CN106684223B - 一种发光二极管的芯片及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管的芯片及其制作方法，属于半导体技术领域。所述芯片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在蓝宝石衬底上的N型GaN层、发光层、P型GaN层、透明导电薄膜，N型焊盘设置在N型GaN层上，P型焊盘设置在P型GaN层上，P型电极线设置在透明导电薄膜上且自P型焊盘向外延伸，P型电极线、透明导电薄膜和N型GaN层上均设有钝化层，N型焊盘和P型焊盘均由第一材料层组成，P型电极线由第一材料层和第二材料层组成，第一材料层包括Cr层、Al层、Ti层、Au层、Pt层、Ni层中的一种或多种，第二材料层为NiPt层、Ni层和Pt层交替层叠形成的超晶格层或者TiW层。本发明可以避免Al层产生电迁移现象。

Description

一种发光二极管的芯片及其制作方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管的芯片及其制作方法。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)是一种半导体发光器件，被广泛用于指示灯、显示屏等领域。白光LED是继白炽灯和日光灯之后的第三代电光源，能耗仅为白炽灯的八分之一，荧光灯的二分之一，寿命长达十万小时，对于普通家庭照明可谓“一劳永逸”。
传统的LED芯片一般采用Al作为电极材料，可适用于大多数情况，但是在大电流下，静电电场驱动电子高速运动，与Al原子发生猛烈碰撞，导致电极线中局部区域出现空洞而发生断路，产生电迁移现象。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管的芯片及其制作方法。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管的芯片，所述芯片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在所述蓝宝石衬底上的N型GaN层、发光层、P型GaN层、透明导电薄膜，所述P型GaN层上开设有延伸至所述N型GaN层的凹槽，N型焊盘设置在所述N型GaN层上，P型焊盘设置在所述P型GaN层上，P型电极线设置在所述透明导电薄膜上且自所述P型焊盘向外延伸，所述P型电极线、所述透明导电薄膜、所述凹槽的侧壁和所述N型GaN层上均设有钝化层，所述N型焊盘和所述P型焊盘均由第一材料层组成，所述P型电极线由第一材料层和层叠在所述第一材料层上的第二材料层组成，所述第一材料层包括以下各层中的一种或多种：Cr层、Al层、Ti层、Au层、Pt层、Ni层，所述第二材料层为以下各层中的一种：NiPt层、Ni层和Pt层交替层叠形成的超晶格层、TiW层。
可选地，所述第一材料层的厚度为0.5～5μm。
可选地，所述第二材料层的厚度为0.5～5μm。
可选地，所述透明导电薄膜的材料为氧化铟锡、铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃、镓掺杂的氧化锌透明导电玻璃、氧化锌中的一种。
可选地，所述钝化层的材料为SiO2或者Si3N4，所述钝化层的厚度为50～5000nm。
另一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管的芯片的制作方法，所述制作方法包括：
在蓝宝石衬底上依次形成N型GaN层、发光层、P型GaN层；
在所述P型GaN层上开设延伸至所述N型GaN层的凹槽；
在所述P型GaN层上形成透明导电薄膜；
在所述N型GaN层上形成N型焊盘，在所述透明导电薄膜上形成P型焊盘，在所述P型GaN层上形成P型电极线，所述P型电极线自所述P型焊盘向外延伸，所述N型焊盘和所述P型焊盘、所述P型电极线均由第一材料层和层叠在所述第一材料层上的第二材料层组成，所述第一材料层包括以下各层中的一种或多种：Cr层、Al层、Ti层、Au层、Pt层、Ni层，所述第二材料层为以下各层中的一种：NiPt层、Ni层和Pt层交替层叠形成的超晶格层、TiW层；
在所述P型电极线、所述P型焊盘、所述透明导电薄膜、所述凹槽的侧壁、所述N型GaN层、所述N型焊盘上形成钝化层；
采用光刻技术和刻蚀技术去除所述P型焊盘和所述N型焊盘上的钝化层，以及所述N型焊盘和所述P型焊盘中的第二材料层。
可选地，所述第一材料层的厚度为0.5～5μm。
可选地，所述第二材料层的厚度为0.5～5μm。
可选地，所述透明导电薄膜的材料为氧化铟锡、铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃、镓掺杂的氧化锌透明导电玻璃、氧化锌中的一种。
