CN105489721B - 一种含有反射层的led倒装芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种含有反射层的LED倒装芯片，包括衬底、N焊盘和P焊盘，所述衬底依次叠加有N型层、发光层、P型层、反射层和阻挡层，并蚀刻露出衬底上表面形成一沟槽；所述芯片表面形成贯穿阻挡层、反射层、P型层、发光层且与N型层连通的N电极孔；阻挡层和反射层外露表面形成P引线电极，N电极孔内形成与N型层导电连接的N引线电极，即N引线电极与P引线电极采用相同的材料同时沉积形成；并在N引线电极和P引线电极的表面及外围覆盖一层便于相互绝缘的第一绝缘层；N焊盘和P焊盘通过第一绝缘层上表面开设接触孔分别与N引线电极和P引线电极电连接；本发明还提供一种含有反射层的LED倒装芯片的制备方法。
Description
【技术领域】
本发明涉及半导体光电芯片技术领域，尤其涉及一种含有反射层的LED倒装芯片及其制备方法。
【背景技术】
通常，通过用金属有机化学汽相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)或其它外延技术在蓝宝石、碳化硅或其它适当的衬底上外延地生长不同组成和掺杂剂浓度的半导体层的叠层来制造III族氮化物发光器件。该叠层常常包括用例如Si掺杂的在衬底上形成的一个或多个n型层、在形成于一个或多个n型层上的有源区中的一个或多个发光层、以及在有源区上形成的用例如Mg掺杂的一个或多个p型层。在n和p型区上形成电接触，常常将III族氮化物器件形成为倒置或倒装芯片器件，其中，在半导体结构的同一侧形成N和P接触两者，并且从与接触相对的半导体结构的那侧提取光。
常常使用银作为反射性p接触且已知其易受由机械应力、化学反应或电迁移引发的输运影响。例如，在图1A中举例说明了具有银P接触的III族氮化物LED且在美国专利6,946,685中对其进行了描述。US 6,946,685教导了“银电极金属化在存在湿气和电场(诸如，例如由于在器件的接触处施加工作电压而逐渐产生的场)的情况下经受电化学迁移。银金属化到器件的PN结的电化学迁移导致跨越结的交流旁路路径，其降低器件的效率。
图1A举例说明包括半导体结构的发光器件，该半导体结构包括在III-V族氮化物半导体的n型层120与III族氮化物半导体的P型层140之间的发光有源区130A。在p型层上沉积包括银金属的P电极160，并将n电极(图1A中未示出)与n型层藕合。提供了能够用来跨越所述电极施加电信号以引起来自有源区的光发射的手段，并且提供了用于防止银金属从p电极朝向有源区的电化学迁移的迁移阻挡层175，其中，迁移阻挡层175是导电防护片；导电防护片完全包围银，覆盖银金属p电极的边缘。而且，由金属构成的迁移阻挡层175通常为含有Ti或W的材料制成，然而Ti/W材料吸收可见光，所以覆盖Ag电极后露出的部分会形成″黑边″10吸收可见光，从而降低LED的光效。
在图1A所示的器件中，为了用导电防护片(迁移阻挡层175)密封银接触，迁移阻挡层完全包裹并密封银，反射性p电极160的边缘112与迁移阻挡层175的边缘之间的带称为″黑带″10；因为其不是如银P电极160一样是反射性的，光被黑带吸收会降低器件的效率。
【发明内容】
