CN103489887B - 用于GaN基半导体LED芯片的绝缘结构及其制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于GaN基半导体LED芯片的绝缘结构及其制造工艺，包括以下步骤：（1）在LED芯片的外延片表面沉积SiO2层；（2）在SiO2层的表面涂光刻胶，光刻、曝光、显影在掩膜层上形成刻蚀窗口；在刻蚀窗口处刻蚀形成绝缘带，绝缘带由外延片的上表面延伸至衬底的上表面；去除掩膜层；（3）在外延片表面和绝缘带表面沉积SiO2得到绝缘层；（4）在SiO2绝缘层上采用SiO2蚀刻液在P型金属电极和N型金属电极处刻蚀出开口，在开口处采用金属蒸镀机制作金属导线，即完成LED芯片的绝缘结构。本发明可以完好地隔离各个导电物质，工艺实施便利、成本较低、工艺可靠度高、生产良率高。

Description

用于GaN基半导体LED芯片的绝缘结构及其制造工艺
技术领域
本发明涉及一种高压LED芯片的绝缘结构，尤其是一种用于GaN基半导体LED芯片的绝缘结构及其制造工艺。
背景技术
高电压LED的特点是将多个发光单元集成在一颗LED芯片内，此类芯片只使用一套PN电极接口来为全部的发光单元供电，在使用时其驱动电压一般是普通LED芯片的数倍或数十倍。如图1所示，为现有高电压LED芯片内的单个发光单元的结构图，其中1a为P型氮化镓，2a是量子阱，3a是N型氮化镓，4a是衬底，5a是电流扩展层，6a是P型电极金属，7a是N型电极金属。上述高电压LED具备：封装成本低、光效较高、下游（封装及灯具生产过程）使用方便、驱动电路设计简单、驱动电路功耗减少等优点。
制造高电压LED芯片的核心技术是多个发光单元的集成，多发光单元的集成关键技术在于：1、内部导线连接技术；2、单元间与单元间、单元与导线间、导线与导线间的绝缘技术。当多个发光单元集成时，需要使用导线将各个发光单元集成在一起，这时各个导电物质间必须使用绝缘带隔离，否则会发生LED被短路的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种用于GaN基半导体LED芯片的绝缘结构及其制造工艺，该绝缘结构可以完好地隔离各个导电物质，工艺实施便利、成本较低、工艺可靠度高、生产良率高。
按照本发明提供的技术方案，所述用于GaN基半导体LED芯片的绝缘结构，包括衬底，在衬底上设置多个发光单元，其特征是：所述发光单元之间由刻蚀形成的绝缘带分隔，在发光单元的表面和绝缘带的表面设置SiO2绝缘层；所述发光单元的P型金属电极和N型金属电极的上部裸露出SiO2绝缘层的上表面，发光单元的P型金属电极和相邻发光单元的N型金属电极通过金属导线连接。
所述发光单元包括位于衬底表面的外延片，外延片从下至上依次为N型氮化镓层、量子阱和P型氮化镓层，在外延片上设置电流扩展层，在电流扩展层上设置P型金属电极，在外延片的N型氮化镓层上设置N型金属电极。
所述衬底为蓝宝石衬底或SiC衬底。
所述用于GaN基半导体LED芯片的绝缘结构的制造工艺，其特征是，包括以下步骤：
（1）在LED芯片的外延片表面沉积SiO2层，沉积温度为200~400℃，SiO2层的沉积厚度为20~10000nm；
