一种发光二极管芯片及其制造方法与应用与流程

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种发光二极管芯片及其制造方法与应用。

背景技术：

发光二极管(led)因具有色纯度高、响应速度快、体积小、可靠性好、寿命长、环保等优点，无疑成为最受重视的光源技术，随着技术的发展，高像素屏要求越显突出，对芯片尺寸提出了更高的要求。根据trendforce发布的2018年科技产业发展趋势中指出，由于微型发光二极管(miniled)技术可搭配软性基板，达成高曲面背光的形式，将有机会使用在手机、电视、车载面板等多种应用上。

目前微型发光二极管芯片普遍要求尺寸在200μm以下，这对发光二极管芯片生产过程中的光刻和蚀刻提出了更高的要求，特别是现有成熟的生产设备难以满足100μm以下的芯片生产。另外现有发光二极管生产工艺导致微型发光二极管的良率偏低和成本偏高，限制着其大规模量产，因此，需要对发光二极管芯片的制造方法进行优化。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种发光二极管芯片及其制造方法，从而提高生产良率且能够制造出高性能的微型半导体芯片。

本发明提出一种发光二极管芯片的制造方法，包括以下步骤：

s1：提供一衬底，在所述衬底形成一外延结构，其中，所述外延结构至少包括第一半导体层，发光层，第二半导体层；

s2：形成电流阻挡层于所述外延结构上的第一半导体层上；

s3：形成电流扩展层于所述电流阻挡层上；

s4：移除部分所述外延结构，形成凹槽，以暴露出部分所述第二半导体层；

s5：移除部分所述电流扩展层，以形成一间隔区于所述电流扩展层与所述凹槽之间；

s6：形成第一电极于所述电流扩展层上，以及形成第二电极于暴露出的部分所述第二半导体层上；

其中，在步骤s1中，所述第二半导体层位于所述衬底上，所述发光层位于所述第二半导体层上，所述第一半导体层位于所述发光层上，所述第二半导体层可包括n型半导体层，所述第一半导体层可包括p型半导体层，在所述衬底和所述第二半导体层之间，还可以生长其他半导体层。

在步骤s2中，所述电流阻挡层位于所述第一半导体层上，所述电流阻挡层的尺寸小于所述第一半导体层的尺寸。

在步骤s3中，所述电流扩展层位于所述电流阻挡层上，并且所述电流扩展层将所述电流阻挡层的四周包围覆盖；在进行形成所述电流扩展层步骤时，通过对所述电流扩展层进行纵向腐蚀，腐蚀的时间为150-180秒，腐蚀的深度为所述电流扩展层的厚度。

在步骤s4中，还包括烘烤坚膜步骤，对光刻胶起到固化作用，烘烤温度为100-150℃，时间30分钟，通过移除部分外延结构，形成凹槽，所述凹槽依次穿过第一半导体层，发光层以及部分所述第二半导体层的厚度。

在步骤s5中，在形成凹槽后，进行横向腐蚀步骤，以移除部分所述电流扩展层，蚀刻时间控制在60-600秒之间，以形成一间隔区于所述电流扩展层和所述凹槽之间，所述间隔区的宽度例如为1-5微米，又例如为2微米，5微米。

在步骤s6中，首先对所述外延结构的两侧进行深度刻蚀，如果不进行深度刻蚀，在后期的划片步骤中，就会暴露出所述第二半导体层，降低了该芯片的性能；然后沉积电极，所述第一电极位于所述电流扩展层上，所述第二电极位于所述凹槽内的暴露出的部分第二半导体层上，所述第一电极可包括p电极，所述第二电极可包括n电极。

本发明提出的一种发光二级管芯片的制造方法，在形成电极之后，还包括以下步骤：

形成一钝化层及布拉格反射层，所述钝化层暴露出所述第一电极和所述第二电极上的部分区域，并将其他位置完全覆盖，所述钝化层在所述第一电极上形成第一开口以及在所述第二电极上形成第二开口，所述布拉格反射层位于所述钝化层上，且形成和所述第一开口及所述第二开口大小一样的开口，并且开口的位置和所述第一开口及所述第二开口的位置一一相对。

形成第一电极垫及第二电极垫，所述第一电极垫位于所述钝化层及所述布拉格反射层形成的空间内，并且与所述第一电极连接，所述第二电极垫位于所述钝化层及所述布拉格反射层形成的空间内，并且与所述第二电极连接。

