一种垂直结构LED芯片的制作方法

本技术涉及发光二极管领域，尤其涉及一种垂直结构led芯片。

背景技术：

1、随着led芯片技术的发展，垂直结构芯片和倒装结构芯片等均取得较大进步，尤其是采用通孔式的设计，可以极大提高垂直芯片和倒装芯片的发光效率。所谓通孔式，即是通过在外延表面开孔至n型半导体，通过电连接将n型接触引至芯片表面，以便于做键合或者固晶。其芯片结构可参考说明书附图的图1所示，该结构在制作过程中为了导通第二型半导体层33，需要在第二型半导体层33表面制作欧姆反射层10，并通过电流扩展层11将欧姆反射层10与pad金属层12连接。

2、对于led发光器件，提升led的量子效率是研发工作者追求的永恒课题。其中，电流扩展和反射镜的设计作为垂直结构led芯片结构层面的重点攻克对象。为了增加扩展能力，通常电流扩展层采用高导电率金属或者增加厚度来实现。然而，高导电率金属的化学性质通常比较活泼(如ag、cu、al、ca、mg等)或者价格比较昂贵(如au等)；因此，在进行产品设计时，通常需在电流扩展性能和产品成本之间做出平衡和妥协；比如，选择ti、w、pt、cr等电阻率相对较高的金属，同时通过增加厚度来实现电流扩展。为了提高反射率，通常采用高反射金属充当反射镜，金属包含ag、au、al、mg、ni、ti等中的一种或者多种；然而，反射金属的反射率距离100％还是有一定的差距。

3、有鉴于此，本发明人专门设计了一种垂直结构led芯片，本案由此产生。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供垂直结构led芯片及其制作方法，以解决现有的垂直结构led芯片中反射效果差，以及需在电流扩展性能和产品成本之间做出平衡和妥协的技术问题。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

3、一种垂直结构led芯片，包括：

4、基板及设置于所述基板上方的导电型键合层、绝缘层、集成金属层、介质层、金属反射层以及外延叠层；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；

5、其中，所述介质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，所述金属反射层通过开口嵌入所述介质层的方式与所述第二型半导体层形成接触；

6、所述集成金属层层叠于所述金属反射层背离所述外延叠层的一侧表面，且所述集成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；

7、所述绝缘层设置所述外延叠层朝向所述基板的一侧，且覆盖所述集成金属层；

8、所述导电型键合层层叠于所述绝缘层背离所述集成金属层的一侧表面，并嵌入所述通孔与所述第一型半导体层形成接触；其中，所述导电型键合层与所述通孔侧壁绝缘设置；且所述基板层叠于所述导电型键合层背离所述外延叠层的一侧表面。

9、优选地，所述绝缘层延伸至所述通孔侧壁，使所述导电型键合层与所述通孔侧壁绝缘设置。

10、优选地，所述介质层具有m个所述开口，m为不小于2的正整数。

11、优选地，所述垂直结构led芯片具有n个所述通孔，n为不小于2的正整数。

12、优选地，在所述通孔内还可设有填充结构，填充结构包括在外延叠层中通过蚀刻形成的独立外延台柱，或填充结构包括绝缘材料、金属中的至少一种或多种。

13、优选地，所述介质层包括氧化硅层、氮化硅层、氮氧化硅层、氧化钛层、氧化铝层、氟化镁层和氧化铪层中的任意一层或多层。

14、优选地，所述金属反射层包括铝金属层、银金属层、金金属层、铂金属层、铅金属层、镍金属层、铟金属层、锌金属层、铬金属层、铌金属层、钛金属层、锡金属层和铑金属层中的任意一层或多层。