（2）在步骤（1）沉积的SiO2层的表面涂一层光刻胶得到掩膜层，然后采用掩膜版光刻、曝光、显影在掩膜层上形成刻蚀窗口；根据掩膜层上的刻蚀窗口，使用等离子刻蚀机在外延片上刻蚀形成绝缘带，绝缘带由外延片的上表面延伸至衬底的上表面；刻蚀后去除掩膜层，即得到刻蚀出绝缘带的外延片；
（3）在步骤（2）处理后的LED芯片的外延片表面沉积SiO2，得到覆盖在外延片表面和绝缘带表面的SiO2绝缘层；
（4）在SiO2绝缘层上采用SiO2蚀刻液在P型金属电极和N型金属电极处刻蚀出开口，在开口处采用金属蒸镀机制作金属导线，即完成LED芯片的绝缘结构。
所述步骤（2）中，刻蚀绝缘带的刻蚀气体为氯气和三氯化硼，体积比为10:1，真空度为0.4Pa，功率为280W。
所述步骤（4）中，SiO2蚀刻液为质量比为1:4的氢氟酸和氟化铵的混合溶液，氢氟酸的质量百分浓度为20~60%，氟化铵的质量百分浓度为20~70%。
所述步骤（4）中，金属蒸镀机制作金属导线的真空度为10－4Pa，金属导线的材质为金或铂。
本发明适合于集成式GaN基LED芯片或高电压GaN基LED芯片；在外延片部分进行蚀刻，刻蚀后各发光单元之间只有衬底部分互相连接，在各发光单元之间形成了绝缘带；在外延片上生长SiO2，按照高电压LED芯片的设计图形进行光刻图形转移之后，使用SiO2蚀刻液按照设计图形去除多余的SiO2，未去除的SiO2即作为绝缘层保留在外延片表面，该SiO2绝缘层与外延片以上的各个电路结构之间，起到绝缘作用。
附图说明
图1为现有高电压LED芯片内的单个发光单元的结构图。
图2为本发明所述LED芯片的绝缘结构的结构示意图。
图3为本发明所述LED芯片的外延片的示意图。
图4为本发明所述LED芯片的绝缘带的示意图。
图中的序号为：P型氮化镓层1、量子阱2、N型氮化镓层3、衬底4、电流扩展层5、P型金属电极6、N型金属电极7、绝缘带8、SiO2绝缘层9、金属导线10。
具体实施方式
下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
如图2、图4所示：所述用于GaN基半导体LED芯片的绝缘结构包括衬底4，在衬底4上设置多个发光单元，发光单元之间由刻蚀形成的绝缘带8分隔；在所述发光单元的表面和绝缘带8的表面设置SiO2绝缘层9，发光单元的P型金属电极6和N型金属电极7的上部裸露出SiO2绝缘层9的上表面；发光单元的P型金属电极6和相邻发光单元的N型金属电极7通过金属导线10连接，
所述发光单元包括位于衬底4表面的外延片，外延片从下至上依次为N型氮化镓层3、量子阱2和P型氮化镓层1，在外延片上设置电流扩展层5，在电流扩展层5上设置P型金属电极6，在外延片的N型氮化镓层3上设置N型金属电极7；
所述衬底4为蓝宝石衬底或SiC衬底。
实施例一：一种用于GaN基半导体LED芯片的绝缘结构的制造工艺，包括以下步骤：
（1）在LED芯片的外延片表面沉积SiO2层，沉积温度为200℃，根据刻蚀需要SiO2层的沉积厚度为20nm；
（2）在步骤（1）沉积的SiO2层的表面涂一层光刻胶得到掩膜层，然后采用掩膜版光刻、曝光、显影在掩膜层上形成刻蚀窗口；根据掩膜层上的刻蚀窗口，使用等离子刻蚀机在外延片上刻蚀形成绝缘带8，刻蚀气体为氯气和三氯化硼，体积比为10:1，真空度为0.4Pa，功率为280W；绝缘带8由外延片的上表面延伸至衬底的上表面；刻蚀后去除掩膜层，即得到刻蚀出绝缘带8的外延片（如图4所示）；
