CN106711302B - 一种倒装发光二极管芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种倒装发光二极管芯片及其制作方法，所述倒装发光二极管芯片包括：衬底、外延结构、透明导电层、反射镜、绝缘沟槽、绝缘阻挡层、台面结构、反射导电层、钝化层、N电极以及P电极。本发明于倒装发光二极管芯片周侧做沟道绝缘，可以减少芯片的漏电流；于切割道区域增加反射镜，有利于提高产品亮度；另外，本发明将N‑GaN的引出制作于N‑GaN的侧壁及切割道区域，可以大大增加发光二极管的有效发光面积，提升光亮度；藉由N反射导电层以及P电极预留区域，在钝化层开孔后可以直接制作N电极及P电极，减少工艺步骤，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明属于半导体照明及制造领域，特别是涉及一种倒装发光二极管芯片及其制作方法。
背景技术
半导体照明作为新型高效固体光源，具有寿命长、节能、环保、安全等显著优点，将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃，其应用领域正在迅速扩大，正带动传统照明、显示等行业的升级换代，其经济效益和社会效益巨大。正因如此，半导体照明被普遍看作是21世纪最具发展前景的新兴产业之一，也是未来几年光电子领域最重要的制高点之一。发光二极管LED是由如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子一部分与多数载流子复合而发光。
当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。
LED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，可以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。
随着LED灯市场爆发的日益临近，LED封装技术的研发竞争也十分激烈。LED封装的发展趋势是体积更小，重量更轻，倒装封装技术正是顺应这一发展趋势而产生的。与传统的引线连接的封装方式相比，倒装封装技术具有封装密度高，电和热性能优良，可靠性高等优点。
现有的倒装结构的发光二极管通常具有以下缺陷：
第一，切割道内没有反射镜，对有限的光照成浪费；
第二，芯片周侧没有沟道绝缘，导致漏电增多；
第三，N电极与N-GaN接触位置在芯片正面，致使N电极占用较大的有效发光区域，大大降低芯片的发光强度；
第四，倒装工艺要6-8次光刻工艺制作，成本较高。
鉴于以上所述，提供一种能有效提高倒装发光二极管出光率，且工艺简单、成本较低的倒装发光二极管结构及其制作工艺实属必要。
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倒装发光二极管芯片及其制作方法，用于解决现有技术中的倒装发光二极管的种种问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种倒装发光二极管芯片的制作方法，包括步骤：步骤1)，提供一衬底、于所述衬底表面依次形成包括N型层、量子阱层、P型层的外延结构，于所述外延结构表面形成透明导电层；步骤2)，于所述透明导电层及外延结构周侧刻蚀出直至所述N型层内部的绝缘沟道；步骤3)，于所述透明导电层表面制作P型层的反射镜；步骤4)，于外延结构表面以及绝缘沟道内生长绝缘阻挡层，去除切割道区域的绝缘阻挡层，并进一步刻蚀出直至所述N型层内部的台面，同时露出部分的N型层侧壁；步骤5)，于所述N型层的台面、N型层侧壁以及绝缘阻挡层的部分表面制作反射导电层，并使所述反射导电层与所述N型层的台面结构及N型层侧壁形成欧姆接触，其中，所述绝缘阻挡层表面具有P电极预留区域；步骤6)，沉积钝化层，制作出直至所述反射导电层的N电极开孔，并于所述P电极预留区域内制作出直至所述透明导电层的P电极开孔，最后于所述N电极开孔内制作出N电极，于所述P电极开孔至制作出P电极。
作为本发明的倒装发光二极管芯片的制作方法的一种优选方案，所述N型层、量子阱层、P型层的基体材料为GaN，所述透明导电层的材料为ITO。
作为本发明的倒装发光二极管芯片的制作方法的一种优选方案，所述绝缘沟道的宽度为1μm-8μm，其于所述外延结构内的深度为1μm-3μm，且其至少延伸至所述N型层的内部。
