技术领域
[0001] 本发明涉及发光二极管技术领域，更为具体地说，涉及一种通孔型垂直结构LED芯片及其制作方法。
相关背景技术
[0002] 现有的发光二极管包括水平类型和垂直类型。垂直类型的发光二极管通过把半导体结构转移到其它的导电性、导热性更佳的基板上，并移除原始外延生长的衬底的工艺获得，半导体结构至少包括依次层叠的第一型半导体层、有源区及第二型半导体层。相较于水平类型，可以有效改善外延生长衬底带来的吸光、电流拥挤或散热性差的技术问题。衬底的转移一般采用键合工艺，键合主要通过金属‑金属高温高压键合，即在半导体结构的一侧与导电基板之间形成金属键合层。半导体结构的另一侧作为出光侧，出光侧配置有打线电极以提供电流的注入或流出，半导体结构下方的导电基板提供电流的流出或流入，由此形成电流垂直经过半导体结构的发光二极管。
[0003] 为了提高出光效率，通常会在金属键合层的一侧设计反射结构，如金属反射镜或由金属反射镜结合介质层所形成的全方位反射镜(ODR omn i‑d i rect iona l ref l ector)，将金属键合层一侧的出光反射至出光侧，提高出光效率。然而，金属反射镜与介质层之间的粘附性较差，在激光剥离生长衬底或其它工序作业时产生的应力释放，让金属反射镜与介质层之间产生裂纹造成外延脱落，影响芯片的可靠性和稳定性，从而导致LED芯片良率降低。
具体实施方式
[0054] 为本发明的内容更加清晰，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
[0055] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
[0056] 其次，本申请结合示意图进行详细描述，在详述本申请实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本申请保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0057] 正如背景技术中所述，为了提高出光效率，通常会在金属键合层的一侧设计反射结构，如金属反射镜或由金属反射镜结合介质层所形成的全方位反射镜，将金属键合层一侧的出光反射至出光侧，提高出光效率。然而，金属反射镜与介质层之间的粘附性较差，在激光剥离生长衬底或其它工序作业时产生的应力释放，让金属反射镜与介质层之间产生裂纹造成外延脱落，影响芯片的可靠性和稳定性，从而导致LED芯片良率降低。
[0058] 发明人研究发现，现有技术中在制备金属反射镜时，会先沉积黏附层作为金属反射镜的开始层，用来增加介质膜和金属反射镜之间粘附性，但黏附层通常采用ITO、IZO、TiO2等易吸光材料且黏附层其面积与金属反射镜一致，会影响LED芯片出光效率。
[0059] 有鉴于此，本申请实施例提供了一种通孔型垂直结构LED芯片，如图1所示，包括：
[0060] 导电基板1；
[0061] 设置于导电基板1一侧的金属键合层7、绝缘层6、欧姆接触层5、反射结构3以及外延叠层2；其中，外延叠层2至少包括沿第一方向依次堆叠的第二型半导体层23、有源区22以及第一型半导体层21，且外延叠层2朝向导电基板1的一侧表面设有向第一型半导体层21延伸的凹槽24，并显露第一型半导体层21的部分表面，第一方向垂直于导电基板1，并由导电基板1指向外延叠层2；
[0062] 反射结构3包括介质膜层31和金属反射层32，介质膜层31设置于第二型半导体层23背离有源区22的一侧表面并延伸至凹槽24的侧壁，且介质膜层31包括介质通孔K，介质通孔K显露第二型半导体层23；金属反射层32设置于介质膜层31背离外延叠层2的一侧表面，并通过介质通孔K与第二型半导体层23形成电连接；
[0063] 欧姆接触层5包覆金属反射层32的裸露面并延伸至介质膜层31的部分表面，且欧姆接触层5朝向外延叠层2的一侧具有裸露面以用于外部电连接；
[0064] 其中，在介质膜层31背离外延叠层2的一侧表面设有图形化的粘附结构4，且粘附结构4同时还与金属反射层32及欧姆接触层5形成连接；
[0065] 绝缘层6覆盖欧姆接触层5朝向导电基板1一侧的裸露面，且绝缘层6与介质膜层31接合，并裸露凹槽24的底部形成第一通孔T；
