CN106252477A - 一种复合全反射镜的倒装led芯片结构及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种复合全反射镜的倒装LED芯片结构及制作方法，其步骤如下：在蓝宝石衬底上依次生长N型GaN层、量子阱和P型GaN层；通过刻蚀，露出部分N型GaN层；在P型GaN层表面制作ITO透明导电层；在露出的部分N型GaN层上形成N型扩展条，在ITO透明导电层上形成P型扩展条；淀积反射层，反射层包括第一层DBR、Al层和第二层DBR；通过光刻，在N型扩展条和P型扩展条上分别形成N电极和P电极窗口；电极窗口内淀积金属层，分别形成负焊盘和正焊盘电极；对芯片研磨、减薄和切割，完成芯片的制作；本发明采用DBR/Al/DBR三明治复合结构作为反射层，反射光谱覆盖全可见光波段，覆盖面积大，且反射率达到99%以上，并具备可靠性好的特点，有效提高了LED倒装芯片的光萃取效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种倒装LED芯片结构及制作方法，尤其是一种复合全反射的倒装LED芯片结构及制作方法，属于LED芯片制造技术领域。
背景技术
倒装LED芯片因具有热阻小、耐大电流、可靠性好等特点，被公认为是LED下一代技术的发展方向，随着新技术的不断涌现，较早期的倒装芯片结构有很大的变化。
倒装LED芯片为蓝宝石基板背出光方式，反射层的反射率和有效反射谱覆盖光波段面积决定了倒装芯片的光萃取效率，常规工艺结构多采用金属Ag或DBR（布拉格全反射镜Distributed Bragg Reflector）作为反射层，金属Ag反射层虽然反射率高，但在400~500nm波段反射率偏低，且可靠性差；DBR反射层虽然反射谱覆盖光波段面积大，但其反射率差且热传导差，同时工艺时间较长，均不是最理想的工艺方案。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种复合全反射的倒装LED芯片结构及制作方法，该倒装LED芯片采用DBR/Al/DBR三明治复合结构作为反射层，反射谱覆盖全可见光波段，覆盖面积大，且反射率达到99%以上，并具备可靠性好的特点，有效提高LED倒装芯片的光萃取效率。
为实现以上技术目的，本发明采用的技术方案是：一种复合全反射的倒装LED芯片结构的制作方法，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P型GaN层和量子阱，露出部分N型GaN层；
步骤三. 通过光刻掩膜版的遮挡，在P型GaN层表面制作ITO透明导电层；
步骤四. 通过电子束蒸镀技术，在露出的部分N型GaN层上形成N型扩展条，在ITO透明导电层上形成P型扩展条；
步骤五. 通过电子束蒸镀或磁控溅射技术，在步骤四完成后的芯片表面淀积反射层，所述反射层包括第一层DBR、Al层和第二层DBR，所述第一层DBR、Al层和第二层DBR依次沉积，所述第一层DBR覆盖整个芯片表面，所述Al层覆盖第一层DBR（10），同时露出部分N型扩展条和部分P型扩展条上的第一层DBR，所述第二层DBR覆盖Al层和露出的第一层DBR；
步骤六. 通过光刻掩膜版的遮挡，对反射层进行光刻，刻蚀掉部分N扩展条上的第一层DBR和第二层DBR形成N电极窗口，刻蚀掉部分P扩展条上的第一层DBR和第二层DBR形成P电极窗口；
步骤七. 通过电子束蒸镀方法，在N电极窗口和P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，N电极窗口内的金属层形成负焊盘电极；
步骤八. 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，所述第一层DBR和第二层DBR均由SiO2层和TiXOY层组成，所述SiO2层和TiXOY层依次交替沉积，且交替沉积的次数为5~20次。
进一步地，所述第一层DBR和第二层DBR中每层SiO2的厚度为10~150nm，每层TiXOY的厚度为30~120nm。
进一步地，所述Al层的厚度为500~5000nm。
进一步地，所述步骤七中的金属层从下到上依次Al/Pt/Au/Sn，且Sn层的厚度至少为1μm。
进一步地，所述步骤八中经过研磨和减薄的芯片厚度为100~200μm。
为了进一步实现以上技术目的，本发明还提出了一种复合全反射的倒装LED芯片结构，包括若干个重复并联的芯片单元体，所述芯片单元体包括蓝宝石衬底，在所述蓝宝石衬底上设有N型GaN层，在N型GaN层的中心区域从下到上依次设有量子阱、P型GaN层和ITO透明导电层，其特征在于，在两侧的N型GaN层上设有N型扩展条，在ITO透明导电层的中心区域上设有P型扩展条，在所述ITO透明导电层、N型扩展条和P型扩展条上覆盖反射层，在部分N型扩展条和部分P型扩展条上分别设有N电极窗口和P电极窗口，所述N电极窗口和P电极窗口内填充金属层，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。