作为本发明的倒装发光二极管芯片的制作方法的一种优选方案，所述切割道区域位于所述绝缘沟道的外侧。
作为本发明的倒装发光二极管芯片的制作方法的一种优选方案，所述N型层侧壁为斜面结构，所述斜面结构的宽度为1μm-4μm。
作为本发明的倒装发光二极管芯片的制作方法的一种优选方案，步骤3)包括：3-1)，旋涂光刻胶，并采用光刻工艺去除P型层的反射镜区域内的光刻胶，露出透明导电层表面；3-2)，淀积反射镜金属，并采用金属剥离工艺去除P型层的反射镜以外的反射镜金属，以完成所述P型层的反射镜的制作。
作为本发明的倒装发光二极管芯片的制作方法的一种优选方案，步骤5)包括：5-1)，旋涂光刻胶，并采用光刻工艺去除P电极预留区域以外的光刻胶；5-2)，淀积反射导电金属，并采用金属剥离工艺去除所述P电极预留区域内的反射导电金属，以于所述N型层的台面、N型层侧壁以及绝缘阻挡层的部分表面形成反射导电层。
本发明还提供一种倒装发光二极管芯片，包括：衬底；外延结构，包括依次层叠的N型层、量子阱层以及P型层；透明导电层，形成于所述外延结构表面；绝缘沟道，形成于所述透明导电层及外延结构的周侧，其深度为直至所述N型层内部，所述绝缘沟道内填充有绝缘材料；反射镜，形成于所述透明导电层表面；绝缘阻挡层，形成于所述反射镜表面；台面结构，形成于切割道区域，所述台面结构露出有N型层台面以及N型层侧壁；反射导电层，形成于所述N型层的台面、N型层侧壁以及绝缘阻挡层的部分表面，且与所述N型层的台面结构及N型层侧壁形成欧姆接触，并且，于所述绝缘阻挡层表面具有P电极预留区域；钝化层，覆盖于倒装发光二极管芯片表面，其具有直至所述反射导电层的N电极开孔，以及与所述P电极预留区域对应且直至所述透明导电层的P电极开孔；N电极，形成于所述N电极开孔内；以及P电极，形成于所述P电极开孔内。
作为本发明的倒装发光二极管芯片的一种优选方案，所述N型层、量子阱层、P型层的基体材料为GaN，所述透明导电层的材料为ITO。
作为本发明的倒装发光二极管芯片的一种优选方案，所述绝缘沟道的宽度为1μm-8μm，其于所述外延结构内的深度为1μm-3μm，且其至少延伸至所述N型层的内部。
作为本发明的倒装发光二极管芯片的一种优选方案，所述切割道区域位于所述绝缘沟道的外侧。
作为本发明的倒装发光二极管芯片的一种优选方案，所述N型层侧壁为斜面结构，所述斜面结构的宽度为1μm-4μm。
如上所述，本发明的倒装发光二极管芯片及其制作方法，具有以下有益效果：
1)于倒装发光二极管芯片周侧做沟道绝缘，可以减少芯片的漏电流。
2)于切割道区域增加反射镜，有利于提高产品亮度。
3)将N-GaN的引出制作于N-GaN的侧壁及切割道区域，可以大大增加发光二极管的有效发光面积，提升光亮度。
4)藉由N反射导电层以及P电极预留区域，在钝化层开孔后可以直接制作N电极及P电极，减少工艺步骤，降低生产成本。
附图说明
图1显示为本发明的倒装发光二极管芯片的结构示意图。
图2显示为本发明的倒装发光二极管芯片的制作方法的步骤流程示意图。
图3～图8显示为本发明的倒装发光二极管芯片的制作方法的各步骤所呈现的结构示意图。
元件标号说明
101 衬底
102 N型层
103 量子阱层
104 P型层
105 透明导电层
106 P型层的反射镜
107 绝缘沟道
108 绝缘阻挡层
109 反射导电层
110 钝化层
111 N电极
112 P电极
113 台面
114 P电极预留区域
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。
请参阅图1～图8。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，遂图示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～图8所示，本实施例提供一种倒装发光二极管芯片的制作方法，包括步骤：
如图1～图2所示，首先进行步骤1)S11，提供一衬底101、于所述衬底101表面依次形成包括N型层102、量子阱层103、P型层104的外延结构，于所述外延结构表面形成透明导电层105。
作为示例，所述衬底101可以为如蓝宝石衬底等适于外延生长的基底，所述N型层102、量子阱层103、P型层104的基体材料为GaN，所述量子阱层103为多量子阱结构，所述透明导电层105的材料为ITO。当然，所述外延结构的基体材料也可以是如GaAs等材料，所述透明导电层105的材料也可以根据需求进行选择，并不限于此处所列举的示例。
