一种led结构的制作方法

文档序号:10825029
一种led结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种LED结构,在形成电流扩展层之前先形成第一绝缘介质层,并在第一绝缘介质层上设置暴露至少部分P型半导体层的第二窗口,将电流扩展层设置于第二窗口之内,如此可解决钝化保护层在电流扩展层的侧壁密封性不佳的问题。同时,采用此种方式腐蚀电流扩展层时可以实现自对准功能,与现有技术相比,发光面积更稳定,LED结构的亮度一致性更高。
【专利说明】
一种LED结构
技术领域
[0001]本实用新型属于光电芯片制造领域,尤其涉及一种LED结构。
【背景技术】
[0002]近年,随着图案化衬底的使用以及外延技术的进步,发光二极管(LED)中的外延层晶体质量得以显著的提高。相应地,LED的发光效率得到大幅的提升,在照明应用中具有健康、节能、环保的优点。LED已经广泛应用于显示屏、液晶背光源、交通指示灯、室外照明等领域,并且开始向室内照明、汽车用灯、舞台用灯、特种照明等领域渗透。LED的质量与衬底结构、外延工艺、电极制作工艺及流程、钝化保护结构等息息相关。钝化保护结构是隔离LED器件与外界环境的保护层结构,已经成为影响LED可靠性和寿命等质量的关键因素。
[0003]然而,
【申请人】经过长期研究发现,现有的钝化保护结构仍然是LED器件技术的薄弱环节。在现有技术中,LED的钝化保护结构通常是在电极制作完成后通过PECVD(等离子体增强化学气相沉积)工艺形成的一层氧化硅或氮化硅的保护层。PECVD工艺的自然属性是沉积层的厚度受到表面形貌的影响,在台阶的侧壁上形成的二氧化硅层或氮化硅层的厚度更薄。因此,LED台阶的侧壁处不能得到充分的保护,导致LED出现漏电、失效等问题,严重影响了 LED的良率、成本、可靠性和使用寿命。此类问题在使用环境的温湿度或酸碱度变化频繁的特种照明领域显得更为突出。为解决上述问题,
【申请人】曾尝试提高二氧化硅层或氮化硅层的厚度以改善LED器件钝化保护结构的质量,然而该方法的效果并不明显,并且,过厚的二氧化硅层或氮化硅层还会在降低LED器件的发光亮度的同时引入附加的应力,在LED器件的台阶侧壁处容易出现二氧化硅层或氮化硅层因应力产生的断裂,从而导致二氧化硅层或氮化硅层隔离不良的问题。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种LED结构,以解决现有的技术问题。
[0005]为解决上述技术问题,本实用新型提供一种LED结构,包括
[0006]衬底;
[0007]外延层,所述外延层包括依次形成于所述衬底上的N型半导体层、有源层以及P型半导体层,所述外延层中形成有至少一个暴露所述N型半导体层的凹槽;
[0008]第一绝缘介质层,所述第一绝缘介质层覆盖所述P型半导体层以及凹槽的表面,所述第一绝缘介质层中形成有暴露至少部分凹槽的第一窗口以及暴露至少部分P型半导体层的第二窗口;
[0009]电流扩展层,所述电流扩展层形成于第二窗口内的P型半导体层上,所述电流扩展层的厚度小于或等于所述第一绝缘介质层的厚度;
[0010]第二绝缘介质层,所述第二绝缘介质层覆盖所述第一绝缘介质层、电流扩展层和被第一窗口暴露的N型半导体层,所述第二绝缘介质层中形成有第一开孔和第二开孔;以及[0011 ]第一焊盘和第二焊盘,所述第一焊盘通过第一开孔与N型半导体层形成电连接,所述第二焊盘通过第二开孔与P型半导体层形成电连接。
[0012]可选的,在所述的LED结构中,所述电流扩展层的厚度小于或等于所述第一绝缘介质层的厚度。
[0013]可选的,在所述的LED结构中,所述第二开孔贯穿所述第二绝缘介质层,所述第二焊盘与所述电流扩展层接触。
[0014]可选的,在所述的LED结构中,所述第二开孔贯穿所述第二绝缘介质层和电流扩展层,所述第二焊盘与所述P型半导体层接触。
