发光二极管芯片及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种发光二极管芯片及其制作方法，属于半导体技术领域。发光二极管芯片包括透明基板、透明粘结层、窗口层、P型限制层、有源层、N型限制层、N型电极、P型电极和若干金属颗粒；窗口层的第一表面具有凸起部和凹陷部，若干金属颗粒间隔设置在凸起部和凹陷部上；每个金属颗粒呈工字型，工字型包括依次设置在窗口层的第一表面上的底部、连接部和顶部；底部与金属颗粒的设置表面形成合金，连接部的第一截面的面积小于底部的第一截面的面积，顶部的第一截面的面积大于连接部的第一截面的面积。本发明专利技术可以有效避免窗口层和透明基板分离，提高LED芯片的稳定性和可靠性，延长LED芯片的使用寿命。

LED chip and its fabrication method

【技术实现步骤摘要】
发光二极管芯片及其制作方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种发光二极管芯片及其制作方法。
技术介绍
发光二极管(英文：LightEmittingDiode，简称：LED)是一种可以把电能转化成光能的半导体二极管，已经被广泛应用在显示、装饰、通讯等领域。通过采用不同的半导体材料，LED的发光波长能够覆盖从紫外到红外的全色范围，并使得LED的发光效率和发光亮度不断提高。芯片是LED的核心组件，包括外延片和分别设置在外延片上的N型电极和P型电极。对于红黄光LED芯片来说，N型电极和P型电极通常分别设置在包括芯片出光面在内的两个相对的表面上。由于电极是不透光的，因此位于芯片出光面上的电极会造成芯片光效的损失。随着LED芯片的尺寸越来越小，电极所占芯片表面面积的比例越来越高，电极对芯片光效造成的损失也越来越大。为了解决电极造成芯片光效损失的问题，目前将红黄光LED芯片的N型电极和P型电极设置在芯片同一侧的表面上，电极设置表面的相对表面作为芯片的出光面，形成倒装LED芯片，可以避免电极吸收芯片射向出光面的光线。另外，红黄光LED外延片包括GaAs衬底以及依次生长在GaAs衬底上的N型限制层、有源层、P型限制层和窗口层。GaAs衬底吸光，为了避免芯片射向出光面的光线被GaAs衬底吸收，可以先利用透明的二氧化硅将透明基板键合到窗口层上作为芯片的出光面，再去除GaAs衬底，分别设置N型电极和P型电极，形成倒装LED芯片。其中，键合透明基板和窗口层时，透明基板和窗口层上均铺设有二氧化硅层，在透明基板上的二氧化硅层和窗口层上的二氧化硅层放在一起之后，会施加作用力将透明基板上的二氧化硅层和窗口层上的二氧化硅层之间的距离减小到二氧化硅分子距离内，从而利用分子力将透明基板上的二氧化硅层和窗口层上的二氧化硅层结合在一起，实现透明基板和窗口层的键合。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：LED芯片工作时会产生热量，温度可以升高到150℃左右；LED芯片不工作时，温度又会降低至室温(一般为25℃)，因此LED芯片的温度会频繁地在25℃～150℃之间变化。而温度的变化导致LED芯片(包括二氧化硅层、窗口层等)不断地进行热胀冷缩，由于二氧化硅层与窗口层之间存在着热膨胀系数的巨大差异(窗口层的热膨胀系数在5e-6以上，二氧化硅层的热膨胀系数为0.5e-6，热膨胀系数相差10倍)，加上二氧化硅层和窗口层采用的材料均为脆性材料，因此二氧化硅层与窗口层的交界面在热胀冷缩的过程中会产生较大的应力。这个应力长时间作用在二氧化硅层和窗口层的交界面上，很可能造成透明基板和窗口层分离，LED芯片失效和损坏，不利于LED芯片的稳定使用，影响LED芯片的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种发光二极管芯片及其制作方法，能够有效避免窗口层和透明基板分离，提高LED芯片的稳定性和可靠性。