一種led晶片及其相應的製作方法
2024-01-22 08:15:15 1
專利名稱：一種led晶片及其相應的製作方法
技術領域：
本發明涉及光電晶片製造領域，尤其涉及一種LED晶片結構及其相應的製作方法。
背景技術：
20世紀90年代末，在半導體器件照明時代的初期，居室照明主要是鎢白熾燈，緊湊型螢光燈由於高效率正被積極推廣。多數工作環境使用螢光燈，街道照明則以鈉燈為主。然而，高亮度可見光發光二極體(light-emitting diode, LED)已經有很大的應用，以它為 基礎的固體照明正在迅猛發展，即將引起照明歷史的又一次革命。儘管這種發展態勢勢如破竹，但是發光二極體效率普遍不是很高，其中主要問題是LED晶片光提取效率不高。採用反射鏡和增加電流密度的方式能有效地改善LED晶片提取效率，而銀作為自然界反射率最高的金屬，一般用來製成反射鏡來提高LED的出光效率，但是銀作為一種最易發生遷移，且遷移速率最高的金屬，在LED工作過程中會沿晶片側面產生漏電通道，極大的影響LED的穩定性。目前，為了防止銀的擴散和電遷移，一般將銀製成的反射鏡層刻蝕成小圖形，並採用金、鉬、鎳、鉻、鎢、鎢鈦合金中的一種或組合製成阻擋層沉積在其表面上，但阻擋效果依舊不好，在晶片邊緣，銀仍然很容易擴散或產生電遷移現象，導致晶片失效，且工藝複雜，成本較高。而對於垂直LED晶片來說，雖然可以通過採用電流阻擋層來增加電流密度提高出光，但是需要額外一次光刻來實現圖形，增加了工藝複雜性，提高了製造成本。針對以上問題，需要設計一種新的結構和方法，不僅提高LED出光效率，而且能防止銀在晶片邊緣擴散和降低電遷移現象。
發明內容
本發明的目的是提供一種LED晶片的製作方法，防止反射鏡層中的銀擴散和電遷移現象，提高晶片可靠性。為了達到上述目的，本發明還提供了一種LED晶片的製作方法，包括如下步驟提供一襯底，在所述襯底的表面上形成外延層，所述外延層由下至上依次沉積包含有N型層、發光層和P型層；在所述P型層上沉積絕緣材料，通過刻蝕絕緣材料形成銀遷移阻擋層和電流阻擋層，在所述銀遷移阻擋層和電流阻擋層之間形成窗口，每個窗口底部暴露出P型層；在所述每個窗口形成金屬功能層。進一步的，形成金屬功能層之後，包括如下步驟在所述銀遷移阻擋層、電流阻擋層和金屬功能層的表面形成第一鍵合層；提供一基板，在所述基板的一面形成第二鍵合層，另一面形成P型焊盤；將第一鍵合層與第二鍵合層進行鍵合，剝離襯底；在所述的N型層表面製作N焊盤；製成LED晶片。進一步的，所述金屬功能層為包含有依次形成於P型層上的P型接觸層、反射鏡層或P型接觸層、反射鏡層和防擴散層。進一步的，採用化學氣相沉積、蒸發或者濺射形成所述銀遷移阻擋層。優選的，所述銀遷移阻擋層使用的材料為絕緣材料。優選的，所述絕緣材料為二氧化矽、氮化矽、氮氧矽、氧化鋁、氮化鋁、氧化鈦中的
一種或組合。優選的，所述銀遷移阻擋層的厚度為lOOnm-lOOOOnm。優選的，所述反射鏡層的厚度為50nm-500nm。進一步的，所述銀遷移阻擋層的外框尺寸等於LED晶片邊框尺寸。 進一步的，所述銀遷移阻擋層的外框尺寸為200μπι-20_。進一步的，所述銀遷移阻擋層的內框尺寸等於反射鏡層邊框尺寸。進一步的，所述銀遷移阻擋層的內框尺寸為200μπι-20_。進一步的，所述銀遷移阻擋層的外框尺寸等於LED晶片邊框尺寸，其內框尺寸等於反射鏡層邊框尺寸。優選的，所述銀遷移阻擋層的外框尺寸和內框尺寸差為5μπι-200μπι。進一步的，所述銀遷移阻擋層外框和內框形狀為正方形、長方形、圓形、或多邊形中的一種或組合。根據本發明的另一方面，還提供了一種LED晶片，至少包括外延層，所述外延層包括N型層、位於所述N型層上的發光層、及位於所述發光層上的P型層；金屬功能層，所述金屬功能層位於所述P型層上；銀遷移阻擋層，所述銀遷移阻擋層位於所述P型層上，且位於所述金屬功能層外圍。進一步的，所述金屬功能層包含有依次形成於P型層表面的P型接觸層、反射鏡層或P型接觸層、反射鏡層和防擴散層。進一步的，位於外延層相反的金屬功能層和銀遷移阻擋層的表面依次形成有第一鍵合層和第二鍵合層，位於第二鍵合層表面形成有基板，位於所述基板表面形成有P型焊盤，位於所述N型層表面製作有N型焊盤；在所述P型層表面正對於所述N型焊盤部位形成有貫穿金屬功能層的電流阻擋層。優選的，所述N型層為表面粗化的N型層。優選的，所述銀遷移阻擋層使用的材料為絕緣材料。優選的，所述絕緣材料為二氧化矽、氮化矽、氮氧矽、氧化鋁、氮化鋁、氧化鈦中的
