一种具有反射镜的LED芯片及其制作方法

摘要

本发明公开了一种具有反射镜的LED芯片的制作方法，通过在衬底的背面依次形成金属反射层和DBR反射层，有效地将芯片从背面发射出来的光反射回芯片的正面发射，从而提高芯片的出光效率。此外，本申请通过在衬底背面和DBR发射层之间设置一层金属反射层，从而避免DBR反射层侧向反射效果差的问题，大大提升反射亮度，并且通DBR反射层的介质膜有效地将金属反射层进行保护，避免金属反射层中的反射层老化。

权利要求

1.一种具有反射镜的LED芯片的制作方法，包括：

提供发光结构，所述发光结构包括衬底、外延层、电流阻挡层和透明导电层，所述外延层包括依次设于所述衬底表面的第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述电流阻挡层设于所述第二半导体层上，所述透明导电层设于所述电流阻挡层上；

对所述发光结构进行刻蚀，形成刻蚀至第一半导体层的裸露区域；

在所述裸露区域的第一半导体层上形成第一电极，在所述透明导电层上形成第二电极；

在所述衬底的背面依次形成金属反射层和DBR反射层，形成LED晶圆，所述金属反射层包括第一粘附层、反射层和第二粘附层。

2.根据权利要求1所述的具有反射镜的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述第一粘附层由Ni、Ti、Cr、Pt、Al中的一种或几种金属制成，所述第二粘附层由Ni、Ti、Cr、Pt、Al中的一种或几种金属制成。

3.根据权利要求1或2所述的具有反射镜的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述第一粘附层和第二粘附层的总厚度小于等于50埃。

4.根据权利要求1或2所述的具有反射镜的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述反射层由Ag制成。

5.根据权利要求1所述的具有反射镜的LED芯片的制作方法，其特征在于，采用电子束蒸镀、热蒸镀或磁控溅射工艺在所述衬底背面依次沉积第一粘附层、反射层和第二粘附层，以形成金属反射层。

6.根据权利要求1所述的具有反射镜的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述DBR反射层由SiO2、Si3N4、TiO2、MgF2、CaF2、SrF2、BaF2、ZnSe、ZnS、ZrO2、Al2O3中的两种或两种以上材料制成。

7.根据权利要求6所述的具有反射镜的LED芯片的制作方法，其特征在于，采用离子源辅助蒸镀工艺在所述金属反射层表面形成所述DBR反射层。

8.根据权利要求1所述的具有反射镜的LED芯片的制作方法，其特征在于，采用金属蒸镀工艺在所述裸露区域的第一半导体层上沉积一层金属层，在所述透明导电层上沉积一层金属层，并采用剥离去胶工艺去除多余的金属，以在第一半导体层上形成第一电极，在透明导电层上形成第二电极。

9.根据权利要求1所述的具有反射镜的LED芯片的制作方法，其特征在于，在形成所述DBR反射层之后，还包括以下步骤：采用紫外激光对所述LED晶圆进行划片；

采用劈裂机对所述LED晶圆进行裂片，形成LED芯片。

10.一种具有反射镜的LED芯片，包括；

衬底；

设于所述衬底表面的发光结构，所述发光结构包括依次设于所述衬底表面的第一半导体层、有源层、第二半导体层、电流阻挡层和透明导电层；

设于所述第一半导体层上的第一电极；

设于所述透明导电层上的第二电极；

设于所述衬底背面的金属反射层，所述金属反射层包括第一粘附层、反射层和第二粘附层；

设于所述第二粘附层上的DBR反射层。

说明书

一种具有反射镜的LED芯片及其制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种具有反射镜的LED芯片及其制作方法。

背景技术

[0002] LED(Light Emitting Diode，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。

[0003] 现有的正装LED芯片的光线主要从芯片的正面和背面进行发射，而从芯片背面发射的光线经过芯片的吸收和折射，最终难以从芯片的正面发射出来。因此，技术人员通过在芯片的背面设置具有高反射率的支架来解决上述问题。但是，现有的支架反射率低，且容易老化，严重影响芯片的出光效率。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题在于，提供一种具有反射镜的LED芯片及其制作方法，通过在衬底的背面形成金属反射层和DBR反射层，将芯片从背面发射出来的光反射回芯片的正面发射，从而提高芯片的出光效率。

[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有反射镜的LED芯片的制作方法，包括：

[0006] 提供发光结构，所述发光结构包括衬底、外延层、电流阻挡层和透明导电层，所述外延层包括依次设于所述衬底表面的第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述电流阻挡层设于所述第二半导体层上，所述透明导电层设于所述电流阻挡层上；

