CN105789386A - 一种提高垂直led芯片电流扩展的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法，包括：首先提供剥离生长衬底后暴露出N型GaN层的LED芯片，在N型GaN层表面形成钝化层；然后刻蚀所述钝化层，暴露出所述N型GaN层表面，形成金属电极开孔和焊垫开孔；最后在所述金属电极开孔中蒸镀金属材料形成金属电极，同时在所述焊垫开孔中及所述焊垫开孔之间的钝化层上蒸镀金属材料形成焊垫，其中，所述金属电极的宽度呈渐变趋势，所述焊垫开孔的宽度大于或者等于蒸镀在所述焊垫开孔中的焊垫宽度。本发明通过在焊垫开孔中全部填充或部分填充金属材料，来阻挡焊垫与N型GaN层直接接触，防止焊垫下直接复合，提高芯片发光效率；同时采用金属电极宽度渐变方式，使电流容易扩展到更边缘区域，提高芯片的电流扩展。
Description
技术领域
本发明涉及LED制作技术领域，尤其涉及一种提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法。
背景技术
随着生产和生活的需要，大功率发光二极管(Light-EmittingDiode，LED)的应用方向越来越广泛，与之对应的研究也越来越深入。然而，传统型LED在大电流下具有电流拥挤，电压高等劣势，这使得垂直LED芯片在大功率芯片应用上显得优势明显。垂直结构LED芯片，其基本结构如下：外延层通过反射/键合层键合在导电支持衬底上，剥离生长衬底，蒸镀侧壁保护层以及电极来形成垂直结构半导体芯片。就目前垂直芯片而言，依然存在金属电极区域电流拥塞(currentcrowding)，电流拥塞一方面降低芯片寿命，一方面降低芯片发光效率。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法，用于解决现有技术中制作的垂直LED芯片存在金属电极区域电流拥塞的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法，所述制作方法至少包括：
1)提供剥离生长衬底后暴露出N型GaN层的LED芯片，在所述暴露的N型GaN层表面形成钝化层；
2)刻蚀所述钝化层，暴露出所述N型GaN层表面，形成金属电极开孔和与所述金属电极开孔连通的焊垫开孔；
3)在所述金属电极开孔中蒸镀金属材料形成金属电极，同时在所述焊垫开孔中及所述焊垫开孔之间的钝化层上蒸镀金属材料，形成与所述金属电极电连的焊垫，其中，从远离所述焊垫一侧到靠近所述焊垫一侧，所述金属电极的宽度呈渐变趋势。
作为本发明提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法一种优选的方案，所述步骤1)中包括步骤：
1-1)提供生长衬底，在所述生长衬底上形成外延层，所述外延层包括N型GaN层、生长在所述N型GaN层表面的多量子阱层以及生长在所述多量子阱层表面的P型GaN层；
1-2)在所述P型GaN层表面形成反射层；
1-3)形成键合层，所述键合层覆盖所述反射层并与所述P型GaN层形成欧姆接触；
1-4)提供一导电衬底，并键合所述导电衬底和键合层；
1-5)剥离所述生长衬底，暴露出所述N型GaN层；
1-6)刻蚀所述外延层四周边缘，暴露出键合层，形成Mesa台面；
1-7)在所述N型GaN层以及暴露的键合层表面形成钝化层。
作为本发明提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法一种优选的方案，所述步骤1-1)中，所述外延层还包括未掺杂层，所述未掺杂层形成所述N型GaN层和生长衬底之间，所述步骤1-5)剥离所述生长衬底后，需要刻蚀掉所述未掺杂层，暴露出所述N型GaN层。
作为本发明提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法一种优选的方案，所述金属电极开孔的宽度大于所述金属电极的最大宽度。
作为本发明提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法一种优选的方案，所述焊垫开孔的宽度大于或者等于蒸镀在所述焊垫开孔中的焊垫宽度。
作为本发明提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法一种优选的方案，所述渐变趋势为宽度从宽变窄、从窄变宽或者先宽变窄再变宽。
作为本发明提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法一种优选的方案，所述步骤1-2)中采用蒸镀或者溅射工艺形成所述反射层，所述反射层材料为Ni、Ag、Ti、Pt、Al或者Rh中的一种或多种组合，厚度为
