CN102064249B - 一种新型氮化镓led芯片电极结构的制作方法 - Google Patents

一种新型氮化镓led芯片电极结构的制作方法 Download PDF

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Abstract

一种新型氮化镓LED芯片电极结构的制作方法，该方法步骤为：取兰宝石基板的氮化镓外延片，按芯片结构有选择地刻蚀去除外延层中的P型层1，裸露出N型外延层3；在外延片的P型外延层1表面形成ITO扩散层与P型层的欧姆接触，在裸露的N型外延层区域打孔；并将外延片减薄，使得所打的孔成为连通基板表面与N型区的通孔4；利用真空镀膜技术在外延层表面首先蒸镀一层Cr，再蒸镀一层Au，利用光刻、蚀刻技术形成所需的LED的焊线电极2；在减薄后的基板表面沉淀一层AL金属层5，形成LED芯片的反射镜；将外延片分割开即形成可直接封装应用的LED芯片。本发明适用于氮化镓发光材料的大功率LED芯片的制备。

Description

一种新型氮化镓LED芯片电极结构的制作方法
技术领域
本发明涉及一种GaN基LED芯片的电极结构的制作方法，属半导体LED芯片制作领域。
背景技术
基于氮化镓（GaN）系材料的发光二极管（LED）的发展是光电子科学技术进步中的重大成就，GaN系列LED 是发展固态照明、实现人类照明革命的关键性光源，具有广泛的应用前景。常规的LED发光功率较小，还不能满足LED的照明应用要求。要提高发光功率，就需要在不改变材质的前提下，通过提高电流的手段来提高亮度，然而随着流入LED芯片的电流升高，LED发热量会剧增，导致LED器件性能变化与衰减，非辐射复合增加，漏电流增加，半导体材料缺陷增长，封装用环氧树脂老化发黄等等问题，严重影响LED的光电参数，甚至使功率LED失效。大量的实际应用及专业测试表明，LED不能加大驱动电流的基本原因，是由于LED在工作过程中会放出大量的热，输入功率越高，发热效应越大。因此，要保证LED稳定工作，延长LED寿命的根本办法就是改进其散热。
发明内容
本发明的目的是，提供一种新型GaN基LED芯片电极结构的制作方法，通过对LED芯片电极结构的改进，大幅度提高LED芯片的散热效率，有效解决传统GaN基蓝光LED芯片结构所存在的散热困难问题，使其能应用于制作大电流工作条件下的大功率GaN基LED芯片。
本发明的技术方案是，新型GaN基蓝光LED芯片电极结构制作方法如下：
1、取一片通过MOCVD方法在蓝宝石基板上生长有氮化镓外延层的外延片，按所设计的芯片电极结构采用干法刻蚀的手段有选择性地刻蚀去除外延层中的P型层，裸露出N型外延层；
2、然后在外延片的P型外延层表面形成ITO扩散层与P型层的欧姆接触，运用激光打孔技术在裸露的N型外延层区域打孔，打孔方向与外延片表面垂直，孔深在80-150um之间，孔的直径在30-60um之间；
3、将完成打孔操作的外延片减薄至80-120um左右，使上一步所打的孔成为连通基板表面与N型区的通孔；
4、利用真空镀膜技术在外延层表面首先蒸镀一层Cr，再蒸镀一层Au，利用光刻、蚀刻等技术形成所需的LED的焊线电极，此金属材料亦可形成与N型外延层的欧姆接触；金属材料在镀膜的同时会沉淀至通孔的内侧面，形成基板面与N型外延层的电流通路；
5、完成外延层表面的电极制作后，在减薄后的基板表面沉淀一层Al金属层，形成LED芯片的反射镜，同时Al金属将在镀膜时沉淀附着在通孔的内侧面，亦加强了通孔内侧面的电流连接通路的牢固性；
6、完成以上操作后，将外延片分割开即形成可直接封装应用的LED芯片。
本发明与现有技术相比较的有益效果是：由于蓝宝石基板本身不导电，散热性差，传统结构的GaN基LED芯片的P区、N区焊线电极制作在同一个LED芯片的外延层表面的两侧，芯片的散热主要通过焊线来传导至外界，而焊线一般较细，且长度较长，限制了热量的传导。本发明的芯片结构则利用通孔中的金属直接将LED的N区与基板面的金属相连，通孔路径很短，大大缩短了LED芯片的散热路径，而且LED芯片基板面的金属层面积较大，大大提高了散热面积，二者结合，可以有效地提高LED芯片的散热效率。由于只需焊一个P极焊线，不需考虑P、N焊线的分布、隔离问题，使得通孔可以均匀分布于LED芯片的四周，也解决了传统GaN基LED芯片在发光过程中的散热不均的问题。
N区电流可以直接通过通孔中的金属导入，减少了LED封装时的焊线数量。
本发明适用于氮化镓发光材料的大功率LED芯片的制备。
附图说明
附图为本发明芯片电极结构示意图；
图中图号表示：1是P外延层；2是P面电极；3是N外延层；4是通孔；5是镀Al基板表面。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如附图所示。
首先取一片通过MOCVD方法在蓝宝石基板上生长有氮化镓外延层的外延片，按所设计的芯片电极结构采用干法刻蚀的手段有选择性地刻蚀去除外延层中的P型层1，裸露出N型外延层3；然后在外延片的P型外延层1表面形成ITO扩散层与P型层的欧姆接触，在裸露出的N型外延层3的芯片四角运用激光打孔技术进行与外延片表面垂直方向的打孔，孔深120um，孔径为50um；将完成以上操作的外延片减薄至120um左右，使得上一步所打的孔成为连通基板表面与N型区的通孔4；利用真空镀膜技术在外延层表面首先蒸镀一层Cr，再蒸镀一层Au，利用光刻、蚀刻等技术形成所需的LED的焊线电极（P面电极2），此金属材料亦可形成与N型外延层的欧姆接触；金属材料在镀膜的同时会沉淀至通孔的内侧面，形成基板面与N型外延层的电流通路。完成外延层表面的电极制作后，在减薄后的基板表面沉淀一层Al金属层5，形成LED芯片的反射镜，同时Al金属将在镀膜时沉淀附着在通孔的内侧面，亦加强了通孔内侧面的电流连接通路的牢固性。完成以上操作后，将外延片分割开即形成可直接封装应用的LED芯片。

