LED芯片及其形成方法技术

一种LED芯片及其形成方法，方法包括：提供第一衬底，第一衬底上有由下到上包括第一半导体层、有源层和第二半导体层的前端结构，前端结构有第一区和第二区；在第一区形成贯穿第二半导体层和有源层的凹槽；在凹槽周围第一区第二半导体层顶部表面形成连接导电层；形成覆盖连接导电层及凹槽侧壁且暴露凹槽底部的第一半导体层和第二区第二半导体层顶部表面的绝缘层；进行键合处理，使绝缘层、凹槽底部的第一半导体层及第二区第二半导体层通过键合体和第二衬底结合；之后去除第一衬底；刻蚀第二区和部分第一区的前端结构，分别对应露出部分的键合体和连接导电层；在连接导电层和键合体表面形成电极层。该方法能降低LED芯片板上芯片封装复杂度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种LED芯片及其形成方法。
技术介绍
发光二极管(LightEmittingDiode，简称LED)是一种半导体发光器件。发光二极管具有耗能低、体积小、寿命长、稳定性好、响应快和发光波长稳定等光电性能。目前，发光二极管在照明、家电、显示屏、指示灯领域具有广泛的应用。LED芯片的结构包括正装结构、倒装结构和垂直结构。正装结构LED的有源区发出的光经由P型GaN层和透明电极出射。然而，正装结构LED有两个明显缺点：电流横向流过N型GaN层，导致电流拥挤，局部发热量高，限制了驱动电流；正装结构LED采用蓝宝石衬底，而蓝宝石衬底的导热性差，严重阻碍散热。倒装结构LED利用共晶焊接将大尺寸LED芯片与硅底板焊接在一起。倒装结构LED在散热效果上有了很大的改善，但是通常的倒装结构LED的电流仍然是横向流过N型GaN层，电流拥挤的现象仍然存在。垂直结构LED可以有效的解决正装结构LED的两个缺点。具体的，垂直结构LED采用高热导衬底，如硅、锗或Cu取代蓝宝石衬底，在很大程度上提高了散热能力；垂直结构LED的两个电极分别在LED芯片的两侧，通过N型电极，使得电流几乎全部垂直流过LED芯片，横向电流极少，因此有效的避免正装结构LED电流拥挤问题。然而，现有技术形成的LED芯片提高了对LED芯片的板上芯片(COB)封装的工艺复杂度。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种LED芯片及其形成方法，以利于降低LED芯片板上芯片封装的工艺复杂度。为解决上述问题，本专利技术提供一种LED芯片的形成方法，包括：提供第一衬底，所述第一衬底上具有前端结构，所述前端结构包括第一半导体层、位于第一半导体层上的有源层、以及位于有源层上的第二半导体层，所述前端结构具有第一区和第二区；在第一区形成贯穿第二半导体层和有源层的凹槽；在凹槽周围的第一区第二半导体层的顶部表面形成连接导电层；形成覆盖连接导电层以及凹槽侧壁的绝缘层，所述绝缘层暴露出凹槽底部的第一半导体层和第二区第二半导体层的顶部表面；进行所述键合处理，使绝缘层、凹槽底部的第一半导体层、以及第二区第二半导体层通过键合体和第二衬底结合，所述键合体填充满凹槽且覆盖绝缘层和第二区第二半导体层的顶部表面；进行键合处理后，去除第一衬底；去除第一衬底后，刻蚀部分第一区的前端结构，暴露出部分连接导电层，刻蚀第二区的前端结构，暴露出部分键合体；在暴露出的连接导电层表面和键合体表面分别形成电极层。可选的，所述连接导电层包括一层或多层层叠的叠层组层，所述叠层组层包括第一材料层和位于第一材料层表面的第二材料层，所述第一材料层位于所述凹槽周围的第一区第二半导体层的顶部表面。可选的，所述第一材料层的材料为TiW；所述第二材料层的材料为Pt或Ti。可选的，进行所述键合处理的方法包括：在绝缘层表面、凹槽底部的第一半导体层表面、以及第二区第二半导体层的顶部表面形成第一键合层；提供第二衬底；在第二衬底表面形成第二键合层；将所述第一键合层和第二键合层进行键合，使第一键合层和第二键合层形成所述键合体。