一種或組合。優選的，所述銀遷移阻擋層的厚度為lOOnm-lOOOOnm。優選的，所述反射鏡層的厚度為50nm-500nm。進一步的，所述銀遷移阻擋層的外框尺寸等於LED晶片邊框尺寸。進一步的，所述銀遷移阻擋層的外框尺寸為200 μ m-20mm。進一步的，所述銀遷移阻擋層的內框尺寸等於反射鏡層邊框尺寸。進一步的，所述銀遷移阻擋層的內框尺寸為200μπι-20_。進一步的，所述銀遷移阻擋層的外框尺寸等於LED晶片邊框尺寸，其內框尺寸等於反射鏡層邊框尺寸。優選的，所述銀遷移阻擋層的外框尺寸和內框尺寸差為5μπι-200μπι。
進一步的，所述銀遷移阻擋層外框和內框形狀為正方形、長方形、圓形、或多邊形中的一種或組合。由上述技術方案可見，與現有的通過在銀反射鏡層上採用貴金屬沉積形成阻擋層的工藝相比，本發明公開的LED晶片的製作方法，利用金屬功能層外圍的銀遷移阻擋層，防止其擴散和發生電遷移，提高了 LED晶片可靠性。並且，與現有的通過額外光刻形成電流阻擋層的工藝相比，本發明公開的LED晶片，對於垂直結構，電流阻擋層可以與銀遷移阻擋層同步形成，不僅能提高出光效率，且工藝簡化，降低了成本。
圖I是本發明另一種LED晶片的製作方法流程；圖2a_2m是圖I之製作方法；圖3是圖2e之俯視圖。
具體實施例方式為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明。但是本發明能夠以很多不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施的限制。其次，本發明利用示意圖進行詳細描述，在詳述本發明實施例時，為便於說明，表示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是實例，其在此不應限制本發明保護的範圍。此外，在實際製作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。參見圖1，本發明所提供的一種LED晶片製作方法流程為S200:提供一襯底，在所述襯底的表面上形成外延層，所述外延層由下至上依次沉積包含有N型層、發光層和P型層；S201 :在所述P型層上沉積絕緣材料，通過刻蝕絕緣材料形成銀遷移阻擋層和電流阻擋層，在所述銀遷移阻擋層和電流阻擋層之間形成窗口，每個窗口底部暴露出P型層；S202 :在所述每個窗口形成金屬功能層。下面以圖I所示的方法流程為例，結合附圖2a至2m以及圖3，對另一種LED晶片的製作工藝進行詳細描述。S200:提供一襯底，在所述襯底的表面上形成外延層，所述外延層由下至上依次沉積包含有N型層、發光層和P型層。參見圖2a，提供一襯底500，在所述襯底500上生長外延層508，所述襯底500為藍寶石襯底，所述外延層508由下至上依次包含生長的N型層502、發光層504和P型層506。S201 :在所述P型層上沉積絕緣材料，通過刻蝕絕緣材料形成銀遷移阻擋層和電流阻擋層，在所述銀遷移阻擋層和電流阻擋層之間形成窗口，每個窗口底部暴露出P型層。首先，參見圖2b，在所述P型層506表面可以採用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)、蒸發或者濺射工藝形成絕緣材料512，優選的，採用PECVD形成絕緣材料512。所述絕緣材料512的厚度為100nm-10000nm，優選的，所述絕緣材料512的厚度為500nm。所述絕緣材料512為二氧化矽、氮化矽、氮氧矽、氧化鋁、氮化鋁、氧化鈦中的一種或組合。其次，參見圖2c，採用光刻工藝形成圖案化的絕緣材料512，然後，採用BOE腐蝕圖案化的絕緣材料512，在所述P型層506表面上同步形成銀遷移阻擋層514a和電流阻擋層514b，在所述的銀遷移阻擋層514a和電流阻擋層514b之間形成窗口 516，每個窗口 516底部暴露出所述P型層506。