CN104576858A - 一种新型倒装led芯片结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型倒装LED芯片结构及其制作方法，其芯片结构包括蓝宝石衬底、外延结构层、反光层、接触金属层以及采用DBR结构的绝缘层；其制作方法首先在蓝宝石衬底上依次生长出包括N-GaN层、量子阱层和P-GaN层的外延结构层，并蚀刻出N区电极槽；在P-GaN层的表面蒸镀反光层；在所述反光层上蒸镀采用DBR结构的绝缘层，该绝缘层留有空白区域，该空白区域使得反光层上的对应区域裸露，形成P区电极槽；在所述P区电极槽和N区电极槽内分别设置互不接触的P区接触金属和N区接触金属，形成接触金属层。与现有技术相比，本发明可以起到很好的绝缘作用，同时具有很高的反射率，能将从侧壁发出的光子有效地反射回去，从而提升倒装芯片的发光亮度。
Description
技术领域
本发明涉及LED芯片制造技术，尤其是涉及一种新型倒装LED芯片结构及其制作方法。
背景技术
近年，世界各国如欧洲各国、美国、日本、韩国和中国等皆有LED照明相关项目推行，LED照明受到越来越多的重视，被称为取代传统照明的下一代光源。作为LED照明的核心，LED芯片的制造技术很大程度上决定了未来LED在照明领域的应用前景。倒装LED芯片，由于比正装芯片具有更大的优点，日益受到更大的关注。
倒装LED芯片是在传统工艺的基础上，将芯片的发光区和电极区不设计在同一个平面。传统正装结构的LED芯片，一般需要在p-GaN上镀一层半透明的导电层使电流分布更均匀，而这一导电层会对LED发出的光产生部分吸收，而且p电极会遮挡住部分光，这就限制了LED芯片的出光效率。而采用倒装结构的LED芯片，不但可以同时避开P电极上导电层吸收光和电极垫遮光的问题，还可以通过在p-GaN表面设置低欧姆接触的反光层来将往下的光线引导向上，这样可同时降低驱动电压及提高光强。同时倒装芯片采用金属和基板直接键合，热传导明显优于正装芯片，降低了结温，有效地改善了散热问题。
倒装LED芯片在制作完金属反射层后，会再制作一层绝缘层，用于隔断金属反射层与后续的接触金属层之间的连接，避免芯片发生漏电，绝缘层一般采用SiO2或SiN材料。这种绝缘层反光率很低，从侧壁发出的光子会被绝缘层材料吸收或者直接穿过绝缘层被金属接触层材料吸收，引起倒装芯片的亮度降低。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种新型倒装LED芯片结构及其制作方法，该方案采用反射率高的DBR(布拉格反射层)结构作为绝缘层，既可以起到很好的绝缘作用，同时具有很高的反射率，能将从侧壁发出的光子有效地反射回去，从而提升倒装芯片的发光亮度。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种新型倒装LED芯片结构，包括蓝宝石衬底、外延结构层、反光层、绝缘层和接触金属层，所述蓝宝石衬底上表面生长有外延结构层，由下至上依次包括N-GaN层、量子阱层和P-GaN层，该P-GaN层上蚀刻有延伸至N-GaN层的N区电极槽，所述反光层覆盖于P-GaN层上，所述绝缘层覆盖反光层，并使反光层上的部分区域裸露，形成P区电极槽，所述接触金属层包括互不接触的P区接触金属和N区接触金属，分别设置于P区电极槽和N区电极槽，所述的绝缘层采用DBR结构层。
所述DBR结构层由两种不同折射率的光学材料层相互周期性间隔形成，每个光学材料层的厚度为其入射中心波长的1／4。
所述的两种不同折射率的光学材料层为SiO2和Ti3O5，一般SiO2的厚度最好控制在600nm，Ti3O5的厚度控制在1000nm。
所述绝缘层覆盖N区电极槽的侧壁，N区电极槽的底部距离P-GaN层上表面的距离为1-2微米。
所述接触金属层的P区接触金属和N区接触金属均为分层设置的导电性强的金属，具体可以采用Cr／Pt／Au，这三者的厚度可以是10nm／100nm／2000nm。
所述反光层采用粘附金属层和反射金属层，所述反射金属层通过粘附金属层附着于P-GaN层。
所述粘附金属层可采用Cr、Ni或Ti，对其厚度需要控制在一个较薄的范围内，以避免过多的吸光，导致反射率降低，一般控制在1-10nm之间，所述反射金属层可采用Al或Ag，为了保证光子的反射率，对其厚度有一定要求，一般在50-1000nm之间。
一种制作上述新型倒装LED芯片结构的方法，该方法包括以下步骤：
在蓝宝石衬底上依次生长出包括N-GaN层、量子阱层和P-GaN层的外延结构层，并蚀刻出N区电极槽；
在P-GaN层的表面蒸镀反光层；
在所述反光层上蒸镀采用DBR结构的绝缘层，该绝缘层留有空白区域，该空白区域使得反光层上的对应区域裸露，形成P区电极槽；
在所述P区电极槽和N区电极槽内分别设置互不接触的P区接触金属和N区接触金属，形成接触金属层。
所述反光层包括粘附金属层和反射金属层，在蒸镀所述反光层时，首先在P-GaN层表面蒸镀一层用于增强粘附性的粘附金属层，然后在该粘附金属层上蒸镀反射金属层。
与现有技术相比，本发明采用反射率高的DBR(布拉格反射层)结构作为绝缘层，既可以起到很好的绝缘作用，同时具有很高的反射率，能将从侧壁发出的光子有效地反射回去，从而提升倒装芯片的发光亮度。
附图说明
图1至图5为制作过程中每一步的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