15、优选地，在所述第一型半导体层背离所述有源区的一侧具有粗化表面。

16、优选地，在所述第二型半导体层背离所述有源区的一侧表面设有欧姆接触层，所述介质层层叠于所述欧姆接触层的表面，且所述金属反射层与所述欧姆接触层形成接触。

17、优选地，在所述外延叠层的侧壁设有钝化保护层。

18、优选地，所述集成金属层包括au金属材料。

19、优选地，所述集成金属层的侧壁被所述绝缘层包覆。

20、优选地，所述基板包括导电基板。

21、优选地，所述介质层延伸至所述通孔侧壁。

22、优选地，所述金属反射层通过附着于所述介质层的方式延伸至所述通孔侧壁，且所述绝缘层覆盖所述金属反射层的表面。

23、经由上述的技术方案可知，本实用新型提供的垂直结构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置介质层，且所述金属反射层通过开口嵌入所述介质层的方式与所述第二型半导体层形成接触；所述集成金属层层叠于所述金属反射层背离所述外延叠层的一侧表面，且所述集成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，且覆盖所述集成金属层。从而，在所述外延叠层表面通过介质层+金属反射层的配合形成了odr全方向反射镜，使光线被反射后从led芯片的上表面取出，有效地提升了芯片整体反射率、增加了光提取效率；同时，通过嵌入所述集成金属层，在制作集成金属层的过程中采用含au金属材料，并通过蚀刻的方式裸露出集成金属层中的部分表面，该裸露部分承担pad功能，可以实现与外部的电连接。使得接触电极不需要单独制作，封装时可以直接打线到集成金属层上，节约了成本，同时au层具备较低的电阻率和较高的热导率，使得集成金属层具备了良好的电流扩展能力和和较低的热阻。另外，与传统制作的pad金属层不同，该集成金属层的侧壁包覆在绝缘层内，可以较好地耐受外部水汽、酸碱、盐雾等的侵蚀，提高了芯片的可靠性。

24、进一步地，所述外延叠层具有n个裸露所述第一型半导体层部分表面的通孔；所述导电型键合层层叠于所述绝缘层背离所述集成金属层的一侧表面，并嵌入所述通孔与所述第一型半导体层接触，从而形成了第一载流子注入点阵。基于此，当背面电子通过导电基板整面注入时，第一载流子注入点阵中的各个通孔具备相同的电势，从而使电子可实现均匀注入。

25、进一步地，通过设置所述介质层具有m个所述开口，其中，m为不小于2的正整数，使所述金属反射层通过开口嵌入，从而形成了第二载流子点阵注入点；则避免了电子和空穴过度集中于第一载流子注入点阵的周边复合，通过第二载流子点阵注入点的调控，可以实现电流在外延叠层内的均匀分布，从而有效缓解电流拥堵，减少俄歇复合，进而增加内量子效率。

技术特征：

1.一种垂直结构led芯片，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的垂直结构led芯片，其特征在于，所述绝缘层延伸至所述通孔侧壁，使所述导电型键合层与所述通孔侧壁绝缘设置。

3.根据权利要求1所述的垂直结构led芯片，其特征在于，所述介质层具有m个所述开口，m为不小于2的正整数。

4.根据权利要求1所述的垂直结构led芯片，其特征在于，所述垂直结构led芯片具有n个所述通孔，n为不小于2的正整数。

5.根据权利要求1所述的垂直结构led芯片，其特征在于，在所述通孔内还可设有填充结构，填充结构包括在外延叠层中通过蚀刻形成的独立外延台柱，或填充结构包括绝缘材料、金属中的至少一种或多种。

6.根据权利要求1所述的垂直结构led芯片，其特征在于，所述介质层包括氧化硅层、氮化硅层、氮氧化硅层、氧化钛层、氧化铝层、氟化镁层和氧化铪层中的任意一层或多层。

7.根据权利要求1所述的垂直结构led芯片，其特征在于，所述金属反射层包括铝金属层、银金属层、金金属层、铂金属层、铅金属层、镍金属层、铟金属层、锌金属层、铬金属层、铌金属层、钛金属层、锡金属层和铑金属层中的任意一层或多层。

8.根据权利要求1所述的垂直结构led芯片，其特征在于，在所述第一型半导体层背离所述有源区的一侧具有粗化表面。

9.根据权利要求1所述的垂直结构led芯片，其特征在于，在所述第二型半导体层背离所述有源区的一侧表面设有欧姆接触层，所述介质层层叠于所述欧姆接触层的表面，且所述金属反射层与所述欧姆接触层形成接触。

10.根据权利要求1所述的垂直结构led芯片，其特征在于，所述集成金属层包括au金属材料。

技术总结
本技术提供了一种垂直结构LED芯片，在所述外延叠层表面通过介质层+金属反射层的配合形成了ODR全方向反射镜，使光线被反射后从LED芯片的上表面取出，有效地提升了芯片整体反射率、增加了光提取效率；同时，通过嵌入所述集成金属层，在制作集成金属层的过程中采用含Au金属材料，并通过蚀刻的方式裸露出集成金属层中的部分表面，该裸露部分承担PAD功能，可以实现与外部的电连接。

技术研发人员：曲晓东,陈凯轩,崔恒平,李敏华,林志伟,罗桂兰,江土堆,赵斌,杨克伟
受保护的技术使用者：厦门乾照光电股份有限公司
技术研发日：20230427
技术公布日：2024/1/15