构；第二电极形成在所述第二区域上。本申请公开的所述LED芯片具有的立体状形貌的电极相对平面型电极，提高了电极结构强度，保证封装焊线质量的稳定，降低在封装焊线作业时电极金属膜层移位、剥离等的风险。

Description

LED芯片

技术领域

本实用新型涉及半导体发光相关领域，具体地，涉及一种LED芯片。

背景技术

发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)是一种能发光的半导体电子元件。这种电子元件早在1962年出现，早期只能发出低亮度的红光，之后发展出其他单色光的版本，发展至今，其能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，亮度也提高到相当的亮度。而用途也不再是初时作为指示灯、显示板等，已在各种照明和装饰领域得到广泛应用，且逐渐走向智能化和多样化发展。

近年来，氮化物半导体LED芯片发光效率提高很快，以蓝光LED作为激发源的白光LED单灯光源效率已达140流明/瓦以上，这远远超出了白炽灯和节能灯的光效。随着LED芯片制造技术的不断发展和产业市场化的需要，对LED器件的发光效率及性能品质也有了更加严格的要求。其中芯片电极的综合性能改善具有至关重要的作用，因此需要设计人员不断的改进LED芯片的电极结构以应对各种应用需求。目前主流的LED芯片N电极为平面结构、在封装焊线过程相对P电极发生电极金属膜层移位，剥离等异常的风险高，影响产品品质稳定，市场需求有可焊性更好的芯片电极结构。

实用新型内容

鉴于上述内容，本实用新型的目的在于提供一种LED芯片，避免封装焊线过程中N电极发生金属膜层移位、剥离等异常的风险。

本实用新型提供了一种LED芯片，包括：外延层，位于衬底上；第一电极和第二电极，位于所述外延层上；其中，所述外延层包括第一区域和第二区域，所述第一区域呈凸台结构；第一电极形成在所述第一区域上，具有与所述第一区域相互配合的凸台结构；第二电极形成在所述第二区域上。

优选地，所述凸台结构为立体几何状。

优选地，所述立体几何状为圆柱、环状圆形凸台、棱柱、棱台、环状方形凸台中的至少一种。

优选地，所述第一电极和所述第二电极极性相反，所述第一电极为N型电极，所述第二电极包括P型电极。

优选地，所述外延层包括从下到上依次形成的第一半导体层、量子阱发光层和第二半导体层。

优选地，所述第一半导体层和所述第二半导体层掺杂类型不同，所述第一半导体层为N型GaN，所述第二半导体层为P型GaN。

优选地，还包括：ITO层，位于所述外延层的第二区域，其中，所述ITO层部分位于所述第二电极和所述第二半导体层之间。

优选地，还包括：钝化层，覆盖于所述外延层、所述ITO层以及部分第一电极和第二电极上，其中，所述钝化层覆盖所述第一和第二电极的外边缘1-3um。

优选地，所述钝化层材料为氧化硅、氮化硅、氮氧硅、聚酰亚胺中的至少一种。

优选地，所述衬底为蓝宝石图形化衬底。

优选地，N型电极金属直接沉积在已加工成圆环形凸起的外延层上，致使所述N型电极有凸起的圆环形貌，圆环外边缘远离金属外边缘，所述N型电极金属边缘的钝化层有特别保留而未被刻蚀，所述N型电极凸起的上表面相对所述P型电极上表面低一个ITO膜层厚度。

本实用新型实施例提供的LED芯片，能够提高电极结构强度，保证封装焊线质量的稳定，降低在封装焊线作业时发生N电极金属移位、剥离等的风险。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出本实用新型实施例所提供的一种LED芯片的整体结构示意图；

图2为图1所示实施例提供的LED芯片沿A-A′-B′-B截面的剖面结构示意图；

图3a为图1所示实施例提供的LED芯片制备工艺步骤1的剖面示意图；

图3b为图1所示实施例提供的LED芯片制备工艺步骤2的剖面示意图；

图3c为图1所示实施例提供的LED芯片制备工艺步骤3的剖面示意图；

图3d为图1所示实施例提供的LED芯片制备工艺步骤4的剖面示意图；

图3e为图1所示实施例提供的LED芯片制备工艺步骤5的剖面示意图；

图3f为图1所示实施例提供的LED芯片制备工艺步骤5的剖面示意图。

其中，Ⅰ：第一区域 Ⅱ：第二区域

1：外延层； 2：衬底；

11：N型半导体层； 12：量子阱发光层；

13：P型半导体层； 21：蓝宝石衬底；

22：PSS图形； 6：ITO电流扩展层；

3：钝化层； 4：N型电极；

5：P型电极；

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的一种LED芯片进行详细说明。需说明的是，本实用新型的附图均采用非常简化的非精准比例，仅用以方便、明晰的辅助说明本实用新型。

