一种发光二极管芯片的制作方法

本实用新型涉及半导体领域，特别涉及一种发光二极管芯片。

背景技术：

发光二极管(LED)具有体积小、发光效率高、节能、环保等优点，目前已经在照明和显示领域占据主导地位，它已经成为21世纪照明和显示领域的发展趋势。随着社会和科技的发展进步，人们对LED的要求越来越高。高光效、大功率LED已经成为目前照明LED的主流发展趋势。

大尺寸器件散热差、电流扩展不均匀，极化场负面作用明显，产品难以耐受高电流密度，从而限制了其在高光效、快速响应等方向的应用。现阶段，微型发光二极管(包括 mini/micron/nano LED)成为解决上述问题的主流手段。纳米LED具有较大的比表面积，极少的导波模式，拥有特殊的纳米谐振腔效应以及充分的应力驰豫效果，在内量子效率、光提取效率方面均存在的明显优势。

现阶段纳米LED器件的制备主要处于实验室研究阶段，制备工艺复杂，成品率低，成本高。器件出光强度受有源区面积的限制，散热问题的存在影响器件大电流下的工作性能，同时未能对纳米柱尺寸形貌进行结构优化，纳米柱之间的挡光问题不能得到有效解决，也无法充分利用纳米谐振腔效应将器件辐射复合过程最大化，器件的优异性能不能得到保证，因此无法大规模用于生产和实际应用。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本实用新型提出一种纳米发光二极管芯片，以优化纳米发光二极管芯片的结构，提高发光二极管芯片的性能。

为实现上述目的及其他目的，本实用新型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，包括第二半导体层，发光层，第一半导体层；

金属层，位于所述位于结构上的第一半导体层上；

凹槽，位于衬底上，暴露部分所述第二半导体层；

金属电极，位于所述金属层及暴露的第二半导体层上，包括第一金属电极，第二金属电极；

纳米柱，位于所述衬底上，包括所述第一金属电极，所述金属层，所述第一半导体层，所述发光层以及部分所述第二半导体层。

在一实施例中，所述衬底包括蓝宝石或碳化硅或氧化锌或氮化镓衬底。

在一实施例中，所述外延结构位于所述衬底上，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。

在一实施例之后，所述金属层位于所述第一半导体层上，所述金属层的材质包括氧化铟锡。

在一实施例中，所述发光二极管芯片包括多个凹槽，所述凹槽包括所述金属层所述第一半导体层，所述发光层以及部分所述第二半导体层。

在一实施例中，所述第一金属电极与所述第二金属电极的高度相等，所述第一金属电极及第二金属电极可包括金，镍，钛。

在一实施例中，所述发光二极管芯片包括多个纳米柱，所述纳米柱包括多种不同的结构，所述纳米柱的结构包括圆柱形，圆台形，手电筒形。

在一实施例中，所述发光二极管芯片还包括绝缘层，所述绝缘层位于相邻所述纳米柱之间，以及位于所述第一金属电极以及所述第二金属电极之间，所述绝缘层位于所述绝缘层可包括具有热固性的液态负性光敏绝缘材料。

在一实施例中，所述发光二极管芯片还包括金属焊盘，所述金属焊盘位于所述金属电极上。

在一实施例中，所述发光二极管芯片还包括倒装焊接部分，所述倒装焊接部分位于所述发光二极管芯片对应的位置上。

在一实施例例中，所述倒装焊接部分包括基板，绝缘层，焊盘金属层，所述绝缘层位于所述基板上，所述焊盘金属层位于所述绝缘层上。

本实用新型提出一种发光二极管芯片，通过优化发光二极管芯片的结构，提高了发光二极管芯片的出光效率，提高了发光二极管芯片的性能，同时本实用新型提出的发光二极管芯片结构简单，易于制造。

附图说明

图1：本实用新型提出的一种发光二极管芯片的结构示意图。

图2：纳米柱的结构示意图。

图3：本实用新型提出的一种发光二极管芯片的结构示意图。

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。

需要说明的是，本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，本实施例提出一种发光二极管芯片，包括：衬底10，外延结构，位于所述衬底10上，所述外延结构包括第二半导体层11，发光层12，第一半导体层13，金属层21，位于所述第一半导体层13上，凹槽，位于所述衬底上，金属电极，包括第一金属电极221和第二金属电极222，纳米柱31，位于所述衬底上10，绝缘层32，位于所述第一金属电极221 与所述第二金属电极222之间及位于所述纳米柱31之间，金属焊盘，位于所述金属电极上，倒装焊接部分4，位于所述金属焊盘上。

