一种LED芯片及其制作方法与流程

一种led芯片及其制作方法
技术领域
1.本发明涉及发光二极管领域，尤其涉及一种led芯片及其制作方法。


背景技术：

2.发光二极管是一种用于将电能转换为光的半导体元件。其发光层通常为在衬底上生长的半导体多层结构。该生长衬底通常为gaas、si、al2o3、sic等衬底，半导体层通常为algainp、alingan等，在电流密度较小的情况下，半导体层在工作过程中释放的热量较少，一般采用不去除生长衬底的正装结构或者倒装结构芯片。随着电流密度的增加，单位面积产生的热量增大，生长衬底的热导率和厚度会直接影响芯片的散热。因此，在大电流密度工况的芯片，通常将生产衬底尽量减薄，甚至通过换衬底的方式将生长衬底上的半导体层转移至高热导率基板上的方式来实现整个芯片热阻的降低。
3.所述的高热导率基板除了热导率要较高外，通常还要求具备匹配芯片制程的性质，比如化学性质较为稳定、具备一定的支撑刚性、易于加工不易变形破裂、热膨胀系数与半导体材料匹配等。然而，如说明书附图1所示，同时具备以上性质的材料还是比较少的，例如常用的硅衬底化学性质稳定、也具备一定刚性，但是在加工过程中容易破裂，尤其减薄后更甚；金属衬底通常不容易破裂，但是刚性不足，较薄的衬底容易翘曲变形，影响制程进行等。金刚石、sic、氮化铝、氮化硼等材料具备很高的导热能力，但是由于其本身不导电，使得其难以应用在现有的芯片制作过程中。
4.有鉴于此，本发明人专门设计了一种led芯片及其制作方法，本案由此产生。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种led芯片及其制作方法，以解决现有的led芯片因基板使用受限所引起的散热及翘曲等问题。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
7.一种led芯片，包括：
8.基板及设置于所述基板上方的第一金属层、绝缘层、第二金属层、外延叠层、第一电极以及第二电极；所述外延叠层至少包括沿第一方向依次堆叠的第二型半导体层、有源区以及第一型半导体层，且所述外延叠层具有裸露所述第一型半导体层部分表面的通孔；第一方向垂直于所述基板，并由所述基板指向所述外延叠层；
9.其中，所述第二金属层层叠于所述第二型半导体层背离所述有源区的一侧表面，用于欧姆接触、电流扩展并实现光反射；且所述第二金属层在朝向所述第二型半导体层的一侧表面具有裸露面；
10.所述绝缘层设置所述外延叠层朝向所述基板的一侧，其覆盖所述第二金属层、外延叠层裸露面并延伸至所述通孔侧壁；
11.所述第一金属层层叠于所述绝缘层背离所述第二金属层的一侧表面，并嵌入所述通孔与所述第一型半导体层形成接触；且，所述第一金属层在朝向所述外延叠层的一侧表
面具有裸露面；所述基板层叠于所述第一金属层背离所述外延叠层的一侧表面；
12.第一电极，其层叠于所述第一金属层的裸露面；
13.第二电极，其层叠于所述第二金属层的裸露面。
14.优选地，所述基板包括绝缘基板。
15.优选地，所述基板还包括半绝缘基板。
16.优选地，所述基板包括金刚石、氮化硼、碳化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝、石墨中的任意一种或者多种。
17.优选地，所述第二金属层通过包覆在所述绝缘层中间的方式延伸至所述led芯片的边缘。
18.优选地，所述第二金属层包括铟、锡、铝、金、铂、锌、银、钛、铅、镍中的一种或多种堆叠。
19.优选地，所述第二金属层的侧壁被所述绝缘层包覆。
20.优选地，所述基板还包括导电基板。
21.本发明还提供了一种led芯片的制作方法，包括如下步骤：
22.s01、提供一生长衬底；
23.s02、层叠一外延叠层于所述生长衬底表面，所述外延叠层包括沿第一方向依次堆叠第一型半导体层、有源区以及第二型半导体层，所述第一方向垂直于所述生长衬底，并由所述生长衬底指向所述外延叠层；
24.s03、通过蚀刻工艺在所述外延叠层形成通孔及发光台面，所述通孔裸露所述第一型半导体层的部分表面；
25.s04、沉积第一绝缘层，所述第一绝缘层覆盖所述通孔并延伸至所述发光台面的部分表面；
26.s05、在所述发光台面的表面形成第二金属层，所述第二金属层用于欧姆接触、电流扩展并实现光反射；