图1示出本实用新型实施例所提供的一种LED芯片的整体结构示意图(部分标记内容未示出)。图2为图1所示实施例提供的LED芯片沿A-A′-B′-B截面的剖面结构示意图。层状结构如图2所示，所述LED芯片200包括所述衬底2，优选地，衬底2为蓝宝石图案化衬底，且衬底包括蓝宝石衬底21及其上表面的PSS(Patterned Sapphire Substrate)图形22。在本实用新型的一种实施例中，衬底2上设有外延层1，外延层1至少包括从下到上依次形成的第一半导体层11、量子阱发光层12和第二半导体层13，第一半导体层11为N型半导体层、第二半导体层13为P型半导体层，其中，外延层1为发光面，优选的，N型半导体层11为掺杂的GaN层，P型半导体层13为掺杂的GaN层。GaN基LED外延层1是采用金属有机化学气相沉积的方法获得的，优选地，该外延层的材料例如为氮化镓基(GaN)化合物，从PSS图形22开始，外延层1包括第一区域Ⅰ和第二区域Ⅱ，第一区域Ⅰ呈立体几何状；第一电极形成在所述第一区域Ⅰ上，具有与所述第一区域Ⅰ相互配合的立体几何状，优选地，该立体几何状为圆柱、环状圆形凸台、棱柱、棱台、环状方形凸台中的一种，优选地，在本实施例中为环状圆形凸台状结构；第二电极形成在所述第二区域Ⅱ上，其中，第一电极为N型电极4，第二电极为P型电极5。

LED芯片200还包括：ITO(Indium tin oxide，氧化铟锡)层6和钝化层3，所述ITO层6为电流扩展层，位于外延层1的第二区域Ⅱ，部分位于P型电极5及P型半导体层13之间，且部分位于钝化层3和P型半导体层13之间；钝化层3的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧硅、聚酰亚胺中的至少一种。在本实施例中，优选地，钝化层3的材料为氧化硅。钝化层3覆盖于外延层1上以及部分N型电极4和部分P型电极5上，使N型电极4和P型电极5彼此隔离，具体的，钝化层3覆盖所述第一电极和第二电极的外边缘1um-3um，保护芯片上表面不被因粘污、划伤带来异常。

本实用新型实施例所提供的LED芯片，所形成的所述N型电极4包围所述第一区域Ⅰ的所述量子阱(multiple quantum well,MQW)发光层12和P型半导体层13，延伸接触所述N型半导体层11上表面的部分，进一步的，所述钝化层3贴合外露的N型半导体层11上表面以及N型电极4的外部侧壁和第二表面边缘区域，所述N型电极4的第一表面外露且高于所述第二表面，具体的，所述N型电极具有环状圆形凸台结构，其环状圆形凸台结构具有平行于水平面的第一表面和第二表面，所述第一表面远离衬底，所述第二表面靠近衬底。

所述P型电极5包围所述第二区域Ⅱ的所述P型半导体层13以及所述ITO电流扩展层6，形成的所述钝化层3贴合外露的N型半导体层11上表面以及P型电极5的外部侧壁和上表面边缘区域。

N型电极4金属直接沉积在已加工成圆环形凸起的外延层上，致使N型电极4有凸起的环状圆形凸台结构形貌，该环状圆形凸台结构的第一表面直径小于第二表面直径，N型电极4第二表面边缘的钝化层3有特别保留而未被刻蚀，N型电极4上的第一表面相对P型电极5的上表面低一个ITO电流扩展层6的厚度。现有技术是N电极区域的P型外延层及量子阱全部去除，是为确保在工艺加工的一致性及稳定性，N型外延层也会去除一部分，本实用新型优选的实施例中，外延层保留的是局部部位，目的是使电极能形成凸起的圆环形貌。

图3a～图3f为图1所示实施例提供的LED芯片制备工艺部分步骤形成结构的剖面示意图。本实施例提供的LED芯片的制备工艺例如包括如下步骤：

步骤1，在蓝宝石衬底21上生长刻蚀用的掩膜，接着利用电感耦合等离子体刻蚀技术刻蚀蓝宝石，或者化学腐蚀液腐蚀蓝宝石，最终利用晶体晶向特性形成规则的立体形貌，完成PSS(Patterned Sapphire Substrate)图形22的制作，在上述蓝宝石衬底上通过外延设备，例如，有机金属化学气相沉积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，简称为：MOCVD)设备沉积外延层1，该外延层的材料例如可以为氮化镓基(GaN)化合物，一般包括N型GaN层11、量子阱发光层12、P型GaN层13，如图3a所示。