可选的，所述第二衬底为绝缘导热衬底，所述绝缘导热衬底的热导率在45W/(m·K)以上；或者所述第二衬底为导电衬底；当所述第二衬底为导电衬底时，所述LED芯片的形成方法还包括：在进行所述键合处理的过程中，使所述键合体通过隔离层和第二衬底结合。可选的，所述绝缘导热衬底的材料为SiC或AlN。可选的，还包括：在形成所述连接导电层之前，在所述凹槽周围的第一区第二半导体层的部分顶部表面形成反射层；所述连接导电层覆盖所述反射层和反射层周围的第一区部分第二半导体层的顶部表面。可选的，还包括：在形成所述反射层之前，在所述凹槽周围的第一区第二半导体层的部分顶部表面形成欧姆接触层，所述欧姆接触层的电导率大于第二半导体层的电导率且小于所述反射层的电导率；所述反射层覆盖所述欧姆接触层。可选的，还包括：去除所述第一衬底后且在刻蚀第二区和部分第一区的前端结构之前，对所述第一半导体层的表面进行粗化处理；刻蚀第二区和部分第一区的前端结构之后，在前端结构表面、绝缘层表面以及部分暴露出的部分键合体表面形成钝化层，且所述钝化层暴露出部分连接导电层表面；形成所述钝化层后，形成所述电极层。本专利技术还提供一种LED芯片，包括：第二衬底；位于第二衬底上的键合体，所述键合体包括位于第二衬底表面的基体和位于基体表面的凸起；位于凸起侧壁、以及部分基体表面的绝缘层；位于部分绝缘层表面的连接导电层，且所述连接导电层位于基体上；位于部分连接导电层上的第二半导体层和位于第二半导体层表面的有源层，所述凸起和凸起侧壁的绝缘层贯穿所述第二半导体层和有源层；位于第二半导体层、有源层、凸起以及凸起侧壁的绝缘层表面的第一半导体层；分别位于暴露出的连接导电层表面和键合体表面的电极层。可选的，所述连接导电层包括一层或多层层叠的叠层组层，所述叠层组层包括第二材料层和位于第二材料层表面的第一材料层，所述第二材料层位于部分绝缘层表面，且所述第二材料层位于基体上。可选的，所述第一材料层的材料为TiW；所述第二材料层的材料为Pt或Ti。可选的，所述第二衬底为绝缘导热衬底，所述绝缘导热衬底的热导率在45W/(m·K)以上；或者所述第二衬底为导电衬底；当所述第二衬底为导电衬底时，所述LED芯片还包括：位于第二衬底和键合体之间的隔离层。可选的，所述绝缘导热衬底的材料为SiC或AlN。可选的，还包括：位于第二半导体层和连接导电层之间的反射层。可选的，还包括：位于反射层和第二半导体层之间的欧姆接触层，所述欧姆接触层的电导率大于第二半导体层的电导率且小于所述反射层的电导率。可选的，所述欧姆接触层的材料为透明导电材料。可选的，所述透明导电材料为氧化铟锡、掺氟氧化锡或掺铝氧化锌。可选的，所述键合体的材料为Au、Cu、In、Ti、Pt、Cr、Ge、Ni中的任意一种或多种组合。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术技术方案提供的LED芯片的形成方法中，形成覆盖连接导电层以及凹槽侧壁的绝缘层，所述绝缘层暴露出凹槽底部的第一半导体层和第二区第二半导体层的顶部表面；去除第一衬底并刻蚀第二区和部分第一区的前端结构后，分别对应暴露出部分键合体和部分连接导电层；在暴露出的连接导电层表面和键合体表面分别形成电极层，所述电极层用于连接外部电压源。连接导电层表面的电极层通过连接导电层电学连接第二半导体层，键合体表面的电极层通过键合体电学连接第一半导体层，而第一半导体层通过有源层和第二半导体层电学连接。因此LED芯片中的电流依次流经连接导电层表面的电极层、连接导电层、第二半导体层、有源层、第一半导体层、键合体、键合体表面的电极层。由于外部电压源无需通过第二衬底和键合体将电压施加在第一半导体层上，因此LED芯片中的电流无需流经第二衬底，第一半导体层无需通过键合体和第二衬底进行电学连接。使得对第二衬底的材料要求不再限于导电材料，利于降低LED芯片板上芯片封装的工艺复杂度。本专利技术技术方案提供的LED芯片中，绝缘层位于凸起侧壁、以及部分基体表面；连接导电层位于部分绝缘层表面，且所述连接导电层位于基体上，电极层分别位于暴露出的连接导电层表面和键合体表面，所述电极层用于连接外部电压源。