本发明提出一种发光二极管芯片，包括：

衬底；

外延结构，位于所述衬底上，其中所述外延结构包括第一半导体层，发光层，第二半导体层；

电流阻挡层，位于所述外延结构的第二半导体层上；

电流扩展层，位于所述电流阻挡层上；

凹槽，以暴露部分所述第二半导体层；

间隔区，位于所述电流扩展层和所述凹槽之间；

第一电极，位于所述电流扩展层上，以及

第二电极，位于暴露出的部分所述第二半导体层上。

本发明提出一种发光二极管装置，包括：

基板；

多个发光二极管芯片，设置在所述基板上，其中，每一所述发光二极管芯片，包括：

衬底；

外延结构，位于所述衬底上，其中所述外延结构包括第一半导体层，发光层，第二半导体层；

电流阻挡层，位于所述外延结构的第二半导体层上；

电流扩展层，位于所述电流阻挡层上；

凹槽，以暴露部分所述第二半导体层；

间隔区，位于所述电流扩展层和所述凹槽之间；

第一电极，位于所述电流扩展层上，以及

第二电极，位于暴露出的部分所述第二半导体层上

本发明提出的一种发光二极管芯片及其制造方法与应用，通过改善所述电流扩展层的形成步骤，能够精确的控制所述电流扩展层与所述凹槽之间间隔区的宽度，从而增加了芯片的发光面积，提升了亮度，且本发明工艺简单稳定，可操作性强，能够提升微型发光二极管芯片的生产良率，能够进行推广应用。

附图说明

图1：本实施例提出的一种发光二极管芯片的制造方法流程图。

图2：步骤s11的结构示意图。

图3：步骤s12的结构示意图。

图4：步骤s13的结构示意图。

图5：步骤s14的结构示意图。

图6：步骤s15的结构示意图。

图7：步骤s16的结构示意图。

图8：步骤s17的结构示意图。

图9：步骤s18的结构示意图。

图10：本实施例提出的一种发光二极管装置的结构示意图。

符号说明

1衬底

21第二半导体层

22发光层

23第一半导体层

3电流阻挡层

4电流扩展层

5凹槽

6间隔区

7第一电极

8第二电极

9钝化层

10布拉格反射层

11第一电极垫

12第二电极垫

13基板

14发光二极管芯片

s11-s18步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1，本发明实施例提出一种发光二极管芯片的制造方法，至少包括以下步骤：

s11：提供一衬底1，在所述衬底上形成一外延结构2；

s12：形成电流阻挡层3于所述外延结构2上；

s13：形成电流扩展层4于所述电流阻挡层3上；

s14：移除部分所述外延结构2，以形成凹槽5；

s15：移除部分所述电流扩展层4，以形成间隔区6；

s16：形成第一电极7以及第二电极8；

s17：形成钝化层9以及布拉格反射层10；

s18：形成第一电极垫11以及第二电极垫12；

请参阅图1-2，在步骤s11中，所述衬底1包括蓝宝石图形化衬底、蓝宝石衬底、硅衬底、碳化硅衬底及复合衬底，所述外延结构2包括第一半导体层23，发光层22，第二半导体层21，所述第二半导体层21位于所述衬底1上，所述发光层22位于所述第二半导体层21上，所述第一半导体层23位于所述发光层22上，本实施例采用例如金属有机化合物化学气相沉积技术(mocvd)在所述衬底1上依次沉积所述第二半导体层21，所述发光层22以及所述第一半导体层23；在本步骤s11还可以包括在所述衬底1上形成一层缓冲层，然后在缓冲层上生长所述外延结构2，在所述衬底1和所述第二半导体层21之间形成的缓冲层，有利于所述外延结构2的生长，提高芯片的质量；

请参阅图3，在步骤s12中，利用光刻技术在所述外延结构2上的所述第一半导体层23上形成设定图形的电流阻挡层3，所述电流阻挡层3的材料可以包括氧化硅，氮化硅，氧化铝，氟化镁的至少一种，可选地，所述电流阻挡层3的材料可以包括氧化硅，制作工艺简单，成本低；

在本实施例中的一种实现方式中，当所述电流阻挡层3的材料可以包括氧化硅，氮化硅的至少一种时，该步骤s12可以包括：采用等离子体增强化学气相沉积法(pecvd)，溅射工艺或蒸发工艺在所述第一半导体层23上形成一层所述电流阻挡层3，然后在所述电流阻挡层3上形成一层光刻胶，采用光刻技术溶解部分光刻胶，在光刻胶的保护下，对所述电流阻挡层3进行刻蚀清洗，然后得到设定图形的所述电流阻挡层3，最后去除光刻胶；在本实施例中的另一种实现方式中，当所述电流阻挡层3的材料采用氧化铝，氟化镁的至少一种时，该步骤s12可以包括：采用溅射工艺或蒸发工艺在所述第一半导体层23上形成一层所述电流阻挡层3，然后在所述电流阻挡层3上形成一层光刻胶，采用光刻技术溶解部分光刻胶，在光刻胶的保护下，对所述电流阻挡层3进行刻蚀清洗，然后得到设定图形的所述电流阻挡层3，最后去除光刻胶，需要说明的是，所述电流阻挡层3位于所述第一半导体层23以及所述电流扩展层4之间，可以避免电流直接进入所述第一半导体层23，提升半导体芯片的发光亮度，在本步骤s12中，所述电流阻挡层3的尺寸小于所述第一半导体层23的尺寸；