请参阅图1，在本实施例中，所述衬底10可包括蓝宝石或碳化硅或氧化锌或氮化镓衬底，在一些实施例中，所述衬底10还可包括例如为背面抛光过的氮化镓衬底。

请参阅图1，在本实施例中，所述第二半导体层11位于所述衬底10上，所述发光层12 位于所述第二半导体层11上，所述第一半导体层13位于所述发光层12上，在一些实施例中，所述第二半导体层11和所述衬底10之间还可包括例如缓冲层，以提高芯片质量。在本实施例中，所述第一半导体层13可包括P型半导体层，所述第二半导体层11可包括N型半导体层。

请参阅图1，在本实施例中，所述金属层21位于所述第一半导体层13上，所述金属层可允许当作第一金属电极221的接触电极和反射电极所述金属层21的材料可包括例如为氧化铟锡，掺杂氟的氧化锡，石墨烯。在一些实施例中，所述第一半导体层13和所述金属层21 之间还可包括电流阻挡层。

请参阅图1，在本实施例中，所述发光二极管芯片包括多个所述凹槽，例如为2个，4个，所述凹槽位于所述衬底上，所述凹槽的宽度在微米至毫米之间，例如为20-40微米，所述凹槽包括所述金属层21，所述第一半导体层13，所述发光层12及部分所述第二半导体层11。

请参阅图1，在本实施例中，所述发光二极管芯片包括多个所述金属电极，所述金属电极包括第一金属电极221，第二金属电极222，所述第一金属电极221位于所述第一半导体层13上，所述第二金属电极222位于所述凹槽内的所述第二半导体层11上，所述第一金属电极221和所述第二金属电极222的高度相等。在一些实施例中，所述第一金属电极221可包括P型金属电极，所述第二金属电极222可包括N型金属电极。

请参阅图1-2，在本实施例中，所述发光二极管芯片包括多个纳米柱31，所述纳米柱31 位于所述衬底10上，所述纳米柱31包括所述第一金属电极221，所述金属层21，所述第一半导体层13，所述发光层12及部分所述第二半导体层11。在一些实施例中，所述纳米柱31 可包括多种不同的结构，例如为圆柱形(图2左)，圆台形(图2中)，手电筒形(图2右)，本实施例中，所述纳米柱31的形状为圆柱形。

请参阅图1，在本实施例中，所述绝缘层32位于所述第一金属电极221与所述第二金属电极222之间，以及位于所述纳米柱31之间，在本实施例中，所述绝缘层32的高度高于所述第一金属电极221以及所述第二金属电极222的高度，且在所述第一金属电极221，所述第二金属电极222及所述纳米柱31的顶端具有开口。在本实施例中，所述绝缘层32可为具有热固性的液态负性光敏性绝缘材料。在一些实施例中，所述绝缘层32的材料可包括例如为氧化硅，氮化硅，氧化铝。

请参阅图1，在本实施例中，所述金属焊盘包括第一金属焊盘241，第二金属焊盘242，所述第一金属焊盘241位于所述第一金属电极221及所述纳米柱31上，所述第二金属焊盘 242位于所述第二金属电极222上。在本实施例中，所述第一金属焊盘241可包括P型金属焊盘，所述第二金属焊盘242可包括N型金属焊盘。在本实施例中，所述金属焊盘的材料可包括例如为金，锡或其他金属。

请参阅图1，在本实施例中，所述倒装焊接部分4包括基板41，绝缘层42，焊盘金属层 43。所述基板41可例如为氮化铝陶瓷基板，所述绝缘层42位于所述基板41上，所述绝缘层 42可例如为二氧化硅，所述焊盘金属层43位于所述绝缘层42上，所述焊盘金属层43可例如为金，锡或其他金属。

请参阅图1，在本实施例中，通过焊接将所述焊盘金属层43连接在所述发光二极管芯片上的金属焊盘上。

请参阅图3，在其他实施例中还提出一种发光二极管芯片，包括：衬底10，外延结构，位于所述衬底10上，依次包括第一半导体层13，发光层12，第二半导体层11，金属层21，位于所述外延结构的第一半导体层11上，多个凹槽，位于所述衬底10上，暴露部分所述第二半导体层11，金属电极位于所述金属层21上，包括第一金属电极221及第二金属电极222，所述第一金属电极221位于所述金属层21上，所述第二金属电极222位于所述凹槽内的第二半导体层11上；多个纳米柱23，位于所述衬底10上，依次包括所述第一金属电极221，金属层21，第一半导体层13，发光层12以及部分所述第二半导体层11。

综上所述，本实用新型提出一种纳米发光二极管芯片，通过优化纳米发光二极管芯片的结构，改善了发光二极管芯片的出光效率，提高了发光二极管芯片的性能，同时本实用新型提出的发光二极管芯片制造过程兼容于现有工艺生产条件，具有极大的推广价值。