[0066] 金属键合层7层叠于绝缘层6背离外延叠层2的一侧表面，并通过第一通孔T与第一型半导体层21形成电连接，且导电基板1层叠于金属键合层7背离外延叠层2的一侧表面。
[0067] 本实施例中不作限定第一型半导体层21和第二型半导体层23的具体掺杂类型，第一型半导体层21与第二型半导体层23的掺杂类型相反，第一型半导体层21可以是P型半导体层也可以是N型半导体层，N型半导体层和P型半导体层材料可以为GaN。
[0068] 本实施例中的介质膜层31为绝缘材质，可选的，本实施例中，介质膜层31为低折射率的绝缘材质，包括但不限于SiO2、MgF2中的一种或多种堆叠。
[0069] 在本申请一实施例中，粘附结构4在导电基板1上的垂直投影，位于介质膜层31在导电基板1上的垂直投影范围内。
[0070] 在本申请一实施例中，介质膜层31的厚度范围为1000A‑6000A，包括端点值。
[0071] 在本申请一实施例中，金属反射层32为高反射率的金属材质，包括但不限于金、银、铝、镁、镍、钛、ITO中的一种或多种堆叠。
[0072] 在本申请一实施例中，欧姆接触层5包括但不限于铬、钛、镍、金中的一种或多种堆叠。
[0073] 在本申请一实施例中，金属键合层7包括但不限于镍、锡、金、铟中的一种或多种合金。
[0074] 在本申请的另一实施例中，参考图1所示，还包括钝化层8，钝化层8覆盖第一型半导体层21的裸露面，并延伸至外延叠层2的侧壁与介质膜层31连接。
[0075] 在本申请的另一实施例中，如图2所示，粘附结构4包括第一粘附结构41和第二粘附结构42，第一粘附结构41设置于介质膜层31与金属反射层32之间的边缘区域，第二粘附结构42设置于介质膜层31与金属反射层32之间的中间区域。
[0076] 在本申请的另一实施例中，第一粘附结构41围绕第二粘附结构42设置。
[0077] 需要说明的是，本实施例中不限制第一粘附结构41及第二粘附结构42的具体数量、分布方式及形状，可以根据需求进行选择，只要其保证出光效果的同时还具有粘附效果。可选的，在本申请的一实施例中，如图3所示，第一粘附结构41包括间断式结构，或如图4所示，第一粘附结构41包括连续性结构。可选的，在本申请的一实施例中，第二粘附结构42包括点状式结构或条状结构或网状结构。
[0078] 可选的，本实施例中，第二粘附结构42的形状包括但不限于圆柱体、正方体、长方体、梯形体中的一种或多种。
[0079] 在本申请的另一实施例中，参考图2所示，金属反射层32显露部分第一粘附结构41并覆盖第二粘附结构42。
[0080] 在本申请的另一实施例中，第二粘附结构42均匀分布于介质膜层31与金属反射层32之间的中间区域，且，外延叠层2的发光面积为M1，反射结构3在导电基板1所在平面上的垂直投影的总面积为M2，第二粘附结构42在导电基板1所在平面上的垂直投影的总面积为M3，则，4/5M1
[0081] 在本申请的另一实施例中，如图5所示，金属反射层32包括金属开口J，金属开口J显露第二粘附结构42，欧姆接触层5通过金属开口J与第二粘附结构42连接,且第二粘附结构42包括反射结构。
[0082] 可选的，本实施例中，参考图5所示，金属反射层32覆盖第一粘附结构41并显露部分第二粘附结构42；
[0083] 或，如图6所示，金属反射层32显露部分第一粘附结构41及部分第二粘附结构42。
[0084] 需要说明的是，本实施例中，第一粘附结构41和第二粘附结构42的几种设置方式，可根据实际需求进行选择；其中，金属反射层32显露部分第一粘附结构41，以使第一粘附结构41连接介质膜层31、金属反射层32及欧姆接触层5；金属反射层32显露部分第二粘附结构42，以使第二粘附结构42连接介质膜层31、金属反射层32及欧姆接触层5。
[0085] 在本申请的另一实施例中，第二粘附结构42包括沿背离外延叠层2的方向依次层叠的第一粘附子层、中间层及第二粘附子层，第一粘附子层厚度小于第二粘附子层厚度，其中，第一粘附子层和第二粘附子层皆包括但不限于I TO、I ZO、Al 2O3、T iO2、I n2O3、SnO2中的一种或多种，中间层为高反射率的金属材质，包括但不限于Ag、Al、Au、Rh中的一种或多种。