本发明的目的在于改善LED倒装芯片内部结构而提升LED的效率和亮度，提供一种含有反射层的LED倒装芯片及其制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种含有反射层的LED倒装芯片，包括衬底、N焊盘和P焊盘，所述衬底自下至上依次层状叠加的设置有N型层、发光层、P型层、反射层和阻挡层，N型层、发光层、P型层、反射层和阻挡层采用蚀刻工艺露出衬底的上表面形成一沟槽，纵横设置的沟槽将衬底上的N型层、发光层、P型层、反射层和阻挡层分割成彼此相互绝缘独立的多个芯片；所述芯片表面形成贯穿阻挡层、反射层、P型层、发光层且与N型层连通的N电极孔；所述芯片上层叠的阻挡层、反射层采用蒸镀及光刻工艺后与P型层上表面之间形成台阶，所述阻挡层和反射层外露表面采用溅射或蒸镀工艺形成具有布线图案的P引线电极，所述P引线电极与阻挡层导电连接，所述P引线电极覆盖阻挡层和反射层的四周侧壁面以及阻挡层的上表面；所述N电极孔内采用溅射或蒸镀工艺形成与N型层导电连接的N引线电极；所述N引线电极与P引线电极采用相同的材料同时沉积形成；所述沟槽的表面、所述N电极孔与N引线电极之间所形成的间隙、N引线电极的上表面、以及P引线电极的表面采用溅射或喷涂工艺覆盖有一层便于相互绝缘的第一绝缘层，所述第一绝缘层上表面采用光刻和蚀刻技术开设有与N引线电极上表面贯通的N型接触孔，所述第一绝缘层上表面采用光刻和蚀刻技术还开设有与P引线电极上表面贯通的P型接触孔；所述N焊盘通过第一绝缘层设置的N型接触孔与N引线电极导电连接，所述P焊盘通过第一绝缘层设置的P型接触孔与P引线电极导电连接，所述P焊盘与N焊盘之间采用印刷和电镀技术相互绝缘。
优选地，所述衬底为蓝宝石衬底，所述N型层为N型氮化镓层，所述P型层为P型氮化镓层。
优选地，所述芯片表面均匀分布有多个N电极孔。
优选地，所述P焊盘与P引线电极之间的第一绝缘层上均匀分布有多个便于两者导电连接的P型接触孔。
优选地，所述N引线电极为圆柱形状。
优选地，所述N引线电极和P引线电极均采用Cr、Al、Ni、Ti、Au、Pt中一种材料或其中至少两种以上的合金制成。
优选地，所述阻挡层采用Ti、W、Ni、Pt、Cr、Au中一种材料或其中至少两种以上的合金制成。
一种含有反射层的LED倒装芯片的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，在蓝宝石衬底上，通过金属有机化合物化学气相沉淀方法，在蓝宝石衬底的上表面上生长外延层，所述外延层生长过程依次为：在蓝宝石衬底表面生长N型氮化镓层，在N型氮化镓层上生长发光层，在发光层上生长P型氮化镓层；
步骤二，采用蒸镀及光刻工艺，依次覆盖反射层和阻挡层，所述反射层采用铝、银中一种材料或两者制成的合金材料，阻挡层采用不吸光并且能够有效地阻止反射层的金属材料迁移的材料制成；
步骤三，通过对外延层采用ICP蚀刻工艺，在所述外延层形成沟槽，所述沟槽露出蓝宝石衬底的表面，使蓝宝石衬底上的外延层形成彼此相互绝缘独立的芯片，同时对芯片进行刻蚀，在所述芯片表面形成贯穿阻挡层、反射层、P型氮化镓层、发光层、直到停留在N型氮化镓层表面上的N电极孔，N电极孔的数量为多个并且在芯片表面均匀分布；
步骤四，通过采用蒸镀及光刻工艺，在层叠的阻挡层、反射层与P型氮化镓层表面形成台阶；
步骤五，通过溅射或蒸镀工艺，在阻挡层、反射层外露表面形成具有布线图案的P引线电极，同时在N电极孔内采用溅射或蒸镀工艺形成圆柱形N引线电极，所述N引线电极与N型氮化镓层电连接形成欧姆接触，所述P引线电极与阻挡层电连接，所述P引线电极覆盖阻挡层、反射层四周侧壁面以及阻挡层上表面，所述N引线电极和P引线电极采用相同材料并且同时沉积形成；