连接导电层表面的电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LED芯片的形成方法，其特征在于，包括：提供第一衬底，所述第一衬底上具有前端结构，所述前端结构包括第一半导体层、位于第一半导体层上的有源层、以及位于有源层上的第二半导体层，所述前端结构具有第一区和第二区；在第一区形成贯穿第二半导体层和有源层的凹槽；在凹槽周围的第一区第二半导体层的顶部表面形成连接导电层；形成覆盖连接导电层以及凹槽侧壁的绝缘层，所述绝缘层暴露出凹槽底部的第一半导体层和第二区第二半导体层的顶部表面；进行键合处理，使绝缘层、凹槽底部的第一半导体层、以及第二区第二半导体层通过键合体和第二衬底结合，所述键合体填充满凹槽且覆盖绝缘层和第二区第二半导体层的顶部表面；进行所述键合处理后，去除第一衬底；去除第一衬底后，刻蚀部分第一区的前端结构，暴露出部分连接导电层，刻蚀第二区的前端结构，暴露出部分键合体；在暴露出的连接导电层表面和键合体表面分别形成电极层。

【技术特征摘要】
1.一种LED芯片的形成方法，其特征在于，包括：提供第一衬底，所述第一衬底上具有前端结构，所述前端结构包括第一半导体层、位于第一半导体层上的有源层、以及位于有源层上的第二半导体层，所述前端结构具有第一区和第二区；在第一区形成贯穿第二半导体层和有源层的凹槽；在凹槽周围的第一区第二半导体层的顶部表面形成连接导电层；形成覆盖连接导电层以及凹槽侧壁的绝缘层，所述绝缘层暴露出凹槽底部的第一半导体层和第二区第二半导体层的顶部表面；进行键合处理，使绝缘层、凹槽底部的第一半导体层、以及第二区第二半导体层通过键合体和第二衬底结合，所述键合体填充满凹槽且覆盖绝缘层和第二区第二半导体层的顶部表面；进行所述键合处理后，去除第一衬底；去除第一衬底后，刻蚀部分第一区的前端结构，暴露出部分连接导电层，刻蚀第二区的前端结构，暴露出部分键合体；在暴露出的连接导电层表面和键合体表面分别形成电极层。2.根据权利要求1所述的LED芯片的形成方法，其特征在于，所述连接导电层包括一层或多层层叠的叠层组层，所述叠层组层包括第一材料层和位于第一材料层表面的第二材料层，所述第一材料层位于所述凹槽周围的第一区第二半导体层的顶部表面。3.根据权利要求2所述的LED芯片的形成方法，其特征在于，所述第一材料层的材料为TiW；所述第二材料层的材料为Pt或Ti。4.根据权利要求1所述的LED芯片的形成方法，其特征在于，进行所述键合处理的方法包括：在绝缘层表面、凹槽底部的第一半导体层表面、以及第二区第二半导体层的顶部表面形成第一键合层；提供第二衬底；在第二衬底表面形成第二键合层；将所述第一键合层和第二键合层进行键合，使第一键合层和第二键合层形成所述键合体。5.根据权利要求1所述的LED芯片的形成方法，其特征在于，所述第二衬底为绝缘导热衬底，所述绝缘导热衬底的热导率在45W/(m·K)以上；或者所述第二衬底为导电衬底；当所述第二衬底为导电衬底时，所述LED芯片的形成方法还包括：在进行所述键合处理的过程中，使所述键合体通过隔离层和第二衬底结合。6.根据权利要求5所述的LED芯片的形成方法，其特征在于，所述绝缘导热衬底的材料为SiC或AlN。7.根据权利要求1所述的LED芯片的形成方法，其特征在于，还包括：在形成所述连接导电层之前，在所述凹槽周围的第一区第二半导体层的部分顶部表面形成反射层；所述连接导电层覆盖所述反射层和反射层周围第一区的部分第二半导体层的顶部表面。8.根据权利要求7所述的LED芯片的形成方法，其特征在于，还包括：在形成所述反射层之前，在所述凹槽周围的第一区第二半导体层的部分顶部表面形成欧姆接触层，所述欧...

【专利技术属性】
技术研发人员：童玲，徐慧文，
申请(专利权)人：映瑞光电科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31