作为本发明提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法一种优选的方案，所述步骤1-3)中采用蒸镀或者溅射工艺形成所述键合层，所述键合层材料为Cr、Ni、Ti、Pt、Au或者Sn中的一种或多种的组合，厚度为
作为本发明提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法一种优选的方案，所述钝化层为单层膜或多层膜形成的堆叠结构，所述钝化层的厚度为
作为本发明提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法一种优选的方案，所述金属电极和焊垫的材料为Cr、Ni、Al、Ti、Pt或者Au中的一种或多种的组合，厚度为
如上所述，本发明的提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法，包括：首先，提供剥离生长衬底后暴露出N型GaN层的LED芯片，在所述暴露的N型GaN层表面形成钝化层；然后，刻蚀所述钝化层，暴露出所述N型GaN层表面，形成金属电极开孔和与所述金属电极开孔连通的焊垫开孔；最后在所述金属电极开孔中蒸镀金属材料形成金属电极，同时在所述焊垫开孔中及所述焊垫开孔之间的钝化层上蒸镀金属材料形成焊垫，其中，从远离所述焊垫一侧到靠近所述焊垫一侧，所述金属电极的宽度呈渐变趋势，所述焊垫开孔的宽度大于或者等于蒸镀在所述焊垫开孔中的焊垫宽度。本发明通过在所述焊垫开孔中全部填充或部分填充金属材料，可以阻挡焊垫与N型GaN层直接接触，防止焊垫下直接复合，提高芯片发光效率；同时采用金属电极宽度渐变的方式，可以使电流容易扩展到更边缘区域，提高芯片的电流扩展。
附图说明
图1～图7为本发明提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法步骤1)呈现的结构示意图。
图8a为本发明提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法步骤2)呈现的结构示意图。
图8b为图8a沿AA’方向的剖视图。
图9a本发明提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法步骤3)呈现的一种结构示意图。
图9b为图9a沿BB’方向的剖视图。
图10a本发明提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法步骤3)呈现的另一种结构示意图。
图10b为图10a沿BB’方向的剖视图。
元件标号说明
1生长衬底
2外延层
20未掺杂层
21N型GaN层
22多量子阱层
23P型GaN层
3反射层
4键合层
5导电衬底
6钝化层
7金属电极开孔
8焊垫开孔
9金属电极
10焊垫
W1金属电极开孔宽度
W2金属电极宽度
W3焊垫开孔宽度
W4蒸镀在焊垫开孔中的焊垫宽度
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1～10b所示，本实施例提供一种垂直LED芯片结构的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
如图1～图7所示，首先进行步骤1)，提供剥离生长衬底1后暴露出N型GaN层21的LED芯片，在所述暴露的N型GaN层21表面形成钝化层6。
本步骤中具体包括以下步骤：
步骤1-1)，如图1所示，提供生长衬底1，在所述生长衬底1上形成外延层2，所述外延层2包括N型GaN层21、生长在所述N型GaN层21表面的多量子阱层22以及生长在所述多量子阱层22表面的P型GaN层23。
作为示例，所述生长衬底1可以是图形化蓝宝石衬底、Si衬底或者SiC衬底等。本实施例中，所述生长衬底1为图形化蓝宝石衬底。
进一步地，如1所示，所述外延层2中还可以包括一未掺杂层20，所述未掺杂层20形成所述N型GaN层21和生长衬底1之间，所述未掺杂层为不导电层。
步骤1-2)，如图2所示，在所述P型GaN层23表面形成反射层3。
本实施例中，采用蒸镀或者溅射工艺形成所述反射层3，该反射层3与P型GaN层23有良好的欧姆接触并具有高反射率特性。
所述反射层3材料为Ni、Ag、Ti、Pt、Al或者Rh等中的一种或多种组合，厚度为本实施例中，采用Ag作为反射层3材料。当然，其他的反射金属也可能适用于本发明，并不限定于此处所列举的示例。
