CN106784174B - 一种led芯片及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED芯片及其制作方法，属于半导体技术领域。所述制作方法包括：在蓝宝石衬底上依次外延生长N型GaN层、有源层、P型GaN层；开设延伸到N型GaN层的凹槽；在P型GaN层上形成电流阻挡层；在P型GaN层、以及电流阻挡层上形成透明导电层，透明导电层和电流阻挡层内设有延伸到P型GaN层的通孔；在透明导电层、凹槽的侧壁和N型GaN层上形成钝化层，并通过通孔在P型GaN层上形成P型焊盘，在N型GaN层上形成N型焊盘；将功率逐渐增大的激光作用在凹槽内，形成划片道的同时解除划片道内的应力；沿划片道的延伸方向进行劈裂，得到芯片，各个芯片上划片道的宽度为2～4μm。本发明增大了发光区的面积。

Description

一种LED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LED芯片及其制作方法。
背景技术
随着第三代半导体技术的兴起和不断成熟，半导体照明以能耗小、无污染、高亮度、长寿命等优势，成为人们关注的焦点，也带动了整个行业上中下游产业的蓬勃发展。其中，GaN基蓝光发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)的制造、以及由蓝光LED激发荧光粉发出白光是LED照明的核心技术之一，不断提高GaN基蓝光LED的发光亮度和降低电压是自始至终追求的目标。
现有LED芯片的制作过程通常包括：在蓝宝石衬底上依次生长n型氮化物半导体层、有源层、p型氮化物半导体层；利用光刻技术在p型氮化物半导体层上形成延伸至n型氮化物半导体层的凹槽；利用光刻技术在p型氮化物半导体层上形成电流阻挡层；利用光刻技术在电流阻挡层和p型氮化物半导体层上形成透明导电层；利用光刻技术在p型氮化物半导体层上形成p型焊盘、在n型氮化物半导体层上形成n型焊盘；利用光刻技术在n型氮化物半导体层、透明导电层、以及凹槽侧壁上形成钝化层；劈裂得到若干相互独立的芯片。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
受到划裂工艺的限制，为了避免芯片内部的应力造成芯片在劈裂时破裂，芯片边缘会预留宽度达到12μm以上的划片道，牺牲了一定的发光区面积，导致芯片亮度低、电压高。
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LED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LED芯片的制作方法，所述制作方法包括：
在蓝宝石衬底上依次外延生长N型GaN层、有源层、P型GaN层；
在所述P型GaN层上开设延伸到所述N型GaN层的凹槽；
在所述P型GaN层上对应设置P型焊盘的区域形成电流阻挡层；
在所述P型GaN层、以及所述电流阻挡层上形成透明导电层，所述透明导电层和所述电流阻挡层内设有延伸到所述P型GaN层的通孔；
在所述透明导电层、所述凹槽的侧壁和所述N型GaN层上形成钝化层，并通过所述通孔在所述P型GaN层上形成所述P型焊盘，在所述N型GaN层上形成N型焊盘；
将功率逐渐增大的激光作用在所述凹槽内，形成划片道的同时解除划片道内的应力；
沿划片道的延伸方向进行劈裂，得到若干相互独立的芯片，各个所述芯片上划片道的宽度为2～4μm。
可选地，所述激光的功率的变化范围为0.5～1.2W，所述激光的功率的变化速率为0.1W/ms。
可选地，所述透明导电层包覆在所述电流阻挡层外、以及所述电流阻挡层内的所述通孔的内壁上，可以避免后续腐蚀与电流阻挡层材质相同的钝化层时腐蚀掉电流阻挡层。
