Led結構及其製作方法
2023-05-31 09:46:36 2
Led結構及其製作方法
【專利摘要】本發明提供一種LED結構及其製作方法，利用離子注入技術在發光半導體層的預定區域形成若干高阻態離子注入層，所述若干高阻態離子注入層將發光半導體層分割成若干絕緣分離的獨立發光半導體層，後續晶片製造端無需再通過光刻刻蝕工藝進行隔離槽的製作，更無須再用絕緣材料填充隔離槽，而這些正是晶片製造端成本昂貴的工藝步驟，也是其提高可靠性和良率的技術瓶頸，本發明有利於提高LED發光亮度、LED晶片可靠性及LED晶片良率，且可降低生產成本。
【專利說明】LED結構及其製作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於半導體光電晶片製造領域，尤其涉及一種LED結構及其製作方法。
【背景技術】
[0002]自從20世紀90年代初商業化以來，經過二十幾年的發展，GaN基LED已被廣泛應用於戶內外顯示屏、投影顯示用照明光源、背光源、景觀亮化照明、廣告、交通指示等領域，並被譽為二十一世紀最有競爭力的新一代固體光源。然而對於半導體發光器件LED來說，要代替傳統光源，進入高端照明領域，必須考慮三個因素:一是發光亮度的提升，二是可靠性的提升，三是生產成本的降低。
[0003]近年來，各種為提高LED發光亮度的技術應運而生，例如圖形化藍寶石襯底技術、側壁粗化技術、DBR技術、優化電極結構、在藍寶石襯底或透明導電膜上製作二維光子晶體等。其中圖形化藍寶石襯底技術最具成效，在2010年到2012年間，前後出現的錐狀結構的幹法圖形化藍寶石襯底和金字塔形狀的溼法圖形化藍寶石襯底完全取代了表面平坦的藍寶石襯底成為LED晶片的主流藍寶石襯底，使LED的晶體結構和發光亮度都得到了革命性的提高。但是圖形化的藍寶石襯底代替表面平坦的藍寶石襯底成為LED晶片的主流藍寶石襯底無疑增加了 LED的生產成本，雖然所增加的成本隨著圖形化藍寶石襯底製作技術水平的提高會慢慢降低，但卻無法完全消除。
[0004]隨著半導體集成技術的高速發展，一種稱為高壓晶片的LED結構應運而生，此種結構的LED —般是在發光半導體層形成後，通過光刻刻蝕工藝在所述發光半導體層上形成隔離槽，再在隔離槽內填充絕緣材料，最後在各絕緣分離的發光半導體層上製作電極並形成串聯結構；雖然這種結構可以在一定程度上提高LED的發光亮度，但此種結構也會降低LED的可靠性，同時其提高LED發光亮度的空間也是有限的；這是因為發光半導體層的厚度要超過6 μ m，如果利用光刻膠作掩膜，在發光半導體層上形成隔離槽，則光刻膠的厚度一般要在10 μ m以上，此種厚度的光刻膠勢必會影響光刻線寬，進而增大隔離槽的寬度，減小LED的發光面積；如果利用二氧化矽作掩膜，在發光半導體層上形成隔離槽，則會由於選擇比的局限性，進而導致隔離槽的側壁陡峭，這會影響後續串聯電極的爬坡效果，進而降低LED晶片的良率和可靠性；不僅如此，由於現有刻蝕工藝均勻性的局限性，形成的隔離槽內總有部分區域存在半導體材料殘留現象，此種現象會導致串聯晶片因短路而失效；再者，無論採用哪種工藝形成隔離槽，都會在現有LED生產技術的基礎上增加一部分生產成本。
[0005]總之，現有LED生產工藝技術要麼提高LED發光亮度的空間有限，要麼降低了 LED晶片的可靠性好良率，要麼提高了 LED的生產成本，要麼兩者或三者兼有之，不利於LED替代傳統光源進入照明領域。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於提供一種提高LED發光亮度、LED晶片可靠性及LED晶片良率且能同時降低其生產成本的LED結構及其製作方法。
[0007]為了解決上述問題，本發明提供一種LED結構製作方法，包括:
[0008]提供一監寶石襯底；
[0009]在所述藍寶石襯底上形成發光半導體層，並通過離子注入工藝在發光半導體層的預定位置形成若干高阻態離子注入層，所述若干高阻態離子注入層將發光半導體層分割成若干絕緣分離的獨立發光半導體層，每個獨立發光半導體層均包括依次層疊的N型半導體層、有源層和P型半導體層；