S202 :在所述每個窗口形成金屬功能層。參見圖2d，首先，在每個窗口 516中採用電子束蒸發工藝在所述P型層506表面上依次沉積包含有P型接觸層520和反射鏡層522的金屬功能層518 ;為了更好的防止銀擴散或電遷移現象的發生，還可以在反射鏡層522上採用電子束蒸發工藝沉積防擴散層524，形成包含有P型接觸層520、反射鏡層522和防擴散層524的金屬功能層518。其次，在氮氣(N2)氛圍中進行高溫快速退火，所述高溫為500°C，退火時間為20min。接著，剝離掉所述銀遷移阻擋層514a和所述電流阻擋層514b表面上分別形成P型接觸層520、反射鏡層522和防擴散層524的金屬材料。所述P型接觸層520使用的材料為鎳，優選的，所述P型 接觸層520的厚度為O. 5nm ;所述反射鏡層522使用的材料為銀，所述反射鏡層的厚度為50nm-500nm，優選的，所述反射鏡層522的厚度為200nm ;所述防擴散層524使用的材料為鉬，優選的，所述防擴散層524的厚度為300nm。參見圖3，圖3為圖2d的俯視圖。由於反射鏡層外圍同步形成了銀遷移阻擋層514a和電流阻擋層514b，因此不僅能防止所述反射鏡層發生擴散和電遷移現象，而且通過電流阻擋層還能獲得較高的電流密度，提高發光效率，且工藝簡單。並且，所述銀遷移阻擋層位於反射鏡層的外圍，為了防止所述反射鏡層發生擴散和電遷移現象，因此，決定了所述銀遷移阻擋層的內框尺寸d2等於反射鏡層邊框尺寸。優選的，所述銀遷移阻擋層的內框尺寸d2是200ym-20mm。並且，所述銀遷移阻擋層的內框形狀為正方形、長方形、圓形、或多邊形中的一種或組合，其內框形狀隨需要製作的反射鏡層的形狀而隨之改變。其中，在形成所述窗口 516之後，形成金屬功能層518之前，還可以先對外延層508進行清洗，這樣能更好的形成優良的P型歐姆接觸，優選的，採用沸騰王水煮外延層108，再衝水20min。當然，形成所述金屬功能層之後，還可以繼續進行後續加工，以滿足LED晶片的工藝要求，包括如下步驟S203:在所述銀遷移阻擋層、電流阻擋層和金屬功能層的表面形成第一鍵合層。參見圖2e，在所述銀遷移阻擋層514a、電流阻擋層514b和金屬功能層518的表面採用蒸發或者濺射工藝沉積金屬，形成第一鍵合層526，所述第一鍵合層526使用的材料為金，所述第一鍵合層526的厚度為I. 5 μ m。S204 :提供一基板，在所述基板的一面形成第二鍵合層，另一面形成P型焊盤。參見圖2f，提供一基板528，所述基板528為基板矽，在所述基板528的一面採用蒸發工藝形成厚度為I. 5 μ m的第二鍵合層530，在所述基板528的另一邊採用蒸發工藝形成厚度為I. 5 μ m的P型焊盤532，所述P型焊盤532使用的材料為金錫合金。S205 :將第一鍵合層與第二鍵合層進行鍵合,剝離襯底。首先，參見圖2g，將外延層508上的第一鍵合層526和基板528上的第二鍵合層530鍵合在一起，所述鍵合的溫度為300°C、鍵合的壓力為5T，鍵合的時間為5min，使第一鍵合層和第二鍵合層通過固相擴散鍵合在一起，這樣能使基板起到支撐和散熱作用。然後，參見圖2h，通過雷射剝離所述襯底500，並將N型層朝上。S206 :在所述的N型層表面製作N焊盤。參見圖2i，先對所述N型層502的表面進行圖案化的粗化處理，接著，參見圖2j，刻蝕所述外延層508以形成切割窗口 536，通過所述切割窗口 536以實現晶片的獨立化，所述切割窗口 536內暴露出銀遷移阻擋層514a，然後，參見圖2k，採用PECVD技術在暴露出的晶片表面沉積厚度為I μ m的鈍化膜538，並採用光刻腐蝕工藝在所述N型層502和所述鈍化膜538上刻蝕出焊盤圖形凹槽540，接著，參見圖21，在所述焊盤圖形凹槽540中採用剝離方式(lift-off)製作材料為鉻鋁合金(Cr/Al) N型焊盤542。S207 :製成 LED 晶片。 