一种led芯片结构与制造方法
【技术领域】
[0001]本发明创造属于半导体光电组件结构设计与制造技术领域，具体涉及一种高亮度的发光二极管芯片的结构与制造方法。
【背景技术】
[0002]发光二极管(Light-Emitting D1de，简称LED)是一种能将电能转化为光能的半导体电子元件，其中，LED芯片是发光二极管的核心组件。LED芯片的有两个主要组成部分，一是P型半导体，空穴占主导地位，二是N型半导体，电子占主导地位。这两种半导体连接起来的时候，它们之间形成一个P-N结，当正向电流通过导线作用于LED芯片时，电子会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。
[0003]在现有的LED芯片技术中，为了阻挡接触电极下方有电流路径并出光，也就是避免光线在遮光处被遮蔽与吸收，通常的作法是在电极下方加绝缘层(如S12)或形成肖特基接触(Schottky contact)，但此法仍有少部分载子会在电极下方复合发光，即浪费这部分的输入载子。
[0004]另外，在传统工艺对LED芯片进行划裂(laser dicing)或切割的过程中，直接切过金属面(Al，Au，Ag等)或吸光物质(Si，GaAs衬底等)，使得具有导电性和/或吸旋光性的副产物(b1-product)容易溅附甚至镶崁到芯片的正面和/或侧壁，在无绝对强度及厚度的保护层存在的情况下，将使芯片短路甚至“吸光”。该“吸光”是因-product表面呈焦黑状，反射率极低，造成出光能量被其吸收，进而损失光效的现象。
【发明内容】
[0005]本发明创造为解决现有技术中的问题，提供了一种LED芯片结构与制造方法，一方面能够减少部分载子在电极下方的复合发光，另一方面能够防止划裂或切割过程中副产物溅射造成的芯片短路和/或吸光。
[0006]本发明创造提供的LED芯片具有如下结构，在所述芯片内，于垫片(Pad)和/或触点(finger)的下方分别设有一个或多个区域性移除的凹槽结构，所述凹槽结构自第二半导体层底部向上跨越第二半导体层与多量子阱(MQW)层后一直延伸至第一半导体层层内，所述凹槽结构内的侧面和/或槽底面上设有绝缘层。
[0007]优选的，所述Pad和/或finger的下方分别设有一个凹槽结构，所述凹槽结构的槽底面面积等于或大于与其竖直位置上相对应的Pad和/或finger所占平面的面积。
[0008]其中，所述凹槽结构的截面可为矩形，优选地呈上窄下宽的等腰梯形，所述梯形内锐角的角度优选的大于45°。
[0009]进一步，所述凹槽结构内的侧面和/或槽底面上，有绝缘层的则于所述绝缘层上还设有与所述第二半导体层下方邻接的金属层衔接的金属保护层，自所述金属保护层两端的衔接位置向凹槽结构内部形成一中空空间，所述中空空间下方为与所述金属层下方邻接的常规设置的功能层，如粘接层，所述粘接层优选为金属粘接层。
[0010]进一步，所述功能层直接或通过若干其他常规设置的结构功能层间接与衬底(Substrate)连接。
[0011]作为优选的方案，所述金属层与金属保护层由同种材料制得；所述金属层或金属保护层可以为金属镜面层，也可以为金属粘接层。
[0012]作为优选的方案，所述功能层与所述金属层由同种材料制得。
[0013]作为优选的方案，当LED芯片采用卧式η极侧上LED结构(Horizontal-typen-side up LED structure)时，所述中空空间内可填充粘接材料，该粘接材料优选的可与作为功能层的粘接层一体连接并且组成材料相同。
[0014]其中，所述第一半导体层和第二半导体层各自独立地为η型半导体层和P型半导体层之一，且二者不同时为η型半导体层或P型半导体层。构成第一半导体层和第二半导体层的材料可为常用半导体材料，包括但不限于InGaN三元或GaAsInP等四元半导体材料。