（3）在步骤（2）处理后的LED芯片的外延片表面沉积SiO2，得到覆盖在外延片表面和绝缘带表面的SiO2绝缘层9；
（4）在SiO2绝缘层9上采用SiO2蚀刻液在P型金属电极6和N型金属电极7处刻蚀出开口，所述刻蚀液为质量比为1:4的氢氟酸和氟化铵的混合溶液，氢氟酸的质量百分浓度为20%，氟化铵的质量百分浓度为20%；在上述开口处采用金属蒸镀机制作金属导线10，真空度为10-4Pa，金属导线10的材质为金或铂，即完成LED芯片的绝缘结构。
实施例下：一种用于GaN基半导体LED芯片的绝缘结构的制造工艺，包括以下步骤：
（1）在LED芯片的外延片表面沉积SiO2层，沉积温度为400℃，根据刻蚀需要SiO2层的沉积厚度为10000nm；
（2）在步骤（1）沉积的SiO2层的表面涂一层光刻胶得到掩膜层，然后采用掩膜版光刻、曝光、显影在掩膜层上形成刻蚀窗口；根据掩膜层上的刻蚀窗口，使用等离子刻蚀机在外延片上刻蚀形成绝缘带8，刻蚀气体为氯气和三氯化硼，体积比为10:1，真空度为0.4Pa，功率为280W；绝缘带8由外延片的上表面延伸至衬底的上表面；刻蚀后去除掩膜层，即得到刻蚀出绝缘带8的外延片（如图4所示）；
（3）在步骤（2）处理后的LED芯片的外延片表面沉积SiO2，得到覆盖在外延片表面和绝缘带表面的SiO2绝缘层9；
（4）在SiO2绝缘层9上采用SiO2蚀刻液在P型金属电极6和N型金属电极7处刻蚀出开口，所述刻蚀液为质量比为1:4的氢氟酸和氟化铵的混合溶液，氢氟酸的质量百分浓度为30%，氟化铵的质量百分浓度为60%；在上述开口处采用金属蒸镀机制作金属导线10，真空度为10-4Pa，金属导线10的材质为金或铂，即完成LED芯片的绝缘结构。
实施例三：一种用于GaN基半导体LED芯片的绝缘结构的制造工艺，包括以下步骤：
（1）在LED芯片的外延片表面沉积SiO2层，沉积温度为300℃，根据刻蚀需要SiO2层的沉积厚度为1000nm；
（2）在步骤（1）沉积的SiO2层的表面涂一层光刻胶得到掩膜层，然后采用掩膜版光刻、曝光、显影在掩膜层上形成刻蚀窗口；根据掩膜层上的刻蚀窗口，使用等离子刻蚀机在外延片上刻蚀形成绝缘带8，刻蚀气体为氯气和三氯化硼，体积比为10:1，真空度为0.4Pa，功率为280W；绝缘带8由外延片的上表面延伸至衬底的上表面；刻蚀后去除掩膜层，即得到刻蚀出绝缘带8的外延片（如图4所示）；
（3）在步骤（2）处理后的LED芯片的外延片表面沉积SiO2，得到覆盖在外延片表面和绝缘带表面的SiO2绝缘层9；
（4）在SiO2绝缘层9上采用SiO2蚀刻液在P型金属电极6和N型金属电极7处刻蚀出开口，所述刻蚀液为质量比为1:4的氢氟酸和氟化铵的混合溶液，氢氟酸的质量百分浓度为60%，氟化铵的质量百分浓度为70%；在上述开口处采用金属蒸镀机制作金属导线10，真空度为10-4Pa，金属导线10的材质为金或铂，即完成LED芯片的绝缘结构。

Claims (3)

1.一种用于GaN基半导体LED芯片的绝缘结构的制造工艺，包括以下步骤：
（1）在LED芯片的外延片表面沉积SiO2层，沉积温度为200℃，根据刻蚀需要SiO2层的沉积厚度为20nm；