进一步地，所述P电极窗口和N电极窗口均设在反射层内。
从以上描述可以看出，本发明的有益效果在于：本发明通过采用DBR/Al/DBR三明治复合结构作为反射层，反射光谱可覆盖全可见光的波段，且反射率达到99%以上，可靠性好，有效提高了芯片光萃取效率。
附图说明
图1为本发明步骤二完成后的俯视结构示意图。
图2为本发明步骤三完成后的俯视结构示意图。
图3为本发明步骤四完成后的俯视结构示意图。
图4为本发明反射层的Al层完成后的俯视结构示意图。
图5为本发明步骤六完成后的俯视结构示意图。
图6为本发明步骤七完成的俯视结构示意图。
图7为图6沿A-A的剖面结构示意图。
图8为图6沿B-B的剖面结构示意图。
图9为本发明反射层反射率的光谱图。
附图说明：1-正焊盘电极、2-负焊盘电极、3-N型扩展条、4- P型GaN层、5- ITO透明导电层、6-量子阱、7-N型GaN层、8-蓝宝石衬底、9-P型扩展条、10-第一层DBR、11-Al层、12-第二层DBR。
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。
一种复合全反射的倒装LED芯片结构制作方法，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6和P型GaN层4，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P型GaN层4和量子阱6，露出部分N型GaN层7；
如图2所示，步骤三. 通过光刻掩膜版的遮挡，在P型GaN层4表面制作ITO透明导电层5；
如图3所示，步骤四. 通过电子束蒸镀技术，在露出的部分N型GaN层7上形成N型扩展条3，在ITO透明导电层5上形成P型扩展条9；
如图4所示，步骤五. 通过电子束蒸镀或磁控溅射技术，在步骤四完成后的芯片表面淀积反射层，所述反射层包括第一层DBR 10、Al层11和第二层DBR 12，所述第一层DBR 10、Al层11和第二层DBR 12依次沉积，所述第一层DBR 10覆盖整个芯片表面，所述Al层11覆盖第一层DBR 10，同时露出部分N型扩展条3和部分P型扩展条9上的第一层DBR 10，所述第二层DBR 12覆盖Al层11和露出的第一层DBR 10；
所述第一层DBR 10和第二层DBR 12均由SiO2层和TiXOY层组成，所述SiO2层和TiXOY层依次交替沉积，且交替沉积的次数为5~20次；所述第一层DBR 10和第二层DBR 12中每层SiO2的厚度为10~150nm，每层TiXOY的厚度为30~120nm；所述Al层11的厚度为500~5000nm；
如图5所示，步骤六. 通过光刻掩膜版的遮挡，对反射层进行光刻，刻蚀掉部分N扩展条3上的第一层DBR 10和第二层DBR 12形成N电极窗口，刻蚀掉部分P扩展条9上的第一层DBR10和第二层DBR 12形成P电极窗口；
如图6所示，步骤七. 通过电子束蒸镀方法，在N电极窗口和P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；所述步骤七中的金属层从下到上依次Al/Pt/Au/Sn，且Sn层的厚度至少为1μm；
步骤八. 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。
根据图7和图8所示，一种复合全反射的倒装LED芯片结构，包括若干个重复并联的芯片单元体，所述芯片单元体包括蓝宝石衬底8，在所述蓝宝石衬底8上设有N型GaN层7，在N型GaN层7的中心区域从下到上依次设有量子阱6、P型GaN层4和ITO透明导电层5，其特征在于，在两侧的N型GaN层7上设有N型扩展条3，在ITO透明导电层5的中心区域上设有P型扩展条9，所述ITO透明导电层5、N型扩展条3和P型扩展条9上覆盖反射层，在部分N型扩展条3和部分P型扩展条9上分别设有N电极窗口和P电极窗口，所述P电极窗口和N电极窗口均设在反射层内，所述N电极窗口和P电极窗口内填充金属层，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。
为了进一步说明具有复合结构反射层的倒装LED芯片的反射率，进行了如下对比，具体见图9，可见光能量在0~1 J范围内，相应的可见光波长范围为400~750nm，本发明采用的第一层DBR 10/Al层11/第二层DBR 12三明治复合结构的反射层在波长为400~750nm范围内的反射率达到99%以上，覆盖全可见光波段，能有效提高芯片的光萃取效率。
