一种LED芯片及其制作方法与流程

本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种led芯片及其制作方法。

背景技术：

led(lightemittingdiode，发光二极管)是一种利用载流子复合时释放能量形成发光的半导体器件，led芯片具有耗电低、色度纯、寿命长、体积小、响应时间快、节能环保等诸多优势。

发光二极体目前已经发展成为一个通用的照明，对产品的特性要求也越来越高。一般要求是到亮度、低电压，高可靠性。

图1是现有的led芯片结构示意图，现有的led芯片，一般对外延层进行刻蚀，刻蚀至n型gan层23，以形成裸露区域24，然后在裸露出来的n型gan层23上形成n电极31。其中，n电极31与n型gan层23的接触面为平面，接触面积相对较少，不利于电流的扩展。此外，在后续的封装打线中，n电极31容易出现掉电极，可靠性低。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种led芯片及其制作方法，增加电极接触面积和结合力，提高芯片的电流扩展能力，降低芯片电压，以及提高芯片的可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种led芯片，包括衬底，依次设于衬底上的第一半导体层、有源层、第二半导体层，第一电极和第二电极，还包括裸露区域和n个孔洞，n≥2，所述裸露区域从第二半导体层刻蚀至第一半导体层，以将第一半导体层裸露出来，n个孔洞均位于第一半导体层内，第1个孔洞位于裸露区域的下方，且与裸露区域连通，第n个孔洞位于第(n-1)个孔洞的下方，且与第(n-1)个孔洞连通，n个孔洞形成阶梯结构，第1个孔洞的直径到第n个孔洞的直径依次递减，所述第一电极设置在裸露出来的第一半导体层上并延伸至n个孔洞内，所述第二电极设置在第二半导体层上。

作为上述方案的改进，所述裸露区域和n个孔洞的总深度为0.7～1.5μm。

作为上述方案的改进，第1个孔洞的深度为(0.06～0.1)*nμm，第2个孔洞的深度为(0.06～0.1)*(n-1)μm，第n个孔洞的深度为(0.06～0.1)*1μm。

作为上述方案的改进，第1个孔洞的深度为0.08*nμm，第2个孔洞的深度为0.08*(n-1)μm，第n个孔洞的深度为0.08*1μm。

作为上述方案的改进，所述孔洞的侧壁与底部形成一倾斜角度，所述倾斜角度为120～150度。

作为上述方案的改进，所述第一电极包括第一金属层和第二金属层，所述第一金属层设置在第一半导体层上并填充在孔洞内，所述第二金属层覆盖在第一金属层上，将第一金属层裸露出来的部分包裹，第一金属层的润湿性小于第二金属层的润湿性。

作为上述方案的改进，所述第一金属层还包括cr、al和pt中一种或几种金属。

相应地，本发明还提供了一种led芯片的制作方法，包括：

在衬底上形成外延层，所述外延层包括依次设于衬底上的第一半导体层、有源层和第二半导体层；

对所述外延层进行刻蚀，刻蚀至第一半导体层，形成裸露区域；

对裸露出来的第一半导体层进行刻蚀，形成第1个孔洞；

沿着第1个孔洞继续刻蚀，形状第2个孔洞；

沿着第(n-1)个孔洞继续刻蚀，形成第n个孔洞，其中，第1个孔洞的直径到第n个孔洞的直径依次递减，n个孔洞形成阶梯结构；

在裸露出来的第一半导体上及n个孔洞内形成第一电极，在第二半导体层上形成第二电极。

作为上述方案的改进，采用黄光开图和化学药剂腐蚀来蚀刻外延层，以形成裸露区域和n个孔洞。

作为上述方案的改进，所述化学药剂为koh或h3po4溶液，其中，将外延层浸泡在80～90℃的腐蚀溶液中20～40min。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明的提供的一种led芯片，包括衬底，依次设于衬底上的第一半导体层、有源层、第二半导体层，第一电极和第二电极，还包括裸露区域和n个孔洞，n≥2，本发明的第一电极不仅与裸露出来的第一半导体层表面结合，而且还通过n个阶梯状结构的孔洞伸入到第一半导体层内，与第一半导体层的内部结合。

