发光二极管的制作方法

本实用新型涉及半导体
技术领域：
，具体为一种发光二极管及采用该发光二极管的显示设备。
背景技术：
：近年来，led显示行业加速发展，显示技术不断地成熟并加速迭代，其中mini/microled作为提供显示和背光源的核心器件，不仅可以实现曲面显示及超薄应用，而且在宽色域、hdr显示、动态区域调节等方面有明显的优势。图1显示了现有的一种led芯片结构。该led芯片包括衬底101、缓冲层110、第一导电型半导体层121、有源层123、第二导电型半导体层123、电流扩展层130、绝缘保护层140、第一电极151和第二电极152。该第二绝缘层140通常采用氧化硅或者氮化硅，其中氧化硅因润湿角接近0°，导致在有水汽循环的气氛中水汽不易被带走，氮化硅的润湿角虽为25~30°，但其针孔(pin-hole)尺寸较大，因此上述两种材料均存在水汽渗透的风险。该led芯片在有水汽循环及逆向负载条件下，由于水汽渗透使得电流扩展层130与第一导电型半导体层121之间会有电流通过，引起透明导电层被烧伤，如图2所示。随着led芯片尺寸的减小，电极间最近距离d减小，而电场强度与电极间距成反比，故led芯片由pn结内建电场引起的电极间电场强度随芯片尺寸缩小而增大。因此即使在未通电的情况下，由于内建电场效应（如图3所示），水汽的渗透依然会有微弱电流通过，而当led芯片处于恶劣环境中时（如含na、cl离子等的环境），表面金属会通过原电池反应消耗，最终导致电极表面粗糙，如图4所示，甚至出现掉电极，如图5所示。技术实现要素：本实用新型之目的，即在提供一种能够克服先前技术的至少一个缺点的发光二极管。本实用新型解决上述技术问题的技术方案为：一种发光二极管，包括半导体发光叠层、第一电极和第二电极，其中所述半导体发光叠层具有相对的第一表面、第二表面及连接该第一表面和第二表面的侧壁，包含第一导电型半导体层、有源层和第二导电型半导体层，所述第一电极电连接至所述第一导电型半导体层，所述第二电极电连接至所述第二导电型半导体层，其特征在于：所述第一电极和第二电极位于半导体发光叠层的第一表面之上，两者之间的间距为80μm以下，所述半导体发光叠层的侧壁覆盖有交替堆叠的第一绝缘层和第二绝缘层，其中第一绝缘层为氮化硅，其厚度为2~100nm，位于所述半导体发光叠层与所述第二绝缘层之间，第二绝缘层为氧化硅或者氧化铝，其厚度为50~500nm。在上述发光二极管中，第一电极和第二电极均位于同一侧，且电极之间的间距为80μm以下，导致其内建电场效应明显，因此在半导体发光叠层的侧壁上交替堆叠第一绝缘层和第二绝缘层，其中第一绝缘层采用氮化硅，相较于氧化硅仅有非桥氧空穴俘获中心，氮化硅的硅含量较高，具有相对较高密度的电子和空穴陷阱能级（俘获中心），可以提高其载流子俘获中心的浓度，降低内建电场效应；第二绝缘层为二氧化硅或者氧化铝，具有较小的针孔(pin-hole)尺寸，降低针孔对水汽的渗透，从而改善芯片可靠性。进一步的，第一绝缘层和第二绝缘层交替堆叠，形成针孔的交叠，进一步降低水汽渗透的机率。上述发光二极管可应用于显示设备或者背光源。本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明通过参考附图会更加清楚的理解本实用新型的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本实用新型进行任何限制。图1为现有的一种发光二极管芯片的结构示意图。图2为图1所示的led芯片在高温85℃高湿85%湿度、逆向电压-10v的条件进行老化实验168小时后的照片。图3示意了led芯片的内建电场效应。图4为将图1所示的led芯片进行盐水测试20小时后的照片。图5为将图1所示的led芯片进行盐雾测试20小时后的照片。图6为本实用新型第一个实施例所述led芯片的侧面剖视图。图7为本实用新型第一个实施例所述led芯片的俯视图。图8为图6所示的led芯片在温度85℃、湿度85%、逆向电压-10v的条件进行老化实验168小时后的照片。图9为将图6所示的led芯片进行盐水测试20小时后的照片。图10为将图6所示的led芯片进行盐雾测试36小时后的照片。图11为本实用新型第二个实施例所述led芯片的侧面剖视图。