请参阅图4，在步骤s13中，本实施例中，所述电流扩展层4的材料可以包括氧化铟锡(ito)，掺杂氟的氧化锡，石墨烯中的至少一种；可选地，所述电流扩展层4的材料可以包括氧化铟锡(ito)，使用普遍，成本低；具体地，本实施例中，步骤s13可以包括：采用电子束蒸发或磁控溅射法在所述电流阻挡层3上形成一层所述电流扩展层4，在所述电流扩展层4上形成一层光刻胶，采用光刻工艺溶解光刻胶，得到设定图形的光刻胶图形；在光刻胶的保护下，对所述电流扩展层4进行腐蚀清洗，留下设定图形的所述电流扩展层4；所述电流扩展层4覆盖在所述电流阻挡层3上，本实施例中，腐蚀的时间在150-180秒之间；

请参阅图5，在步骤s14中，首先利用光刻胶制作从所述电流扩展层4伸至第二半导体层21的凹槽，在光刻胶的保护下，本实施例采用例如感应耦合等离子体(icp)刻蚀工艺在所述电流扩展层4开设至少一个从所述电流扩展层4到所述第二半导体层21的凹槽5，所述凹槽5的深度大于所述发光层22和所述第一半导体层23的厚度之和，且所述凹槽5的深度小于所述第一半导体层23，所述发光层22和所述第二半导体层21的厚度之和；

请参阅图6，在在步骤s15中，首先在所述凹槽5，以及所述电流扩展层4上形成一层光刻胶，采用光刻胶溶解工艺暴露出所述电流扩展层4与所述凹槽5相连接的侧面部分，然后对该侧面部分进行腐蚀，以形成间隔区6，腐蚀的时间在60-600秒之间，本实施例中所述间隔区6的宽度为2微米，以100微米级的微型发光二极管为例，所述间隔区6可以使芯片的发光面积增加7％，亮度提高1％-2％；

请参阅图7，在步骤s16中，在进行形成所述第一电极7以及所述第二电极8之前，还包括对所述外延结构2进行深度刻蚀，如果不进行该步骤，在后期的划片步骤中，所述第二半导体层21就会暴露出来，影响芯片的良率；在形成所述第一电极7，以及第二电极8时，包括：首先在所述电流扩展层4上和所述凹槽6上形成一层光刻胶，采用光刻工艺溶解部分光刻胶，得到设定图形的光刻胶，所述图形包括第一开口和第二开口，所述第一电极7生长在第一开口内，所述第二电极8生长在第二开口内，所述第一开口位于所述电流扩展层4的上方，所述第二开口位于所述凹槽6内的暴露出的部分所述第二半导体层21上；然后通过蒸镀和/或溅射技术在光刻胶，第一开口，第二开口上沉积电极，最后，剥离光刻胶上的金属及除去芯片表面的光刻胶，即可得到所述第一电极8和所述第二电极9，通过蒸镀的方式形成电极的速率较快；所述第一电极7和所述第二电极8的材料可以包括金、铝、铬、镍、钛、铂中的至少一种；所述第一电极7与所述电流扩展层4电连接，所述第二电极8与所述第二半导体层21电连接；

请参阅图8，在步骤s17中，首先沉积一层钝化层9，然后再在所述钝化层9上形成一布拉格反射层10；首先在所述电流扩展层4，所述第一电极7，所述第二电极8和所述第一半导体层21上沉积一层钝化层9，然后在所述钝化层9上形成一层光刻胶，采用光刻工艺溶解部分光刻胶，形成带有开孔的图形，所述开孔包括第一开孔和第二开孔，所述第一开孔位于所述第一电极7上，所述第一开孔小于所述第一电极7，所述第二开孔位于所述第二电极8上，所述第二开孔小于所述第二电极8，在光刻胶的保护下，利用腐蚀溶液腐蚀钝化层，在钝化层9内形成与所述钝化层9至所述第一电极7的开孔，以及所述钝化层9至所述第二电极8的开孔；可选地，所述腐蚀溶液可以包括缓冲氧化硅刻蚀液(boe)，易于控制腐蚀速率，本实施例还可以采用干法刻蚀，最后除去光刻胶，形成所述钝化层9；所述钝化层9的材料包括氧化硅或者氧化铝，对半导体芯片进行保护，避免反向漏电等问题，提高芯片的可靠性，可选地，所述钝化层9的材料可以为氧化硅，便于腐蚀开孔；

所述布拉格反射层10位于所述钝化层9上，所述布拉格反射层10的形成步骤与所述钝化层9的形成步骤相同，本实施例不再进行阐述，通过形成所述布拉格反射层10，可以使芯片由原来的正面发光，变为背面发光，从而实现倒置发光；

请参阅图9，在步骤s18中，首先在所述布拉格反射层10上形成一层光刻胶，然后再采用光刻工艺溶解部分光刻胶，得到设定图形的光刻胶，所述图形包括第一开口和第二开口，所述第一开口位于所述第一电极7上且所述第一开口与所述钝化层9上的开孔以及所述布拉格反射层10上的开孔一致，所述第二开口位于所述第二电极8上且所述第二开口与所述钝化层9上的开孔以及所述布拉格反射层10上的开孔一致，然后通过蒸镀和/或溅射技术在光刻胶，第一开口，第二开口上沉积电极，最后，剥离光刻胶上的金属及除去芯片表面的光刻胶，即可得到所述第一电极垫11和所述第二电极12，通过蒸镀的方式形成电极的速率较快；所述第一电极垫11和所述第二电极垫12的材料可以包括金、铝、铬、镍、钛、铂中的至少一种；所述第一电极垫11与所述第一电极7电连接，所述第二电极垫12与所述第二电极8电连接。

请参阅图8，本发明实施例还提出一种发光二极管芯片，包括：一衬底1以及依序形成于所述衬底1上的一第二半导体层21、一发光层22、一第一半导体层23、一电流阻挡层3及一电流扩展层4；一凹槽5，所述凹槽5依序穿透所述第一半导体层23、所述发光层22及所述第二半导体层21的部分厚度；一间隔区6，所述间隔区6位于所述凹槽5与所述电流扩展层4之间；一第一电极7，所述第一电极7位于所述电流扩展层4上；一第二电极8，所述第二电极8位于所述凹槽6内的所述第二半导体层21上；一钝化层9，所述钝化层9包括第一开口和第二开口，所述第一开口位于所述第一电极7上，所述第二开口位于所述第二电极上；一布拉格反射层10，所述布拉格反射层10位于所述钝化层9上，且所述布拉格反射层10的图形与所述钝化层9相同。

请参阅图9，本发明实施例还提出一种发光二极管芯片，包括：一衬底1以及依序形成于所述衬底1上的一第二半导体层21、一发光层22、一第一半导体层23、一电流阻挡层3及一电流扩展层4；一凹槽5，所述凹槽5依序穿透所述第一半导体层23、所述发光层22及所述第二半导体层21的部分厚度；一间隔区6，所述间隔区6位于所述凹槽5与所述电流扩展层4之间；一第一电极7，所述第一电极7位于所述电流扩展层4上；一第二电极8，所述第二电极8位于所述凹槽6内的所述第二半导体层21上；一钝化层9，所述钝化层9包括第一开口和第二开口，所述第一开口位于所述第一电极7上，所述第二开口位于所述第二电极上；一布拉格反射层10，所述布拉格反射层10位于所述钝化层9上，且所述布拉格反射层10的图形与所述钝化层9相同；一第一电极垫11，位于所述第一电极7上；一第二电极垫12，位于所述第二电极8上。

请参阅图10，本发明实施例还提出一种发光二极管装置，包括：基板13；多个发光二极管芯片14，所述发光二极管芯片设置在所述基板13上；其中所述基板13包括例如tft阵列基板；所述发光二极管芯片13包括：一衬底1以及依序形成于所述衬底1上的一第二半导体层21、一发光层22、一第一半导体层23、一电流阻挡层3及一电流扩展层4；一凹槽5，所述凹槽5依序穿透所述第一半导体层23、所述发光层22及所述第二半导体层21的部分厚度；一间隔区6，所述间隔区6位于所述凹槽5与所述电流扩展层4之间；一第一电极7，所述第一电极7位于所述电流扩展层4上；一第二电极8，所述第二电极8位于所述凹槽6内的所述第二半导体层21上；一钝化层9，所述钝化层9包括第一开口和第二开口，所述第一开口位于所述第一电极7上，所述第二开口位于所述第二电极上；一布拉格反射层10，所述布拉格反射层10位于所述钝化层9上，且所述布拉格反射层10的图形与所述钝化层9相同。

本实施例中所述的发光二极管芯片可应用于诸如miniled、mircoled或小间距led中，当然也可应用于更大或更小尺度led中；也即本实施例中所述的发光二极管芯片的尺度可处于微米尺度，亦可大于或者小于微米尺度。

综上所述，本发明提出一种发光二极管芯片及其制造方法与应用，通过改善了电流扩展层的腐蚀工艺，能够精准的控制电流扩展层与凹槽之间间隔区的宽度，从而能够改善发光二极管芯片的亮度，同时本发明工艺简单稳定，可操作性强，能够提高发光二极管芯片的生产良率，能够进行推广应用。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明，本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案，例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。