作为示例，所述外延结构可以采用如化学气相沉积法等制备，所述透明导电层105则可以采用如蒸镀、溅射以及化学气相沉积等方法制备。
如图1～图2及图3所示，然后进行步骤2)S12，于所述透明导电层105及外延结构周侧刻蚀出直至所述N型层102内部的绝缘沟道107。
作为示例，所述绝缘沟道107的宽度为1μm-8μm，其于所述外延结构内的深度为1μm-3μm，且其至少延伸至所述N型层102的内部，于倒装发光二极管芯片周侧做沟道绝缘，可以减少芯片的漏电流。
具体地，所述绝缘沟道107可以采用光刻-刻蚀的方法制备。
如图1～图2及图4所示，接着进行步骤3)S13，于所述透明导电层105表面制作P型层的反射镜106。
作为示例，步骤3)具体包括步骤：
步骤3-1)，旋涂光刻胶，并采用光刻工艺去除P型层的反射镜106区域内的光刻胶，露出透明导电层105表面；
步骤3-2)，淀积反射镜金属，并采用金属剥离工艺去除P型层的反射镜106以外的反射镜金属，以完成所述P型层的反射镜106的制作。
如图1～图2及图5所示，接着进行步骤4)S14，于外延结构表面以及绝缘沟道107内生长绝缘阻挡层108，去除切割道区域的绝缘阻挡层108，并进一步刻蚀出直至所述N型层102内部的台面113，同时露出部分的N型层102侧壁，所述切割道区域位于所述绝缘沟道107的外侧。
作为示例，所述绝缘阻挡层108的材料为二氧化硅，所述绝缘阻挡层108的作用包括：第一，填充于所述绝缘沟道中作为外延结构的电流阻挡；第二，作为P型层的反射镜106以及后续生长的N型层102的反射导电层109的绝缘介质层。
作为示例，所述台面113的深度为6-8μm，所述N型层102侧壁为斜面结构，所述斜面结构的宽度为1μm-4μm。
如图1～图2及图6所示，接着进行步骤5)S15，于所述N型层102的台面113、N型层102侧壁以及绝缘阻挡层108的部分表面制作反射导电层109，并使所述反射导电层109与所述N型层102的台面113结构及N型层102侧壁形成欧姆接触，其中，所述绝缘阻挡层108表面具有P电极预留区域114。
作为示例，步骤5)具体包括步骤：
步骤5-1)，旋涂光刻胶，并采用光刻工艺去除P电极预留区域114以外的光刻胶；
步骤5-2)，淀积反射导电金属，并采用金属剥离工艺去除所述P电极预留区域114内的反射导电金属，以于所述N型层102的台面113、N型层102侧壁以及绝缘阻挡层108的部分表面形成反射导电层109。
如图1～图2及图7～图8所示，最后进行步骤6)S16，沉积钝化层110，制作出直至所述反射导电层109的N电极开孔，并于所述P电极预留区域114内制作出直至所述透明导电层105的P电极开孔，最后于所述N电极开孔内制作出N电极111，于所述P电极开孔至制作出P电极112。
如图1所示，本实施例还提供一种倒装发光二极管芯片，包括：衬底101；外延结构，包括依次层叠的N型层102、量子阱层103以及P型层104；透明导电层105，形成于所述外延结构表面；绝缘沟道，形成于所述透明导电层105及外延结构的周侧，其深度为直至所述N型层102内部，所述绝缘沟道内填充有绝缘材料；反射镜106，形成于所述透明导电层表面；绝缘阻挡层108，形成于所述反射镜106表面；台面113结构，形成于切割道区域，所述台面113结构露出有N型层102台面113以及N型层102侧壁；反射导电层109，形成于所述N型层102的台面113、N型层102侧壁以及绝缘阻挡层108的部分表面，且与所述N型层102的台面113结构及N型层102侧壁形成欧姆接触，并且，于所述绝缘阻挡层108表面具有P电极预留区域114；钝化层110，覆盖于倒装发光二极管芯片表面，其具有直至所述反射导电层109的N电极开孔，以及与所述P电极预留区域114对应且直至所述透明导电层105的P电极开孔；N电极111，形成于所述N电极开孔内；以及P电极112，形成于所述P电极开孔内。
作为示例，所述N型层102、量子阱层103、P型层104的基体材料为GaN，所述透明导电层105的材料为ITO。
作为示例，所述绝缘沟道107的宽度为1μm-8μm，其于所述外延结构内的深度为1μm-3μm，且其至少延伸至所述N型层102的内部。
作为示例，所述切割道区域位于所述绝缘沟道107的外侧。
作为示例，所述N型层102侧壁为斜面结构，所述斜面结构的宽度为1μm-4μm。
如上所述，本发明的倒装发光二极管芯片及其制作方法，具有以下有益效果：
