CN106206903B - 一种具有高可靠性反射电极结构的led芯片的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有高可靠性反射电极结构的LED芯片的制作方法，方法包括，在蓝宝石衬底上依次生长N型GaN层、量子阱和P型GaN层，完成LED芯片的外延结构；刻蚀部分区域的量子阱和P型GaN层，露出部分N型GaN层；在外延结构表面制作ITO电流扩展层；通过PECVD淀积绝缘层；对绝缘层进行刻蚀开孔；在孔内通过电子束蒸发淀积金属层，形成焊盘电极，金属层从下到上依次为欧姆接触金属层、反射金属层、阻挡金属层、焊接金属层，反射金属层为Cu质量比0.4~4%的AlCu反射层；本发明通过改进焊盘电极的反射金属层的制作工艺和材料，使用AlCu反射金属层代替传统的Al反射金属层，可制备高可靠性的LED芯片。

Description

一种具有高可靠性反射电极结构的LED芯片的制作方法
技术领域
本发明涉及一种LED芯片的制作方法，尤其是一种具有高可靠性反射电极结构的LED芯片的制作方法，属于芯片制造技术领域。
背景技术
LED发光二极管被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域，根据使用功能的不同，可以将其划分为信息显示、信号灯、车用灯具、液晶屏背光源、通用照明五大类。
随着LED芯片技术的发展，器件尺寸越来越小，驱动电流越来越大，对LED芯片焊盘电极和扩展条的可靠性要求越来越高，目前，焊盘电极的反射金属层为Al薄膜反射层，这种反射电极结构已经被广泛应用，但因Al本身材料特性活泼、稳定性差、易迁移等缺点，在长时间、大电流密度驱动下，可靠性急剧下降。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种具有高可靠性反射电极结构的LED芯片的制作方法，该LED芯片通过改进焊盘电极的反射金属层的制作工艺和材料，使用AlCu反射金属层代替传统的AL反射金属层，可制备高可靠性的LED芯片。
为实现以上技术目的，本发明采用的技术方案是：一种具有高可靠性反射电极结构的LED芯片的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一.提供一蓝宝石衬底，在所述蓝宝石衬底上依次生长N型GaN层、量子阱和P型GaN层，完成LED芯片的外延结构；
步骤二.通过光刻掩膜版的遮挡，刻蚀部分区域的量子阱和P型GaN层，露出部分N型GaN层；
步骤三.通过光刻掩膜版的遮挡，在外延结构表面制作ITO电流扩展层，所述ITO电流扩展层覆盖P型GaN层、量子阱和未露出部分N型GaN层；
步骤四.通过PECVD方法淀积绝缘层，所述绝缘层覆盖ITO电流扩展层、P型GaN层、量子阱和N型GaN层；
步骤五.通过光刻掩膜版的遮挡，对绝缘层进行刻蚀开孔，在ITO电流扩展层接触区域形成P电极窗口，在露出部分N型GaN层接触区域形成N电极窗口；
步骤六.通过电子束蒸镀方法，在P电极窗口和N电极窗口内淀积金属层，所述金属层从下到上依次为欧姆接触金属层、反射金属层、阻挡金属层，焊接金属层，所述反射金属层为Cu质量比0.4～4％的AlCu反射层，P电极窗口内的金属层形成正焊盘电极，N电极窗口内的金属层形成负焊盘电极；
步骤七.采用常规工艺对芯片进行研磨、减薄和切割，完成芯片器件加工制作。
进一步地，所述反射金属层的形成过程是，在高真空腔体内，利用电子束能量，在Al镀源材料中掺入2～20％质量比的Cu源材料，进行预熔解，形成AlCu合金镀源，通过电子束蒸镀方法，在镀率：0.1～2nm/s、蒸镀功率：30～70％的范围内，制作厚度为50～2000nm的AlCu反射层；
进一步地，所述正焊盘电极和负焊盘电极金属层的欧姆接触金属层的金属为Cr，阻挡金属层的金属为Ti或Pt，焊接金属层的金属为Au；
进一步地，所述正焊盘电极和负焊盘电极均包括至少一条扩展条。
进一步地，ITO电流扩展层氧化铟和氧化锡混合物，具有高的导电率、高的可见光透过率。
进一步地，所述步骤五中的P电极窗口和N电极窗口均设在绝缘层内。