[0086] 需要说明的是，本实施例中的第一粘附子层距离外延叠层较近，其厚度设置较小可减少吸光，且中间层为具有高反射率的金属材质可将光反射至出光侧，并结合厚度较厚的第二粘附子层来增加粘附效果。
[0087] 在本申请的另一实施例中，开始层的厚度范围为20A‑200A，包括端点值；中间层的厚度范围为800A‑2000A，包括端点值；结束层的厚度范围为20A‑2000A，包括端点值。
[0088] 在本申请的另一实施例中，第一粘附结构41包括但不限于I TO、I ZO、Al 2O3、T i O2、I n2O3、SnO2中的一种或多种堆叠。
[0089] 在本申请的另一实施例中，介质膜层31背离第二型半导体层23的一侧表面为A，欧姆接触层5背离第二型半导体层23的一侧表面为B，第一粘附结构41背离介质膜层的一侧表面为C1，第二粘附结构42背离介质膜层的一侧表面为C2；
[0090] 则，C1与C2的水平面介于A与B之间，其中，C1与C2在同一水平面，或C1与C2不在同一水平面。
[0091] 在本申请的另一实施例中，如图7所示，为了提升LED芯片的电流扩展效果，还包透明导电层9，透明导电层9设置于第二型半导体层23背离有源区22一侧的部分表面。
[0092] 可选的，本实施例中，金属反射层32通过透明导电层9与第二型半导体层23形成电连接。
[0093] 可选的，本实施例中，透明导电层9的厚度范围为50A‑500A，包括端点值。
[0094] 本发明实施例还提供了一种通孔型垂直结构LED芯片的制作方法，用于制作上述任一项的通孔型垂直结构LED芯片，制作方法包括以下步骤：
[0095] 步骤S01、如图8所示，提供一生长衬底01。
[0096] 在本申请一实施例中，提供的生长衬底01可以为蓝宝石等材质的衬底，对此本发明实施例不做具体限制。
[0097] 步骤S02、如图9所示，在生长衬底01的一侧表面形成外延叠层2，外延叠层2包括沿生长方向依次堆叠的第一型半导体层21、有源区22以及第二型半导体层23。
[0098] 本实施例中不作限定第一型半导体层21和第二型半导体层23的具体掺杂类型，第一型半导体层21与第二型半导体层23的掺杂类型相反，第一型半导体层21可以是P型半导体层也可以是N型半导体层，N型半导体层和P型半导体层材料可以为GaN。
[0099] 在本申请一实施例中，本发明实施例提供的发光层可以为为多量子阱层。
[0100] 步骤S03、如图10所示，沿第二型半导体层23的部分上表面刻蚀，显露部分第一型半导体层21形成凹槽24。
[0101] 步骤S04、如图11所示，制备介质膜层31，使其覆盖第二型半导体层23的裸露面、凹槽24的侧壁及凹槽24的底部，并图形化绝缘介质结构形成介质通孔K，介质通孔K显露部分第二型半导体层23。
[0102] 本实施例中的介质膜层31为绝缘材质，可选的，本实施例中，介质膜层31为低折射率的绝缘材质，包括但不限于S iO2、MgF2中的一种或多种堆叠。
[0103] 在本申请一实施例中，介质膜层31的厚度范围为1000A‑6000A，包括端点值。
[0104] 步骤S05、如图12所示，在介质膜层31的表面制备图形化的粘附结构4。
[0105] 在本申请一实施例中，粘附结构4在导电基板1上的垂直投影，位于介质膜层31在导电基板1上的垂直投影范围内。
[0106] 在本申请一实施例中，步骤S05具体包括以下工序：
[0107] 步骤S05.1、如图13所示，在介质膜层31的上表面涂覆光刻胶02，并通过曝光、显影工艺去除粘附结构预设区域的光刻胶02以显露对应位置的介质膜层31；
[0108] 步骤S05.2、如图14所示，通过蒸镀或溅射工艺在显露的介质膜层31上制备粘附结构4；
[0109] 步骤S05.3、参考图12所示,去除光刻胶02及光刻胶02上表面区域的粘附结构4。
[0110] 步骤S06、如图15所示，制备金属反射层32，使其覆盖部分粘附结构4，并通过介质通孔K覆盖显露的第二型半导体层23，介质膜层31和金属反射层32构成反射结构3。
[0111] 在本申请一实施例中，可以先通过匀胶、曝光、显影，然后采用蒸镀或溅射工艺形成金属反射层32。
[0112] 在本申请一实施例中，金属反射层32为高反射率的金属材质，包括但不限于金、银、铝、镁、镍、钛、ITO中的一种或多种堆叠。