[0015]可选的,在所述的LED结构中,所述电流扩展层的材质为ITO或ZnO中的至少一种。
[0016]可选的,在所述的LED结构中,所述第一绝缘介质层的材质为化合物或聚合物中的至少一种。进一步的,所述化合物为硅的氧化物、硅的氮化物或硅的氮氧化物,所述聚合物为聚酰亚胺。
[0017]可选的,在所述的LED结构中,所述第二绝缘介质层的材质为化合物或聚合物中的至少一种。进一步的,所述化合物为硅的氧化物、硅的氮化物或硅的氮氧化物,所述聚合物为聚酰亚胺。
[0018]可选的,在所述的LED结构中,所述第一绝缘介质层的厚度比所述电流扩展层的厚度大0.1微米。
[0019]可选的,在所述的LED结构中,所述电流扩展层的厚度小于或等于0.5微米。进一步的,所述电流扩展层采用溅射工艺形成,所述电流扩展层的厚度小于等于0.1微米;或者,所述电流扩展层采用蒸发工艺形成,所述电流扩展层的厚度为0.2?0.3微米。
[0020]可选的,在所述的LED结构中,所述凹槽的深度大于所述有源层和P型半导体层厚度的总和且小于所述外延层的厚度。
[0021 ]与现有技术相比,本实用新型提供LED结构具有如下优点:
[0022]—、本实用新型在形成电流扩展层之前先形成了第一绝缘介质层,并在第一绝缘介质层上设置了暴露至少部分P型半导体层的第二窗口,将电流扩展层设置于所述第二窗口之内,所述第一绝缘介质层和第二绝缘介质层共同组成钝化保护结构,此方案解决了现有技术中钝化保护层在电流扩展层的侧壁密封性不佳的问题;同时,采用此种方式腐蚀电流扩展层时可以实现自对准功能,与现有技术相比,发光面积更稳定,LED结构的亮度一致性更尚;
[0023]二、本实用新型在形成第二绝缘介质膜之后形成焊盘,避免了现有技术中钝化保护层在焊盘周围密封性不佳的问题。
【附图说明】
[0024]图1是本实用新型实施例一中衬底的剖面结构图;
[0025]图2是本实用新型实施例一中形成外延层后的剖面结构图;
[0026]图3是本实用新型实施例一中形成凹槽后的剖面结构图;
[0027]图4是本实用新型实施例一中形成第一绝缘介质膜后的剖面结构图;
[0028]图5是本实用新型实施例一中形成第一窗口和第二窗口后的剖面结构图;
[0029]图6是本实用新型实施例一中形成电流扩展层后的剖面结构图;
[0030]图7是本实用新型实施例一中形成光刻胶后的剖面结构图;[0031 ]图8是本实用新型实施例一中图形化所述光刻胶后的剖面结构图;
[0032]图9是本实用新型实施例一中腐蚀电流扩展层后的剖面结构图;
[0033]图10是本实用新型实施例一中去除光刻胶后的剖面结构图;
[0034]图11是本实用新型实施例一中形成第二绝缘介质层后的剖面结构图;
[0035]图12是本实用新型实施例一中形成第一开孔和第二开孔后的剖面结构图;
[0036]图13是本实用新型实施例一中形成第一焊盘和第二焊盘后的剖面结构图;
[0037]图14是本实用新型实施例二中形成第一开孔和第二开孔后的剖面结构图;
[0038]图15是本实用新型实施例二中形成第一焊盘和第二焊盘后的剖面结构图;
[0039]图中:
[0040]衬底-100;
[0041 ]外延层-110; N型半导体层-111;有源层112; P型半导体层-113;凹槽-1 1a ;
[0042]第一绝缘介质层-120 ;第一窗口 -120a ;第二窗口 _120b ;
[0043]电流扩展层-130;
[0044]光刻胶-140;图形化的光刻胶-140’;
[0045]第二绝缘介质层-150;第一开孔-150a;第二开孔-150b;
[0046]第一焊盘161;第二焊盘162。
【具体实施方式】
[0047]以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的LED结构作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书,本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