图1至图5示出了一种新型倒装LED芯片在制作过程中各个步骤的结构，该芯片的制作过程包括以下步骤：
步骤一：利用MOCVD设备在蓝宝石衬底1上生长出包括N-GaN层21、量子阱层22和P-GaN层23的外延结构层2。N-GaN层、量子阱层和P-GaN层由下至上依次设置，具体结构如图1所示。
步骤二：采用正胶光刻外延结构层，利用感应耦合等离子蚀刻机(ICP)或者反应离子蚀刻机(RIE)进行蚀刻，蚀刻至N-GaN层21，形成N区电极槽6N，N区电极槽的底部距离P-GaN层23上表面的距离为1-2微米，然后去胶，形成如图2所示的结构。
步骤三：用负胶光刻出反光层的附着位置，然后用金属蒸发台或磁控溅射设备在P-GaN层的表面依次蒸镀两层金属作为反光层3，其中第一层为粘附金属层31，第二层为反射金属层32。粘附金属层通常采用Cr，Ni或Ti等金属，其目的是增强反射金属层32与P-GaN层23的粘附性，厚度一般不会太厚，因为太厚容易吸光，典型的厚度在1—10nm。反射金属层一般采用反射率高的金属如Al或Ag等，其目的是将向反光层3发射的光子更好地反射回去，使得光子从蓝宝石衬底1的一面发射出去，提升芯片的出光效率。反射金属层32一般胶厚，其目的是为了保证光子的反射率，典型厚度在50-1000nm。镀完反射金属层后，进行浮离(1ift-off)处理并去胶，即得到如图3所示的结构。
步骤四：镀完反光层3后，再采用负胶光刻出绝缘层的设置位置，用DBR设备在反光层表面镀上一层采用DBR结构的绝缘层4。该绝缘层4同时覆盖N区电极槽6N的侧壁，并且在反光层3的上方留有空白区域，该空白区域使得反光层上的对应区域裸露，形成P区电极槽6P。DBR结构由折射率差别较大的两种光学材料层交替堆叠而成，每层光学材料层的厚度约为其入射中心波长的四分之一。本实施例中采用SiO2和Ti3O5这两种光学材料交替堆叠形成的DBR结构层，SiO2的厚度最好控制在600nm，Ti3O5的厚度控制在1000nm，镀完之后采用浮离(1ift-off)处理并去胶，就可以得到如图4所示的结构。
步骤五：DBR结构的绝缘层4制作完成后，再用负胶光刻出P区接触金属和N区接触金属的位置图形，利用电子束蒸发台在在P区电极槽6P和N区电极槽6N内分别设置互不接触的P区接触金属5P和N区接触金属5N，构成接触金属层。接触金属层的材料可以采用分层设置的Cr／A1／Cr／Pt／Au的结构，厚度可以是10nm／100nm／2000nm。蒸镀完成后采用浮离(1ift-off)处理并去胶，即可得到如下的如图5所示的倒装LED芯片。
实施例2
在步骤四中，绝缘层可以采用如下方式制作：先在反光层3表面蒸镀一层DBR结构的绝缘层4，该绝缘侧同时覆盖N区电极槽6N的侧壁；然后用正胶光刻出绝缘层4需要覆盖的位置图形，再用湿法腐蚀的方法腐蚀出光刻好的位置图形，在反光层的表面即可腐蚀出空白区域，形成P区电极槽6P，去胶后同样可以得到如图4所示的结构。
Claims (8)
1.一种新型倒装LED芯片结构，包括蓝宝石衬底、外延结构层、反光层、绝缘层和接触金属层，所述蓝宝石衬底上表面生长有外延结构层，由下至上依次包括N-GaN层、量子阱层和P-GaN层，该P-GaN层上蚀刻有延伸至N-GaN层的N区电极槽，所述反光层覆盖于P-GaN层上，所述绝缘层覆盖反光层，并使反光层上的部分区域裸露，形成P区电极槽，所述接触金属层包括互不接触的P区接触金属和N区接触金属，分别设置于P区电极槽和N区电极槽，其特征在于，所述的绝缘层采用DBR结构层。
2.根据权利要求1所述的一种新型倒装LED芯片结构，其特征在于，所述DBR结构层由两种不同折射率的光学材料层相互周期性间隔形成，每个光学材料层的厚度为其入射中心波长的1／4。
3.根据权利要求1所述的一种新型倒装LED芯片结构，其特征在于，所述绝缘层覆盖N区电极槽的侧壁。
4.根据权利要求1所述的一种新型倒装LED芯片结构，其特征在于，所述接触金属层的P区接触金属和N区接触金属均为分层设置的导电性强的金属。
5.根据权利要求1所述的一种新型倒装LED芯片结构，其特征在于，所述反光层采用粘附金属层和反射金属层，所述反射金属层通过粘附金属层附着于P-GaN层。
6.根据权利要求5所述的一种新型倒装LED芯片结构，其特征在于，所述粘附金属层可采用Cr、Ni或Ti，所述反射金属层可采用Al或Ag。
7.一种制作权利要求1-6所述任意一项新型倒装LED芯片结构的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
在蓝宝石衬底上依次生长出包括N-GaN层、量子阱层和P-GaN层的外延结构层，并蚀刻出N区电极槽；
在P-GaN层的表面蒸镀反光层；
在所述反光层上蒸镀采用DBR结构的绝缘层，该绝缘层留有空白区域，该空白区域使得反光层上的对应区域裸露，形成P区电极槽；
在所述P区电极槽和N区电极槽内分别设置互不接触的P区接触金属和N区接触金属，形成接触金属层。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述反光层包括粘附金属层和反射金属层，在蒸镀所述反光层时，首先在P-GaN层表面蒸镀一层用于增强粘附性的粘附金属层，然后在该粘附金属层上蒸镀反射金属层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150429 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |