一种垂直结构LED芯片及其制作方法与流程

一种垂直结构led芯片及其制作方法
技术领域
1.本发明涉及发光二极管领域，尤其涉及一种垂直结构led芯片及其制作方法。


背景技术：

2.发光二极管(lightemittingdiode，简称led)具有发光强度大、效率高、体积小、使用寿命长等优点，被认为是当前最具有潜力的光源之一。近年来，led已在日常生活中得到广泛应用，例如照明、信号显示、背光源、车灯和大屏幕显示等领域，同时这些应用也对led的亮度、发光效率提出了更高的要求。
3.现有的发光二极管包括水平类型和垂直类型。垂直类型的发光二极管通过把半导体垒晶叠层转移到其它的基板如硅、碳化硅或金属基板上，并移除原始外延生长的衬底的工艺获得，相较于水平类型，可以有效改善外延生长衬底带来的吸光、电流拥挤或散热性差的技术问题。衬底的转移一般采用键合工艺，键合主要通过金属-金属高温高压键合，即在半导体垒晶叠层一侧与基板之间形成金属键合层。半导体垒晶叠层的另一侧提供出光侧，出光侧配置有一打线电极提供电流的注入或流出，半导体垒晶叠层的下方的基板提供电流的流出或流入，由此形成电流垂直经过半导体垒晶叠层的发光二极管。
4.为了提高出光效率，通常会在金属键合层的一侧设计金属反射层与电介质层形成odr反射结构，并金属反射层通过电介质层开口与第一导电型半导体层形成电性连接，从而将金属键合层一侧的出光反射至出光侧，提高出光效率。然而，由于电介质层、外延材料及金属三者属于各不相同的材料体系，其晶格失配度较大，极易脱落，造成led芯片可靠性差的问题。
5.有鉴于此，本发明人专门设计了一种垂直结构led芯片及其制作方法，本案由此产生。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供垂直结构led芯片及其制作方法，以解决现有的垂直结构led芯片可靠性差的技术问题。
7.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
8.一种垂直结构led芯片，包括：
9.基板；
10.依次层叠于所述基板表面的键合层、金属反射镜、介质层以及外延叠层；其中，所述介质层具有介质孔，且所述金属反射镜通过填充于所述介质孔内的欧姆接触结构与所述外延叠层形成连接；所述外延叠层包括沿第一方向依次堆叠的第二型半导体层、有源区以及第一型半导体层；所述第一方向垂直于所述基板，并由所述基板指向所述外延叠层；
11.第一电极，其层叠于所述第一型半导体层背离所述有源区的一侧表面；
12.第二电极，其层叠于所述基板的背面。
13.优选地，沿所述介质层靠近所述金属反射层的一侧，所述欧姆接触结构的填充高
度高于所述介质层。
14.优选地，所述欧姆接触结构相对所述介质层所高出的高度为0-500nm。
15.优选地，沿同一水平面上，所述欧姆接触结构与所述介质层的面积占比为0.05-1，包括端点值。
16.优选地，所述基板包括硅基板或碳化硅基板或金属基板。
17.优选地，所述介质层具有若干个呈阵列分布的介质孔，且所述介质孔内的欧姆接触结构呈柱状或锥状。
18.优选地，所述键合层包括ti、in、au中的一种或多种。
19.优选地，所述金属反射镜可以是ag、ni、al、rh、pd、ir、ru、mg、zn、pt、au以及hf中的至少一种金属或者合金形成。
20.优选地，所述欧姆接触结构包括透明导电层或者金属合金。
21.本发明还提供了一种垂直结构led芯片的制作方法，用于制作上述任一项所述的垂直结构led芯片，包括如下步骤：
22.s01、提供一生长衬底；
23.s02、层叠一外延叠层于生长衬底表面，所述外延叠层包括沿生长方向依次堆叠的第一型半导体层、有源区以及第二型半导体层；
24.s03、在所述第二型半导体层表面沉积欧姆接触层；
25.s04、通过光刻和显影工艺图形化所述欧姆接触层，以形成若干个间隔排布的欧姆接触结构，且相邻两个欧姆接触结构之间裸露所述第二型半导体层，沿所述欧姆接触结构的水平表面保留光刻胶；
26.s05、蒸镀形成介质层，所述介质层分别沉积于所述第二型半导体层的裸露区域及所述光刻胶表面；且所述介质层的沉积高度低于所述欧姆接触结构的垂直高度；
27.s06、通过剥离去胶工艺同步去除所述欧姆接触结构表面的光刻胶及位于所述光刻胶表面的介质层；
28.s07、制作金属反射镜，所述金属反射镜完全覆盖所述介质层及所述欧姆接触结构；
29.s08、提供一基板，且在所述金属反射镜表面通过键合层与所述基板键合形成一体；
30.s09、剥离所述生长衬底，使所述第一型半导体层裸露；
31.s10、在所述第一型半导体层的裸露面制作形成第一电极；
32.s11、在所述基板背离所述键合层的一侧表面制作形成第二电极。
33.优选地，所述欧姆接触结构相对所述介质层所高出的高度为0-500nm。
34.优选地，沿同一水平面上，所述欧姆接触结构与所述介质层的面积占比为0.05-1，包括端点值。
35.经由上述的技术方案可知，本发明提供的垂直结构led芯片，通过在基板表面依次设置键合层、金属反射镜、介质层以及外延叠层，其中，所述介质层具有介质孔，且所述金属反射镜通过填充于所述介质孔内的欧姆接触结构与所述外延叠层形成连接；一方面，使欧姆接触结构通过所述介质孔与第二型半导体层电性连接，保证电流的注入和导通；同时，解决了外延叠层与介质层、金属反射镜之间结合力弱的问题，从而提高芯片的可靠性。另一方
面，使金属反射镜与介质层形成odr反射结构，将外延叠层朝向基板一侧辐射的光线返回至外延叠层，并从出光侧辐射出去，提高出光效率。
36.进一步地，沿所述介质层靠近所述金属反射层的一侧水平方向上，所述欧姆接触结构的填充高度高于所述介质层；可在保证介质层与金属反射镜所形成的镜面反射面积的同时，增大所述欧姆接触结构与所述金属反射镜的接触面积，使得电流容易导通和扩展，进而提高垂直结构led芯片的内量子效率。
37.本发明提供的垂直结构led芯片的制作方法，在实现上述led芯片的有益效果的同时，其工艺制作简单、便捷，节约成本，便于生产化。
38.其次，通过先在外延叠层表面沉积欧姆接触层后，采用光刻和显影工艺图形化所述欧姆接触层，以形成若干个间隔排布的欧姆接触结构，且相邻两个欧姆接触结构之间裸露所述第二型半导体层，沿所述欧姆接触结构的水平表面保留光刻胶；紧接着，在步骤s05中分别沉积介质层于所述第二型半导体层的裸露区域及所述光刻胶表面时，可简便地实现介质层的沉积高度低于所述欧姆接触结构的垂直高度；进而，在保证介质层与金属反射镜所形成的镜面反射面积的同时，可增大所述欧姆接触结构与所述金属反射镜的接触面积，使得电流容易导通和扩展，以提高垂直结构led芯片的内量子效率。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
40.图1为本发明实施例所提供的垂直结构led芯片的结构示意图；
41.图2.1至图2.13为本发明实施例所提供的垂直结构led芯片的制作方法步骤所对应的结构示意图；
42.图中符号说明：1、生长衬底，2、第一型半导体层，3、有源区，4、第二型半导体层，5、欧姆接触层，51、欧姆接触结构，6、介质层，7、金属反射镜，8、键合层，9、基板，10、第一电极，11、第二电极，l、光刻胶。
具体实施方式
43.为使本发明的内容更加清晰，下面结合附图对本发明的内容作进一步说明。本发明不局限于该具体实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.如图1所示，一种垂直结构led芯片，包括：
45.基板9；
46.依次层叠于基板9表面的键合层8、金属反射镜7、介质层6以及外延叠层；其中，介质层6具有介质孔，且金属反射镜7通过填充于介质孔内的欧姆接触结构51与外延叠层形成连接；外延叠层包括沿第一方向依次堆叠的第二型半导体层4、有源区3以及第一型半导体层2；第一方向垂直于基板9，并由基板9指向外延叠层；
47.第一电极10，其层叠于第一型半导体层2背离有源区3的一侧表面；
48.第二电极12，其层叠于基板9的背面。
49.需要说明的是，外延叠层为通过mocvd或其它的生长方式获得的半导体垒晶叠层，该半导体垒晶叠层为能够提供常规的如紫外、蓝、绿、黄、红、红外光等辐射的半导体材料，具体的可以是200～950nm的材料，如常见的氮化物，具体的，如氮化镓基半导体垒晶叠层，氮化镓基垒晶叠层常见有掺杂铝、铟等元素，主要提供200～550nm波段的辐射；或者常见的铝镓铟磷基或铝镓砷基半导体垒晶叠层，主要提供550～950nm波段的辐射。半导体垒晶叠层主要包括第二型半导体层4、有源区3以及第一型半导体层2。第一型半导体层2和第二型半导体层4可分别通过n型掺杂或p型掺杂以实现至少分别提供电子或空穴的材料层。n型半导体层可以掺杂有诸如si、ge、或者sn的n型掺杂物，p型掺杂半导体层可以掺杂有诸如mg、zn、ca、sr、或者ba的p型掺杂物。第二型半导体层4、有源区3以及第一型半导体层2具体可以是铝镓铟氮、氮化镓、铝镓氮、铝铟磷、铝镓铟磷或砷化镓或铝镓砷等材料制作形成。第二型半导体层4以及第一型半导体层2包括提供电子或空穴的覆盖层，以及可以包括其它层材料如电流扩展层、窗口层或欧姆接触层等，根据掺杂浓度或组分含量不同进行设置为不同的多层。有源区3为提供电子和空穴复合提供光辐射的区域，根据发光波长的不同可选择不同的材料，有源区3可以是单量子阱或多量子阱的周期性结构。通过调整有源区3中半导体材料的组成比，以期望辐射出不同波长的光。
50.需要说明的是，介质层6可以由氟化物、氮化物或氧化物等至少之一组成，具体的如zno、sio2、siox、sioxny、si3n4、al2o3、tiox、mgf或gaf等至少一个形成。介质层6为至少一层组成或多层不同折射率的电介质层6材料组合形成，介质层6更优选的为透光电介质层6，至少50％的光线能够通过该介质层6。更优选的，介质层6的折射率低于外延叠层的折射率。
51.需要说明的是，第一电极10配置在外延叠层的出光侧上。第一电极10主要包括焊盘部分，该焊盘部分主要用于正面电极封装时外部打线。正面电极的焊盘可以根据实际的打线需要设计成不同的形状，具体如圆柱状或方块或其它的多边形。作为一个优选的实施方式，正面电极还可以包括从焊盘延伸的延伸部分，该延伸部分可以以预定的图案形状被形成，并且延伸部分可以具有各种形状，具体的如条状。
52.本实施例中的第二电极12以整面的形式形成在基板9背面侧，本实施例的基板9为导电性支撑基板9，第一电极10与第二电极12形成在基板9的两侧，以实现电流垂直流过外延叠层，提供均匀的电流密度。
53.第一电极10与第二电极12优选为金属材料制成。第一电极10的焊盘部分以及延伸部分还可以包括实现与半导体外延材料之间形成良好的欧姆接触的金属材料。
54.本实施例中，沿介质层6靠近金属反射层的一侧，欧姆接触结构51的填充高度高于介质层6。
55.本实施例中，欧姆接触结构51相对介质层6所高出的高度为0-500nm。
56.本实施例中，沿同一水平面上，欧姆接触结构51与介质层6的面积占比为0.05-1，包括端点值。
57.本实施例中，欧姆接触结构51包括透明导电层或者金属合金。
58.本实施例中，基板9包括硅基板或碳化硅基板或金属基板。
59.本实施例中，介质层6具有若干个呈阵列分布的介质孔，且介质孔内的欧姆接触结
构51呈柱状或锥状。
60.本实施例中，键合层8包括ti、in、au中的一种或多种。
61.本实施例中，金属反射镜7可以是ag、ni、al、rh、pd、ir、ru、mg、zn、pt、au以及hf中的至少一种金属或者合金形成。
62.本发明还提供了一种垂直结构led芯片的制作方法，用于制作上述任一项的垂直结构led芯片，包括如下步骤：
63.s01、如图2.1所示，提供一生长衬底1；
64.s02、如图2.2所示，层叠一外延叠层于生长衬底1表面，外延叠层包括沿生长方向依次堆叠的第一型半导体层2、有源区3以及第二型半导体层4；
65.s03、如图2.3所示，在第二型半导体层4表面沉积欧姆接触层5；
66.s04、如图2.4所示，通过光刻和显影工艺图形化欧姆接触层5，以形成如图2.5所示的若干个间隔排布的欧姆接触结构51，且相邻两个欧姆接触结构51之间裸露第二型半导体层4，沿欧姆接触结构51的水平表面保留光刻胶l；
67.s05、如图2.6所示，蒸镀形成介质层6，介质层6分别沉积于第二型半导体层4的裸露区域及光刻胶l表面；且介质层6的沉积高度低于欧姆接触结构51的垂直高度；
68.s06、如图2.7所示，通过剥离去胶工艺同步去除欧姆接触结构51表面的光刻胶l及位于光刻胶l表面的介质层6；
69.s07、如图2.8所示，制作金属反射镜7，金属反射镜7完全覆盖介质层6及欧姆接触结构51；
70.s08、如图2.9所示，提供一基板9，且在金属反射镜7表面通过键合层8与基板9键合形成如图2.10所示的一体结构；
71.s09、如图2.11所示，剥离生长衬底1，使第一型半导体层2裸露；
72.s10、如图2.12所示，在第一型半导体层2的裸露面制作形成第一电极10；
73.s11、如图2.13所示，在基板9背离键合层8的一侧表面制作形成第二电极12。
74.本实施例中，欧姆接触结构51相对介质层6所高出的高度为0-500nm。
75.本实施例中，沿同一水平面上，欧姆接触结构51与介质层6的面积占比为0.05-1，包括端点值。
76.经由上述的技术方案可知，本发明提供的垂直结构led芯片，通过在基板9表面依次设置键合层8、金属反射镜7、介质层6以及外延叠层，其中，介质层6具有介质孔，且金属反射镜7通过填充于介质孔内的欧姆接触结构51与外延叠层形成连接；一方面，使欧姆接触结构51通过介质孔与第二型半导体层4电性连接，保证电流的注入和导通；同时，解决了外延叠层与介质层6、金属反射镜7之间结合力弱的问题，从而提高芯片的可靠性。另一方面，使金属反射镜7与介质层6形成odr反射结构，将外延叠层朝向基板9一侧辐射的光线返回至外延叠层，并从出光侧辐射出去，提高出光效率。
77.进一步地，沿介质层6靠近金属反射层的一侧水平方向上，欧姆接触结构51的填充高度高于介质层6；可在保证介质层6与金属反射镜7所形成的镜面反射面积的同时，增大欧姆接触结构51与金属反射镜7的接触面积，使得电流容易导通和扩展，进而提高垂直结构led芯片的内量子效率。
78.本发明提供的垂直结构led芯片的制作方法，在实现上述led芯片的有益效果的同
时，其工艺制作简单、便捷，节约成本，便于生产化。
79.其次，通过先在外延叠层表面沉积欧姆接触层5后，采用光刻和显影工艺图形化欧姆接触层5，以形成若干个间隔排布的欧姆接触结构51，且相邻两个欧姆接触结构51之间裸露第二型半导体层4，沿欧姆接触结构51的水平表面保留光刻胶；紧接着，在步骤s05中分别沉积介质层6于第二型半导体层4的裸露区域及光刻胶表面时，可简便地实现介质层6的沉积高度低于欧姆接触结构51的垂直高度；进而，在保证介质层6与金属反射镜7所形成的镜面反射面积的同时，可增大欧姆接触结构51与金属反射镜7的接触面积，使得电流容易导通和扩展，以提高垂直结构led芯片的内量子效率。
80.本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
81.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
82.还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
83.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。