步骤六，在芯片沟槽的表面、N电极孔与N引线电极之间所形成的间隙、以及P引线电极的表面，采用溅射或喷涂工艺覆盖有一层厚度为1um～2.5um便于相互绝缘的第一绝缘层，所述第一绝缘层采用氮化铝、二氧化硅、氮化硅、三氧化二铝、布拉格反射层DBR、硅胶、树脂或丙烯酸之其一制成；
步骤七，采用光刻和蚀刻技术在第一绝缘层表面打孔，在第一绝缘层表面分别刻蚀出N型接触孔与P型接触孔，其中，N型接触孔与N引线电极表面相连通，P型接触孔与P引线电极表面相连通，所述芯片表面均匀分布有多个N型接触孔和多个P型接触孔；
步骤八，在N引线电极、P引线电极的外露表面上、以及位于N引线电极和P引线电极彼此之间的第一绝缘层的表面上，通过印刷和电镀技术制造相互绝缘的N焊盘与P焊盘，其中，N焊盘通过N型接触孔与N引线电极电连接，P焊盘通过P型接触孔与P引线电极电连接，至此，完成整个LED倒装芯片的加工制造。
进一步地，所述N引线电极32和P引线电极均采用具有高反射性能的Cr、Al、Ni、Ti、Au、Pt中一种材料或其中至少两种以上的合金且同时沉积形成。
进一步地，所述P焊盘和N焊盘均采用铝、镍、钛、铂金、金中一种材料制成且厚度均为0.5um～2um，所述P焊盘与N焊盘之间的间隔为等于或大于150um。
本发明的有益效果是：
本发明提供的LED倒装芯片，在反射层表面沉积阻挡层，并且于阻挡层表面上设置N引线电极和P引线电极，由于阻挡层、N引线电极和P引线电极均采用不吸光的材料并且能够有效地阻止从反射层的金属材料迁移，不但有效解决“黑边”问题，而且减少了光的吸收，提升LED倒装芯片发光效率和亮度。
特别是，该芯片中N引线电极和P引线电极均采用具有高反射性能的材料同时沉积形成，使得P引线电极既可以做接触电极，又可以相对于反射层起到阻挡层的作用，在不吸光同时实现对反射层的保护作用，减少了LED芯片生产的流程，降低了芯片的制备成本。
【附图说明】
图1A为现有技术中的LED倒装芯片结构示意图；
图1、图2A、图2至图7为本发明LED倒装芯片制备方法的流程示意图；
图6A、图7A为本发明LED倒装芯片垂直于衬底方向的示意图。
【具体实施方式】
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。
一种含有反射层的LED倒装芯片，如图1至图7所示，包括蓝宝石衬底1、N焊盘26和P焊盘27，所述蓝宝石衬底自下至上依次层状叠加的设置有N型氮化镓层11、发光层12、P型氮化镓层13、反射层15和阻挡层14，所述阻挡层14采用Ti、W、Ni、Pt、Cr、Au中一种材料或其中至少两种以上的合金制成，N型氮化镓层11、发光层12、P型氮化镓层13、反射层15和阻挡层14采用蚀刻工艺露出蓝宝石衬底1的上表面形成一沟槽3，纵横设置的沟槽3将蓝宝石衬底1上的N型氮化镓层11、发光层12、P型氮化镓层13、反射层15和阻挡层14分割成彼此相互绝缘独立的多个芯片；每个芯片表面形成多个均匀分布贯穿阻挡层14、反射层15、P型氮化镓层13、发光层12且与N型氮化镓层11连通的N电极孔4。
