Led晶片及其製作方法
2023-07-09 17:37:41
Led晶片及其製作方法
【專利摘要】本發明實施例提供一種LED晶片及其製作方法。該LED晶片包括：自下而上的襯底、緩衝層、本徵半導體層、第一半導體層、發光層、第二半導體層、電流阻擋層、透明導電層、金屬電極以及保護層；第二半導體層和發光層部分去除，保留的第二半導體層和發光層形成第一臺面；移除部分裸露的第一半導體層，保留的第一半導體層形成第二臺面；其中，第二半導體層與第一半導體層的電性相異。透過分步刻蝕的方法，使得LED晶片形成具備不同深淺結構的雙重臺面，其中淺臺面用於將LED晶片彼此隔離，深臺面用於獲取最佳的半導體電學特性，淺臺面的高度與覆蓋其上的保護層的厚度大致相等，避免並解決了現有技術中的LED晶片的漏電及可靠性不佳的問題。
【專利說明】LED晶片及其製作方法
【技術領域】
[0001]本發明實施例涉及半導體器件製造領域，尤其涉及一種發光二極體(LightEmitting D1de，LED)晶片及其製作方法。
【背景技術】
[0002]基於藍寶石襯底的氮化鎵(GaN)基LED晶片，其外延結構自上而下分別包含了第二半導體層、有源層、第一半導體層等。在LED晶片的製作過程中，需要使用等離子體(Inductive Coupled Plasma, ICP)幹法刻蝕，用於對設定區域內的第二半導體層、有源層以及部分第一半導體層進行刻蝕形成臺面(MESA)，使得部分第一半導體層裸露。LED晶片表面還會覆蓋一層保護層，例如二氧化矽，用於保護LED晶片的內部結構。保護層通常使用透明絕緣材料，通過等離子體增強化學氣相沉積法(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposit1n,PECVD)或電子束蒸發等方式形成，部分或全部覆蓋於LED的上表面，以及完全覆蓋住由ICP刻蝕所形成的MESA側壁。
[0003]通常情況下，ICP的刻蝕深度，即所形成的MESA高度，在10000A-15000A範圍內，基於外延結構的特性，在此刻蝕深度下的第一半導體層具有較佳的電學屬性；而保護層的厚度通常為1000A-4000A，過薄的保護層難以起到保護作用，過厚的保護層則會使得刻蝕表現的較難控制，且因保護層材料的吸光性和光學幹擾，會造成LED晶片亮度的下降。
[0004]常規工藝下生長或沉積獲得的保護層臺階的覆蓋能力較差，在上述情況中，MESA側壁往往不能被保護層很好覆蓋，或者位於側壁上的保護層厚度遠小於設定值，難以起到保護效果。
[0005]在LED晶片的製作環節，由於設計需要，可能會出現金屬導電材料跨越MESA邊界的情況；在LED晶片的封裝環節，當出現焊線偏、焊盤過大等情況時，焊盤亦有可能接觸到MESA邊界位置；此時若MESA側壁的保護層覆蓋不佳或厚度不夠，則會導致漏電的發生，影響到LED晶片的可靠性。
【發明內容】
[0006]本發明實施例提供一種LED晶片及其製作方法，以解決現有技術中的LED晶片的漏電及可靠性不佳的問題。
[0007]本發明實施例提供一種LED晶片，包括:
[0008]襯底；以及位於所述襯底上的、自下而上的緩衝層、本徵半導體層、第一半導體層、發光層、第二半導體層、電流阻擋層、透明導電層、金屬電極以及保護層；
[0009]所述第二半導體層和所述發光層部分去除，對應於所述第二半導體層和所述發光層去除部分的所述第一半導體層裸露，保留的所述第二半導體層和所述發光層形成第一臺面；
[0010]移除部分裸露的所述第一半導體層，保留的所述第一半導體層形成第二臺面；
[0011 ] 其中，所述第二半導體層與所述第一半導體層的電性相異。
[0012]本發明實施例提供一種LED晶片的製作方法，包括:
[0013]在襯底上依次生長緩衝層、本徵半導體層、第一半導體層、發光層以及第二半導體層，構成發光外延層；
[0014]在所發光外延層的部分區域形成電流阻擋層；
[0015]通過等離子體幹法刻蝕移除部分所述第二半導體層和所述發光層，使所述第一半導體層裸露，且使所述第二半導體層和所述發光層構成第一臺面；
[0016]在所述第一檯面上形成透明導電層；
[0017]通過等離子體幹法刻蝕對裸露的所述第一半導體層進行部分刻蝕；使保留的部分所述第一半導體層構成第二臺面；
[0018]在所述第一半導體層和所述透明導電層上形成金屬電極；
[0019]在所述金屬電極的表面形成保護層。