[0010]在每個獨立發光半導體層中形成一凹槽，所述凹槽貫穿所述P型半導體層、有源層和至少部分N型半導體層，每個高阻態離子注入層的一側壁被一個凹槽暴露出來；
[0011]在每個獨立發光半導體層的P型半導體層上形成第一電極，在每個獨立發光半導體層的凹槽內形成第二電極，並將部分相鄰的獨立發光半導體層的第二電極和第一電極電連接形成串聯結構；
[0012]在所述發光半導體層所有暴露的表面上形成鈍化保護層，所述鈍化保護層具有暴露所述串聯結構中為首的獨立發光半導體層上的第一電極和為尾的獨立發光半導體層上的第二電極的引線孔。
[0013]可選的，在所述的LED結構製作方法中，通過MOCVD工藝或分子束外延技術在所述藍寶石襯底上形成發光半導體層之後，在所述發光半導體層上形成掩膜層，並以所述掩膜層做遮擋進行離子注入以在所述發光半導體層的預定位置形成若干高阻態離子注入層。
[0014]可選的，在所述的LED結構製作方法中，通過MOCVD工藝或分子束外延技術在所述藍寶石襯底上形成發光半導體層的過程中，同時通過離子注入技術在所述發光半導體層的預定位置形成若干高阻態離子注入層。
[0015]可選的，在所述的LED結構製作方法中，在所述發光半導體層中注入氧離子形成所述若干高阻態離子注入層。
[0016]可選的，在所述的LED結構製作方法中，在每個獨立發光半導體層中形成一凹槽之後，在所述P型半導體層的部分區域上形成阻擋層。
[0017]可選的，在所述的LED結構製作方法中，在所述P型半導體層的部分區域上形成阻擋層之後，在所述P型半導體層和阻擋層上形成接觸層。
[0018]可選的，在所述的LED結構製作方法中，所述阻擋層的材料為二氧化矽，所述接觸層的材料為ΙΤ0。
[0019]可選的，在所述的LED結構製作方法中，通過PECVD工藝在所述獨立發光半導體層所有暴露的表面上形成鈍化保護層。通過PECVD工藝形成所述鈍化保護層的過程中，所述藍寶石襯底在承載盤的帶動下公轉的同時所述藍寶石襯底還進行自轉。
[0020]本發明還提供一種LED結構，包括:
[0021]藍寶石襯底；
[0022]形成於所述藍寶石襯底上的發光半導體層；
[0023]形成於所述發光半導體層中的若干高阻態離子注入層，所述若干高阻態離子注入層將所述發光半導體層分割成若干絕緣分離的獨立發光半導體層，每個獨立發光半導體層均包括依次層疊的N型半導體層、有源層和P型半導體層；
[0024]若干貫穿所述P型半導體層、有源層和至少部分N型半導體層的凹槽，每個所述凹槽暴露一高阻態離子注入層的一側壁；
[0025]形成於所述每個獨立發光半導體層的P型半導體層上的第一電極以及形成於所述每個獨立發光半導體層的凹槽中的第二電極，部分相鄰的獨立發光半導體層上的第二電極和第一電極電連接，形成串聯結構；以及
[0026]形成於所述發光半導體層所有暴露的表面上的鈍化保護層，所述鈍化保護層具有暴露所述串聯結構中為首的獨立發光半導體層上的第一電極和為尾的獨立發光半導體層上的第二電極的引線孔。
[0027]可選的，在所述的LED結構中，還包括形成於所述P型半導體層的部分區域上的阻擋層。
[0028]可選的，在所述的LED結構中，還包括形成於所述P型半導體層和阻擋層上的接觸層。
[0029]可選的，在所述的LED結構中，所述阻擋層的材料為二氧化矽，所述接觸層的材料為 ITOo
[0030]本發明提供的LED結構及其製作方法具有以下有益效果:
[0031]1、本發明的LED結構製作方法利用離子注入技術，在發光半導體層形成的過程中或其形成之後，在預定區域上形成高阻態離子注入層，所述若干高阻態離子注入層將發光半導體層分割成若干絕緣分離的獨立發光半導體層，後續晶片製造端無需再通過光刻刻蝕工藝進行隔離槽的製作，更無須再用絕緣材料填充隔離槽，而這些正是晶片製造端成本昂貴的工藝步驟，也是其提高可靠性和良率的技術瓶頸，所以本發明提供的LED結構及其製作方法解決了晶片製造端的技術難題；
[0032]2、各個獨立發光半導體的第一電極和第二電極可以根據需求在形成獨立發光半導體第一電極和第二電極的同時形成金屬連接，即形成任意顆數的串聯結構，形成串聯結構的發光半導體層無需再進行單獨測試，節約了測試成本；無需再進行單獨切割，節約了切割成本；也無需再進行單獨封裝，節約了封裝成本；所以本發明提供的LED結構及其製作方法將低了晶片製造端的測試成本、切割成本，同時還降低了下遊封裝的成本；