參見圖2m，採用金剛石刀沿所述切割窗口 536將晶片逐粒分割開來，形成LED晶片，所述LED晶片為垂直結構LED晶片。所述銀遷移阻擋層的外框尺寸dl等於形成的LED晶片邊框尺寸。優選的，所述銀遷移阻擋層的外框尺寸dl為200 μ m-20mm。進一步的，所述銀遷移阻擋層的外框尺寸dl和內框尺寸d2差為5 μ m-200 μ m,即所述銀遷移阻擋層框寬為5 μ m-200 μ m。其中所述銀遷移阻擋層的內框形狀為正方形、長方形、圓形、或多邊形中的一種或組合，其外框形狀隨需要製作的LED晶片的形狀而隨之改變。為此，基於上述LED晶片的製作方法，本發明還提供了一種LED晶片，至少包括夕卜延層508，所述外延層508包括N型層502、位於所述N型層502上的發光層504、及位於所述發光層504上的P型層506 ;金屬功能層518，所述金屬功能層518位於所述P型層506上；銀遷移阻擋層514a，所述銀遷移阻擋層514a位於所述P型層506上，且位於所述金屬功能層518外圍。。進一步的，在所述P型層506上形成的金屬功能層518由下至上依次包括有P型接觸層520、和反射鏡層522，或P型接觸層520、反射鏡層522和防擴散層524。進一步的，所述外延層表面有鈍化膜538和N型焊盤542。進一步的，所述電流阻擋層514b為在所述P型層506表面正對於所述N型焊盤542部位形成貫穿金屬功能層118的電流阻擋層。進一步的，與所述外延層508相反的金屬功能層518、銀遷移阻擋層514a和電流阻擋層514b的表面上依次有第一鍵合層526、第二鍵合層530、基板528和P型焊盤532。優選的，所述N型層表面為表面粗化的N型層，這樣能夠增加光的溢出概率，提高出光效率。為此，位於外延層相反的金屬功能層和銀遷移阻擋層的表面依次形成有第一鍵合層和第二鍵合層，位於第二鍵合層表面形成有基板，位於所述基板表面形成有P型焊盤，位於所述N型層表面製作有N型焊盤；在所述P型層表面正對於所述N型焊盤部位形成有貫穿金屬功能層的電流阻擋層，形成了垂直結構的LED晶片。本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定權利要求，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以做出可能的變動和修改，如絕緣介質膜的材料和製作方法，因此本發明的保護範圍應當以本發明權利要求所界定的範圍為準。
權利要求
1.一種LED晶片的製作方法，其特徵在於，包括如下步驟 提供一襯底，在所述襯底的表面上形成外延層，所述外延層由下至上依次沉積包含有N型層、發光層和P型層； 在所述P型層上沉積絕緣材料，通過刻蝕絕緣材料形成銀遷移阻擋層和電流阻擋層，在所述銀遷移阻擋層和電流阻擋層之間形成窗口，每個窗口底部暴露出P型層； 在所述每個窗口形成金屬功能層。
2.根據權利要求I所述的LED晶片的製作方法，其特徵在於形成金屬功能層之後，包括如下步驟 在所述銀遷移阻擋層、電流阻擋層和金屬功能層的表面形成第一鍵合層； 提供一基板，在所述基板的一面形成第二鍵合層，另一面形成P型焊盤； 將第一鍵合層與第二鍵合層進行鍵合，剝離襯底； 在所述的N型層表面製作N焊盤； 製成LED晶片。
3.根據權利要求I或2中任一項所述的LED晶片的製作方法，其特徵在於所述金屬功能層為包含有依次形成於P型層上的P型接觸層、反射鏡層或P型接觸層、反射鏡層和防擴散層。
4.根據權利要求3所述的LED晶片的製作方法，其特徵在於採用化學氣相沉積、蒸發或者濺射形成所述銀遷移阻擋層。
5.根據權利要求4所述的LED晶片的製作方法，其特徵在於所述銀遷移阻擋層使用的材料為絕緣材料。
6.根據權利要求5所述的LED晶片的製作方法，其特徵在於所述絕緣材料為二氧化矽、氮化矽、氮氧矽、氧化鋁、氮化鋁、氧化鈦中的一種或組合。
7.根據權利要求6所述的LED晶片的製作方法，其特徵在於所述銀遷移阻擋層的厚度為 lOOnm-lOOOOnm。
8.根據權利要求7所述的LED晶片的製作方法，其特徵在於所述反射鏡層的厚度為50nm-500nmo