[0020]本發明實施例提供的LED晶片及其製作方法，包括自下而上的襯底、緩衝層、本徵半導體層、第一半導體層、發光層、第二半導體層、電流阻擋層、透明導電層、金屬電極以及保護層；第二半導體層和發光層部分去除，保留的第二半導體層和發光層形成第一臺面；移除部分裸露的第一半導體層，保留的第一半導體層形成第二臺面；其中，第二半導體層與第一半導體層的電性相異。透過分步刻蝕的方法，使得LED晶片形成具備不同深淺結構的雙重臺面，其中淺臺面用於將LED晶片彼此隔離，深臺面用於獲取最佳的半導體電學特性，淺臺面的高度與覆蓋其上的保護層的厚度大致相等，在現有技術的條件下，可以確保淺臺面側壁被保護層完整覆蓋，避免並解決了現有技術中的LED晶片的漏電及可靠性不佳的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明實施例的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1a為一種常規結構LED晶片經過封裝焊線後的俯視圖；
[0023]圖1b為圖1所示的LED晶片的剖面圖；
[0024]圖2為本發明實施例一提供的LED晶片的結構示意圖；
[0025]圖3a為常規結構LED晶片的俯視圖一；
[0026]圖3b為常規結構LED晶片的俯視圖二 ；
[0027]圖3c為本發明實施例二提供的LED晶片的俯視圖一；
[0028]圖3d為本發明實施例二提供的LED晶片的俯視圖二 ；
[0029]圖4為本發明LED晶片的製作方法實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0030]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明實施例一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明實施例中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明實施例保護的範圍。
[0031]圖1a為一種常規結構LED晶片經過封裝焊線後的俯視圖。在焊線水平欠佳的情況下，焊接在第二電極240上方的第二金屬焊盤241因發生偏移，使得焊盤部分位於MESA邊界300之上。圖1b為圖1所示的LED晶片的剖面圖。其中由常規手段獲得的電流阻擋層210在圖1b中未示出。由第一半導體層120、發光層130、與第一半導體層電性相異的第二半導體層140形成的MESA側壁具有較高的落差，使得覆蓋在MESA側壁301上的保護層231厚度遠小於覆蓋在晶片表面的保護層232厚度，不能夠對MESA側壁形成足夠的可靠的保護。在此種情況下，焊偏的金屬焊盤241將有可能直接與第一半導體層120、發光層130、與第一半導體層電性相異的第二半導體層140直接接觸，形成漏電通路，導致晶片失效。
[0032]圖2為本發明實施例一提供的LED晶片的結構示意圖。如圖2所示，本實施例提供的LED晶片可以包括:
[0033]襯底010 ;以及位於所述襯底010上的、自下而上的緩衝層100、本徵半導體層110、第一半導體層120、發光層130、第二半導體層140、電流阻擋層210、透明導電層220、金屬電極以及保護層230;
[0034]所述第二半導體層140和所述發光層130部分去除，對應於所述第二半導體層140和所述發光層130去除部分的所述第一半導體層120裸露，保留的所述第二半導體層140和所述發光層130形成第一臺面；移除部分裸露的所述第一半導體層120，保留的所述第一半導體層120形成第二臺面；其中，所述第二半導體層140與所述第一半導體層120的電性相異。
[0035]具體的，所述金屬電極包括第一電極250和第二電極240 ;所述第一電極250位於所述第一半導體層120上，且部分或全部覆蓋於所述第一半導體層120的移除部分；所述第二電極240位於所述透明導電層220上；所述第一半導體層120的移除部分包含所述第一電極250所在位置。
[0036]本實施例中，所述電流阻擋層210部分覆蓋所述第二半導體層140 ;所述透明導電層220部分或全部覆蓋所述第二半導體層140和所述電流阻擋層210 ;所述第一臺面與所述第二臺面呈階梯狀分布；所述保護層230覆蓋在所述LED晶片除所述金屬電極的表面，且完全覆蓋所述第一臺面的側壁。