[0033]3、由於所述各個發光半導體層可以在形成電極的同時，形成串聯結構，所以本發明所提供的LED結構能夠在較大電壓下工作；
[0034]4、由於串聯結構可以和電極同步形成，處於中間位置的管芯可以不受光刻線寬的約束、可以不受打線要求的束縛，其所佔據發光區的面積會更小，所以這又進一步提高了LED的發光亮度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]參照附圖，根據下面的詳細描述，可以更加清楚地理解本發明。為了清楚起見，圖中各個層的相對厚度以及特定區的相對尺寸並沒有按比例繪製。在附圖中:
[0036]圖1-7是本發明一實施例的LED結構製作過程中的結構示意圖；
[0037]圖8是本發明一實施例形成鈍化保護層時藍寶石襯底的轉動示意圖。
[0038]圖9是本發明一實施例的LED結構製作方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0039]現在將參照附圖來詳細描述本發明的各種示例性實施例。
[0040]如圖9所示，本發明的LED結構製作方法，包括如下步驟:
[0041]S1:提供一監寶石襯底；
[0042]S2:在藍寶石襯底上形成發光半導體層，並通過離子注入工藝在發光半導體層的預定位置形成若干高阻態離子注入層，所述若干高阻態離子注入層將所述發光半導體層分割成若干絕緣分離的獨立發光半導體層，每個獨立發光半導體層均包括依次層疊的N型半導體層、有源層和P型半導體層；
[0043]S3:在每個獨立發光半導體層中形成一凹槽，所述凹槽貫穿所述P型半導體層、有源層和至少部分N型半導體層，每個高阻態離子注入層的一側壁被一個凹槽暴露出來；
[0044]S4:在每個獨立發光半導體層的P型半導體層上形成第一電極，在每個獨立發光半導體層的凹槽內形成第二電極，並將部分相鄰的獨立發光半導體層的第二電極和第一電極電連接形成串聯結構；
[0045]S5:在所述獨立發光半導體層所有暴露的表面上形成鈍化保護層，所述鈍化保護層具有暴露所述串聯結構中為首的獨立發光半導體層上的第一電極和為尾的獨立發光半導體層上的第二電極的引線孔。
[0046]下面結合圖1-8更詳細地說明本發明所提供的LED結構及其製作方法。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
[0047]如圖1所示，提供一藍寶石襯底I。
[0048]如圖2所示，通過MOCVD工藝或分子束外延技術在所述藍寶石襯底I上形成發光半導體層2，所述發光半導體層2至少包括依次層疊的N型半導體層21、有源層22和P型半導體層23。
[0049]在此，通過MOCVD工藝或分子束外延技術在所述藍寶石襯底I上形成發光半導體層2之後，在所述發光半導體層2上形成掩膜層，並以所述掩膜層做遮擋進行離子注入，從而在所述發光半導體層2的預定位置形成若干高阻態離子注入層3。或者，通過MOCVD工藝或分子束外延技術形成所述發光半導體層2的過程中，同時通過離子注入技術在所述發光半導體層2的預定位置形成若干高阻態離子注入層3，所述高阻態離子注入層3將所述發光半導體層2分割成若干絕緣分離的獨立發光半導體層。
[0050]本實施例中，在所述發光半導體層2中注入氧離子形成高阻態離子注入層3。可以理解的是，在本發明其他實施例中還可注入其他離子，只要實現形成高阻態離子注入層的目的進而將所述發光半導體層2分割成若干絕緣分離的獨立發光半導體層即可。
[0051]如圖3所示，通過光刻刻蝕工藝在所述發光半導體層2的預定區域形成若干凹槽2』，即在每個獨立發光半導體層中均形成一個凹槽2』，所述凹槽2』貫穿所述P型半導體層23、有源層22和至少部分N型半導體層21，並且所述高阻態離子注入層3的一側壁被所述凹槽2』暴露出來，換言之，凹槽2』內的P型半導體層23和有源層22完全被去除，而N型半導體層21被去除一部分，並且每個高阻態離子注入層3緊鄰一個凹槽2』。
[0052]如圖4所示，通過沉積、光刻、刻蝕工藝在所述P型半導體層23的部分區域上形成阻擋層4，所述阻擋層4的材料例如為二氧化矽。