步骤1-3)，如图3所示，形成键合4层，所述键合层4覆盖所述反射层3并与所述P型GaN层23形成欧姆接触。
本实施例中，采用蒸镀或者溅射工艺形成所述键合层4，所述键合层4覆盖整个晶圆表面。所述键合层4材料为Cr、Ni、Ti、Pt、Au或者Sn中的一种或多种的组合，厚度为 本实施例中，采用Au/Sn作为键合层4材料。当然，其他的键合金属也可能适用于本发明，并不限定于此处所列举的示例。
步骤1-4)，如图4所示，提供一导电衬底5，并键合所述导电衬底5和键合层4。
作为示例，所述导电衬底5可以是金属衬底或者硅衬底等。在本实施例中，所述导电衬底5为钼金属衬底，利用所述导电衬底5较高的导电及导热率，可以大大提高LED芯片的散热效率。
步骤1-5)，如图5所示，剥离所述生长衬底1，暴露出所述N型GaN层21。
在本实施例中，采用激光剥离或化学腐蚀工艺剥离所述生长衬底1。若外延层2中包含未掺杂层20，则在本步骤中，除了剥离生长衬底1，还需要继续刻蚀去除掉所述未掺杂层20，直至暴露出所述N型GaN层21。
步骤1-6)，如图6所示，刻蚀所述外延层2四周边缘，暴露出键合层4，形成Mesa台面。
本实施例中，采用ICP刻蚀法刻蚀所述外延层2四周边缘，形成Mesa台面。所述ICP刻蚀法采用的刻蚀气体包括Cl2及BCl3的一种或其混合气体。
步骤1-7)，如图7所示，在所述N型GaN层21以及暴露的键合层4表面形成钝化层6。
所述钝化层为单层膜或多层膜形成的堆叠结构，所述钝化层的厚度为
所述钝化层的材料为SiO2、Si3N4等绝缘材料。可以为相同工艺形成的单层膜、或不同工艺形成单层膜、或不同绝缘材料形成的堆叠结构。形成的钝化层6将表面及侧壁全部覆盖。
如图8a和8b所示，然后执行步骤2)，刻蚀所述钝化层6，暴露出所述N型GaN层21表面，形成金属电极开孔7和与所述金属电极开孔7连通的焊垫开孔8。
所述金属电极开孔7的形状不限，可以是手指型(finger)、插指型、U型等等。所述金属电极开孔7的宽度W1可以均匀分布，也可以与金属电极一致，呈渐变趋势。
所述焊垫开孔的形状不限，可以是方形、圆形等等。
本实施例中，所述金属电极开孔7的形状为手指型(finger)，所述焊垫开孔的形状为方形。
如图9a～10b所示，然后执行步骤3)，在所述金属电极开孔7中蒸镀金属材料形成金属电极9，同时在所述焊垫开孔8中及所述焊垫开孔8之间的钝化层6上蒸镀金属材料，形成与所述金属电极电连的焊垫10，其中，从远离所述焊垫10一侧到靠近所述焊垫10一侧，所述金属电极9的宽度W2呈渐变趋势。
如图9a所示，所述金属电极开孔7的宽度W1大于所述金属电极9的宽度W2的最宽处。即，金属电极9不完全填满金属电极开孔7。本实施例中，所述金属电极9与钝化层6完全不接触。作为示例，所述渐变趋势可以为宽度从宽变窄、从窄变宽或者先宽变窄再变宽等等。本实施例中，如图9a和10a所示，从远离所述焊垫10一侧到靠近所述焊垫10一侧，所述金属电极9的宽度逐渐变宽，即所述金属电极9越靠近焊垫10，宽度越宽；越远离焊垫10，宽度越窄。采用渐变的金属电极9，可以使得电流更容易扩展到更边缘区域，提高芯片的电流扩展。
另外，还要求所述焊垫开孔8的宽度W3大于或者等于蒸镀在所述焊垫开孔8中的焊垫10宽度W4。如图9a和图9b所示的是，所述焊垫开孔8的宽度W3大于蒸镀在所述焊垫开孔8中的焊垫10宽度W4，即，焊垫10不完全填充满所述焊垫开孔8，焊垫开孔8的边缘依然未被金属填充。如图10a和图10b所示的是，所述焊垫开孔8的宽度W3等于蒸镀在所述焊垫开孔8中的焊垫10宽度W4，即，焊垫10完全填充满所述焊垫开孔8。金属除了填充在焊垫开孔8中，还有一部分形成在钝化层6上，这两部分形成完整的焊垫10，这种焊垫10结构可以阻挡焊垫10与n型GaN层21直接接触，防止焊垫10下直接复合，提高芯片发光效率。
本实施例中，采用蒸镀或者溅射工艺在金属电极开孔7和焊垫开孔8中形成所述金属电极9和焊垫10，所述金属电极9和焊垫10的材料为Cr、Ni、Al、Ti、Pt或者Au中的一种或多种的组合，厚度为本实施例中，采用Ni/Au层作为金属电极9和焊垫10的材料。当然，其他的电极金属也可能适用于本发明，并不限定于此处所列举的示例。
本发明通过焊垫10引入电流，引入的电流不会从所述焊盘10直接流向n型GaN层21而发生复合，而是通过焊垫10流向金属电极9，再由金属电极9流向所述n型GaN层21。
