CN105280757A - 一种垂直结构的高压led芯片的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种垂直结构的高压LED芯片的制备方法，该方法在相邻管芯的P电极焊盘区和N电极焊盘区之间沉积一层绝缘层，其中所述绝缘层覆盖了N电极焊盘区和P电极焊盘区的侧壁并延伸至高阻硅基板，并在相邻管芯的N电极和P电极之间沉积一层连接层，所述连接层连接相邻管芯的N电极和P电极，形成高压芯片。

Description

一种垂直结构的高压 LED 芯片的制备方法

技术领域

本发明属于半导体照明技术领域，具体而言，是一种垂直结构的高压LED芯片的制备方法。

背景技术

发光二极管 (LED) 具有寿命长、节能、环保、色彩丰富的优点，因此，随着外延、芯片、封装等技术的发展，发光效率的进一步提高，LED 已经被逐步用于照明、显示、医疗等各个领域。传统的氮化镓基发光二极管在直流电压下工作，电压范围为 2.9-3.5V，工作电流

通常为 20mA。为了让发光二极管达到普通照明所需的亮度，一般要将 LED 芯片的工作电流提高到 100mA 以上，目前常用的有 100mA，350mA 和 700mA。当把 LED 用于普通照明时，需要220V-380V 左右的交流市电驱动，如果采用大电流的高功率 LED 芯片，驱动装置中需要一个较大的变压器，同时需要通过滤波整流电路将交流电转变成直流电，从而导致整个 LED 灯具体积较大，寿命也由于电解电容的引入而大大降低。此外，大电流驱动导致的线损也比较高，从而导致浪费的能耗增加，灯具散热的负担也增加。而随后出现的HV LED（高压LED）则在芯片级就实现了微晶粒的串并联，芯片级串并联有以下优势：一是HV LED 避免了COB 结构中波长、电压、亮度跨度带来的一致性问题；二是HV LED 由于自身工作电压高，容易实现封装成品工作电压接近市电，提高了驱动电源的转换效率，由于工作电流低，其在成品应用中的线路损耗也将明显低于传统DC LED 芯片；三是减少了芯片的固晶和键合数量，有利于降低封装的成本。因此HV LED 在照明市场上具有广阔的使用前景。

但是，现有的高HV LED中的每一个LED单元是横向结构的，横向结构LED单元的缺点是不能采用大电流驱动、发光效率低、电流拥塞、热阻大等，因此需要一种HV LED，可以采用大电流驱动，并且进一步提高发光效率和改善散热。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高压LED芯片的制备方法，由该方法制备的高压LED芯片可以采用大电流驱动，并且散热性能优良。

为了解决本发明的技术问题，本发明提供一种垂直结构的高压LED芯片的制备方法，该方法包括在生长衬底上依次生长缓冲层、N型GaN层、多量子阱层、P型GaN层，形成外延层，在P型GaN层上蒸镀反射金属层、金属阻挡层和邦定金属层，将所述蒸镀有反射金属层的外延层邦定在高阻硅基板上，去除生长衬底和缓冲层，暴露出N型GaN层，刻蚀GaN层至暴露高阻硅基板形成沟槽以产生多个分立的管芯，该方法还包括刻蚀所述每个分立管芯上暴露的GaN层的部分区域至暴露出金属阻挡层，形成P电极焊盘区，在未被刻蚀的GaN层上形成N电极焊盘区，在相邻管芯的P电极焊盘区和N电极焊盘区之间沉积一层绝缘层，其中所述绝缘层覆盖了N电极焊盘区和P电极焊盘区的侧壁并延伸至高阻硅基板，在所述P电极焊盘区蒸镀P电极金属形成P电极，在N电极焊盘区蒸镀N电极金属形成N电极，在相邻管芯的N电极和P电极之间沉积一层连接层，所述连接层连接相邻管芯的N电极和P电极，形成高压芯片。

优选地，所述刻蚀是采用ICP或RIE干法刻蚀。

优选地，所述沟槽的深度为2.5um-7um。

优选地，所述生长衬底为下列中的一种：蓝宝石、硅、碳化硅。

优选地，所述绝缘层的材料为下列中的一种或多种：SiO₂、SiN、Al₂O₃。

优选地，所述连接层的材料为下列中的一种或多种：铟锡氧化物 (ITO)、氧化锌 (ZnO)、石墨烯、金属。

优选地，所述连接层的厚度为3000 Å~50000 Å。

优选地，所述P电极金属和N电极金属的材料分别为下列中的一种：Al/Pt/Au、Ag/Pt/Au、Ni/Ag/Pt/Au、TiW/Pt/Au、Ti/Ag/Pt/Au、Ni/Al/Pt/Au、Al/Ti/Au、Ti/Al/Pt/Au。

本发明的有益效果：

本发明提供一种垂直结构的高压LED芯片的制备方法，通过将外延层邦定在高阻硅基板上，使得芯片的P电极与芯片的底部绝缘，形成垂直结构芯片，并且通过连接层把相邻管芯进行电连接，形成高压芯片，该芯片可以直接采用较高电压驱动，因此，在灯具的控制电路中，节省了变压器，降低成本，没有电流拥塞、可通过大电流、散热优良。