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，同时N型扩展条3和P型扩展条9的大小形状也不固定，根据实际应用需求而定。
本发明的特点在于，通过采用第一层DBR 10/Al层11/第二层DBR 12这样的三明治复合结构作为倒装LED芯片的反射层，其反射谱覆盖全可见光波普的波段，具备覆盖波段面积大、可靠性好的特点，同时反射率达到99%以上，能够有效提高芯片光萃取效率。
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 (8)
1.一种复合全反射的倒装LED芯片结构及制作方法，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（6）和P型GaN层（4），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P型GaN层（4）和量子阱（6），露出部分N型GaN层（7）；
步骤三. 通过光刻掩膜版的遮挡，在P型GaN层（4）表面制作ITO透明导电层（5）；
步骤四. 通过电子束蒸镀技术，在露出的部分N型GaN层（7）上形成N型扩展条（3），在ITO透明导电层（5）上形成P型扩展条（9）；
步骤五. 通过电子束蒸镀或磁控溅射技术，在步骤四完成后的芯片表面淀积反射层，所述反射层包括第一层DBR（10）、Al层（11）和第二层DBR（12），所述第一层DBR（10）、Al层（11）和第二层DBR（12）依次沉积，所述第一层DBR（10）覆盖整个芯片表面，所述Al层（11）覆盖第一层DBR（10），同时露出部分N型扩展条（3）和部分P型扩展条（9）上的第一层DBR（10），所述第二层DBR（12）覆盖Al层（11）和露出的第一层DBR（10）；
步骤六. 通过光刻掩膜版的遮挡，对反射层进行光刻，刻蚀掉部分N扩展条（3）上的第一层DBR（10）和第二层DBR（12）形成N电极窗口，刻蚀掉部分P扩展条（9）上的第一层DBR（10）和第二层DBR（12）形成P电极窗口；
步骤七. 通过电子束蒸镀方法，在N电极窗口和P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）；
步骤八. 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。
2.根据权利要求1所述的一种复合全反射的倒装LED芯片结构及制作方法，其特征在于：所述第一层DBR（10）和第二层DBR（12）均由SiO2层和TiXOY层组成，所述SiO2层和TiXOY层依次交替沉积，且交替沉积的次数为5~20次。
3.根据权利要求2所述的一种复合全反射的倒装LED芯片结构及制作方法，其特征在于：所述第一层DBR（10）和第二层DBR（12）中每层SiO2的厚度为10~150nm，每层TiXOY的厚度为30~120nm。
4.根据权利要求1所述的一种复合全反射的倒装LED芯片结构及制作方法，其特征在于：所述Al层（11）的厚度为500~5000nm。
5.根据权利要求1所述的一种复合全反射的倒装LED芯片结构及制作方法，其特征在于：所述步骤七中的金属层从下到上依次Al/Pt/Au/Sn，且Sn层的厚度至少为1μm。
6.根据权利要求1所述的一种复合全反射的倒装LED芯片结构及制作方法，其特征在于：所述步骤八中经过研磨和减薄的芯片厚度为100~200μm。
7.一种复合全反射的倒装LED芯片结构，包括若干个重复并联的芯片单元体，所述芯片单元体包括蓝宝石衬底（8），在所述蓝宝石衬底（8）上设有N型GaN层（7），在N型GaN层（7）的中心区域从下到上依次设有量子阱（6）、P型GaN层（4）和ITO透明导电层（5），其特征在于，在两侧的N型GaN层（7）上设有N型扩展条（3），在ITO透明导电层（5）的中心区域上设有P型扩展条（9），所述ITO透明导电层（5）、N型扩展条（3）和P型扩展条（9）上覆盖反射层，在部分N型扩展条（3）和部分P型扩展条（9）上分别设有N电极窗口和P电极窗口，所述N电极窗口和P电极窗口内填充金属层，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）。
8.根据权利要求7所述的一种复合全反射的倒装LED芯片结构，其特征在于：所述P电极窗口和N电极窗口均设在反射层内。
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