[0007] 对所述发光结构进行刻蚀，形成刻蚀至第一半导体层的裸露区域；

[0008] 在所述裸露区域的第一半导体层上形成第一电极，在所述透明导电层上形成第二电极；

[0009] 在所述衬底的背面依次形成金属反射层和DBR反射层，形成LED晶圆，所述金属反射层包括第一粘附层、反射层和第二粘附层。

[0010] 作为上述方案的改进，所述第一粘附层由Ni、Ti、Cr、Pt、Al中的一种或几种金属制成，所述第二粘附层由Ni、Ti、Cr、Pt、Al中的一种或几种金属制成。

[0011] 作为上述方案的改进，所述第一粘附层和第二粘附层的总厚度小于等于50埃。

[0012] 作为上述方案的改进，所述反射层由Ag制成。

[0013] 作为上述方案的改进，采用电子束蒸镀、热蒸镀或磁控溅射工艺在所述衬底背面依次沉积第一粘附层、反射层和第二粘附层，以形成金属反射层。

[0014] 作为上述方案的改进，所述DBR反射层由SiO2、Si3N4、TiO2、MgF2、CaF2、SrF2、BaF2、ZnSe、ZnS、ZrO2、Al2O3中的两种或两种以上材料制成。

[0015] 作为上述方案的改进，采用离子源辅助蒸镀工艺在所述金属反射层表面形成所述DBR反射层。

[0016] 作为上述方案的改进，采用金属蒸镀工艺在所述裸露区域的第一半导体层上沉积一层金属层，在所述透明导电层上沉积一层金属层，并采用剥离去胶工艺去除多余的金属，以在第一半导体层上形成第一电极，在透明导电层上形成第二电极。

[0017] 作为上述方案的改进，在形成所述DBR反射层之后，还包括以下步骤：

[0018] 采用紫外激光对所述LED晶圆进行划片；

[0019] 采用劈裂机对所述LED晶圆进行裂片，形成LED芯片。

[0020] 相应的，本发明还提供了一种具有反射镜的LED芯片，包括；

[0021] 衬底；

[0022] 设于所述衬底表面的发光结构，所述发光结构包括依次设于所述衬底表面的第一半导体层、有源层、第二半导体层、电流阻挡层和透明导电层；

[0023] 设于所述第一半导体层上的第一电极；

[0024] 设于所述透明导电层上的第二电极；

[0025] 设于所述衬底背面的金属反射层，所述金属反射层包括第一粘附层、反射层和第二粘附层；

[0026] 设于所述第二粘附层上的DBR反射层。

[0027] 实施本发明，具有如下有益效果：

[0028] 1、本发明提供的一种具有反射镜的LED芯片的制作方法，通过在衬底的背面依次形成金属反射层和DBR反射层，有效地将芯片从背面发射出来的光反射回芯片的正面发射，从而提高芯片的出光效率。此外，本申请通过在衬底背面和DBR发射层之间设置一层金属反射层，从而避免DBR反射层侧向反射效果差的问题，大大提升反射亮度，并且通过DBR反射层将金属反射层进行保护，避免金属反射层中的反射层老化。

[0029] 2、本发明提供的一种具有反射镜的LED芯片的制作方法，通过第一粘附层以将所述反射层设置在衬底的背面，由于反射层由Ag制成，单独的Ag难以形成在衬底发背面。同理，本申请通过第二粘附层以将所述DBR反射层形成在金属反射层上。

[0030] 3、本发明提供的一种具有反射镜的LED芯片的制作方法，所述第一粘附层和第二粘附层的总厚度小于等于50埃，不仅减少芯片的厚度，还避免光线被第一粘附层和第二粘附层所吸收。

附图说明

[0031] 图1是本发明具有反射镜的LED芯片的制作流程示意图；

[0032] 图2a是本发明发光结构的结构示意图；

[0033] 图2b是本发明形成裸露区域后的结构示意图；

[0034] 图2c是本发明形成第一电极和第二电极后的结构示意图；

[0035] 图2d是本发明具有反射镜的LED芯片的结构示意图。

具体实施方式

[0036] 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。

[0037] 参见图1，图1为本发明一种具有反射镜的LED芯片的制作方法流程图，其中，本发明提供的一种具有反射镜的LED芯片的制作方法，包括以下步骤：

[0038] S1：提供发光结构；

[0039] 参见图2a，提供发光结构，所述发光结构包括衬底10、外延层、电流阻挡层30和透明导电层40，所述外延层包括依次设于所述衬底10表面的第一半导体层21、有源层22和第二半导体层23，所述电流阻挡层30设于所述第二半导体层23上，所述透明导电层40设于所述电流阻挡层30上。