综上所述，本发明提供一种提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法，包括：首先提供剥离生长衬底后暴露出N型GaN层的LED芯片，在N型GaN层表面形成钝化层；然后刻蚀所述钝化层，暴露出所述N型GaN层表面，形成金属电极开孔和焊垫开孔；最后在所述金属电极开孔中蒸镀金属材料形成金属电极，同时在所述焊垫开孔中及所述焊垫开孔之间的钝化层上蒸镀金属材料形成焊垫，其中，所述焊垫开孔的宽度大于或者等于蒸镀在所述焊垫开孔中的焊垫宽度，所述金属电极的宽度呈渐变趋势。本发明通过在焊垫开孔中全部填充或部分填充金属材料，来阻挡焊垫与N型GaN层直接接触，防止焊垫下直接复合，提高芯片发光效率；同时采用金属电极宽度渐变方式，使电流容易扩展到更边缘区域，提高芯片的电流扩展。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法，其特征在于，所述制作方法至少包括：
1)提供剥离生长衬底后暴露出N型GaN层的LED芯片，在所述暴露的N型GaN层表面形成钝化层；
2)刻蚀所述钝化层，暴露出所述N型GaN层表面，形成金属电极开孔和与所述金属电极开孔连通的焊垫开孔；
3)在所述金属电极开孔中蒸镀金属材料形成金属电极，同时在所述焊垫开孔中及所述焊垫开孔之间的钝化层上蒸镀金属材料，形成与所述金属电极电连的焊垫，其中，从远离所述焊垫一侧到靠近所述焊垫一侧，所述金属电极的宽度呈渐变趋势。
2.根据权利要求1所述的提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法，其特征在于：所述步骤1)中具体包括以下步骤：
1-1)提供生长衬底，在所述生长衬底上形成外延层，所述外延层包括N型GaN层、生长在所述N型GaN层表面的多量子阱层以及生长在所述多量子阱层表面的P型GaN层；
1-2)在所述P型GaN层表面形成反射层；
1-3)形成键合层，所述键合层覆盖所述反射层并与所述P型GaN层形成欧姆接触；
1-4)提供一导电衬底，并键合所述导电衬底和键合层；
1-5)剥离所述生长衬底，暴露出所述N型GaN层；
1-6)刻蚀所述外延层四周边缘，暴露出键合层，形成Mesa台面；
1-7)在所述N型GaN层以及暴露的键合层表面形成钝化层。
3.根据权利要求2所述的提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法，其特征在于：所述步骤1-1)中，所述外延层还包括未掺杂层，所述未掺杂层形成所述N型GaN层和生长衬底之间，所述步骤1-5)剥离所述生长衬底后，需要刻蚀掉所述未掺杂层，暴露出所述N型GaN层。
4.根据权利要求1所述的提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法，其特征在于：所述金属电极开孔的宽度大于所述金属电极的最大宽度。
5.根据权利要求1所述的提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法，其特征在于：所述焊垫开孔的宽度大于或者等于蒸镀在所述焊垫开孔中的焊垫宽度。
6.根据权利要求1所述的提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法，其特征在于：所述渐变趋势为宽度从宽变窄、从窄变宽或者先宽变窄再变宽。
7.根据权利要求2所述的提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法，其特征在于：所述步骤1-2)中采用蒸镀或者溅射工艺形成所述反射层，所述反射层材料为Ni、Ag、Ti、Pt、Al或者Rh中的一种或多种组合，厚度为
8.根据权利要求2所述的提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法，其特征在于：所述步骤1-3)中采用蒸镀或者溅射工艺形成所述键合层，所述键合层材料为Cr、Ni、Ti、Pt、Au或者Sn中的一种或多种的组合，厚度为
9.根据权利要求1或2所述的提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法，其特征在于：所述钝化层为单层膜或多层膜形成的堆叠结构，所述钝化层的厚度为
10.根据权利要求1所述的提高垂直LED芯片电流扩展的制作方法，其特征在于：所述金属电极和焊垫的材料为Cr、Ni、Al、Ti、Pt或者Au中的一种或多种的组合，厚度为
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2016
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