[0053]如圖5所示，通過蒸發工藝在所述P型半導體層23和阻擋層4上形成接觸層5，所述接觸層5的材料例如為ΙΤ0。
[0054]如圖6所示，通過蒸發工藝，在每個獨立發光半導體層的接觸層5上形成第一電極61，在每個獨立發光半導體層的凹槽2』內形成第二電極62，並有選擇地且同步地將部分相鄰的發光半導體層上的第二電極62和第一電極61金屬連接,形成串聯結構。
[0055]如圖7所示，通過PECVD工藝在所述獨立發光半導體層所有暴露的側壁上形成鈍化保護層7 ;並通過光刻刻蝕工藝對串聯結構中為首的獨立發光半導體層上的第一電極61和為尾的獨立發光半導體層上第二電極62上的鈍化保護層7進行開孔工藝形成引線孔，暴露出為首的獨立發光半導體層上第一電極61的部分區域和為尾的獨立發光半導體層2上第二電極62的部分區域，以便於引線。所述鈍化保護層7的材料例如為二氧化矽。
[0056]優選的，如圖8所示，為了在獨立發光半導體層的上表面及其各側壁上形成表面平坦的鈍化保護層7，通過PECVD工藝形成鈍化保護層的過程中，所述藍寶石襯底在承載盤的帶動下公轉的同時，所述藍寶石襯底還在進行高速自轉(即發光半導體層在做兩種形式的公轉)。
[0057]相應的,本發明還提供一種LED結構,如圖1-7所示,包括:
[0058]藍寶石襯底I ;
[0059]形成於所述藍寶石襯底I上的發光半導體層2 ；
[0060]形成於所述發光半導體層2中的若干高阻態離子注入層3，所述若干高阻態離子注入層3將所述發光半導體層2分割成若干絕緣分離的獨立發光半導體層，每個獨立發光半導體層均包括依次層疊的N型半導體層21、有源層22和P型半導體層23 ；
[0061]貫穿所述P型半導體層23、有源層22和至少部分N型半導體層21的凹槽2』，所述凹槽2』暴露所述高阻態離子注入層3的一側壁；
[0062]形成於所述每個獨立發光半導體層的P型半導體層23上的第一電極61以及形成於所述每個獨立發光半導體層的凹槽2』中的第二電極62，部分相鄰的獨立發光半導體層上的第二電極62和第一電極61金屬連接，形成串聯結構；以及
[0063]形成於所述發光半導體層2所有暴露的表面上的鈍化保護層7，所述鈍化保護層7具有暴露所述串聯結構中為首的獨立發光半導體層上的第一電極和為尾的獨立發光半導體層上的第二電極的引線孔。
[0064]其中，所述高阻態離子注入層3貫穿所述P型半導體層23、有源層22、N型半導體層21，與藍寶石襯底I表面無縫連接，其可通過在發光半導體層中注入氧離子形成。
[0065]較佳的，所述LED結構還包括形成於所述P型半導體層23的部分區域上的阻擋層4，所述阻擋層4的材料為二氧化矽。在所述阻擋層4上及所述P半導體層23上還形成有接觸層5，所述接觸層5的材料為ΙΤ0，所述第一電極61位於接觸層5上。
[0066]綜上所述，本發明的LED結構製作方法利用離子注入技術，在發光半導體層形成的過程中或其形成之後，在預定區域上形成高阻態離子注入層，所述若干高阻態離子注入層將所述發光半導體層分割成若干絕緣分離的獨立發光半導體層，後續晶片製造端無需再通過光刻刻蝕工藝進行隔離槽的製作，更無須再用絕緣材料填充隔離槽，而這些正是晶片製造端成本昂貴的工藝步驟，也是其提高可靠性和良率的技術瓶頸。
[0067]另外，各個獨立發光半導體的第一電極和第二電極可以根據需求在形成獨立發光半導體第一電極和第二電極的同時形成金屬連接，即形成任意顆數的串聯結構，形成串聯結構的發光半導體層無需再進行單獨測試、切割、封裝，節約了測試、切割、封裝成本。
[0068]此外，由於所述各個發光半導體層可以在形成電極的同時形成串聯結構，所以本發明所提供的LED結構能夠在較大電壓下工作，並且，由於串聯結構可以和電極同步形成，處於中間位置的管芯可以不受光刻線寬的約束、不受打線要求的束縛，其所佔據發光區的面積會更小，所以這又進一步提高了 LED的發光亮度。
[0069]雖然已經通過示例性實施例對本發明進行了詳細說明，但是本領域的技術人員應該理解，以上示例性實施例僅是為了進行說明，而不是為了限制本發明的範圍。本領域的技術人員應該理解，可在不脫離本發明的範圍和精神的情況下，對以上實施例進行修改。本發明的範圍由所附權利要求來限定。