（2）在步骤（1）沉积的SiO2层的表面涂一层光刻胶得到掩膜层，然后采用掩膜版光刻、曝光、显影在掩膜层上形成刻蚀窗口；根据掩膜层上的刻蚀窗口，使用等离子刻蚀机在外延片上刻蚀形成绝缘带（8），刻蚀气体为氯气和三氯化硼，体积比为10:1，真空度为0.4Pa，功率为280W；绝缘带（8）由外延片的上表面延伸至衬底的上表面；刻蚀后去除掩膜层，即得到刻蚀出绝缘带（8）的外延片；
（3）在步骤（2）处理后的LED芯片的外延片表面沉积SiO2，得到覆盖在外延片表面和绝缘带表面的SiO2绝缘层（9）；
（4）在SiO2绝缘层（9）上采用SiO2蚀刻液在P型金属电极（6）和N型金属电极（7）处刻蚀出开口，所述刻蚀液为质量比为1:4的氢氟酸和氟化铵的混合溶液，氢氟酸的质量百分浓度为20%，氟化铵的质量百分浓度为20%；在上述开口处采用金属蒸镀机制作金属导线（10），真空度为10-4Pa，金属导线（10）的材质为金或铂，即完成LED芯片的绝缘结构。
2.一种用于GaN基半导体LED芯片的绝缘结构的制造工艺，包括以下步骤：
（1）在LED芯片的外延片表面沉积SiO2层，沉积温度为400℃，根据刻蚀需要SiO2层的沉积厚度为10000nm；
（2）在步骤（1）沉积的SiO2层的表面涂一层光刻胶得到掩膜层，然后采用掩膜版光刻、曝光、显影在掩膜层上形成刻蚀窗口；根据掩膜层上的刻蚀窗口，使用等离子刻蚀机在外延片上刻蚀形成绝缘带（8），刻蚀气体为氯气和三氯化硼，体积比为10:1，真空度为0.4Pa，功率为280W；绝缘带（8）由外延片的上表面延伸至衬底的上表面；刻蚀后去除掩膜层，即得到刻蚀出绝缘带（8）的外延片；
（3）在步骤（2）处理后的LED芯片的外延片表面沉积SiO2，得到覆盖在外延片表面和绝缘带表面的SiO2绝缘层（9）；
（4）在SiO2绝缘层（9）上采用SiO2蚀刻液在P型金属电极（6）和N型金属电极（7）处刻蚀出开口，所述刻蚀液为质量比为1:4的氢氟酸和氟化铵的混合溶液，氢氟酸的质量百分浓度为30%，氟化铵的质量百分浓度为60%；在上述开口处采用金属蒸镀机制作金属导线（10），真空度为10-4Pa，金属导线（10）的材质为金或铂，即完成LED芯片的绝缘结构。
3.一种用于GaN基半导体LED芯片的绝缘结构的制造工艺，包括以下步骤：
（1）在LED芯片的外延片表面沉积SiO2层，沉积温度为300℃，根据刻蚀需要SiO2层的沉积厚度为1000nm；
（2）在步骤（1）沉积的SiO2层的表面涂一层光刻胶得到掩膜层，然后采用掩膜版光刻、曝光、显影在掩膜层上形成刻蚀窗口；根据掩膜层上的刻蚀窗口，使用等离子刻蚀机在外延片上刻蚀形成绝缘带（8），刻蚀气体为氯气和三氯化硼，体积比为10:1，真空度为0.4Pa，功率为280W；绝缘带（8）由外延片的上表面延伸至衬底的上表面；刻蚀后去除掩膜层，即得到刻蚀出绝缘带（8）的外延片；
（3）在步骤（2）处理后的LED芯片的外延片表面沉积SiO2，得到覆盖在外延片表面和绝缘带表面的SiO2绝缘层（9）；
（4）在SiO2绝缘层（9）上采用SiO2蚀刻液在P型金属电极（6）和N型金属电极（7）处刻蚀出开口，所述刻蚀液为质量比为1:4的氢氟酸和氟化铵的混合溶液，氢氟酸的质量百分浓度为60%，氟化铵的质量百分浓度为70%；在上述开口处采用金属蒸镀机制作金属导线（10），真空度为10-4Pa，金属导线（10）的材质为金或铂，即完成LED芯片的绝缘结构。
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