步骤2，在上述外延层1上通过离子镀膜或溅射方式蒸镀电流扩展层，该电流扩展层例如可以为氧化铟锡(ITO)薄膜，进而再通过刻蚀工艺，形成所述ITO电流扩展层6，如图3b所示。

步骤3，在上述做好ITO电流扩展层6的外延片上，通过刻蚀工艺，使部分区域的N型GaN外延层11完全裸露，然后用去胶液去除产品表面的光刻胶，再将产品表面去胶液等杂质处理干净，即呈现出未被刻蚀的环状梯形凸台结构形貌的N电极区，如图3c所示。

步骤4，在上述经过加工的外延片上，通过光刻工艺，在需要制作电极以外的区域涂覆上光刻胶，然后通过电子束(Electron Beam，简称为：E-Beam)蒸镀的方式，在外延片上沉积上电极金属，再通过贴粘膜及揭粘膜工艺，去除光刻胶上的金属，即可形成N型电极4和P型电极5，此时呈现的电极4即为有圆环状凸台形貌的N型电极，如图3d所示。在具体实现中，金属电极可以为相同的材料，也可以为不同的材料，例如，金属电极的材料可以为金属与金属材料的组合，也可以为金属与非金属氧化物材料的组合，还可以为金属与半导体材料的组合。

步骤5，在上述做好电极的外延片上，通过等离子增强化学气相沉淀法沉积钝化层3(即SiO₂保护层)，再通过刻蚀钝化层工艺，使大部分电极金属裸露，保留电极金属边缘1μm-3μm左右的钝化层3即可，如图3e到3f所示。

步骤6，对制备完成的半导体晶片进行背面减薄，切割和裂片，以形成本实用新型实施例所提供的LED芯片。

需要说明的是，通过PSS衬底技术一方面可以有效减少GaN等半导体外延材料的位错密度，从而减小有源区的非辐射复合，减小反向漏电流，另一方面有源区发出的光，经GaN等半导体材料和蓝宝石衬底界面多次散射，改变了全反射光的出射角，从而可提高光的提取效率。

行业发展需要，尤其是显示屏行业，芯片尺寸不断缩小、导致电极尺寸只能越来与小，封装焊线过程对芯片电极的可焊性要求愈发严苛，各个LED芯片厂的电极设计方案也一直在不断的创新和发展，但基本上都是通过调整金属结构设计来优化，使得芯片的N电极始终是平面型结构，这在封装焊线过程有发生电极金属膜层移位、剥离等异常的风险，影响产品品质稳定，市场需求有可焊性更好的芯片电极结构。具体地，为了解决封装焊线中的电极金属膜层焊接品质问题，本实用新型实施例提供一种N电极具有圆环状凸台形貌的LED芯片，这种环状梯形凸台的立体结构设计，能提高电极结构强度，限制封装焊线时电极金属的横向移动，保证封装焊线质量的稳定。

本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型，以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种LED芯片，包括：

外延层，位于衬底上；

第一电极和第二电极，位于所述外延层上；

其特征在于，所述外延层包括第一区域和第二区域，所述第一区域具有凸台结构；

第一电极形成在所述第一区域上，具有与所述第一区域相互配合的凸台结构；

第二电极形成在所述第二区域上。

2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述凸台结构为立体几何状。

3.根据权利要求2所述的LED芯片，其特征在于，所述立体几何状为圆柱、环状圆形凸台、棱柱、棱台、环状方形凸台中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述第一电极为N型电极，所述第二电极为P型电极。

5.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述第二电极的上表面高于第一电极的上表面。

6.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述外延层包括从下到上依次形成的第一半导体层、量子阱发光层和第二半导体层。

7.根据权利要求6所述的LED芯片，其特征在于，所述第一半导体层和所述第二半导体层掺杂类型不同，所述第一半导体层为N型GaN，所述第二半导体层为P型GaN。

8.根据权利要求6所述的LED芯片，其特征在于，还包括：

ITO层，位于所述外延层的第二区域，其中，所述ITO层部分位于所述第二电极和所述第二半导体层之间。

9.根据权利要求8所述的LED芯片，其特征在于，还包括：

钝化层，覆盖于所述外延层、所述ITO层、以及部分第一电极和第二电极上，其中

所述钝化层覆盖所述第一和第二电极的外边缘1-3um。

10.根据权利要求9所述的LED芯片，其特征在于，所述钝化层材料为氧化硅、氮化硅、氮氧硅、聚酰亚胺中的至少一种。

11.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述衬底为蓝宝石图形化衬底。

Images