【權利要求】
1.一種LED結構製作方法，其特徵在於，包括: 提供一監寶石襯底； 在所述藍寶石襯底上形成發光半導體層，並通過離子注入工藝在發光半導體層的預定位置形成若干高阻態離子注入層，所述若干高阻態離子注入層將發光半導體層分割成若干絕緣分離的獨立發光半導體層，每個獨立發光半導體層均包括依次層疊的N型半導體層、有源層和P型半導體層； 在每個獨立發光半導體層中形成一凹槽，所述凹槽貫穿所述P型半導體層、有源層和至少部分N型半導體層，每個高阻態離子注入層的一側壁被一個凹槽暴露出來； 在每個獨立發光半導體層的P型半導體層上形成第一電極，在每個獨立發光半導體層的凹槽內形成第二電極，並將部分相鄰的獨立發光半導體層的第二電極和第一電極電連接形成串聯結構； 在所述發光半導體層所有暴露的表面上形成鈍化保護層，所述鈍化保護層具有暴露所述串聯結構中為首的獨立發光半導體層上的第一電極和為尾的獨立發光半導體層上的第二電極的引線孔。
2.如權利要求1所述的LED結構製作方法，其特徵在於，通過MOCVD工藝或分子束外延技術在所述藍寶石襯底上形成發光半導體層之後，在所述發光半導體層上形成掩膜層，並以所述掩膜層做遮擋進行離子注入以在所述發光半導體層的預定位置形成若干高阻態離子注入層。
3.如權利要求1所述的LED結構製作方法，其特徵在於，通過MOCVD工藝或分子束外延技術在所述藍寶石襯底上形成發光半導體層的過程中，同時通過離子注入技術在所述發光半導體層的預定位置形成若干高阻態離子注入層。
4.如權利要求2或3所述的LED結構製作方法，其特徵在於，在所述發光半導體層中注入氧離子形成所述若干高阻態離子注入層。
5.如權利要求1所述的LED結構製作方法，其特徵在於，在每個獨立發光半導體層中形成一凹槽之後，在所述P型半導體層的部分區域上形成阻擋層。
6.如權利要求5所述的LED結構製作方法，其特徵在於，在所述P型半導體層的部分區域上形成阻擋層之後，在所述P型半導體層和阻擋層上形成接觸層。
7.如權利要求6所述的LED結構製作方法，其特徵在於，所述阻擋層的材料為二氧化矽，所述接觸層的材料為ΙΤ0。
8.如權利要求1所述的LED結構製作方法，其特徵在於，通過PECVD工藝在所述獨立發光半導體層所有暴露的表面上形成鈍化保護層。
9.如權利要求8所述的LED結構製作方法，其特徵在於，通過PECVD工藝形成所述鈍化保護層的過程中，所述藍寶石襯底在承載盤的帶動下公轉的同時所述藍寶石襯底還進行自轉。
10.一種LED結構，其特徵在於，包括: 藍寶石襯底； 形成於所述藍寶石襯底上的發光半導體層； 形成於所述發光半導體層中的若干高阻態離子注入層，所述若干高阻態離子注入層將所述發光半導體層分割成若干絕緣分離的獨立發光半導體層，每個獨立發光半導體層均包括依次層疊的N型半導體層、有源層和P型半導體層； 若干貫穿所述P型半導體層、有源層和至少部分N型半導體層的凹槽，每個所述凹槽暴露一高阻態離子注入層的一側壁； 形成於所述每個獨立發光半導體層的P型半導體層上的第一電極以及形成於所述每個獨立發光半導體層的凹槽中的第二電極，部分相鄰的獨立發光半導體層上的第二電極和第一電極電連接，形成串聯結構；以及 形成於所述發光半導體層所有暴露的表面上的鈍化保護層，所述鈍化保護層具有暴露所述串聯結構中為首的獨立發光半導體層上的第一電極和為尾的獨立發光半導體層上的第二電極的引線孔。
11.如權利要求10所述的LED結構，其特徵在於，還包括形成於所述P型半導體層的部分區域上的阻擋層。
12.如權利要求11所述的LED結構，其特徵在於，還包括形成於所述P型半導體層和阻擋層上的接觸層。
13.如權利要求12所述的LED結構，其特徵在於，所述阻擋層的材料為二氧化矽，所述接觸層的材料為ITO。
【文檔編號】H01L33/00GK104409584SQ201410709185
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月28日 優先權日:2014年11月28日
【發明者】丁海生, 馬新剛, 李東昇, 李芳芳, 江忠永 申請人:杭州士蘭明芯科技有限公司