[0040] 衬底10的材料可以为蓝宝石、碳化硅或硅，也可以为其他半导体材料，本实施例中优选衬底为蓝宝石衬底。具体的，所述衬底为纳米图案衬底，倒装LED芯片从衬底一侧出光，在衬底制作纳米图案，增加折射效率，从而提高倒装LED芯片的出光效率。

[0041] 具体的，本申请实施例提供的第一半导体层和第二半导体层均为氮化镓基半导体层，有源层为氮化镓基有源层；此外，本申请实施例提供的第一半导体层、第二半导体层和有源层的材质还可以为其他材质，对此本申请不做具体限制。

[0042] 其中，第一半导体层可以为N型半导体层，则第二半导体层为P型半导体层；或者，第一半导体层为P型半导体层，而第二半导体层为N型半导体层，对于第一半导体层和第二半导体层的导电类型，需要根据实际应用进行设计，对此本申请不做具体限制。

[0043] 需要说明的是，为了提高后续的刻蚀工艺的良率，所述外延层的厚度为4-10μm。当外延层的厚度低于4μm，LED芯片的亮度会降低，在后续刻蚀时，LED芯片容易出现裂片的情况。但外延层的厚度大于10μm，LED芯片的亮度会降低，增加刻蚀的难度和时间。

[0044] 具体的，采用电子束蒸发工艺在所述第二半导体层23表面蒸镀一层电流阻挡层30。其中，蒸镀温度为0-300℃，氧气流量为5-sccm，蒸镀腔体真空度为3.0-10.0E-5，蒸镀时间为100-300min。

[0045] 当蒸镀温度低于0℃时，电流阻挡层无法获取足够的能量进行迁移，形成的电流阻挡层质量较差，缺陷多；当蒸镀温度高于300℃时，温度过高，薄膜能量过大不易于在外延层上沉积，沉积速率变慢，效率降低。氧气流量小于5sccm时，氧气流量过低，电流阻挡层氧化不充分，薄膜质量不佳，氧气流量大于5sccm时，氧气流量太大，电流阻挡层过度氧化，膜层缺陷密度增加。蒸镀时间小于100min时，薄膜需要较高的沉积速率才能达到所需厚度，沉积速率太快，原子来不及迁移，因此薄膜生长质量较差，缺陷多。

[0046] 优选的，蒸镀温度为290℃，氧气流量为10sccm，蒸镀腔体真空度为3.0*10-5-10.0*10-5。

[0047] 具体的，采用光刻胶或SiO2作为掩膜，采用电子束蒸发工艺在所述电流阻挡层30表面蒸镀一层导透明导电层40。其中，蒸镀温度为0-300℃，氧气流量为5-sccm，蒸镀腔体真空度为3.0-10.0E-5，蒸镀时间为100-300min。当蒸镀温度低于0℃时，透明导电层无法获取足够的能量进行迁移，形成的透明导电层质量较差，缺陷多；当蒸镀温度高于300℃时，温度过高，薄膜能量过大不易于在外延层上沉积，沉积速率变慢，效率降低。氧气流量小于5sccm时，氧气流量过低，透明导电层氧化不充分，薄膜质量不佳，氧气流量大于sccm时，氧气流量太大，透明导电层过度氧化，膜层缺陷密度增加。蒸镀时间小于100min时，薄膜需要较高的沉积速率才能达到所需厚度，沉积速率太快，原子来不及迁移，因此薄膜生长质量较差，缺陷多。优选的，蒸镀温度为290℃，氧气流量为10sccm，蒸镀腔体真空度为3.0*10-5-10.0*10-5。

[0048] 其中，所述透明导电层40的材质为铟锡氧化物，但不限于此。铟锡氧化物中铟和锡的比例为70-99:1-30。优选的，铟锡氧化物中铟和锡的比例为95:5。这样有利提高导透明导电层40的导电能力，防止载流子聚集在一起，还提高芯片的出光效率。