[0048]实施例一
[0049]参考图13,并结合图1至图12所示,本实施例提供的LED结构包括:
[0050]衬底100;
[0051 ]外延层110,所述外延层110包括依次形成于衬底100上的N型半导体层111、有源层112以及P型半导体层113,所述外延层110中形成有至少一个暴露所述N型半导体层111的凹槽I 1a;
[0052]第一绝缘介质层120,所述第一绝缘介质层120覆盖所述P型半导体层113以及凹槽IlOa的表面,所述第一绝缘介质层120中形成有暴露至少部分凹槽IlOa的第一窗口 120a以及暴露至少部分P型半导体层113的第二窗口 120b;
[0053]电流扩展层130,所述电流扩展层130形成于第二窗口120b内的P型半导体层113上;
[0054]第二绝缘介质层150,所述第二绝缘介质层150覆盖所述第一绝缘介质层120、电流扩展层130和被第一窗口 120a暴露的N型半导体层111,所述第二绝缘介质层150中形成有暴露至少部分N型半导体层111的第一开孔150a以及暴露至少部分电流扩展层130的第二开孔150b;
[0055]第一焊盘161和第二焊盘162,所述第一焊盘161通过第一开孔150a与N型半导体层111形成电连接,所述第二焊盘162通过第二开孔150b和电流扩展层130与P型半导体层113形成电连接。
[0056]优选的,所述电流扩展层130的厚度小于或等于所述第一绝缘介质层120的厚度,即小于或等于第二窗口 120b的深度,更有利于确保钝化保护结构在电流扩展层130的侧壁的密封性能。
[0057]其中,所述衬底100的材质可以为蓝宝石衬底、硅衬底、碳化硅衬底、氧化锌衬底中的任意一种。所述电流扩展层130的材质可以为氧化铟锡(ITO)或氧化锌(ZnO)中的至少一种。所述第一绝缘介质层120的材质可以为化合物或聚合物中的至少一种,进一步的,所述化合物为硅的氧化物、硅的氮化物或硅的氮氧化物,所述聚合物可以是聚酰亚胺。同样,所述第二绝缘介质层150的材质可以为化合物或聚合物中的至少一种,进一步的,所述化合物为硅的氧化物或硅的氮化物或硅的氮氧化物中的一种或多种组合,所述聚合物可以是聚酰亚胺。所述第一绝缘介质层120和第二绝缘介质层150的材质可以相同也可以不相同,在此并不做限定。
[0058]下面将以第一绝缘介质层120和第二绝缘介质层150均为化合物为例,结合附图1?13对本实用新型的LED结构的制作方法作更详细的描述。
[0059]如图1所示,提供一衬底100,所述衬底100可以为蓝宝石衬底、硅衬底、碳化硅衬底、氧化锌衬底中的任意一种。
[0060]如图2所示,在所述衬底100上形成依次包括N型半导体层111、有源层112和P型半导体层113的外延层110,所述外延层110可通过金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)工艺、氢化物气相外延(HVPE)工艺或分子束外延技术形成。
[0061]如图3所示,通过刻蚀工艺在所述外延层110中形成至少一个暴露所述N型半导体层111的凹槽110a。优选的,所述凹槽IlOa的深度大于所述有源层112和P型半导体层113厚度的总和且小于所述外延层110的厚度。
[0062]如图4所示,在所述P型半导体层113以及所述凹槽IlOa的表面上形成第一绝缘介质层120。所述第一绝缘介质层120的材质例如是硅的氧化物、硅的氮化物或硅的氮氧化物。可通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺、低压化学气相沉积(LPCVD)工艺、溅射工艺或喷涂工艺形成所述第一绝缘介质层120,并通过干法刻蚀或湿法刻蚀工艺形成所述第一窗口 120a 和第二窗口 120b。