附图说明

图1为本发明一个实施例的垂直结构的高压LED芯片的俯视图；

图2至图9为本发明一个实施例的制造过程示意图；

图中标识说明：

1为蓝宝石生长衬底，2为缓冲层，3为N型GaN层，4为多量子阱层，5为P型GaN层，6为反射金属层，7为金属阻挡层，8为邦定金属层，9高阻硅基板，10为沟槽， 11为P电极焊盘区，12为N电极焊盘区，13为绝缘层， 14为P电极，15为N电极，16为连接层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为用本发明一个实施例的垂直结构的高压LED芯片的俯视结构示意图。

如图2所示在蓝宝石生长衬底1上依次外延生长缓冲层2，N型GaN层3，多量子阱层4，P型GaN层5，形成外延层，在外延层上蒸镀反射金属层6、金属阻挡层7和邦定金属层8，如图3所示。如图4所示，将所述蒸镀有反射金属层6的外延层通过邦定金属层8邦定在高阻硅基板9上，采用激光剥离的方法去除蓝宝石生长衬底1，把外延层转移到高阻硅基板9上，用ICP刻蚀法去除缓冲层2，暴露出N型GaN层3。如图5所示，刻蚀暴露出的GaN层至暴露出高阻硅基板9形成沟槽10以产生分立的管芯。刻蚀每个分立管芯上暴露的GaN层的部分区域至暴露出金属阻挡层7，形成P电极焊盘区11，在未被刻蚀的N型GaN层3上形成N电极焊盘区12，如图6所示。如图7所示，在相邻管芯的P电极焊盘区11和N电极焊盘区12之间沉积一层绝缘层13，所述绝缘层13覆盖了N电极焊盘区12和P电极焊盘区11的侧壁并延伸至高阻硅基板9。如图8所示，在P电极焊盘区11蒸镀P电极金属形成P电极14，在N电极焊盘区12蒸镀N电极金属形成N电极15。如图9所示，在相邻管芯的N电极15和P电极14之间沉积一层连接层16，所述连接层连接相邻管芯的N电极15和P电极14，形成高压芯片。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种垂直结构的高压LED芯片的制备方法，包括；

在生长衬底上依次生长缓冲层、N型GaN层、多量子阱层、P型GaN层，形成外延层；

在P型GaN层上蒸镀反射金属层、金属阻挡层和邦定金属层；

将所述蒸镀有反射金属层的外延层邦定在高阻硅基板上，去除生长衬底和缓冲层，暴露出N型GaN层；

其特征在于，刻蚀GaN层至暴露高阻硅基板形成沟槽以产生多个分立的管芯；

刻蚀所述每个分立管芯上暴露的GaN层的部分区域至暴露出金属阻挡层，形成P电极焊盘区，在未被刻蚀的GaN层上形成N电极焊盘区；

在相邻管芯的P电极焊盘区和N电极焊盘区之间沉积一层绝缘层，其中所述绝缘层覆盖了N电极焊盘区和P电极焊盘区的侧壁并延伸至高阻硅基板；

在所述P电极焊盘区蒸镀P电极金属形成P电极，在N电极焊盘区蒸镀N电极金属形成N电极；

在相邻管芯的N电极和P电极之间沉积一层连接层，所述连接层连接相邻管芯的N电极和P电极，形成高压芯片。

2.根据权利要求1所述的一种垂直结构的高压LED芯片的制备方法，其特征在于所述刻蚀是采用ICP或RIE干法刻蚀。

3.根据权利要求1所述的一种垂直结构的高压LED芯片的制备方法，其特征在于所述沟槽的深度为2.5um-7um。

4.根据权利要求1所述的一种垂直结构的高压LED芯片的制备方法，其特征在于所述生长衬底为下列中的一种：蓝宝石、硅、碳化硅。

5.根据权利要求1所述的一种垂直结构的高压LED芯片的制备方法，其特征在于所述绝缘层的材料为下列中的一种或多种：SiO₂、SiN、Al₂O₃。

6.根据权利要求1所述的一种垂直结构的高压LED芯片的制备方法，其特征在于所述连接层的材料为下列中的一种或多种：铟锡氧化物 (ITO)、氧化锌 (ZnO)、石墨烯、金属。

7.根据权利要求1所述的一种垂直结构的高压LED芯片的制备方法，其特征在于所述连接层的厚度为3000 Å~ 50000Å。

8.根据权利要求1所述的一种垂直结构的高压LED芯片的制备方法，其特征在于所述P电极金属和N电极金属的材料分别为下列中的一种：Al/Pt/Au、Ag/Pt/Au、Ni/Ag/Pt/Au、TiW/Pt/Au、Ti/Ag/Pt/Au、Ni/Al/Pt/Au、Al/Ti/Au、Ti/Al/Pt/Au。