具体实施方式为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。实施例一本实施例公开如下一种小尺寸led芯片，如图6所示的剖面示意图，其包括如下堆叠层：衬底201、半导体发光叠层、第一电极251、第二电极252、第一绝缘层241、第二绝缘层242。led芯片可为具有较小的水平面积的小型发光二极管，发光二极管的尺寸可以通过衬底的第一表面的尺寸反映，例如衬底的第一表面的边长尺寸优选地小于等于300μm，较佳地，介于100~250μm，或为100μm以下更小的尺寸，优选的介于40~250μm之间。透明衬底第一表面的表面积为90000μm2以下，或者较小的如40000μm2以下，或者更小的如10000μm2以下。本实施例的发光二极管具有上述水平截面积，因此可容易地应用到要求小型和/或薄型发光装置的各种电子装置。具体的，衬底201可以为生长衬底，如蓝宝石基板、gan基板、aln基板等，半导体发光叠层可以通过物理气相沉积(physicalvapordeposition，pvd)、化学气相沉积(chemicalvapordeposition，cvd)、外延生长(epitaxygrowthtechnology)和原子束沉积(atomiclayerdeposition，ald)等方式形成在衬底201上，通常包括缓冲层210、第一导电类型半导体层221、有源层222及第二导电类型半导体层223，具体的半导体发光叠层可包括ⅲ-ⅴ型氮化物类半导体，例如可包括如(al、ga、in)n的氮化物类半导体或者包括(al、ga、in)p的磷化物半导体或者(al、ga、in)as的砷化物类半导体。第一导电类型半导体层221可包括n型杂质(例如，si、ge、sn)，第二导电类型半导体层可包括p型杂质(例如，mg、sr、ba)。并且，上述杂质类型也可以相反。有源层222可包括多量子阱构造(mqw)，可调节半导体的元素组成比，以便射出所期望的波长。半导体发光叠层通常通过蚀刻去除部分区域的第二导电型半导体层223、有源层222，裸露出第一导电型半导体层201，形成台面或者通孔。在本实施例中，第一导电类型半导体层可为n型半导体层。在另一些实施例中，该衬底201也可以为非生长衬底，例如陶瓷基板、玻璃等，此时半导体发光叠层可以通过结合层210与衬底201结合。在另一些实施例中，该led芯片也可以移除衬底201，形成薄膜型led芯片。进一步地，可以在第二导电型半导体层223的表面上形成电流扩展层230，该电流扩展层230与第二导电类型半导体层223欧姆接触，可包括如氧化铟锡、氧化锌、氧化锌铟锡、氧化铟锌、氧化锌锡、氧化镓铟锡、氧化铟镓、氧化锌镓、铝掺杂氧化锌、氟掺杂氧化锡等的透光性导电氧化物、及如ni/au等的透光性金属层中的至少一种。该导电性氧化物还可包括各种掺杂剂。优选地，电流扩展层230的厚度是20~300nm。电流扩展层230与第二导电类型半导体层223的表面接触电阻优选地低于金属电极在第二导电类型半导体层223的表面接触电阻，因此可以降低顺向电压，提高发光效率。第一电极251和第二电极252位于同侧，其中第一电极251与裸露出的第一导电型半导体层221形成电性连接，第二电极252与电流扩展层230形成电性连接。优选的，所述第一电极251和第二电极252为多层结构，底层可以为cr、al、ti、ni、pt、au金属材料中一种或多种叠层组合，底层之上优选进一步包含金属反射层和金属保护层，其中金属反射层可以选自al或ag或alag合金，金属保护层位于金属反射层之上，优选包覆底层及金属反射层的侧壁，可以防止底层金属迁移、反射层被氧化。在一个具体实施形态中，该金属保护层可以选用pt，其具有抗蚀刻高稳定性，可避免出现金属黑点造成封装打线金线不粘等异常。请参看附图7，显示了一种正装型小尺寸led芯片的电极图案，其芯片的水平截面积在40000μm2以下，第一电极251和第二电极252之间的间距d优选为5μm以上且80μm以下，且随着芯片尺寸的缩小而变小，例如水平截面积为30000~40000μm2的芯片，第一电极与第二电极之间的间距d优选为60~80μm，水平截面积为20000~30000μm2的芯片，第一电极与第二电极之间的间距d优选为40~60μm，水平截面积为20000μm2以下的芯片，第一电极与第二电极之间的间距d优选为20~40μm。