[0049] 需要说明的是，在本申请的其他实施例中，所述衬底10与所述外延层之间设有缓存冲层和本征层(图中未示出)。

[0050] S2：对所述发光结构进行刻蚀，形成刻蚀至第一半导体层的裸露区域；

[0051] 参见图2b，对所述发光结构进行刻蚀，形成刻蚀至第一半导体层21的裸露区域24。

[0052] 具体的，采用电感耦合等离子(ICP)工艺对所述发光结构进行刻蚀，形成贯穿所述透明导电层40、电流阻挡层30、第二半导体层23和有源层22并延伸至所述第一半导体层21的裸露区域24。在本申请的其他实施例中，裸露区域24可以刻蚀到第一半导体层21的表面，也可以刻蚀到第一半导体层21。

[0053] 需要说明的是，在本申请的其他实施例中，在形成外延层之后先对外延层进行刻蚀，形成贯穿第二半导体层和有源层并延伸至所述第一半导体层的裸露区域，然后在依次在第二半导体层表面形成电流阻挡层和透明导电层。或者，在形成电流阻挡层之后先对发光结构进行刻蚀，形成贯穿电流阻挡层、第二半导体层和有源层并延伸至所述第一半导体层的裸露区域，然后在电流阻挡层表面形成透明导电层。

[0054] S3：形成第一电极和第二电极；

[0055] 参见图2c，在所述裸露区域24的第一半导体层21上形成第一电极51，在所述透明导电层40上形成第二电极52。

[0056] 具体的，采用电子束蒸镀、磁控溅射、电镀或化学镀工艺，在所述裸露区域24的第一半导体层21表面沉积金属层形成第一电极51，在所述第所述透明导电层40表面沉积金属层形成第二电极52。

[0057] 为了提高芯片的光电性能，防止漏电，采用金属蒸镀工艺在所述裸露区域24的第一半导体层21上沉积一层金属层，在所述透明导电层40上沉积一层金属层，并采用剥离去胶工艺去除多余的金属，以在第一半导体层21上形成第一电极51，在透明导电层40上形成第二电极52。

[0058] 需要说明的是，所述第一电极51和/或所述第二电极52由Cr、Ni、Al、Ti、Au、Pt、W、Pb、Rh、Sn、Cu、Ag中的一种或几种制成。

[0059] S4：在所述衬底的背面依次形成金属反射层和DBR反射层，形成LED晶圆；

[0060] 参见图2d，在所述衬底10的背面依次形成金属反射层60和DBR反射层70，形成LED晶圆，所述金属反射层60包括第一粘附层61、反射层62和第二粘附层63。

[0061] 具体的，采用电子束蒸镀、热蒸镀或磁控溅射工艺在所述衬底10背面依次沉积第一粘附层61、反射层62和第二粘附层63，以形成金属反射层60。其中，所述第一粘附层61由Ni、Ti、Cr、Pt、Al中的一种或几种金属制成，所述第二粘附层63由Ni、Ti、Cr、Pt、Al中的一种或几种金属制成。所述反射层62由Ag制成。

[0062] 本申请通过第一粘附层61以将所述反射层62设置在衬底10的背面，由于反射层62由Ag制成，单独的Ag难以形成在衬底发背面。同理，本申请通过第二粘附层63以将所述DBR反射层形成在金属反射层60上。

[0063] 为了减少芯片的厚度，避免光线被第一粘附层61和第二粘附层63所吸收，所述第一粘附层61和第二粘附层63的总厚度小于等于50埃。当第一粘附层61和第二粘附层63的总厚度大于50埃时，会降低芯片的出光效率。

[0064] 具体的，采用离子源辅助蒸镀工艺在所述金属反射层60表面形成所述DBR反射层70。优选的，所述DBR反射层70由SiO2、Si3N4、TiO2、MgF2、CaF2、SrF2、BaF2、ZnSe、ZnS、ZrO2、Al2O3中的两种或两种以上材料制成。

[0065] 本申请通过在衬底10的背面依次形成金属反射层60和DBR反射层70，有效地将芯片从背面发射出来的光反射回芯片的正面发射，从而提高芯片的出光效率。此外，本申请通过在衬底10背面和DBR发射层70之间设置一层金属反射层60，从而避免DBR反射层70侧向反射效果差的问题，大大提升反射亮度，并且通过DBR反射层70将金属反射层60进行保护，避免金属反射层60中的反射层62老化。