进一步地，所述步骤七中经过研磨和减薄的芯片厚度为100～200μm。
从以上描述可以看出，本发明的有益效果在于：针对目前LED芯片存在的大电流密度下可靠性低的问题，本发明通过改进焊盘电极的反射金属层的制备工艺和材料，使用AlCu反射金属层代替常规工艺的Al反射金属层，大幅度提高了芯片的可靠性。
附图说明
图1为本发明外延层形成的俯视结构示意图。
图2为本发明实施例1露出部分N型GaN层形成的俯视结构示意图。
图3为本发明实施例1ITO电流扩展层形成的俯视结构示意图。
图4为本发明实施例1P电极窗口和N电极窗口形成的俯视结构示意图。
图5为本发明实施例1带扩展条的焊盘电极形成的俯视结构示意图。
图6为本发明实施例2不带扩展条的俯视结构示意图。
图7为本发明焊盘电极的剖面结构示意图。
附图说明：1-正焊盘电极、2-负焊盘电极、3-绝缘层、4-ITO电流扩展层、5-P型GaN层、7-N型GaN层、8-蓝宝石衬底、10-焊接金属层、11-阻挡金属层、12-反射金属层、13-欧姆接触金属层。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1为具有扩展条的焊盘电极的LED芯片的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：
如图1所示，步骤一.提供一蓝宝石衬底8，在所述蓝宝石衬底8上依次生长N型GaN层7、量子阱和P型GaN层5，完成LED芯片的外延结构；
如图2所示，步骤二.通过光刻掩膜版的遮挡，刻蚀部分区域的量子阱和P型GaN层5，露出部分N型GaN层7；
如图3所示，步骤三.通过光刻掩膜版的遮挡，在外延结构表面制作ITO电流扩展层4，所述ITO电流扩展层4覆盖P型GaN层5、量子阱和未露出部分N型GaN层7；ITO电流扩展层4为氧化铟和氧化锡混合物，具有高的导电率、高的可见光透过率。
步骤四.通过PECVD方法淀积绝缘层3，所述绝缘层3覆盖ITO电流扩展层4、P型GaN层5、量子阱和N型GaN层7；
如图4所示，步骤五.通过光刻掩膜版的遮挡，对绝缘层3进行刻蚀开孔，在ITO电流扩展层4接触区域形成P电极窗口，在露出部分N型GaN层7接触区域形成N电极窗口，所述步骤五中的P电极窗口和N电极窗口均设在绝缘层3内；
如图5所示，步骤六.通过电子束蒸镀方法，在P电极窗口和N电极窗口内淀积金属层，P电极窗口内的金属层形成正焊盘电极1，N电极窗口内的金属层形成负焊盘电极2，所述正焊盘电极1包括3条扩展条，所述负焊盘电极2包括2条扩展条，正焊盘电极1的3条扩展条和负焊盘电极2的2条扩展条呈互为叉指结构。
如图7所示，所述正焊盘电极1和负焊盘电极2的金属层从下到上依次为欧姆接触金属层13、反射金属层12、阻挡金属层11和焊接金属层10，所述欧姆接触金属层13的金属为Cr，阻挡金属层11的金属为Ti或Pt，焊接金属层10的金属为Au；
所述反射金属层12为Cu质量比0.4～4％的AlCu反射层，所述反射金属层12的形成过程是，在高真空腔体内，利用电子束能量，在Al镀源材料中掺入2～20％质量比的Cu源材料，进行预熔解，形成AlCu合金镀源，通过电子束蒸镀方法，在镀率：0.1～2nm/s、蒸镀功率：30～70％的范围内，制作厚度为50～2000nm的AlCu反射层；
步骤七.采用常规工艺对芯片进行研磨、减薄和切割，完成芯片器件加工制作，经过研磨和减薄的芯片厚度为100～200μm。
如图6所示为不具有扩展条的焊盘电极的LED芯片的俯视结构示意图，其制作方法与实施例1的方法相同，左下方为正焊盘电极1，右上方为负焊盘电极2。
本发明中的正焊盘电极1和负焊盘电极2的大小形状均不固定，对于有扩展条的焊盘电极的LED芯片中扩展条的数目根据实际应用需求而定。
本发明的特点在于，该LED芯片通过改进焊盘电极的反射金属层的制作工艺和材料，采用电子束蒸镀工艺制备反射金属层12，使用AlCu反射金属层代替传统的AL反射金属层，AlCu反射金属层抗迁移率是Al反射金属层的10倍，且AlCu金属层反射率下降≤2％，LED芯片可靠性大幅度提高。