继续如图1至图7所示，芯片上层叠的阻挡层14、反射层15采用蒸镀及光刻工艺后与P型氮化镓层13上表面之间形成台阶9，所述阻挡层14和反射层15外露表面采用溅射或蒸镀工艺形成具有布线图案的P引线电极31，所述P引线电极31与阻挡层14导电连接，所述P引线电极31覆盖阻挡层14和反射层15的四周侧壁面以及阻挡层14的上表面；所述N电极孔4内采用溅射或蒸镀工艺形成与N型氮化镓层11导电连接的圆柱形N引线电极32，即N引线电极32与P引线电极31采用相同的材料同时沉积形成；其中，N引线电极32和P引线电极31均采用Cr、Al、Ni、Ti、Au、Pt中一种材料或其中至少两种以上的合金制成，且N引线电极32的上表面与P引线电极31的上表面平齐设置。
继续如图1至图7所示，在沟槽3的表面、N电极孔4与N引线电极32之间所形成的间隙、N引线电极32的上表面、以及P引线电极31的表面采用溅射或喷涂工艺覆盖有一层便于相互绝缘的第一绝缘层16，并在第一绝缘层16上表面采用光刻和蚀刻技术开设有与N引线电极32上表面贯通的N型接触孔6，在第一绝缘层16上表面采用光刻和蚀刻技术还开设有与P引线电极31上表面贯通的P型接触孔5；其中，N焊盘26通过第一绝缘层16上设置的N型接触孔6与N引线电极32导电连接，P焊盘27通过第一绝缘层16上设置的P型接触孔5与P引线电极31导电连接，且P焊盘27与N焊盘26之间采用印刷和电镀技术相互绝缘。
该含有反射层的LED倒装芯片的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，如图1所示，在蓝宝石衬底1上，通过金属有机化合物化学气相沉淀方法(简称MOCVD，全称Metal-organic Chemical Vapor Deposition)，在蓝宝石衬底1的上表面上生长外延层，所述外延层生长过程依次为：在蓝宝石衬底1表面生长N型氮化镓层11，在N型氮化镓层上生长发光层12，在发光层上生长P型氮化镓层13；
步骤二，如图2A、图2所示，采用蒸镀及光刻工艺，依次覆盖反射层15和阻挡层14，所述反射层15采用铝、银中一种材料或两者制成的合金材料，阻挡层14采用不吸光并且能够有效地阻止反射层15的金属材料迁移的材料制成，进而达到有效地提升LED的效率和亮度；
步骤三，如图3所示，通过对外延层采用ICP蚀刻工艺，在所述外延层形成沟槽3，所述沟槽3露出蓝宝石衬底1的表面，使蓝宝石衬底1上的外延层形成彼此相互绝缘独立的芯片，同时对芯片进行刻蚀，在所述芯片表面形成贯穿阻挡层14、反射层15、P型氮化镓层13、发光层12、直到停留在N型氮化镓层11表面上的N电极孔4，N电极孔4的数量为多个并且在芯片表面均匀分布(如图6A所示)；
步骤四，如图3所示，通过采用蒸镀及光刻工艺，在层叠的阻挡层14、反射层15与P型氮化镓层13表面形成台阶9；
步骤五，如图4所示，通过溅射或蒸镀工艺，在阻挡层14、反射层15外露表面形成具有布线图案的P引线电极31，同时在N电极孔4内采用溅射或蒸镀工艺形成圆柱形N引线电极32，所述N引线电极32与N型氮化镓层11电连接形成欧姆接触，所述P引线电极31与阻挡层14电连接，所述P引线电极31覆盖阻挡层14、反射层15四周侧壁面以及阻挡层14上表面，所述N引线电极32和P引线电极31均采用具有高反射性能的Cr、Al、Ni、Ti、Au、Pt中一种材料或其中至少两种以上的合金并且同时沉积形成，使得P引线电极31既可以做接触电极，又可以相对于反射层15起到阻挡层的作用，在不吸光同时实现对反射层15的保护作用，减少了LED芯片生产的流程，降低了芯片制备成本；
步骤六，如图5所示，在芯片沟槽3的表面、N电极孔4与N引线电极32之间所形成的间隙、以及P引线电极31的表面，采用溅射或喷涂工艺覆盖有一层厚度为1um～2.5um便于相互绝缘的第一绝缘层16，所述第一绝缘层16采用氮化铝、二氧化硅、氮化硅、三氧化二铝、布拉格反射层DBR(TiO2/SiO2)、硅胶、树脂或丙烯酸之其一制成；