[0066] 需要说明的是，在形成所述DBR反射层80之后，还包括以下步骤：

[0067] 采用紫外激光对所述晶圆进行划片；

[0068] 采用劈裂机对所述晶圆进行裂片，形成LED芯片。

[0069] 具体的，采用波长小于350nm的紫外激光对所述发光结构进行划片。

[0070] 由于Ag在紫外光区穿透率较高，本申请通过采用紫外激光来对LED晶圆进行划片，不会损失反射层62，既保证了芯片从背面发射出来的光反射回芯片的正面发射，又保证了LED晶圆可以进行划片切割。

[0071] 相应的，参见图2d，本发明还提供了一种具有反射镜的LED芯片，包括；

[0072] 衬底10；

[0073] 设于所述衬底10表面的发光结构，所述发光结构包括依次设于所述衬底10表面的第一半导体层21、有源层22、第二半导体层23、电流阻挡层30和透明导电层40；

[0074] 设于所述第一半导体层21上的第一电极51；

[0075] 设于所述透明导电层40上的第二电极52；

[0076] 设于所述衬底10背面的金属反射层60，所述金属反射层60包括第一粘附层61、反射层62和第二粘附层63；

[0077] 设于所述第二粘附层63上的DBR反射层70。

[0078] 需要说明的是，衬底10的材料可以为蓝宝石、碳化硅或硅，也可以为其他半导体材料，本实施例中优选衬底为蓝宝石衬底。具体的，所述衬底为纳米图案衬底，倒装LED芯片从衬底一侧出光，在衬底制作纳米图案，增加折射效率，从而提高倒装LED芯片的出光效率。

[0079] 具体的，本申请实施例提供的第一半导体层和第二半导体层均为氮化镓基半导体层，有源层为氮化镓基有源层；此外，本申请实施例提供的第一半导体层、第二半导体层和有源层的材质还可以为其他材质，对此本申请不做具体限制。

[0080] 其中，第一半导体层可以为N型半导体层，则第二半导体层为P型半导体层；或者，第一半导体层为P型半导体层，而第二半导体层为N型半导体层，对于第一半导体层和第二半导体层的导电类型，需要根据实际应用进行设计，对此本申请不做具体限制。

[0081] 需要说明的是，为了提高后续的刻蚀工艺的良率，所述外延层的厚度为4-10μm。当外延层的厚度低于4μm，LED芯片的亮度会降低，在后续刻蚀时，LED芯片容易出现裂片的情况。但外延层的厚度大于10μm，LED芯片的亮度会降低，增加刻蚀的难度和时间。

[0082] 其中，所述透明导电层40的材质为铟锡氧化物，但不限于此。

[0083] 需要说明的是，在本申请的其他实施例中，所述衬底10与所述外延层之间设有缓存冲层和本征层(图中未示出)。

[0084] 具体的，所述第一电极51贯穿所述透明导电层40、电流阻挡层30、第二半导体层23和有源层22并延伸至所述第一半导体层21的裸露区域24。在本申请的其他实施例中，裸露区域24可以刻蚀到第一半导体层21的表面，也可以刻蚀到第一半导体层21。其中，第一电极51与第一半导体层21导电连接，第二电极52与透明导电层40导电连接，且第一电极51和第二电极52之间相互绝缘。

[0085] 所述第一电极51和/或所述第二电极52的材质为Cr、Ni、Al、Ti、Au、Pt、W、Pb、Rh、Sn、Cu、Ag中的一种。

[0086] 所述第一粘附层61的材质为Ni、Ti、Cr、Pt、Al中的一种，所述第二粘附层63的材质为Ni、Ti、Cr、Pt、Al中的一种。所述反射层62的材质为Ag。

[0087] 本申请通过第一粘附层61以将所述反射层62设置在衬底10的背面，由于反射层62由Ag制成，单独的Ag难以形成在衬底发背面。同理，本申请通过第二粘附层63以将所述DBR反射层70形成在金属反射层60上。

[0088] 为了减少芯片的厚度，避免光线被第一粘附层61和第二粘附层63所吸收，所述第一粘附层61和第二粘附层63的总厚度小于等于50埃。当第一粘附层61和第二粘附层63的总厚度大于50埃时，会降低芯片的出光效率。

[0089] 本申请通过在衬底10的背面依次形成金属反射层60和DBR反射层70，有效地将芯片从背面发射出来的光反射回芯片的正面发射，从而提高芯片的出光效率。此外，本申请通过在衬底10背面和DBR发射层70之间设置一层金属反射层60，从而避免DBR反射层70侧向反射效果差的问题，大大提升反射亮度，并且通过DBR反射层70将金属反射层60进行保护，避免金属反射层60中的反射层62老化。

[0090] 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。