9.根據權利要求7所述的LED晶片的製作方法，其特徵在於所述銀遷移阻擋層的外框尺寸等於LED晶片邊框尺寸。
10.根據權利要求9所述的LED晶片的製作方法，其特徵在於所述銀遷移阻擋層的外框尺寸為200 u m-20mm。
11.根據權利要求7所述的LED晶片的製作方法，其特徵在於所述銀遷移阻擋層的內框尺寸等於反射鏡層邊框尺寸。
12.根據權利要求11所述的LED晶片的製作方法，其特徵在於所述銀遷移阻擋層的內框尺寸為200 u m-20mm。
13.根據權利要求7所述的LED晶片的製作方法，其特徵在於所述銀遷移阻擋層的外框尺寸等於LED晶片邊框尺寸，其內框尺寸等於反射鏡層邊框尺寸。
14.根據權利要求13所述的LED晶片的製作方法，其特徵在於所述銀遷移阻擋層的外框尺寸和內框尺寸差為5 u m-200 u m。
15.根據權利要求7所述的LED晶片的製作方法，其特徵在於所述銀遷移阻擋層外框和內框形狀為正方形、長方形、圓形、或多邊形中的一種或組合。
16.一種LED晶片，其特徵在於，至少包括 外延層，所述外延層包括N型層、位於所述N型層上的發光層、及位於所述發光層上的P型層； 金屬功能層，所述金屬功能層位於所述P型層上； 銀遷移阻擋層，所述銀遷移阻擋層位於所述P型層上，且位於所述金屬功能層外圍。
17.根據權利要求16所述的LED晶片，其特徵在於所述金屬功能層包含有依次形成於P型層表面的P型接觸層、反射鏡層或P型接觸層、反射鏡層和防擴散層。
18.根據權利要求16或17中任一項所述的LED晶片,其特徵在於位於外延層相反的金屬功能層和銀遷移阻擋層的表面依次形成有第一鍵合層和第二鍵合層，位於第二鍵合層表面形成有基板，位於所述基板表面形成有P型焊盤，位於所述N型層表面製作有N型焊盤；在所述P型層表面正對於所述N型焊盤部位形成有貫穿金屬功能層的電流阻擋層。
19.根據權利要求16所述的LED晶片，其特徵在於所述N型層為表面粗化的N型層。
20.根據權利要求18所述的LED晶片，其特徵在於所述銀遷移阻擋層使用的材料為絕緣材料。
21.根據權利要求20所述的LED晶片，其特徵在於所述絕緣材料為二氧化矽、氮化矽、氮氧矽、氧化鋁、氮化鋁、氧化鈦中的一種或組合。
22.根據權利要求21所述的LED晶片，其特徵在於所述銀遷移阻擋層的厚度為lOOnm-lOOOOnm。
23.根據權利要求22所述的LED晶片，其特徵在於所述反射鏡層的厚度為50nm-500nmo
24.根據權利要求20所述的LED晶片，其特徵在於所述銀遷移阻擋層的外框尺寸等於LED晶片邊框尺寸。
25.根據權利要求24所述的LED晶片，其特徵在於所述銀遷移阻擋層的外框尺寸為200 u m-20mm。
26.根據權利要求20所述的LED晶片，其特徵在於所述銀遷移阻擋層的內框尺寸等於反射鏡層邊框尺寸。
27.根據權利要求26所述的LED晶片，其特徵在於所述銀遷移阻擋層的內框尺寸為200u m-20mm。
28.根據權利要求20所述的LED晶片，其特徵在於所述銀遷移阻擋層的外框尺寸等於LED晶片邊框尺寸，其內框尺寸等於反射鏡層邊框尺寸。
29.根據權利要求28所述的LED晶片，其特徵在於所述銀遷移阻擋層的外框尺寸和內框尺寸差為5 u m-200 u m。
30.根據權利要求20所述的LED晶片，其特徵在於所述銀遷移阻擋層外框和內框形狀為正方形、長方形、圓形、或多邊形中的一種或組合。
全文摘要
本發明提出一種LED晶片，至少包括外延層，所述外延層包括N型層、位於所述N型層上的發光層、及位於所述發光層上的P型層；金屬功能層，所述金屬功能層位於所述P型層上；銀遷移阻擋層，所述銀遷移阻擋層位於所述P型層上，且位於所述金屬功能層外圍。本發明還提供了LED晶片的製作方法，以解決反射鏡層的擴散和電遷移，改善LED的可靠性。
文檔編號H01L33/00GK102637790SQ201210135398
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月3日 優先權日2012年5月3日
發明者萬遠濤, 封飛飛, 張昊翔, 李東昇, 江忠永, 金豫浙, 高耀輝 申請人:杭州士蘭明芯科技有限公司