[0037]需要說明的是，在本實施例提供的LED晶片的結構中，通過等離子體分步刻蝕的方式，獲得具有不同高度的階梯式臺面，即第一臺面和第二臺面。通常情況下的外延結構中，第二半導體層140及發光層130的厚度約為3000A，當第一臺面的第一側壁302的的高度，即刻蝕深度大於3000A時，所獲得的第一側壁302應完全包含第二半導體層140側壁、發光層130側壁以及部分第一半導體層120側壁。在同樣的技術條件和實施手段下，依靠PECVD容易獲得厚度在1000A-4000A的二氧化矽保護層230，在第一側壁302的高度與保護層230的厚度相差不大的前提下，第一側壁302所包括的第二半導體層140側壁、發光層130側壁、第一半導體層120側壁皆能很好的被保護層230所覆蓋。
[0038]淺臺面，即第一臺面所裸露出來的第一半導體層120不具備較佳的電學屬性，此種狀態下，當有電流通過位於其上的第一電極250注入時，將表現出較大的阻值，導致LED晶片的正向電壓升高。因此，需要在第一次等離子體刻蝕的基礎上，對裸露的第一半導體層120進行第二次刻蝕至預期深度，從而獲得在第一半導體層120上較佳的電學屬性。
[0039]具體的，第二次刻蝕的區域可以是在第一次刻蝕所設定的區域邊界的基礎上外擴5 μ m-?ο μ m ;第二次刻蝕的區域也可以是預設為第一電極250所在位置的部分或者全部。第二次刻蝕的深度，即，第二臺面的高度以6000A-12000A為佳，第一次刻蝕與第二次刻蝕疊加的區域的刻蝕深度為10000A-16000A。在現有的外延結構中，該刻蝕深度下的第一半導體層120具有較佳的電學屬性，與常規LED晶片製作過程中的刻蝕深度一致。
[0040]深臺面，即第二臺面的材料完全由第一半導體層120材料構成，因此，由第二次等離子體刻蝕所獲得的第二側壁303有且僅有第一半導體層120材料這一種，在相同的保護層230的生長條件下，即便是因其臺面高度與保護層230的厚度差異較大而導致其側壁保護層230覆蓋厚度過薄甚至裸露，亦不會構成漏電通路，極大的提高了 LED晶片的可靠性。
[0041]參照圖3a和圖3b，通常情況下，LED晶片的第一電極250被設計在裸露的第一半導體層120之上，並且與MESA邊界保持足夠的安全距離，例如10μπι-15μπι，以防止當第一電極250與MESA邊界有接觸時，因保護層230的保護效果不佳導致的前述漏電情況的發生，這就需要刻蝕掉相當一部分晶片面積，使得第一半導體層120裸露的面積大於第一電極250的面積。
[0042]如圖3c和圖3d所示，具有較佳電學屬性的裸露的第一半導體層120被限制在較小的面積範圍內，以至於位於其上的第一電極250可以完全覆蓋以及跨越裸露的第一半導體層120及其邊界側壁，採用分步刻蝕的方式獲得的臺階式使得位於第一電極250下方的臺階側壁可以被保護層230很好的覆蓋，而不會導致其導通漏電，無論是對於小尺寸晶片還是對於具有第一電極250延長線的大尺寸晶片，都極大的減小了由刻蝕帶來的發光層130面積損失，提尚了 LED晶片的殼度和可靠性。
[0043]本實施例的技術方案，透過分步刻蝕的方法，使得LED晶片形成具備不同深淺結構的雙重臺面，其中淺臺面用於將LED晶片彼此隔離，深臺面用於獲取最佳的半導體電學特性，淺臺面的高度與覆蓋其上的保護層的厚度大致相等，在現有技術的條件下，可以確保淺臺面側壁被保護層完整覆蓋，避免並解決了現有技術中的LED晶片的漏電及可靠性不佳的問題。
[0044]圖4為本發明LED晶片的製作方法實施例的流程圖。如圖4所示，本實施例提供一種LED晶片的製作方法，本實施例提供的LED晶片的製作方法可用於製作上述實施例所示的LED晶片。具體的，本實施例的方法可以包括:
[0045]步驟101、在襯底上依次生長緩衝層、本徵半導體層、第一半導體層、發光層以及第二半導體層，構成發光外延層。
[0046]步驟102、在所發光外延層的部分區域形成電流阻擋層。
[0047]步驟103、通過等離子體幹法刻蝕移除部分所述第二半導體層和所述發光層，使所述第一半導體層裸露，且使所述第二半導體層和所述發光層構成第一臺面。
[0048]本實施例中，刻蝕深度可以為3000A-4000A ;具體的，對所述第二半導體層和所述發光層的刻蝕深度應大於移除的所述第二半導體層和所述發光層的厚度之和，還應繼續刻蝕第一半導體層以確保第二半導體層與發光層完全刻蝕乾淨，保留的第二半導體層和發光層構成第一臺面，且電流阻擋層應位於第一臺面之上。
[0049]步驟104、在所述第一檯面上形成透明導電層。