[0063]如图5所示,在第一绝缘介质层120上形成暴露至少部分凹槽IlOa的第一窗口 120a和暴露至少部分P型半导体层113的第二窗口 120b。
[0064]如图6所示,在所述第一绝缘介质层120以及第一窗口 120a和第二窗口 120b表面形成电流扩展层130。所述电流扩展层130的材质例如为ITO或ZnO中的至少一种,其可通过蒸发或溅射工艺形成。其中,所述电流扩展层130的厚度小于或等于所述第一绝缘介质层120的厚度,例如,第一绝缘介质层120厚度比电流扩展层130的厚度大0.1微米。优选的,所述电流扩展层130的厚度小于或等于0.5微米,具体而言,采用溅射工艺形成的电流扩展层130的厚度尤其适宜小于等于0.1微米,采用蒸发工艺形成的电流扩展层130的厚度尤其适宜为
0.2?0.3微米。
[0065 ]如图7所示,在电流扩展层130上旋涂光刻胶140。
[0066]如图8所示,通过曝光和显影工艺图形化所述光刻胶140,形成图形化的光刻胶140’,所述图形化的光刻胶140’覆盖所述第二窗口 120b内的电流扩展层130。
[0067]如图9所示,通过湿法腐蚀工艺去除未被图形化的光刻胶140’覆盖的电流扩展层130,S卩,保留第二窗口 120b内的电流扩展层130。由于本实施例中在电流扩展层130形成之前形成了第一绝缘介质层120,并在第一绝缘介质层120上设置了暴露至少部分P型半导体层113的第二窗口 120b,从而将所述电流扩展层130设置于所述第二窗口 120b之内,且电流扩展层130的厚度小于或等于第一绝缘介质层120的厚度,因此解决了现有技术中钝化保护层在电流扩展层的侧壁密封性不佳的问题。
[0068]另一方面,此方式在电流扩展层刻蚀时可以实现自对准功能。具体而言,传统的电流扩展层腐蚀工艺难度较大,是因为如果电流扩展层130腐蚀不净容易导致漏电,因此实践中通常会采取过腐蚀的方式,而过腐蚀若控制不当则会导致电流扩展层130面积缩小,影响LED发光亮度。在本实施例中,图形化的光刻胶140 ’的边缘位置与第一绝缘介质层120相接触,第二窗口 120b内的电流扩展层130被图形化的光刻胶140’和第一绝缘介质层120保护,即便过腐蚀第二窗口 120b内的电流扩展层130也不会被损伤,电流扩展层130图形位置和面积不会发生变化,与现有技术相比,发光面积更稳定,LED的亮度一致性更高。
[0069]如图10所示,去除图形化的光刻胶140’,第二窗口120b内的电流扩展层130被暴露出来。
[0070]如图11所示,通过PECVD工艺、LPCVD工艺、溅射工艺或喷涂工艺在所述第一绝缘介质层120、电流扩展层130和被第一窗口 120a暴露的N型半导体层111上形成第二绝缘介质层150。所述第二绝缘介质层150的材质例如是硅的氧化物、硅的氮化物或硅的氮氧化物。
[0071]如图12所示,通过刻蚀工艺在所述第二绝缘介质层150上形成暴露至少N型半导体层111的第一开孔150a和暴露至少部分电流扩展层130的第二开孔150b。
[0072]如图13所示,在所述第一开孔150a内形成第一焊盘161,在所述第二开孔150b内形成第二焊盘162,所述第一焊盘161通过第一开孔150a与N型半导体层111形成电连接,所述第二焊盘162通过第二开孔150b与电流扩展层130形成电连接。可通过蒸发、溅射或喷涂工艺形成金属薄膜再利用光刻和刻蚀工艺对其图形化进而形成第一焊盘161和第二焊盘162。本实施例中,形成第二绝缘介质层150之后形成第一焊盘161和第二焊盘162,避免了现有技术中钝化保护层在第一焊盘161和第二焊盘162周围密封性不佳的问题。