Claims (3)

1.一种新型氮化镓LED芯片电极结构的制作方法，其特征在于，所述方法的步骤为：
取一片通过MOCVD方法在蓝宝石基板上生长有氮化镓外延层的外延片，按所设计的芯片电极结构采用干法刻蚀的手段有选择性地刻蚀去除外延层中的P型层，裸露出N型外延层；
在外延片的P型外延层表面形成ITO扩散层与P型层的欧姆接触，运用激光打孔技术在裸露的N型外延层区域打孔，打孔方向与外延片表面垂直，孔深在80-150um之间，孔的直径在30-60um之间；
将完成打孔操作的外延片减薄至80-120um，使上一步所打的孔成为连通基板表面与N型区的通孔；
利用真空镀膜技术在外延层表面首先蒸镀一层Cr，再蒸镀一层Au，利用光刻、蚀刻技术形成所需的LED的焊线电极；
完成外延层表面的电极制作后，在减薄后的基板表面沉淀一层Al金属层，形成LED芯片的反射镜；
完成以上操作后，将外延片分割开即形成可直接封装应用的LED芯片。
2.根据权利要求1所述的一种新型氮化镓LED芯片电极结构的制作方法，其特征在于，所述外延层金属镀膜会沉淀至通孔的内侧面，形成基板面与N型外延层的电流通路。
3.根据权利要求1所述的一种新型氮化镓LED芯片电极结构的制作方法，其特征在于，所述基板表面沉淀的一层Al金属层，会在镀膜时沉淀附着在通孔的内侧面，加强了通孔内侧面的电流连接通路的牢固性。
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Denomination of invention: Manufacturing method of novel gallium nitride LED (light emitting diode) chip electrode structure

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