步骤七，如图6、图6A所示，采用光刻和蚀刻技术在第一绝缘层16表面打孔，在第一绝缘层16表面分别刻蚀出N型接触孔6与P型接触孔5，其中，N型接触孔6与N引线电极32表面相连通，P型接触孔5与P引线电极31表面相连通，且芯片表面均匀分布有多个N型接触孔6和多个P型接触孔5；
步骤八，如图7A、图7所示，在N引线电极32、P引线电极31的外露表面上、以及位于N引线电极32和P引线电极31彼此之间的第一绝缘层16的表面上，通过印刷和电镀技术制造相互绝缘的N焊盘26与P焊盘27，P焊盘27和N焊盘26均采用铝、镍、钛、铂金、金中一种材料制成且厚度均为0.5um～2um，所述P焊盘27与N焊盘26之间的间隔为等于或大于150um；其中，N焊盘26通过N型接触孔6与N引线电极32电连接接触，P焊盘27通过P型接触孔5与P引线电极31电连接接触，至此，完成整个LED倒装芯片的加工制造。
以上所述实施例只是为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，除了具体实施例中列举的情况外；凡依本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种含有反射层的LED倒装芯片，包括衬底、N焊盘和P焊盘，其特征在于：
所述衬底自下至上依次层状叠加的设置有N型层、发光层、P型层、反射层和阻挡层，N型层、发光层、P型层、反射层和阻挡层采用蚀刻工艺露出衬底的上表面形成一沟槽，纵横设置的沟槽将衬底上的N型层、发光层、P型层、反射层和阻挡层分割成彼此相互绝缘独立的多个芯片；
所述芯片表面形成贯穿阻挡层、反射层、P型层、发光层且与N型层连通的N电极孔；
所述芯片上层叠的阻挡层、反射层采用蒸镀及光刻工艺后与P型层上表面之间形成台阶，所述阻挡层和反射层外露表面采用溅射或蒸镀工艺形成具有布线图案的P引线电极，所述P引线电极与阻挡层导电连接，所述P引线电极覆盖阻挡层和反射层的四周侧壁面以及阻挡层的上表面；
所述N电极孔内采用溅射或蒸镀工艺形成与N型层导电连接的N引线电极；
所述N引线电极与P引线电极采用相同的材料同时沉积形成；
所述沟槽的表面、所述N电极孔与N引线电极之间所形成的间隙、N引线电极的上表面、以及P引线电极的表面采用溅射或喷涂工艺覆盖有一层便于相互绝缘的第一绝缘层，所述第一绝缘层上表面采用光刻和蚀刻技术开设有与N引线电极上表面贯通的N型接触孔，所述第一绝缘层上表面采用光刻和蚀刻技术还开设有与P引线电极上表面贯通的P型接触孔；
所述N焊盘通过第一绝缘层设置的N型接触孔与N引线电极导电连接，所述P焊盘通过第一绝缘层设置的P型接触孔与P引线电极导电连接，所述P焊盘与N焊盘之间采用印刷和电镀技术相互绝缘。
2.根据权利要求1所述的一种含有反射层的LED倒装芯片，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底，所述N型层为N型氮化镓层，所述P型层为P型氮化镓层。
3.根据权利要求1所述的一种含有反射层的LED倒装芯片，其特征在于，所述芯片表面均匀分布有多个N电极孔。
4.根据权利要求1所述的一种含有反射层的LED倒装芯片，其特征在于，所述P焊盘与P引线电极之间的第一绝缘层上均匀分布有多个便于两者导电连接的P型接触孔。