本发明通过n个孔洞来增加第一电极和第一半导体层的接触面积，从而使第一电极与第一半导体层结合得更加牢固，从而提高后续封装打线的可靠性。此外，由于第一电极和第一半导体层的接触面积增加，两者之间的电流扩展性能也相应增加，从而可以还提高芯片整体的电流扩展性能，降低芯片的电压，提高光效。

发明对第一电极的结构进行了特殊设计，以配合孔洞的形状和大小，以保证第一电极能够在第一孔洞内形成，同时增强两者的结合力。

附图说明

图1是现有led芯片的结构示意图；

图2是本发明第一方案led芯片的结构示意图；

图3是本发明第二方案led芯片的结构示意图；

图4a是本发明第一方案led芯片在形成外延层后的结构示意图；

图4b是本发明第一方案led芯片在形成裸露区域后的结构示意图；

图4c是本发明第一方案led芯片在形成第1个孔洞后的结构示意图；

图4d是本发明第一方案led芯片在形成第2个孔洞后的结构示意图；

图4e是本发明第一方案led芯片在形成第3个孔洞后的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

参见图2，本发明提供的一种led芯片，包括衬底10，依次设于衬底10上的第一半导体层20、有源层30、第二半导体层40，第一电极51、第二电极52、裸露区域61和孔洞62。

本发明的裸露区域61从第二半导体层40刻蚀至第一半导体层20，以将第一半导体层20裸露出来。所述裸露区域61为第一电极51的预设区域，现有的第一电极51就是设置在裸露出来的第一半导体层20上。

本发明的孔洞62有n个，n≥2。n个孔洞62均位于第一半导体层20内，即孔洞62没有贯穿第一半导体层20。

具体的，第1个孔洞62位于裸露区域61的下方，且与裸露区域61连通。即，第1个孔洞62沿着裸露区域61继续刻蚀第一半导体层20。第n个孔洞62位于第(n-1)个孔洞62的下方，且与第(n-1)个孔洞62连通。即，后一个孔洞62沿着前一个孔洞62继续刻蚀第一半导体层20。

本发明的n个孔洞62形成阶梯结构。优选的，第1个孔洞62的直径到第n个孔洞62的直径依次递减。

本发明的第一电极51设置在裸露出来的第一半导体层20上并延伸至n个孔洞62内，本发明的第二电极52设置在第二半导体层40上。

与现有技术相比，本发明的第一电极不仅与裸露出来的第一半导体层表面结合，而且还通过n个阶梯状结构的孔洞伸入到第一半导体层内，与第一半导体层的内部结合。

本发明通过n个孔洞来增加第一电极和第一半导体层的接触面积，从而使第一电极与第一半导体层结合得更加牢固，从而提高后续封装打线的可靠性。此外，由于第一电极和第一半导体层的接触面积增加，两者之间的电流扩展性能也相应增加，从而可以还提高芯片整体的电流扩展性能，降低芯片的电压，提高光效。

需要说明的是，裸露区域和n个孔洞的刻蚀深度对芯片的整体光电性能起着重要的影响，其与第一半导体层、有源层和第二半导体层的厚度有着一定的联系。优选的，裸露区域和n个孔洞的总深度为0.7～1.5μm。

本发明每一个孔洞的刻蚀深度是不一样的，优选的，第1个孔洞的深度为(0.06～0.1)*nμm，第2个孔洞的深度为(0.06～0.1)*(n-1)μm，第n个孔洞的深度为(0.06～0.1)*1μm。本发明n个孔洞的刻蚀深度是依次递减的，因为n个孔洞的直径是依次递减的，这样便于蚀刻形成孔洞。此外，本发明越靠近衬底的孔洞直径和深度越小，这样可以避免刻蚀时对衬底造成损伤，防止衬底与第一半导体层发生脱离和出现裂痕，保证芯片的整体质量。