1)于倒装发光二极管芯片周侧做沟道绝缘，可以减少芯片的漏电流。
2)于切割道区域增加反射镜，有利于提高产品亮度。
3)将N-GaN的引出制作于N-GaN的侧壁及切割道区域，可以大大增加发光二极管的有效发光面积，提升光亮度。
4)藉由N反射导电层以及P电极预留区域，在钝化层开孔后可以直接制作N电极及P电极，减少工艺步骤，降低生产成本。
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 (11)
1.一种倒装发光二极管芯片的制作方法，其特征在于，包括步骤：
步骤1)，提供一衬底、于所述衬底表面依次形成包括N型层、量子阱层、P型层的外延结构，于所述外延结构表面形成透明导电层；
步骤2)，于所述透明导电层及外延结构周侧刻蚀出直至所述N型层内部的绝缘沟道；
步骤3)，于所述透明导电层表面制作P型层的反射镜；
步骤4)，于外延结构表面以及绝缘沟道内生长绝缘阻挡层，去除切割道区域的绝缘阻挡层，并进一步刻蚀出直至所述N型层内部的台面，同时露出部分的N型层侧壁；
步骤5)，于所述N型层的台面、N型层侧壁以及绝缘阻挡层的部分表面制作反射导电层，并使所述反射导电层与所述N型层的台面结构及N型层侧壁形成欧姆接触，其中，所述绝缘阻挡层表面具有P电极预留区域；
步骤6)，沉积钝化层，制作出直至所述反射导电层的N电极开孔，并于所述P电极预留区域内制作出直至所述透明导电层的P电极开孔，最后于所述N电极开孔内制作出N电极，于所述P电极开孔至制作出P电极。
2.根据权利要求1所述的倒装发光二极管芯片的制作方法，其特征在于：所述N型层、量子阱层、P型层的基体材料为GaN，所述透明导电层的材料为ITO。
3.根据权利要求1所述的倒装发光二极管芯片的制作方法，其特征在于：所述绝缘沟道的宽度为1μm-8μm，其于所述外延结构内的深度为1μm-3μm，且其至少延伸至所述N型层的内部。
4.根据权利要求1所述的倒装发光二极管芯片的制作方法，其特征在于：所述切割道区域位于所述绝缘沟道的外侧。
5.根据权利要求1所述的倒装发光二极管芯片的制作方法，其特征在于：所述N型层侧壁为斜面结构，所述斜面结构的宽度为1μm-4μm。
6.根据权利要求1所述的倒装发光二极管芯片的制作方法，其特征在于：步骤3)包括：
3-1)，旋涂光刻胶，并采用光刻工艺去除P型层的反射镜区域内的光刻胶，露出透明导电层表面；
3-2)，淀积反射镜金属，并采用金属剥离工艺去除P型层的反射镜以外的反射镜金属，以完成所述P型层的反射镜的制作。
7.根据权利要求1所述的倒装发光二极管芯片的制作方法，其特征在于：步骤5)包括：
5-1)，旋涂光刻胶，并采用光刻工艺去除P电极预留区域以外的光刻胶；
5-2)，淀积反射导电金属，并采用金属剥离工艺去除所述P电极预留区域内的反射导电金属，以于所述N型层的台面、N型层侧壁以及绝缘阻挡层的部分表面形成反射导电层。
8.一种倒装发光二极管芯片，其特征在于，包括：
衬底；
外延结构，包括依次层叠的N型层、量子阱层以及P型层，所述N型层、量子阱层、P型层的基体材料为GaN；
透明导电层，形成于所述外延结构表面；
绝缘沟道，形成于所述透明导电层及外延结构的周侧，其深度为直至所述N型层内部，所述绝缘沟道内填充有绝缘材料；
反射镜，形成于所述透明导电层表面；
绝缘阻挡层，形成于所述反射镜表面；
台面结构，形成于切割道区域，所述台面结构露出有N型层台面以及N型层侧壁；
反射导电层，形成于所述N型层的台面、N型层侧壁以及绝缘阻挡层的部分表面，且与所述N型层的台面结构及N型层侧壁形成欧姆接触，并且，于所述绝缘阻挡层表面具有P电极预留区域；
钝化层，覆盖于倒装发光二极管芯片表面，其具有直至所述反射导电层的N电极开孔，以及与所述P电极预留区域对应且直至所述透明导电层的P电极开孔；
N电极，形成于所述N电极开孔内；以及
P电极，形成于所述P电极开孔内。
9.根据权利要求8所述的倒装发光二极管芯片，其特征在于：所述绝缘沟道的宽度为1μm-8μm，其于所述外延结构内的深度为1μm-3μm，且其至少延伸至所述N型层的内部。
10.根据权利要求8所述的倒装发光二极管芯片，其特征在于：所述切割道区域位于所述绝缘沟道的外侧。
11.根据权利要求8所述的倒装发光二极管芯片，其特征在于：所述N型层侧壁为斜面结构，所述斜面结构的宽度为1μm-4μm。
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