在本实施例中，在半导体发光叠层之上交替堆叠第一绝缘材料层341和第二绝缘材料层342，其对数优选为2~5。具体的，第一绝缘层241覆盖在半导体发光叠层的侧壁、电流扩展层230、第一电极和第二电极的侧壁，并对第一电极和第二电极形成包覆结构，在第一电极和第二表面的上表面形成开口结构。该第一绝缘层241采用氮化硅，具有相对较高密度的电子和空穴陷阱能级（俘获中心），可以提高其载流子俘获中心的浓度，用于降低因第一电极及第二电极间距较小引起的内建电场效应。其厚度优选为2~100nm。第二绝缘层242覆盖在绝缘层241上，优选采用具有较小针孔尺寸的绝缘材料，具体材料可以选自sio2或者al2o3，厚度优选为50~500nm，该交替堆叠结构层的顶层（即最外层）优选为第二绝缘材料层342，且厚度大于其下方的绝缘材料层。在本实施例中，首先在半导体发光叠层的侧壁直接由氮化硅接触，其具有载流子俘获效应，可以降低led芯片的内建电场效应。进一步地，第一绝缘层241和第二绝缘层242同时覆盖半导体发光叠层的侧壁、电流扩展层及电极的侧壁，并延伸到电极的上表面，对电极形成包覆结构，第一绝缘层241具有较好的疏水性，而第二绝缘层242的针孔尺寸较小，两者进行堆叠可以形成针孔的交叠，从而降低水汽渗透，可以提高led芯片的可靠性。下面分别制作图1所示的led芯片与本实施例led芯片两种样品进行老化实验。其中样品一为图1所示led芯片，样品二为本实施例所示led芯片，两种led芯片具有相同的尺寸（芯片水平截面积约20000μm2）、半导体发光叠层、电流扩展层及电极结构（p/n电极间距约30~50μm），样品一参照图1所示在led芯片的表面形成一层二氧化硅作为保护层，样品二参照图9在led芯片的表面交替堆叠两对氮化硅sin和二氧化硅，其中氮化硅的厚度为50~100nm，第一层的二氧化硅的厚度为50~200nm，第二层的二氧化硅（最外层）的厚度为100~500nm。图2和图10分别显示了样品一和样品二进行高温高湿逆向老化测试的照片。具体条件为温度85℃、湿度85%、电压-10v，其中图2所示led芯片的电流扩展层130在边缘区域出现明显烧伤，而图8所示led芯片没有出现明显烧伤。图3和图9显示了分别将样品一和样品二进行盐水实验后的照片，其中样品一出现电极表面粗糙，样品二没有出现电极表面粗糙的问题。图4和图10显示了分别将样品一和样品二进行盐雾实验后的照片，其中样品一出现了掉电极的现象，样品二的电极完好。进一步地，对盐雾实验后的样品一和样品二的表面进行edx元素分析，请参看表一和表二，样品一发生明显金迁移现象，而样品二无明显金迁移现象。通过上述老化测试可以看出，图6所述led芯片具有较强的抵抗水汽侵蚀能力。表一：elementwt%at%ck07.8534.02ok09.1929.90sik08.9216.52aum74.0419.56matrixcorrectionzaf表二：elementwt%at%ck07.7814.90nk09.5315.64ok24.4635.15fel28.0411.54gal03.9801.31sik26.2121.46matrixcorrectionzaf实施例二如图11所示，本实施例和实施例一具有多个相同的特征，本实施例与实施例一的区别在于交替堆叠第一绝缘材料层241和第二绝缘材料层242包覆半导体发光叠层的侧壁及电极的侧壁，仅最后一层绝缘材料层242覆盖led芯片的发光区。在这里，对于相同的特征就不再一一叙述，仅对区别进行叙述。在本实施例中，在led芯片的侧壁形成交替的第一绝缘材料层241和第二绝缘材料层242，顶层的第二绝缘层242完全覆盖led芯片的发光区，可以减少交替叠层对led芯片亮度的影响。优选的，绝缘层242覆盖在半导体发光叠层的上表面的宽度t为5μm以上，例如可以为5~20μm。上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型，本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。当前第1页12