[0113] 步骤S07、如图16所示，制作欧姆接触层5，使其覆盖金属反射层32及粘附结构4的裸露面，并延伸至介质膜层31的部分表面。
[0114] 在本申请一实施例中，欧姆接触层5包括但不限于铬、钛、镍、金中的一种或多种堆叠。
[0115] 步骤S08、如图17所示，制备绝缘层6，使其覆盖欧姆接触层5的裸露面，且绝缘层6与介质膜层31接合，并图形化绝缘层6使其裸露凹槽24的底部形成第一通孔T。
[0116] 步骤S09、如图18所示，蒸镀金属键合层7，金属键合层7层叠于绝缘层6背离外延叠层2的一侧表面，并通过第一通孔T与第一型半导体层21形成电连接。
[0117] 在本申请一实施例中，金属键合层7包括但不限于镍、锡、金、铟中的一种或多种合金。
[0118] 步骤S10、如图19所示，通过键合工艺，将步骤S09所形成的芯片结构固定于导电基板1，且导电基板1形成于金属键合层7背离外延叠层2的一侧表面。
[0119] 步骤S11、如图20所示，剥离生长衬底01，露出第一型半导体层21。
[0120] 步骤S12、如图21所示，蚀刻部分外延叠层2，形成具有通过裸露欧姆接触层5的部分表面而用于外部电连接的开口。
[0121] 在本申请的另一实施例中，参考图1所示，还包括钝化层8，钝化层8覆盖第一型半导体层21的裸露面，并延伸至外延叠层2的侧壁与介质膜层31连接。
[0122] 在本申请的另一实施例中，参考图2所示，粘附结构4包括第一粘附结构41和第二粘附结构42，第一粘附结构41设置于介质膜层31与金属反射层32之间的边缘区域，第二粘附结构42设置于介质膜层31与金属反射层32之间的中间区域。
[0123] 在本申请的另一实施例中，第一粘附结构41围绕第二粘附结构42设置。
[0124] 需要说明的是，本实施例中不限制第一粘附结构41及第二粘附结构42的具体数量、分布方式及形状，可以根据需求进行选择，只要其保证出光效果的同时还具有粘附效果。可选的，在本申请的一实施例中，参考图3所示，第一粘附结构41包括间断式结构，或参考图4所示，第一粘附结构41包括连续性结构。可选的，在本申请的一实施例中，第二粘附结构42包括点状式结构或条状结构或网状结构。
[0125] 可选的，本实施例中，第二粘附结构42的形状包括但不限于圆柱体、正方体、长方体、梯形体中的一种或多种。
[0126] 在本申请的另一实施例中，参考图2所示，金属反射层32显露部分第一粘附结构41并覆盖第二粘附结构42。
[0127] 在本申请的另一实施例中，第二粘附结构42均匀分布于介质膜层31与金属反射层32之间的中间区域，且，外延叠层2的发光面积为M1，反射结构3在导电基板1所在平面上的垂直投影的总面积为M2，第二粘附结构42在导电基板1所在平面上的垂直投影的总面积为M3，则，4/5M1
[0128] 在本申请的另一实施例中，参考图5所示，金属反射层32包括金属开口J，金属开口J显露第二粘附结构42，欧姆接触层5通过金属开口J与第二粘附结构42连接,且第二粘附结构42包括反射结构。
[0129] 可选的，本实施例中，参考图5所示，金属反射层32覆盖第一粘附结构41并显露部分第二粘附结构42；
[0130] 或，参考图6所示，金属反射层32显露部分第一粘附结构41及部分第二粘附结构42。
[0131] 需要说明的是，本实施例中，第一粘附结构41和第二粘附结构42的几种设置方式，可根据实际需求进行选择；其中，金属反射层32显露部分第一粘附结构41，以使第一粘附结构41连接介质膜层31、金属反射层32及欧姆接触层5；金属反射层32显露部分第二粘附结构42，以使第二粘附结构42连接介质膜层31、金属反射层32及欧姆接触层5。
[0132] 在本申请的另一实施例中，第二粘附结构42包括沿背离外延叠层2的方向依次层叠的第一粘附子层、中间层及第二粘附子层，第一粘附子层厚度小于第二粘附子层厚度，其中，第一粘附子层和第二粘附子层皆包括但不限于I TO、I ZO、Al 2O3、T iO2、I n2O3、SnO2中的一种或多种，中间层为高反射率的金属材质，包括但不限于Ag、Al、Au、Rh中的一种或多种。
[0133] 需要说明的是，本实施例中的第一粘附子层距离外延叠层较近，其厚度设置较小可减少吸光，且中间层为具有高反射率的金属材质可将光反射至出光侧，并结合厚度较厚的第二粘附子层来增加粘附效果。