[0073]综上所述,本实用新型在形成电流扩展层之前先形成了第一绝缘介质层,并在第一绝缘介质层上设置了暴露至少部分P型半导体层的第二窗口,将所述电流扩展层设置于所述第二窗口之内,此方案解决了现有技术中钝化保护层在电流扩展层的侧壁密封性不佳的问题。另外,采用此种方式刻蚀电流扩展层时可以实现自对准功能,与现有技术相比,发光面积更稳定,LED结构的亮度一致性更高。此外,本实用新型在形成第二绝缘介质膜之后形成焊盘,避免了现有技术中钝化保护层在焊盘周围密封性不佳的问题。总之,本实用新型通过优化工艺流程及合理设计第一绝缘介质层和第二绝缘介质层的结构,提高了 LED在复杂使用环境中的竞争力。
[0074]实施例二
[0075]如图14和图15所示,本实施例中,第二开孔150b贯穿第二绝缘介质层150和电流扩展层130,暴露P型半导体层113,这样,第二焊盘162直接与P型半导体层113接触,可以增加第二焊盘162的粘附性(或牢固性)。
[0076]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。对于实施例公开的结构而言,由于与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
[0077]上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述,并非对本实用新型范围的任何限定,本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰,均属于权利要求书的保护范围。
【主权项】
1.一种LED结构,其特征在于,包括 衬底; 外延层,所述外延层包括依次形成于所述衬底上的N型半导体层、有源层以及P型半导体层,所述外延层中形成有至少一个暴露所述N型半导体层的凹槽; 第一绝缘介质层,所述第一绝缘介质层覆盖所述P型半导体层以及凹槽的表面,所述第一绝缘介质层中形成有暴露至少部分凹槽的第一窗口以及暴露至少部分P型半导体层的第二窗口; 电流扩展层,所述电流扩展层形成于第二窗口内的P型半导体层上; 第二绝缘介质层,所述第二绝缘介质层覆盖所述第一绝缘介质层、电流扩展层和被第一窗口暴露的N型半导体层,所述第二绝缘介质层中形成有第一开孔和第二开孔;以及 第一焊盘和第二焊盘,所述第一焊盘通过第一开孔与N型半导体层形成电连接,所述第二焊盘通过第二开孔与P型半导体层形成电连接。2.如权利要求1所述的LED结构,其特征在于,所述电流扩展层的厚度小于或等于所述第一绝缘介质层的厚度。3.如权利要求1所述的LED结构,其特征在于,所述第二开孔贯穿所述第二绝缘介质层,所述第二焊盘与所述电流扩展层接触。4.如权利要求1所述的LED结构,其特征在于,所述第二开孔贯穿所述第二绝缘介质层和电流扩展层,所述第二焊盘与所述P型半导体层接触。5.如权利要求1所述的LED结构,其特征在于,所述电流扩展层的材质为ITO或ZnO。6.如权利要求1所述的LED结构,其特征在于,所述第一绝缘介质层的材质为硅的氧化物、硅的氮化物、硅的氮氧化物或聚酰亚胺。7.如权利要求1所述的LED结构,其特征在于,所述第二绝缘介质层的材质为硅的氧化物、硅的氮化物、硅的氮氧化物或聚酰亚胺。8.如权利要求1至7中任一项所述的LED结构,其特征在于,所述第一绝缘介质层的厚度比所述电流扩展层的厚度大0.1微米。9.如权利要求1至7中任一项所述的LED结构,其特征在于,所述电流扩展层的厚度小于或等于0.5微米。10.如权利要求1至7中任一项所述的LED结构,其特征在于,所述凹槽的深度大于所述有源层和P型半导体层厚度的总和且小于所述外延层的厚度。
【文档编号】H01L33/00GK205508858SQ201620301196
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】李东昇, 丁海生, 马新刚
【申请人】杭州士兰明芯科技有限公司
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