所述技术方案如下：一方面，本专利技术实施例提供了一种发光二极管芯片，所述发光二极管芯片包括透明基板、透明粘结层、窗口层、P型限制层、有源层、N型限制层、N型电极、P型电极和若干金属颗粒；所述透明基板、所述透明粘结层、所述窗口层、所述P型限制层、所述有源层、所述N型限制层依次层叠设置，所述N型限制层上设有延伸至所述P型限制层的凹槽，所述N型电极设置在所述N型限制层上，所述P型电极设置在所述凹槽内的P型限制层上；所述窗口层的第一表面具有凸起部和凹陷部，所述窗口层的第一表面为所述透明粘结层所在的表面，所述若干金属颗粒间隔设置在所述凸起部和所述凹陷部上；每个所述金属颗粒呈工字型，所述工字型包括依次设置在所述窗口层的第一表面上的底部、连接部和顶部；所述底部与所述金属颗粒的设置表面形成合金。可选地，所述底部的组成材料与所述窗口层的组成材料固态共融，所述连接部的组成材料的熔点低于所述顶部的组成材料的熔点。进一步地，所述底部的组成材料采用AuBe，所述连接部的组成材料采用Au，所述顶部的组成材料采用TiW。可选地，所述连接部的厚度H2为所述顶部的厚度H3的1.5倍～2倍，所述顶部的厚度H3为所述底部的厚度H1的20倍～40倍，所述底部的厚度H1、所述连接部的厚度H2、所述顶部的厚度H3依次为所述底部、所述连接部、所述顶部在垂直于所述金属颗粒的设置表面的方向上的长度。可选地，所述透明基板的第一表面具有凸起部和凹陷部，所述透明基板的第一表面为与所述透明粘结层接触的表面；所述透明基板的凸起部的尺寸小于所述窗口层的凸起部的尺寸；或者，所述透明基板的凹陷部的尺寸小于所述窗口层的凹陷部的尺寸。可选地，所述凸起部或者所述凹陷部具有一个或多个台阶。可选地，所述透明基板的第二表面具有多个间隔分布的凸块，所述透明基板的第二表面与所述透明基板的第一表面相对，所述透明基板的第一表面为与所述透明粘结层接触的表面；所述凸块的侧面与所述凸块的底面之间的夹角为65°～75°，所述凸块的底面为所述凸块与所述透明基板接触的表面，所述凸块的侧面为与所述凸块的底面相邻的表面。可选地，所述透明粘结层的材料采用氮氧化硅，所述透明粘结层中氮组分的含量自所述透明基板向所述窗口层的方向先逐渐减小再逐渐增大。另一方面，本专利技术实施例提供了一种发光二极管芯片的制作方法，所述制作方法包括：提供一外延片，所述外延片包括依次层叠的衬底、N型限制层、有源层、P型限制层和窗口层；在所述窗口层的第一表面形成凸起部和凹陷部；在所述凸起部和所述凹陷部上间隔设置若干金属颗粒，每个所述金属颗粒呈工字型，所述工字型包括依次设置在所述窗口层的第一表面上的底部、连接部和顶部，所述底部与所述金属颗粒的设置表面形成合金；在所述若干金属颗粒和所述窗口层上形成透明粘结层；利用所述透明粘结层将透明基板键合在所述窗口层上；去除所述衬底；设置N型电极和P型电极，形成发光二极管芯片。可选地，所述在所述凸起部和所述凹陷部上间隔设置若干金属颗粒，包括：采用光刻技术在所述凸起部和所述凹陷部上形成设定图形的光刻胶；在所述光刻胶和所述窗口层上依次沉积所述底部的组成材料、所述连接部的组成材料、所述顶部的组成材料，所述底部的组成材料与所述窗口层的组成材料固态共融，所述连接部的组成材料的熔点低于所述顶部的组成材料的熔点；去除所述光刻胶，留下间隔设置在所述窗口层上的若干金属颗粒；对所述若干金属颗粒进行快速退火，所述底部在快速退火的过程中与所述窗口层形成合金，所述连接部在快速退火的过程中先熔化变形再凝固定形，所述顶部在快速退火过程中保持不变。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在窗口层设置透明粘结层的表面形成凸起部和凹陷部，窗口层和透明粘结层的交界面变成凹凸不平的曲面，窗口层和透明粘结层的交界面产生的应力在发光二极管芯片的层叠方向上的作用范围从平面变成具有一定厚度的柱体，使得应力的作用范围得到扩大，由于应力的大小没有变化，因此应力的分布密度得到降低，对窗口层和透明粘结层的分离作用减弱。同时在窗口层设置透明粘结层的表面间隔设置若干金属颗粒，可以进一步分散窗口层和透明粘结层的交界面的应力分布，避免窗口层和透明粘结层的交界面应力将窗口层与透明基板分离。