5.根据权利要求1所述的一种含有反射层的LED倒装芯片，其特征在于，所述N引线电极为圆柱形状。
6.根据权利要求1所述的一种含有反射层的LED倒装芯片，其特征在于，所述N引线电极和P引线电极均采用Cr、Al、Ni、Ti、Au、Pt中一种材料或其中至少两种的合金制成。
7.根据权利要求1所述的一种含有反射层的LED倒装芯片，其特征在于，所述阻挡层采用Ti、W、Ni、Pt、Cr、Au中一种材料或其中至少两种的合金制成。
8.一种含有反射层的LED倒装芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在蓝宝石衬底上，通过金属有机化合物化学气相沉淀方法，在蓝宝石衬底的上表面上生长外延层，所述外延层生长过程依次为：在蓝宝石衬底表面生长N型氮化镓层，在N型氮化镓层上生长发光层，在发光层上生长P型氮化镓层；
步骤二，采用蒸镀及光刻工艺，依次覆盖反射层和阻挡层，所述反射层采用铝、银中一种材料或两者制成的合金材料，阻挡层采用不吸光并且能够有效地阻止反射层的金属材料迁移的材料制成；
步骤三，通过对外延层采用ICP蚀刻工艺，在所述外延层形成沟槽，所述沟槽露出蓝宝石衬底的表面，使蓝宝石衬底上的外延层形成彼此相互绝缘独立的芯片，同时对芯片进行刻蚀，在所述芯片表面形成贯穿阻挡层、反射层、P型氮化镓层、发光层、直到停留在N型氮化镓层表面上的N电极孔，N电极孔的数量为多个并且在芯片表面均匀分布；
步骤四，通过采用蒸镀及光刻工艺，在层叠的阻挡层、反射层与P型氮化镓层表面形成台阶；
步骤五，通过溅射或蒸镀工艺，在阻挡层、反射层外露表面形成具有布线图案的P引线电极，同时在N电极孔内采用溅射或蒸镀工艺形成圆柱形N引线电极，所述N引线电极与N型氮化镓层电连接形成欧姆接触，所述P引线电极与阻挡层电连接，所述P引线电极覆盖阻挡层、反射层四周侧壁面以及阻挡层上表面，所述N引线电极和P引线电极采用相同材料并且同时沉积形成；
步骤六，在芯片沟槽的表面、N电极孔与N引线电极之间所形成的间隙、以及P引线电极的表面，采用溅射或喷涂工艺覆盖有一层厚度为1um～2.5um便于相互绝缘的第一绝缘层，所述第一绝缘层采用氮化铝、二氧化硅、氮化硅、三氧化二铝、布拉格反射层DBR、硅胶或树脂之其一制成；
步骤七，采用光刻和蚀刻技术在第一绝缘层表面打孔，在第一绝缘层表面分别刻蚀出N型接触孔与P型接触孔，其中，N型接触孔与N引线电极表面相连通，P型接触孔与P引线电极表面相连通，所述芯片表面均匀分布有多个N型接触孔和多个P型接触孔；
步骤八，在N引线电极、P引线电极的外露表面上、以及位于N引线电极和P引线电极彼此之间的第一绝缘层的表面上，通过印刷和电镀技术制造相互绝缘的N焊盘与P焊盘，其中，N焊盘通过N型接触孔与N引线电极电连接，P焊盘通过P型接触孔与P引线电极电连接，至此，完成整个LED倒装芯片的加工制造。
9.根据权利要求1所述的一种含有反射层的LED倒装芯片的制备方法，其特征在于，所述N引线电极和P引线电极均采用具有高反射性能的Cr、Al、Ni、Ti、Au、Pt中一种材料或其中至少两种的合金且同时沉积形成。
10.根据权利要求1所述的一种含有反射层的LED倒装芯片的制备方法，其特征在于，所述P焊盘和N焊盘均采用铝、镍、钛、铂金、金中一种材料制成且厚度均为0.5um～2um，所述P焊盘与N焊盘之间的间隔为等于或大于150um。
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