可选地，所述钝化层的材料为SiO2或者Si3N4，所述钝化层的厚度为50～5000nm。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在P型电极线原有的第一材料层上覆盖第二材料层，第二材料层为NiPt层、Ni层和Pt层交替层叠形成的超晶格层、TiW层等没有电迁移现象的金属，对第一材料层起到阻挡和保护的作用，避免第一材料层(如Al层)产生电迁移现象，提高芯片的可靠性。而且P型焊盘和N型焊盘还是仅由原有的第一材料层组成，可以确保电源的正常接入。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种发光二极管的芯片的结构示意图；
图2是本发明实施例二提供的一种发光二极管的芯片的制作方法的流程示意图；
图3a-图3h是本发明实施例二提供的制作过程中发光二极管的芯片的结构示意图；
图4是本发明实施例二提供的电极的结构示意图；
图5是本发明实施例二提供的光刻胶的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种发光二极管的芯片，参见图1，该芯片包括蓝宝石衬底1、以及依次层叠在蓝宝石衬底1上的N型GaN层2、发光层3、P型GaN层4、透明导电薄膜5，P型GaN层4上开设有延伸至N型GaN层2的凹槽，N型焊盘6设置在N型GaN层2上，P型焊盘7设置在P型GaN层4上，P型电极线8设置在透明导电薄膜5上且自P型焊盘7向外延伸，P型电极线8、透明导电薄膜5、凹槽的侧壁和N型GaN层2上均设有钝化层9。
在本实施例中，N型焊盘6和P型焊盘7均由第一材料层10组成，P型电极线8由第一材料层10和层叠在第一材料层10上的第二材料层20组成，第一材料层10包括以下各层中的一种或多种：Cr层、Al层、Ti层、Au层、Pt层、Ni层，第二材料层20为以下各层中的一种：NiPt层、Ni层和Pt层交替层叠形成的超晶格层、TiW层。
可选地，第一材料层的厚度可以为0.5～5μm。
可选地，第二材料层的厚度可以为0.5～5μm。
可选地，透明导电薄膜的材料可以为氧化铟锡、铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃、镓掺杂的氧化锌透明导电玻璃、氧化锌中的一种。
可选地，钝化层的材料可以为SiO2或者Si3N4。
可选地，钝化层的厚度可以为50～5000nm。
本发明实施例通过在P型电极线原有的第一材料层上覆盖第二材料层，第二材料层为NiPt层、Ni层和Pt层交替层叠形成的超晶格层、TiW层等没有电迁移现象的金属，对第一材料层起到阻挡和保护的作用，避免第一材料层(如Al层)产生电迁移现象，提高芯片的可靠性。而且P型焊盘和N型焊盘还是仅由原有的第一材料层组成，可以确保电源的正常接入。
实施例二
本发明实施例提供了一种发光二极管的芯片的制作方法，参见图2，该制作方法包括：
步骤201：在蓝宝石衬底上依次形成N型GaN层、发光层、P型GaN层。
步骤202：在P型GaN层上开设延伸至N型GaN层的凹槽。
图3a为步骤202执行之后的LED芯片的结构示意图。其中，1为蓝宝石衬底，2为N型GaN层，3为发光层，4为P型GaN层。
步骤203：在P型GaN层上形成透明导电薄膜。
图3b为步骤203执行之后的LED芯片的结构示意图。其中，1为蓝宝石衬底，2为N型GaN层，3为发光层，4为P型GaN层，5为透明导电薄膜。
可选地，透明导电薄膜的材料可以为氧化铟锡、铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃、镓掺杂的氧化锌透明导电玻璃、氧化锌中的一种。
步骤204：在N型GaN层上形成N型焊盘，在透明导电薄膜上形成P型焊盘，在P型GaN层上形成P型电极线，P型电极线自P型焊盘向外延伸。
在步骤204中，N型焊盘和P型焊盘、P型电极线均由第一材料层和层叠在第一材料层上的第二材料层组成，第一材料层包括以下各层中的一种或多种：Cr层、Al层、Ti层、Au层、Pt层、Ni层，第二材料层为以下各层中的一种：NiPt层、Ni层和Pt层交替层叠形成的超晶格层、TiW层。
图3c为步骤204执行之后的LED芯片的结构示意图。其中，1为蓝宝石衬底，2为N型GaN层，3为发光层，4为P型GaN层，5为透明导电薄膜，6为N型焊盘，7为P型焊盘，10为第一材料层，20为第二材料层。图4为电极的结构示意图，其中，6为N型焊盘，7为P型焊盘，8为P型电极线。
可选地，第一材料层的厚度可以为0.5～5μm。
可选地，第二材料层的厚度可以为0.5～5μm。
步骤205：在P型电极线、P型焊盘、透明导电薄膜、凹槽的侧壁、N型GaN层、N型焊盘上形成钝化层。
图3d为步骤205执行之后的LED芯片的结构示意图。其中，1为蓝宝石衬底，2为N型GaN层，3为发光层，4为P型GaN层，5为透明导电薄膜，6为N型焊盘，7为P型焊盘，8为P型电极线，9为钝化层，10为第一材料层，20为第二材料层。
可选地，钝化层的材料可以为SiO2或者Si3N4。
步骤206：采用光刻技术在钝化层上形成设定图形的光刻胶。
图3e为步骤206执行之后的LED芯片的结构示意图。其中，1为蓝宝石衬底，2为N型GaN层，3为发光层，4为P型GaN层，5为透明导电薄膜，6为N型焊盘，7为P型焊盘，9为钝化层，10为第一材料层，20为第二材料层，30为光刻胶。其中设定图形的光刻胶如图5所示。
步骤207：在光刻胶的保护下刻蚀钝化层，去除P型焊盘和N型焊盘上的钝化层。
