CN104037295A - 一种led倒装芯片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED倒装芯片，包括蓝宝石衬底、LED外延片和依次设置在蓝宝石衬底上的n型GaN层、量子阱有源区、p型GaN层和金属反射层，刻蚀所述n型GaN层以形成n型GaN层裸露区域，在所述的p型GaN层与金属反射层之间依次设有透明导电层和介质反射层；所述介质反射层上设有通孔，所述金属反射层通过该通孔延伸至与透明导电层相连接；在n型GaN裸露层和金属反射层上分别设有n和p电极。本发明通过加入透明导电层和多层介质反射层，解决了单一金属层高反射率和低电阻率之间的矛盾，本器件具有出光率高、开启电压低的优点，具有更好的可靠性，更加适合于倒装LED领域的运用。
Description
技术领域
本发明涉及光电子发光器件制造领域，具体涉及一种LED倒装芯片及其制造方法。
背景技术
随着以GaN(氮化镓)材料P型掺杂的突破为起点的第三代半导体材料的兴起，伴随着以Ⅲ族氮化物为基础的高亮度发光二极管（Light Emitting Diode，LED）的技术突破，用于新一代绿色环保固体照明光源的氮化物LED正在成为新的研究热点。目前，LED应用的不断升级以及市场对于LED的需求，使得LED正朝着大功率和高亮度的方向发展。其中研究热点之一是LED倒装芯片技术。其结构如图1所示，同正装芯片一致，在衬底1上依次设有n型GaN层2、量子阱有源区3、p型GaN层4，而与正装芯片不同的是，p型GaN上不再是透明导电层，而是一层金属反射层5。金属反射层的材料可以是银或者铝这些较高反射率的金属材料。反射层5、p型GaN层4、量子阱有源区3及n型GaN层2的部分被刻蚀，形成n型GaN层裸露区域，在n型GaN裸露层和金属反射层上分别设有n和p电极，使用时将芯片倒置，通过n、p电极与线路板焊接，而光从衬底1取出。
在此种倒装芯片结构中，金属反射层5既是光反射层，也是p型GaN接触层。它要求反射率要高，同时p型接触电阻要小。在制作过程中，为实现良好的p型欧姆接触，金属反射层通常在400至600摄氏度下高温合金。在高温下，金属层，尤其是金属银，易产生团聚现象，导致反射率由合金前的90%下降至合金后的40-60%，倒装芯片的亮度因而大幅下降。另一方面，金属在较低温度（如200-400摄氏度下）合金，反射率能保持在80%以上，然而与p型GaN的接触电阻会升高，导致芯片开启电压上升。因此高反射率和低接触电阻形成金属合金难以两全的一对矛盾体。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种LED倒装芯片及其制造方法，用以解决金属反射层的高反射率和低接触电阻之间的矛盾。
本发明的是通过以下技术方案实现的：
一种LED倒装芯片，包括蓝宝石衬底1、LED外延片和依次设置在蓝宝石衬底1上的n型GaN层2、量子阱有源区3、p型GaN层4和金属反射层5，刻蚀所述n型GaN层2以形成n型GaN层裸露区域，在所述的p型GaN层4与金属反射层5之间依次设有透明导电层6和介质反射层7；所述介质反射层7上设有通孔，所述金属反射层5通过该通孔延伸至与透明导电层6相连接；在n型GaN裸露层和金属反射层5上分别设有n和p电极。
作为优选，所述透明导电层6的材料可以是氧化铟锡ITO或者氧化锌。
作为优选，所述介质反射层7可以是二氧化硅、氧化钛和氧化铝的多层组合结构，层数不少于两层。
作为优选，所述介质反射层7的通孔均匀分布。
作为优选，所述刻蚀为干法刻蚀。
作为优选，所述LED外延片可以是蓝光、绿光、紫外或红光外延片。
如上所述的一种LED倒装芯片的制造方法，包括以下步骤：
步骤S1，通过MOCVD在蓝宝石衬底上自下而上依次生成n型GaN层、量子阱有源区和p型GaN层，通过干法刻蚀所述n型GaN层以形成n型GaN层裸露区域；
步骤S2，在p型GaN层上方镀一层透明导电层，再对透明导电层进行光刻和刻蚀使其覆盖p型GaN层，之后通过合金使透明导电层与p型GaN层形成欧姆接触；
步骤S3，接着在透明导电层上通过气相沉积制作多层介质反射层，通过光刻和刻蚀在介质反射层内形成深度从该层延伸至透明导电层的通孔；
步骤S4，再在介质反射层上蒸镀一层金属反射层，并使得金属反射层通过通孔延伸至与透明导电层相连接；
步骤S5，最后分别在n型GaN裸露层和金属反射层上制作n、p电极。
作为优选，透明导电层6的制备可以是蒸镀或溅射工艺。
作为优选，所述金属反射层5的材料可以是银或者铝。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明与现有倒装芯片技术相比，透明导电层与p型GaN层易形成优质欧姆接触，其接触电阻小，开启电压低，而且透明导电层为氧化物材料，其接触的化学稳定性优于金属反射层与p型GaN层的接触。同时，透明导电层的光透过率可达到95%以上，其上方的介质反射层为多层结构，其光反射率可达到98%以上。不过由于介质反射层本身不导电，必须通过通孔让金属与透明导电层连接，此时金属层无需像传统倒装结构一样为实现欧姆接触在高温下合金，只需在较低温度下合金，可避免金属团聚，形成较佳的表面形貌。