优选地，所述在所述透明导电层、所述凹槽的侧壁和所述N型GaN层上形成钝化层，并通过所述通孔在所述P型GaN层上形成所述P型焊盘，在所述N型GaN层上形成N型焊盘，包括：
在所述透明导电层、所述通孔内、所述凹槽的侧壁和所述N型GaN层上形成钝化层；
在所述钝化层上涂覆一层光刻胶，并采用光刻工艺去除对应所述通孔和设置所述N型焊盘的区域的所述光刻胶；
在所述光刻胶的保护下对所述钝化层进行刻蚀，露出所述通孔和所述N型焊盘设置区域的所述N型GaN层；
在所述通孔内、所述N型GaN层上、以及所述光刻胶上形成电极；
剥离所述光刻胶，形成所述P型焊盘和所述N型焊盘。
可选地，所述在所述P型GaN层、以及所述电流阻挡层上形成透明导电层，包括：
采用磁控溅射技术或者电子束蒸发技术在所述P型GaN层上、所述电流阻挡层上、以及所述凹槽内沉积氧化铟锡层或者NiAu层；
在所述氧化铟锡层或者NiAu层上涂覆一层光刻胶，并采用光刻技术去除对应所述凹槽区域的所述光刻胶；
在所述光刻胶的保护下对所述氧化铟锡层或者NiAu层进行刻蚀，形成所述透明导电层。
优选地，所述制作方法还包括：
采用快速热退火技术或者在退火炉中氧气氛围内进行高温退火，使所述透明导电层与所述P型GaN层之间形成良好的欧姆接触。
另一方面，本发明实施例提供了一种LED芯片，所述LED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、有源层、P型GaN层、电流阻挡层、透明导电层，所述P型GaN层上开设有延伸到所述N型GaN层的凹槽，所述凹槽的侧壁、所述N型GaN层和所述透明导电层上设有钝化层，所述透明导电层和所述电流阻挡层内设有延伸到所述P型GaN层的通孔，P型焊盘设置在所述通孔内，N型焊盘设置在所述N型GaN层上，所述LED芯片的边缘设有划片道，所述划片道的宽度为2～4μm。
可选地，所述透明导电层包覆在所述电流阻挡层外、以及所述电流阻挡层内的所述通孔的内壁上。
可选地，所述电流阻挡层的材料采用二氧化硅、氮氧化硅或者氮化硅，所述钝化层的材料采用二氧化硅或者氮氧化硅。
可选地，所述透明导电层的材料采用氧化铟锡或者NiAu。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过将功率逐渐增大的激光作用在凹槽内，形成划片道的同时解除划片道内的应力，不再需要为了避免应力造成芯片在劈裂时破裂而设置很宽的划片道，划片道的宽度可以缩窄到极致(2～4μm)，增大了发光区的面积，芯片亮度提高、电压降低、光效提升。
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LED芯片的制作方法的流程示意图；
图2a-图2d是本发明实施例一提供的LED芯片制作过程中的结构示意图；
图3是本发明实施例二提供的一种LED芯片的结构示意图。
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LED芯片的制作方法，参见图1，该制作方法包括：
步骤101：在蓝宝石衬底上依次外延生长N型GaN层、有源层、P型GaN层。
具体地，有源层可以包括交替层叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层。
可选地，该步骤201可以包括：
采用金属有机化合物化学气相沉积(英文：Metal-organic Chemical VaporDeposition，简称：MOCVD)技术在蓝宝石衬底上依次外延生长N型GaN层、有源层、P型GaN层。
优选地，在步骤101之后，该制作方法还可以包括：
彻底清洗外延片。
步骤102：利用光刻技术在P型GaN层上开设延伸到N型GaN层的凹槽。