而且每个金属颗粒呈工字型，工字型包括依次设置的底部、连接部和顶部，连接部的截面面积小于顶部的截面面积和底部的截面面积本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发光二极管芯片，其特征在于，所述发光二极管芯片包括透明基板(10)、透明粘结层(20)、窗口层(31)、P型限制层(32)、有源层(33)、N型限制层(34)、N型电极(41)、P型电极(42)和若干金属颗粒(50)；所述透明基板(10)、所述透明粘结层(20)、所述窗口层(31)、所述P型限制层(32)、所述有源层(33)、所述N型限制层(34)依次层叠设置，所述N型限制层(34)上设有延伸至所述P型限制层(32)的凹槽(100)，所述N型电极(41)设置在所述N型限制层(34)上，所述P型电极(42)设置在所述凹槽(100)内的P型限制层(32)上；所述窗口层(31)的第一表面具有凸起部(200)和凹陷部(300)，所述窗口层(31)的第一表面为所述透明粘结层(20)所在的表面，所述若干金属颗粒(50)间隔设置在所述凸起部(200)和所述凹陷部(300)上；每个所述金属颗粒(50)呈工字型，所述工字型包括依次设置在所述窗口层(31)的第一表面上的底部(51)、连接部(52)和顶部(53)；所述底部(51)与所述金属颗粒(50)的设置表面形成合金。

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管芯片，其特征在于，所述发光二极管芯片包括透明基板(10)、透明粘结层(20)、窗口层(31)、P型限制层(32)、有源层(33)、N型限制层(34)、N型电极(41)、P型电极(42)和若干金属颗粒(50)；所述透明基板(10)、所述透明粘结层(20)、所述窗口层(31)、所述P型限制层(32)、所述有源层(33)、所述N型限制层(34)依次层叠设置，所述N型限制层(34)上设有延伸至所述P型限制层(32)的凹槽(100)，所述N型电极(41)设置在所述N型限制层(34)上，所述P型电极(42)设置在所述凹槽(100)内的P型限制层(32)上；所述窗口层(31)的第一表面具有凸起部(200)和凹陷部(300)，所述窗口层(31)的第一表面为所述透明粘结层(20)所在的表面，所述若干金属颗粒(50)间隔设置在所述凸起部(200)和所述凹陷部(300)上；每个所述金属颗粒(50)呈工字型，所述工字型包括依次设置在所述窗口层(31)的第一表面上的底部(51)、连接部(52)和顶部(53)；所述底部(51)与所述金属颗粒(50)的设置表面形成合金。2.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述底部(51)的组成材料与所述窗口层(31)的组成材料固态共融，所述连接部(52)的组成材料的熔点低于所述顶部(53)的组成材料的熔点。3.根据权利要求2所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述底部(51)的组成材料采用AuBe，所述连接部(52)的组成材料采用Au，所述顶部(53)的组成材料采用TiW。4.根据权利要求1～3任一项所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述连接部(52)的厚度H2为所述顶部(53)的厚度H3的1.5倍～2倍，所述顶部(53)的厚度H3为所述底部(51)的厚度H1的20倍～40倍，所述底部(51)的厚度H1、所述连接部(52)的厚度H2、所述顶部(53)的厚度H3依次为所述底部(51)、所述连接部(52)、所述顶部(53)在垂直于所述金属颗粒(50)的设置表面的方向上的长度。5.根据权利要求1～3任一项所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述透明基板(10)的第一表面具有凸起部(200)和凹陷部(300)，所述透明基板(10)的第一表面为与所述透明粘结层(20)接触的表面；所述透明基板(10)的凸起部(200)的尺寸小于所述窗口层(31)的凸起部(200)的尺寸；或...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰叶，陶羽宇，常远，吴志浩，
申请(专利权)人：华灿光电苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32