[0134] 在本申请的另一实施例中，开始层的厚度范围为20A‑200A，包括端点值；中间层的厚度范围为800A‑2000A，包括端点值；结束层的厚度范围为20A‑2000A，包括端点值。
[0135] 在本申请的另一实施例中，第一粘附结构41包括但不限于I TO、I ZO、Al 2O3、T i O2、I n2O3、SnO2中的一种或多种堆叠。
[0136] 在本申请的另一实施例中，介质膜层31背离第二型半导体层23的一侧表面为A，欧姆接触层5背离第二型半导体层23的一侧表面为B，第一粘附结构41背离介质膜层的一侧表面为C1，第二粘附结构42背离介质膜层的一侧表面为C2；
[0137] 则，C1与C2的水平面介于A与B之间，其中，C1与C2在同一水平面，或C1与C2不在同一水平面。
[0138] 在本申请的一另实施例中，参考图7所示，为了提升LED芯片的电流扩展效果，还包透明导电层9，透明导电层9设置于第二型半导体层23背离有源区22一侧的部分表面。
[0139] 可选的，本实施例中，金属反射层32通过透明导电层9与透明导电层9形成电连接。
[0140] 可选的，本实施例中，透明导电层9的厚度范围为50A‑500A，包括端点值。
[0141] 综上所述，经由上述的技术方案，从而达到如下效果：
[0142] 1、本实施例所提供的一种通孔型垂直结构LED芯片，通过在导电基板一侧设置金属键合层、绝缘层、欧姆接触层、反射结构以及外延叠层，反射结构包括介质膜层和金属反射层；其中，在介质膜层背离外延叠层的一侧表面设有图形化的粘附结构，且粘附结构同时还与金属反射层及欧姆接触层形成连接，图形化的粘附结构可在不影响出光效果的同时能提高介质膜层、金属反射层及欧姆接触层三者之间的粘附效果，结合欧姆接触层包覆金属反射层的裸露面并延伸至介质膜层的部分表面，进一步提高介质膜层、金属反射层及欧姆接触层三者之间的紧密性，可避免因金属反射镜与介质膜层之间的粘附性差，在激光剥离生长衬底或其它工序作业时产生的应力释放，让金属反射镜与介质层之间产生裂纹造成外延脱落的问题，可用来提高芯片的可靠性和稳定性，进而提高LED芯片良率。
[0143] 2、进一步地，设置粘附结构包括第一粘附结构和第二粘附结构，第一粘附结构设置于介质膜层与所述金属反射层之间的边缘区域，第二粘附结构设置于介质膜层与金属反射层之间的中间区域，使第一粘附结构位于介质膜层与金属反射层之间较容易脱落的边缘区域，并结合第二粘附结构对介质膜层与金属反射层之间的中间区域进行加固，可进一步提高介质膜层、金属反射层及欧姆接触层三者之间的粘附性。
[0144] 3、进一步地，通过设置第二粘附结构均匀分布于介质膜层与金属反射层之间的中间区域，且外延叠层的发光面积为M1，反射结构在导电基板所在平面上的垂直投影的总面积为M2，第二粘附结构在所述导电基板所在平面上的垂直投影的总面积为M3，则，4/5M1
[0145] 4、进一步地，通过设置金属反射层包括金属开口，金属开口显露第二粘附结构，欧姆接触层通过金属开口与第二粘附结构连接，可增加欧姆接触层与第二粘附层的接触面，以提高粘附性，且第二粘附结构包括反射结构，不仅避免第二粘附结构吸光，还可将出射至第二粘附结构的光反射至出光侧，提高反射率。
[0146] 6、本实施例所提供的一种通孔型垂直结构LED芯片的制作方法，在实现上述LED芯片的有益效果的同时，其工艺制作简单、便捷，便于生产化。
[0147] 本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
[0148] 需要说明的是，本说明书中的各个实施例均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的部分互相参见即可。
[0149] 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发明。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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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。