图2a为步骤102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为有源层，4为P型GaN层。
可选地，该步骤102可以包括：
在P型GaN层上涂覆一层光刻胶；
采用光刻工艺溶解部分光刻胶；
在光刻胶的保护下，采用感应耦合等离子体(英文：Inductively CoupledPlasma，简称：ICP)刻蚀工艺在P型GaN层上开设延伸到N型GaN层的凹槽；
剥离光刻胶并进行清洗。
步骤103：在P型GaN层上对应设置P型焊盘的区域形成电流阻挡层。
图2b为步骤103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为有源层，4为P型GaN层，5为电流阻挡层。
可选地，电流阻挡层的材料可以采用二氧化硅、氮氧化硅或者氮化硅。
在本实施例的一种实现方式中，该步骤103可以包括：
采用等离子体增强化学气相沉积法(英文：Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，简称：PECVD)在P型GaN层和凹槽内形成二氧化硅层；
在二氧化硅层上涂覆一层光刻胶；
采用光刻工艺溶解部分光刻胶；
在光刻胶的保护下，采用湿法腐蚀技术腐蚀二氧化硅层，形成绝缘层；
剥离光刻胶并进行清洗。
在本实施例的另一种实现方式中，该步骤103可以包括：
采用PECVD在P型GaN层和凹槽内形成氮氧化硅层；
在氮氧化硅层上涂覆一层光刻胶；
采用光刻工艺溶解部分光刻胶；
在光刻胶的保护下，采用湿法腐蚀技术腐蚀氮氧化硅层，形成绝缘层；
剥离光刻胶并进行清洗。
步骤104：在P型GaN层、以及电流阻挡层上形成透明导电层，透明导电层和电流阻挡层内设有延伸到P型GaN层的通孔。
图2c为步骤104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为有源层，4为P型GaN层，5为电流阻挡层，6为透明导电层。
可选地，透明导电层可以包覆在电流阻挡层外、以及电流阻挡层内的通孔的内壁上，可以避免后续腐蚀与电流阻挡层材质相同的钝化层时腐蚀掉电流阻挡层。
可选地，透明导电层的材料可以采用氧化铟锡或者NiAu。
在本实施例的一种实现方式中，该步骤104可以包括：
采用磁控溅射技术在P型GaN层上、绝缘层上、以及凹槽内沉积氧化铟锡层；
在氧化铟锡层上涂覆一层光刻胶；
采用光刻工艺溶解部分光刻胶；
在光刻胶的保护下，采用湿法腐蚀技术腐蚀凹槽内沉积的氧化铟锡层，形成透明导电层；
剥离光刻胶并进行清洗。
在本实施例的另一种实现方式中，该步骤104可以包括：
采用电子束蒸发技术在P型GaN层上、绝缘层上、以及凹槽内沉积氧化铟锡层；
在氧化铟锡层上涂覆一层光刻胶；
采用光刻工艺溶解部分光刻胶；
在光刻胶的保护下，采用湿法腐蚀技术腐蚀凹槽内沉积的氧化铟锡层，形成透明导电层；
剥离光刻胶并进行清洗。
在本实施例的又一种实现方式中，该步骤104可以包括：
采用磁控溅射技术在P型GaN层上、绝缘层上、以及凹槽内沉积NiAu层；
在NiAu层上涂覆一层光刻胶；
采用光刻工艺溶解部分光刻胶；
在光刻胶的保护下，采用湿法腐蚀技术腐蚀凹槽内沉积的NiAu层，形成透明导电层；
剥离光刻胶并进行清洗。
在本实施例的又一种实现方式中，该步骤104可以包括：
采用电子束蒸发技术在P型GaN层上、绝缘层上、以及凹槽内沉积NiAu层；
在NiAu层上涂覆一层光刻胶；
采用光刻工艺溶解部分光刻胶；
在光刻胶的保护下，采用湿法腐蚀技术腐蚀凹槽内沉积的NiAu层，形成透明导电层；
剥离光刻胶并进行清洗。
在本实施例的一种实现方式中，在步骤204之后，该制作方法还可以包括：