为了进一步说明LED芯片可靠性提高，实验对比数据具体见表1：
电极结构 电流密度 1008H亮度光衰 1008H电压变化
Al反射电极结构 35A/cm^2 ≤10％ ≤0.1V
本发明AlCu反射电极结构 35A/cm^2 ≤2％ ≤0.03V
本发明AlCu反射电极结构 100A/cm^2 ≤5％ ≤0.05V
如表1所示，为本发明AlCu反射电极结构芯片与传统Al反射电极结构芯片对比，可靠性通过1008H的亮度光衰和1008H的电压变化来体现，当驱动电流密度为35A/cm^2时，AlCu反射电极结构芯片1008H的亮度光衰不超过2％，电压变化不超过0.03V，Al反射电极结构芯片1008H的亮度光衰不超过10％，电压变化不超过0.1V，本发明光衰明显减少，电压更稳定；当驱动电流密度由35A/cm^2提高到100A/cm^2时，AlCu反射电极结构芯片1008H的亮度光衰仅增加了3％，1008H的电压变化仅增加了0.02％，随着电流密度的增加，AlCu反射电极结构芯片的可靠性大幅度提升。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种具有高可靠性反射电极结构的LED芯片的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一. 提供一蓝宝石衬底（8），在所述蓝宝石衬底（8）上依次生长N型GaN层（7）、量子阱和P型GaN层（5），完成LED芯片的外延结构；
步骤二. 通过光刻掩膜版的遮挡，刻蚀部分区域的量子阱和P型GaN层（5），露出部分N型GaN层（7）；
步骤三. 通过光刻掩膜版的遮挡，在外延结构表面制作ITO电流扩展层（4），所述ITO电流扩展层（4）覆盖P型GaN层（5）、量子阱和未露出部分N型GaN层（7）；
步骤四. 通过PECVD方法淀积绝缘层（3），所述绝缘层（3）覆盖ITO电流扩展层（4）、P型GaN层（5）、量子阱和N型GaN层（7）；
步骤五. 通过光刻掩膜版的遮挡，对绝缘层（3）进行刻蚀开孔，在ITO电流扩展层（4）接触区域形成P电极窗口，在露出部分N型GaN层（7）接触区域形成N电极窗口；
步骤六. 通过电子束蒸镀方法，在P电极窗口和N电极窗口内淀积金属层，所述金属层从下到上依次为欧姆接触金属层（13）、反射金属层（12）、阻挡金属层（11）、焊接金属层（10），所述反射金属层（12）为Cu质量比0.4~4%的AlCu反射层，P电极窗口内的金属层形成正焊盘电极（1），N电极窗口内的金属层形成负焊盘电极（2）；
所述反射金属层（12）的形成过程是，在高真空腔体内，利用电子束能量，在Al镀源材料中掺入2~20%质量比的Cu源材料，进行预熔解，形成AlCu合金镀源，通过电子束蒸镀方法，在镀率：0.1~2nm/s的范围内，制作厚度为50~2000nm的AlCu反射层；
步骤七.对芯片进行研磨、减薄和切割，完成芯片器件加工制作。
2.根据权利要求1所述的一种具有高可靠性反射电极结构的LED芯片的制作方法，其特征在于：所述正焊盘电极（1）和负焊盘电极（2）金属层的欧姆接触金属层（13）的金属为Cr，阻挡金属层（11）的金属为Ti或Pt，焊接金属层（10）的金属为Au。
3.根据权利要求1所述的一种具有高可靠性反射电极结构的LED芯片的制作方法，其特征在于：所述正焊盘电极（1）和负焊盘电极（2）均包括至少一条扩展条。
4.根据权利要求1所述的一种具有高可靠性反射电极结构的LED芯片的制作方法，其特征在于：ITO电流扩展层（4）为氧化铟和氧化锡混合物，具有高的导电率、高的可见光透过率。
5.根据权利要求1所述的一种具有高可靠性反射电极结构的LED芯片的制作方法，其特征在于：所述步骤五中的P电极窗口和N电极窗口均设在绝缘层（3）内。
6.根据权利要求1所述的一种具有高可靠性反射电极结构的LED芯片的制作方法，其特征在于：所述步骤七中经过研磨和减薄的芯片厚度为100~200μm。
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