27.s06、沉积第二绝缘层，使所述第二绝缘层覆盖所述第二金属层、外延叠层裸露面并延伸至所述通孔的侧壁，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层构成绝缘层；
28.s07、制作第一金属层，所述第一金属层层叠于所述绝缘层表面，并嵌入所述通孔与所述第一型半导体层形成接触；
29.s08、通过键合工艺，将步骤s07所形成的芯片结构固定于基板，且所述基板形成于所述第一金属层的表面；
30.s09、剥离所述生长衬底；
31.s10、将所述led芯片的两侧分别刻蚀，至裸露所述绝缘层的表面；
32.s11、通过光刻、刻蚀工艺，使所述led芯片的一侧具有所述第一金属层的裸露面，另一侧具有所述第二金属层的裸露面；
33.s12、制作第一电极和第二电极，所述第一电极层叠于所述第一金属层的裸露面，所述第二电极层叠于所述第二金属层的裸露面。
34.优选地，所述基板包括绝缘基板或半绝缘基板或导电基板。
35.优选地，所述led芯片包括高功率led芯片。
36.经由上述的技术方案可知，本发明提供的led芯片，通过：在所述第二型半导体层
背离所述有源区的一侧表面设有第二金属层，且所述第二金属层朝向所述第二型半导体层的一侧设有用于电连接的裸露面；所述绝缘层设置所述外延叠层朝向所述基板的一侧，且覆盖所述第二金属层、外延叠层裸露面并延伸至所述通孔侧壁；且，所述第一金属层层叠于所述绝缘层背离所述第二金属层的一侧表面，并嵌入所述通孔与所述第一型半导体层形成接触；且，所述第一金属层在朝向所述外延叠层的一侧表面具有裸露面；从而使第一电极、第二电极分别层叠于所述第一金属层的裸露面、所述第二金属层的裸露面。从而，实现了led芯片的两个电极位于芯片同侧，但在发光区中，电流分布与垂直结构芯片类似，其电流和热量分布相较于普通的同侧电极结构更加均匀。而本方案与传统的垂直结构芯片相比，其所采用的基板不受是否导电的限制，可以采用高导热的金刚石、氮化硼、碳化硅、氮化铝、氧化铝、石墨等基板，以实现芯片更低的热阻，因此本方案可以很好地运用于高功率led芯片。
37.本发明提供的led芯片的制作方法，在实现上述有益效果的同时，其工艺制作简单、便捷，便于生产化。
附图说明
38.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
39.图1为本发明实施例所提供的led芯片的结构示意图；
40.图2.1至图2.12为本发明实施例所提供的led芯片的制作方法步骤所对应的结构示意图；
41.图中符号说明：1、基板，2、生长衬底，3、外延叠层，31、第一型半导体层，32、有源区，33、第二型半导体层，34、通孔，35、发光台面，4、第二金属层，5、绝缘层，51、第一绝缘层，52、第二绝缘层，6、第一金属层，7、第一电极，8、第二电极。
具体实施方式
42.为使本发明的内容更加清晰，下面结合附图对本发明的内容作进一步说明。本发明不局限于该具体实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.如图1所示，一种led芯片，包括：
44.基板1及设置于基板1上方的第一金属层6、绝缘层5、第二金属层4、外延叠层3、第一电极7以及第二电极8；外延叠层3至少包括沿第一方向依次堆叠的第二型半导体层33、有源区32以及第一型半导体层31，且外延叠层3具有裸露第一型半导体层31部分表面的通孔34；第一方向垂直于基板1，并由基板1指向外延叠层3；
45.其中，第二金属层4层叠于第二型半导体层33背离有源区32的一侧表面，用于欧姆接触、电流扩展并实现光反射；且第二金属层4在朝向第二型半导体层33的一侧表面具有裸露面；
46.绝缘层5设置外延叠层3朝向基板1的一侧，其覆盖第二金属层4、外延叠层3裸露面
并延伸至通孔34侧壁；
47.第一金属层6层叠于绝缘层5背离第二金属层4的一侧表面，并嵌入通孔34与第一型半导体层31形成接触；且，第一金属层6在朝向所述绝缘层5的一侧表面具有裸露面；基板1层叠于第一金属层6背离外延叠层3的一侧表面；
48.第一电极7，其层叠于第一金属层6的裸露面；
49.第二电极8，其层叠于第二金属层4的裸露面。
50.值得一提的是，外延叠层3的第一型半导体层31、有源区32以及第二型半导体层33的类型在本实施例中也可以不受限制，例如，第一型半导体层31可以是但不限于n型氮化镓层，相应地，第二型半导体层33可以是但不限于p型氮化镓层。