采用快速热退火(Rapid Thermal Annealing，简称RTA)技术进行高温退火，使透明导电层与P型GaN层之间形成良好的欧姆接触。
在本实施例的另一种实现方式中，在步骤204之后，该制作方法还可以包括：
采用在退火炉中氧气氛围内进行高温退火，使透明导电层与P型GaN层之间形成良好的欧姆接触。
步骤105：在透明导电层、凹槽的侧壁和N型GaN层上形成钝化层，并通过通孔在P型GaN层上形成P型焊盘，在N型GaN层上形成N型焊盘。
图2d为步骤105执行之后的结构示意图。其中，1为蓝宝石衬底，2为N型GaN层，3为有源层，4为P型GaN层，5为电流阻挡层，6为透明导电层，7为钝化层，8为P型焊盘，9为N型焊盘。
可选地，P型焊盘和N型焊盘的材料可以均采用Ni/Al/Cr/Ni/Au。其中，在第二层中采用Al，可以实现反光，进而提高发光亮度；最上面一层采用Au，焊线效果好、耐温性好。
可选地，该步骤105可以包括：
在透明导电层、通孔内、凹槽的侧壁和N型GaN层上形成钝化层；
在钝化层上涂覆一层光刻胶，并采用光刻工艺去除对应通孔和设置N型焊盘的区域的光刻胶；
在光刻胶的保护下对钝化层进行刻蚀，露出通孔和N型焊盘设置区域的N型GaN层；
在通孔内、N型GaN层上、以及光刻胶上形成电极；
剥离光刻胶，形成P型焊盘和N型焊盘。
可选地，在步骤105之后，该制作方法还可以包括：
采用炉管退火技术进行高温退火，使P型焊盘与P型GaN层、N型焊盘与N型GaN层之间良好的欧姆接触。
步骤106：将功率逐渐增大的激光作用在凹槽内，形成划片道的同时解除划片道内的应力。
可选地，激光的功率的变化范围可以为0.5～1.2W，激光的功率的变化速率可以为0.1W/ms。例如，激光的功率在第0ms为0.5W，在第1ms为0.6W，在第2ms为0.7W，在第3ms为0.8W，在第4ms为0.9W，在第5ms为1.0W，在第6ms为1.1W，在第7ms为1.2W。
步骤107：沿划片道的延伸方向进行劈裂，得到若干相互独立的芯片，各个芯片上划片道的宽度为2～4μm。
实验证实，当选择电流阻挡层的材料采用SiO2、透明导电层的材料采用氧化铟锡、采用磁控溅射技术沉积透明导电层、采用RTA技术进行高温退火、绝缘层的材料采用SiO2时，制成的25mil×25mil的单颗LED芯片发光均匀，并且芯片电压、漏电、抗静电性能、反向电压、开启电压等各方面参数均表现优良，发光强度提高3％，电压低0.03V，从点侧图上得到的片内生产综合良率达到92.78％。
当选择电流阻挡层的材料采用SiN、透明导电层的材料采用NiAu、采用电子束蒸发技术沉积透明导电层、在退火炉内中氧气氛围内进行高温退火、绝缘层的材料采用SiON时，制成的8mil×12mil的单颗LED芯片发光均匀，并且芯片电压、漏电、抗静电性能、反向电压、开启电压等各方面参数均表现优良，发光强度提高3.8％，电压低0.04V，从点侧图上得到的片内生产综合良率达到95.8％。
本发明实施例通过将功率逐渐增大的激光作用在凹槽内，形成划片道的同时解除划片道内的应力，不再需要为了避免应力造成芯片在劈裂时破裂而设置很宽的划片道，划片道的宽度可以缩窄到极致(2～4μm)，增大了发光区的面积，芯片亮度提高、电压降低、光效提升。而且利用透明导电层包覆在电流阻挡层外、以及电流阻挡层内的通孔的内壁上，可以先利用设定图形的光刻胶对通孔内的钝化层进行刻蚀并保留光刻胶，再在光刻胶和通孔内铺设电极，剥离光刻胶即可得到所需图形的电极，将分别需要一道光刻工艺形成的钝化层和电极合成到一道光刻工艺完成，在保证芯片质量的情况下，节省了光刻工艺，大大降低实现成本。
实施例二