图3f为步骤207执行之后的LED芯片的结构示意图。其中，1为蓝宝石衬底，2为N型GaN层，3为发光层，4为P型GaN层，5为透明导电薄膜，6为N型焊盘，7为P型焊盘，8为P型电极线，9为钝化层，10为第一材料层，20为第二材料层，30为光刻胶。
步骤208：在光刻胶的保护下刻蚀第二材料层，以及N型焊盘和P型焊盘中的第二材料层。
图3g为步骤208执行之后的LED芯片的结构示意图。其中，1为蓝宝石衬底，2为N型GaN层，3为发光层，4为P型GaN层，5为透明导电薄膜，6为N型焊盘，7为P型焊盘，8为P型电极线，9为钝化层，10为第一材料层，30为光刻胶。
步骤209：去除光刻胶。
图3h为步骤209执行之后的LED芯片的结构示意图。其中，1为蓝宝石衬底，2为N型GaN层，3为发光层，4为P型GaN层，5为透明导电薄膜，6为N型焊盘，7为P型焊盘，9为钝化层，10为第一材料层。
通过执行步骤206-步骤209，实现采用光刻技术和刻蚀技术去除P型焊盘和N型焊盘上的钝化层，以及N型焊盘和P型焊盘中的第二材料层。
本发明实施例通过在P型电极线原有的第一材料层上覆盖第二材料层，第二材料层为NiPt层、Ni层和Pt层交替层叠形成的超晶格层、TiW层等没有电迁移现象的金属，对第一材料层起到阻挡和保护的作用，避免第一材料层(如Al层)产生电迁移现象，提高芯片的可靠性。而且P型焊盘和N型焊盘还是仅由原有的第一材料层组成，可以确保电源的正常接入。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发光二极管的芯片，所述芯片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在所述蓝宝石衬底上的N型GaN层、发光层、P型GaN层、透明导电薄膜，所述P型GaN层上开设有延伸至所述N型GaN层的凹槽，N型焊盘设置在所述N型GaN层上，P型焊盘设置在所述P型GaN层上，P型电极线设置在所述透明导电薄膜上且自所述P型焊盘向外延伸，所述P型电极线、所述透明导电薄膜、所述凹槽的侧壁和所述N型GaN层上均设有钝化层，其特征在于，所述N型焊盘和所述P型焊盘均由第一材料层组成，所述P型电极线由第一材料层和层叠在所述第一材料层上的第二材料层组成，所述第一材料层包括以下各层中的一种或多种：Cr层、Al层、Ti层、Au层、Pt层、Ni层，所述第二材料层为以下各层中的一种：NiPt层、Ni层和Pt层交替层叠形成的超晶格层、TiW层。
2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述第一材料层的厚度为0.5～5μm。
3.根据权利要求1或2所述的芯片，其特征在于，所述第二材料层的厚度为0.5～5μm。
4.根据权利要求1或2所述的芯片，其特征在于，所述透明导电薄膜的材料为氧化铟锡、铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃、镓掺杂的氧化锌透明导电玻璃、氧化锌中的一种。
5.根据权利要求1或2所述的芯片，其特征在于，所述钝化层的材料为SiO2或者Si3N4，所述钝化层的厚度为50～5000nm。
6.一种发光二极管的芯片的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
在蓝宝石衬底上依次形成N型GaN层、发光层、P型GaN层；
在所述P型GaN层上开设延伸至所述N型GaN层的凹槽；
在所述P型GaN层上形成透明导电薄膜；
在所述N型GaN层上形成N型焊盘，在所述透明导电薄膜上形成P型焊盘，在所述P型GaN层上形成P型电极线，所述P型电极线自所述P型焊盘向外延伸，所述N型焊盘和所述P型焊盘、所述P型电极线均由第一材料层和层叠在所述第一材料层上的第二材料层组成，所述第一材料层包括以下各层中的一种或多种：Cr层、Al层、Ti层、Au层、Pt层、Ni层，所述第二材料层为以下各层中的一种：NiPt层、Ni层和Pt层交替层叠形成的超晶格层、TiW层；
在所述P型电极线、所述P型焊盘、所述透明导电薄膜、所述凹槽的侧壁、所述N型GaN层、所述N型焊盘上形成钝化层；
采用光刻技术和刻蚀技术去除所述P型焊盘和所述N型焊盘上的钝化层，以及所述N型焊盘和所述P型焊盘中的第二材料层。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述第一材料层的厚度为0.5～5μm。
8.根据权利要求6或7所述的制作方法，其特征在于，所述第二材料层的厚度为0.5～5μm。
9.根据权利要求6或7所述的制作方法，其特征在于，所述透明导电薄膜的材料为氧化铟锡、铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃、镓掺杂的氧化锌透明导电玻璃、氧化锌中的一种。
10.根据权利要求6或7所述的制作方法，其特征在于，所述钝化层的材料为SiO2或者Si3N4，所述钝化层的厚度为50～5000nm。
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