51.本实施例中，基板1包括绝缘基板1。
52.本实施例中，基板1还包括半绝缘基板1。
53.本实施例中，基板1包括金刚石、氮化硼、碳化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝、石墨中的任意一种或者多种。
54.本实施例中，第二金属层4通过包覆在绝缘层5中间的方式延伸至所述led芯片的边缘。
55.本实施例中，led芯片包括高功率led芯片。
56.本实施例中，第二金属层4包括铟、锡、铝、金、铂、锌、银、钛、铅、镍中的一种或多种堆叠。
57.本实施例中，第二金属层4的侧壁被绝缘层5包覆。
58.本实施例中，基板1还包括导电基板1。
59.本发明实施例还提供了一种led芯片的制作方法，包括如下步骤：
60.s01、如图2.1所示，提供一生长衬底2；
61.s02、如图2.2所示，层叠一外延叠层3于生长衬底2表面，外延叠层3包括沿第一方向依次堆叠第一型半导体层31、有源区32以及第二型半导体层33，第一方向垂直于生长衬底2，并由生长衬底2指向外延叠层3；
62.s03、如图2.3所示，通过蚀刻工艺在外延叠层3形成通孔34及发光台面35，通孔34裸露第一型半导体层31的部分表面；
63.s04、如图2.4所示，沉积第一绝缘层51，第一绝缘层51覆盖通孔34并延伸至发光台面35的部分表面；
64.s05、如图2.5所示，在发光台面35的表面形成第二金属层4，第二金属层4用于欧姆接触、电流扩展并实现光反射；
65.s06、如图2.6所示，沉积第二绝缘层52，使第二绝缘层52覆盖第二金属层4、外延叠层3裸露面并延伸至通孔34的侧壁，第一绝缘层51和第二绝缘层52构成绝缘层5；
66.s07、如图2.7所示，制作第一金属层6，第一金属层6层叠于绝缘层5表面，并嵌入通孔34与第一型半导体层31形成接触；
67.s08、如图2.8所示，通过键合工艺，将步骤s07所形成的芯片结构固定于基板1，且基板1形成于第一金属层6的表面；
68.s09、如图2.9所示，剥离生长衬底2；
69.s10、如图2.10所示，将led芯片的两侧分别刻蚀，至裸露绝缘层5的表面；
70.s11、如图2.11所示，通过光刻、刻蚀工艺，使led芯片的一侧具有第一金属层6的裸露面，另一侧具有第二金属层4的裸露面；
71.s12、如图2.12所示，制作第一电极7和第二电极8，第一电极7层叠于第一金属层6的裸露面，第二电极8层叠于第二金属层4的裸露面。
72.本实施例中，基板1包括绝缘基板1或半绝缘基板1或导电基板1。
73.本实施例中，led芯片包括高功率led芯片。
74.经由上述的技术方案可知，本发明提供的led芯片，通过：在第二型半导体层33背离有源区32的一侧表面设有第二金属层4，且第二金属层4朝向第二型半导体层33的一侧设有用于电连接的裸露面；绝缘层5设置外延叠层3朝向基板1的一侧，且覆盖第二金属层4、外延叠层3裸露面并延伸至通孔34侧壁；且，第一金属层6层叠于绝缘层5背离第二金属层4的一侧表面，并嵌入通孔34与第一型半导体层31形成接触；且，第一金属层6在朝向所述外延叠层的一侧表面具有裸露面；从而使第一电极7、第二电极8分别层叠于第一金属层6的裸露面、第二金属层4的裸露面。从而，实现了led芯片的两个电极位于芯片同侧，但在发光区中，电流分布与垂直结构芯片类似，其电流和热量分布相较于普通的同侧电极结构更加均匀。而本方案与传统的垂直结构芯片相比，其所采用的基板1不受是否导电的限制，可以采用高导热的金刚石、氮化硼、碳化硅、氮化铝、氧化铝、石墨等基板，以实现芯片更低的热阻，因此本方案可以很好地运用于高功率led芯片。
75.本发明提供的led芯片的制作方法，在实现上述有益效果的同时，其工艺制作简单、便捷，便于生产化。
76.本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
77.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。
78.还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
79.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。