优选的，第1个孔洞的深度为0.08*nμm，第2个孔洞的深度为0.08*(n-1)μm，第n个孔洞的深度为0.08*1μm。

更优的，第1个孔洞的深度为0.24μm，第2个孔洞的深度为0.16μm，第3个孔洞的深度为0.08μm。

参见图3，图3是本发明另一优选方案的led芯片的结构示意图，为了进一步增加第一电极和第一半导体层的接触面积，本发明每个孔洞的侧壁与底部形成一倾斜角度θ，优选的，所述倾斜角度θ为120～150度。

由于本发明的第一电极需要伸入到第一电极内，以增加两者的结构力，因此本发明对第一电极的结构进行了特殊设计，以配合孔洞的形状和大小，以保证第一电极能够在第一孔洞内形成，同时增强两者的结合力。具体的，本发明的第一电极51包括第一金属层511和第二金属层512，所述第一金属层511设置在第一半导体层20上并填充在孔洞62内，所述第二金属层512覆盖在第一金属层511上，将第一金属层511裸露出来的部分包裹。其中，第一金属层511的润湿性小于第二金属层522的润湿性。

润湿性是材料表面的重要特性之一，通过静态接触角来表征，影响润湿性的因素主要是材料表面的化学组成和微观结构，主要通过表面修饰和表面微造型来改变材料表面润湿性。具体的，所述润湿性大的金属在高温、超声或真空状态下不容易发生收缩；而润湿性小的金属在高温、超声或真空状态下容易发生收缩，并产生金属迁移，其中，润湿性大的金属在迁移的时候遇到润湿性小金属，则会在润湿性小的金属上发生团聚，进行二次生长，增加其金属层的厚度。

优选的，所述第一金属层511至少包括cu、co、fe和zn中的一种或几种金属，以上金属为润湿性小的金属或不具有润湿性的金属。所述第二金属层512至少包括ni、au、ti和in中的一种或几种金属，以上金属为润湿性大的金属。

本发明的第一电极在高温、超声波或真空状态下，第二金属层的金属会迁移到第一金属层上，从而发生团聚、进行二次生长，由于第二金属层将第一金属层包裹住，这样在金属发生团聚时，可以加强第一金属层与第一半导体层的结合力，进一步减少掉电极发生的概率，提高芯片的可靠性。

为了进一步提高第一电极与第一半导体层之间的电流扩展性能，本发明的第一金属层还包括cr、al和pt中一种或几种金属。

优选的，第一金属层的结构为cr/cu/co/zn/pt，cr作为底层，其作用是为了其它金属层更好地附着在第一半导体层上，防止掉电极。pt作为顶层，可以保护整个电极。

本发明通过第一电极的结构与n个孔洞的结构相配合，进一步提高第一电极和第一半导体层的结合力，提到芯片的电流扩展能力。

相应地，本发明还提供了一种led芯片的制作方法，包括以下步骤：

一、参见图4a，在衬底10上形成外延层，所述外延层包括依次设于衬底10上的第一半导体层20、有源层30和第二半导体层40；

二、参见图4b，对所述外延层进行刻蚀，刻蚀至第一半导体层20，形成裸露区域61，将部分的第一半导体层20裸露出来；

三、参见图4c，对裸露出来的第一半导体层20进行刻蚀，形成第1个孔洞62；

四、参见图4d，沿着第1个孔洞62继续刻蚀，形状第2个孔洞63；

五、参见图4e，沿着第2个孔洞63继续刻蚀，形成第3个孔洞64；

六、参见图2，在裸露出来的第一半导体层20上及3个孔洞内形成第一电极51，在第二半导体层40上形成第二电极52。

需要说明的是，第1个孔洞62的直径＞第2个孔洞63的直径＞第3个孔洞64的直径。本实施例3个孔洞的直径依次递减，3个孔洞形成阶梯结构；

具体的，采用黄光开图和化学药剂腐蚀来蚀刻外延层，以形成裸露区域和3个孔洞。

为了提高蚀刻速度和蚀刻精度，本发明的化学药剂为koh或h3po4溶液，其中，将外延层浸泡在80～90℃的腐蚀溶液中20～40min。

需要说明的是，本发明还可以通过icp刻蚀的方法来形成裸露区域和孔洞。

本发明led芯片的制作方法，操作简单，不需要增加额外的设备和试剂。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。