[0050]具體的，透明導電層的材料可以是氧化銦錫、氧化鋅中的任一種，其形成的方法可以是電子束蒸發、磁控濺射等常規手段，本實施例對此不進行限制。
[0051]步驟105、通過等離子體幹法刻蝕對裸露的所述第一半導體層進行部分刻蝕；使保留的部分所述第一半導體層構成第二臺面。
[0052]本實施例中，刻蝕深度可以為8000A-11000A ;具體的，部分刻蝕應當被合理的理解為，被刻蝕區域面積應只佔裸露的第一半導體層面積的一部分，且依照LED晶片設計的需要，至少應包含部分或全部預設為對電極所在位置區域，以及被刻蝕的深度應只佔裸露的第一半導體層厚度的一部分。
[0053]需要說明的是，裸露的第一半導體層是通過步驟103獲得的，因此本步驟中，被刻蝕區域亦僅構成步驟103所述的被刻蝕區域的一部分，兩次刻蝕所累計的刻蝕深度，應當等同於常規工藝手段一次刻蝕所預定的刻蝕深度。
[0054]步驟106、在所述第一半導體層和所述透明導電層上形成金屬電極。
[0055]步驟107、在所述金屬電極的表面形成保護層。
[0056]本實施例提供的方法，可用於製作上述實施例所述的LED晶片，其實現原理和技術效果類似，此處不再贅述。
[0057]最後應說明的是:以上各實施例僅用以說明本發明實施例的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明實施例進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明實施例各實施例技術方案的範圍。
【權利要求】
1.一種發光二極體LED晶片，其特徵在於，包括: 襯底；以及位於所述襯底上的、自下而上的緩衝層、本徵半導體層、第一半導體層、發光層、第二半導體層、電流阻擋層、透明導電層、金屬電極以及保護層； 所述第二半導體層和所述發光層部分去除，對應於所述第二半導體層和所述發光層去除部分的所述第一半導體層裸露，保留的所述第二半導體層和所述發光層形成第一臺面；移除部分裸露的所述第一半導體層，保留的所述第一半導體層形成第二臺面； 其中，所述第二半導體層與所述第一半導體層的電性相異。
2.根據權利要求1所述的LED晶片，其特徵在於，所述金屬電極包括第一電極和第二電極； 所述第一電極位於所述第一半導體層上，且部分或全部覆蓋於所述第一半導體層的移除部分；所述第二電極位於所述透明導電層上。
3.根據權利要求1或2所述的LED晶片，其特徵在於，所述第一半導體層的移除部分包含所述第一電極所在位置。
4.根據權利要求3所述的LED晶片，其特徵在於，所述電流阻擋層部分覆蓋所述第二半導體層。
5.根據權利要求4所述的LED晶片，其特徵在於，所述透明導電層部分或全部覆蓋所述第二半導體層和所述電流阻擋層。
6.根據權利要求5所述的LED晶片，其特徵在於，所述第一臺面與所述第二臺面呈階梯狀分布。
7.根據權利要求6所述的LED晶片，其特徵在於，所述保護層覆蓋在所述LED晶片除所述金屬電極的表面，且完全覆蓋所述第一臺面的側壁。
8.—種LED晶片的製作方法，其特徵在於，包括: 在襯底上依次生長緩衝層、本徵半導體層、第一半導體層、發光層以及第二半導體層，構成發光外延層； 在所發光外延層的部分區域形成電流阻擋層； 通過等離子體幹法刻蝕移除部分所述第二半導體層和所述發光層，使所述第一半導體層裸露，且使所述第二半導體層和所述發光層構成第一臺面； 在所述第一檯面上形成透明導電層； 通過等離子體幹法刻蝕對裸露的所述第一半導體層進行部分刻蝕；使保留的部分所述第一半導體層構成第二臺面； 在所述第一半導體層和所述透明導電層上形成金屬電極； 在所述金屬電極的表面形成保護層。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，對所述第二半導體層和所述發光層的刻蝕深度大於移除的所述第二半導體層和所述發光層的厚度之和。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述刻蝕深度為3000A-4000A。
【文檔編號】H01L33/00GK104485405SQ201410814968
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月23日 優先權日:2014年12月23日
【發明者】姚禹, 鄭遠志, 陳向東, 康建, 梁旭東 申請人:圓融光電科技有限公司