本发明中，通过加入透明导电层和多层介质反射层，解决了单一金属层高反射率和低电阻率之间的矛盾，本器件具有出光率高、开启电压低的优点，具有更好的可靠性，更加适合于倒装LED领域的运用。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是已知技术中普通倒装芯片结构示意图；
图2是本实用新型的LED倒装芯片结构示意图；
图中标记：1-蓝宝石衬底，2-n型GaN层，3-量子阱有源区，4-p型GaN层，5-金属反射层，6-透明导电层，7-介质反射层。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图2所示，一种LED倒装芯片，包括蓝宝石衬底1、LED外延片和依次设置在蓝宝石衬底1上的n型GaN层2、量子阱有源区3、p型GaN层4和金属反射层5，通过干法刻蚀所述n型GaN层2以形成n型GaN层裸露区域，在所述的p型GaN层4与金属反射层5之间依次设有透明导电层6和介质反射层7；所述透明导电层6的材料可以是氧化铟锡ITO或者氧化锌；所述LED外延片可以是蓝光、绿光、紫外或红光外延片。
所述介质反射层7上设有均匀分布的通孔，所述金属反射层5通过该通孔延伸至与透明导电层6相连接；所述介质反射层7的材料可以是二氧化硅、氧化钛、或氧化铝等的组合，介质反射层可以是两层甚至更多层，层数越多反射率越高；在n型GaN裸露层和金属反射层5上分别设有n和p电极。
如上所述的一种LED倒装芯片的制造方法，包括以下步骤：
步骤S1，通过MOCVD在蓝宝石衬底上自下而上依次生成n型GaN层、量子阱有源区和p型GaN层，通过干法刻蚀所述n型GaN层以形成n型GaN层裸露区域；
步骤S2，在p型GaN层上方镀一层透明导电层，再对透明导电层进行光刻和刻蚀使其覆盖p型GaN层，之后通过合金使透明导电层与p型GaN层形成欧姆接触；
步骤S3，接着在透明导电层上通过气相沉积制作多层介质反射层，通过光刻和刻蚀在介质反射层内形成深度从该层延伸至透明导电层的通孔；
步骤S4，再在介质反射层上蒸镀一层金属反射层，并使得金属反射层通过通孔延伸至与透明导电层相连接；
步骤S5，最后分别在n型GaN裸露层和金属反射层上制作n、p电极。
透明导电层6的制备可以是蒸镀或溅射工艺；所述金属反射层5的材料可以是银或者铝。
本发明通过加入透明导电层和多层介质反射层，解决了单一金属层高反射率和低电阻率之间的矛盾，本器件具有出光率高、开启电压低的优点，具有更好的可靠性，更加适合于倒装LED领域的运用。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (9)
1.一种LED倒装芯片，包括蓝宝石衬底（1）、LED外延片和依次设置在蓝宝石衬底（1）上的n型GaN层（2）、量子阱有源区（3）、p型GaN层（4）和金属反射层（5），刻蚀所述n型GaN层（2）以形成n型GaN层裸露区域，其特征在于，在所述的p型GaN层（4）与金属反射层（5）之间依次设有透明导电层（6）和介质反射层（7）；所述介质反射层（7）上设有通孔，所述金属反射层（5）通过该通孔延伸至与透明导电层（6）相连接；在n型GaN裸露层和金属反射层（5）上分别设有n和p电极。
2.根据权利要求1所述的一种LED倒装芯片，其特征在于，所述透明导电层（6）的材料可以是氧化铟锡ITO或者氧化锌。
3.根据权利要求1所述的一种LED倒装芯片，其特征在于，所述介质反射层（7）可以是二氧化硅、氧化钛和氧化铝的多层组合结构，层数不少于两层。
4.根据权利要求1所述的一种LED倒装芯片，其特征在于，所述介质反射层（7）的通孔均匀分布。
5.根据权利要求1所述的一种LED倒装芯片，其特征在于，所述刻蚀为干法刻蚀。
6.根据权利要求1所述的一种LED倒装芯片，其特征在于，所述LED外延片可以是蓝光、绿光、紫外或红光外延片。
7.如权利要求1所述的一种LED倒装芯片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，通过MOCVD在蓝宝石衬底上自下而上依次生成n型GaN层、量子阱有源区和p型GaN层，通过干法刻蚀所述n型GaN层以形成n型GaN层裸露区域；
步骤S2，在p型GaN层上方镀一层透明导电层，再对透明导电层进行光刻和刻蚀使其覆盖p型GaN层，之后通过合金使透明导电层与p型GaN层形成欧姆接触；
步骤S3，接着在透明导电层上通过气相沉积制作多层介质反射层，通过光刻和刻蚀在介质反射层内形成深度从该层延伸至透明导电层的通孔；
步骤S4，再在介质反射层上蒸镀一层金属反射层，并使得金属反射层通过通孔延伸至与透明导电层相连接；
步骤S5，最后分别在n型GaN裸露层和金属反射层上制作n、p电极。
8.如权利要求7所述的一种LED倒装芯片的制造方法，其特征在于，透明导电层（6）的制备可以是蒸镀或溅射工艺。
9.如权利要求7所述的一种LED倒装芯片的制造方法，其特征在于，所述金属反射层（5）的材料可以是银或者铝。
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