[0015]其中，所述凹槽结构内绝缘层的厚度为0.1-1μηι，优选为0.Ιμπι或其倍数；绝缘层的材料可以为S1x, SiNx, T12, AlxOy, MgF2等高穿透率氟/氮/氧化物，优选为兼具低折射率及高热传导率材料MgF2。
[0016]其中，所述凹槽结构内金属保护层的厚度为0.2-1 μπι，优选为0.5 μπι ;金属保护层的材料可以为Ag, Al, Au等对于LED光源具高反射率特性的金属或合金，优选为金属Ag。
[0017]为了切割的目的，在LED芯片制作过程中的外延片上，于外延片切割道下方、延切割道方向上，可独立于上述LED芯片结构、或与上述LED芯片结构并存地，设置一个区域性移除的凹槽结构，所述凹槽结构自第二半导体层底部向上跨越第二半导体层与多量子阱(MQff)层后一直延伸至第一半导体层层内，所述凹槽结构内的侧面和/或槽底面上设有绝缘层。
[0018]其中，所述凹槽结构的截面可为矩形，优选地任意的凹槽结构也可呈上窄下宽的等腰梯形，所述梯形内锐角的角度优选的大于45°。
[0019]进一步，所述凹槽结构内的侧面和/或槽底面上，有绝缘层的则于所述绝缘层上还设有与所述第二半导体层下方邻接的金属层衔接的金属保护层，自所述金属保护层两端的衔接位置向凹槽结构内部形成一中空空间，所述中空空间下方为与所述金属层下方邻接的常规设置的功能层，如粘接层，所述粘接层优选为金属粘接层。
[0020]进一步，所述功能层直接或通过若干其他常规设置的结构功能层间接与衬底(Substrate)连接。
[0021]作为优选的方案，所述金属层与金属保护层由同种材料制得；所述金属层或金属保护层可以为金属镜面层，也可以为金属粘接层。
[0022]作为优选的方案，所述功能层与所述金属层由同种材料制得。
[0023]作为优选的方案，当LED芯片采用卧式η极侧上LED结构(Horizontal-typen-side up LED structure)时，所述中空空间内可填充粘接材料，该粘接材料优选的可与作为功能层的粘接层一体连接并且组成材料相同。
[0024]其中，所述第一半导体层和第二半导体层各自独立地为η型半导体层和P型半导体层之一，且二者不同时为η型半导体层或P型半导体层。构成第一半导体层和第二半导体层的材料可为常用半导体材料，包括但不限于InGaN三元或GaAsInP等四元半导体材料。
[0025]其中，所述凹槽结构内绝缘层的厚度为0.1-1μηι，优选为0.1 μπι或其倍数；绝缘层的材料可以为S1x, SiNx, T12, AlxOy, MgF2等高穿透率氟/氮/氧化物，优选为兼具低折射率及高热传导率材料MgF2。
[0026]其中，所述凹槽结构内金属保护层的厚度为0.2-1 μm，优选为0.5 μπι ;金属保护层的材料可以为Ag, Al, Au等对于LED光源具高反射率特性的金属或合金，优选为金属Ag。
[0027]本发明创造LED芯片的一种制造方法包括如下步骤:(I)通过常规方法在第一衬底上依次获得第一半导体层、MQW层和第二半导体层；(2)在适当位置定义凹槽结构图形，并依照定义的图形结构自第二半导体层外表面向内蚀刻，形成凹槽结构；(3)用常规方法在蚀刻好的凹槽结构内侧面和/或槽底面上镀绝缘层；(4)用常规方法在第二半导体层外表面和凹槽结构内镀有或未镀有绝缘层的面上连续镀上金属层或金属保护层；(5)将镀有金属层或金属保护层的一面与第二衬底通过功能层结合；(6)去除第一衬底并依照常规方法进行包括制作接触电极、粗化、切割等后续步骤。
[0028]本发明创造一方面通过在Pad和/Sfinger的下方设置区域性移除的凹槽结构，并进一步设置绝缘层和金属保护层，具有引导电流和全方位反射镜(ODR)的功效，电流路