本发明实施例提供了一种LED芯片，适用于正装单颗、正装串并联的LED芯片，可以采用实施例一提供的制作方法制作而成，参见图3，该LED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、有源层3、P型GaN层4、电流阻挡层5、透明导电层6，P型GaN层4上开设有延伸到N型GaN层2的凹槽，凹槽的侧壁、N型GaN层2和透明导电层6上设有钝化层7，透明导电层6和电流阻挡层5内设有延伸到P型GaN层4的通孔，P型焊盘8设置在通孔内，N型焊盘9设置在N型GaN层上，该LED芯片的边缘设有划片道，划片道的宽度为2～4μm。
具体地，有源层可以包括交替层叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层。
可选地，透明导电层可以包覆在电流阻挡层外、以及电流阻挡层内的通孔的内壁上，可以避免后续腐蚀与电流阻挡层材质相同的钝化层时腐蚀掉电流阻挡层。
可选地，电流阻挡层的材料可以采用二氧化硅、氮氧化硅或者氮化硅。
可选地，透明导电层的材料可以采用氧化铟锡或者NiAu。
可选地，钝化层的材料可以采用二氧化硅或者氮氧化硅。
可选地，P型焊盘和N型焊盘的材料可以均采用Ni/Al/Cr/Ni/Au。其中，在第二层中采用Al，可以实现反光，进而提高发光亮度；最上面一层采用Au，焊线效果好、耐温性好。
本发明实施例通过将功率逐渐增大的激光作用在凹槽内，形成划片道的同时解除划片道内的应力，不再需要为了避免应力造成芯片在劈裂时破裂而设置很宽的划片道，划片道的宽度可以缩窄到极致(2～4μm)，增大了发光区的面积，芯片亮度提高、电压降低、光效提升。而且利用透明导电层包覆在电流阻挡层外、以及电流阻挡层内的通孔的内壁上，可以先利用设定图形的光刻胶对通孔内的钝化层进行刻蚀并保留光刻胶，再在光刻胶和通孔内铺设电极，剥离光刻胶即可得到所需图形的电极，将分别需要一道光刻工艺形成的钝化层和电极合成到一道光刻工艺完成，在保证芯片质量的情况下，节省了光刻工艺，大大降低实现成本。
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LED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外延生长N型GaN层、有源层、P型GaN层；
在所述P型GaN层上开设延伸到所述N型GaN层的凹槽；
在所述P型GaN层上对应设置P型焊盘的区域形成电流阻挡层；
在所述P型GaN层、以及所述电流阻挡层上形成透明导电层，所述透明导电层和所述电流阻挡层内设有延伸到所述P型GaN层的通孔；
在所述透明导电层、所述凹槽的侧壁和所述N型GaN层上形成钝化层，并通过所述通孔在所述P型GaN层上形成所述P型焊盘，在所述N型GaN层上形成N型焊盘；
将功率逐渐增大的激光作用在所述凹槽内，形成划片道的同时解除划片道内的应力；
沿划片道的延伸方向进行劈裂，得到若干相互独立的芯片，各个所述芯片上划片道的宽度为2～4μm。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述激光的功率的变化范围为0.5～1.2W，所述激光的功率的变化速率为0.1W/ms。
3.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述透明导电层包覆在所述电流阻挡层外、以及所述电流阻挡层内的所述通孔的内壁上。
4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述在所述透明导电层、所述凹槽的侧壁和所述N型GaN层上形成钝化层，并通过所述通孔在所述P型GaN层上形成所述P型焊盘，在所述N型GaN层上形成N型焊盘，包括：
在所述透明导电层、所述通孔内、所述凹槽的侧壁和所述N型GaN层上形成钝化层；
在所述钝化层上涂覆一层光刻胶，并采用光刻工艺去除对应所述通孔和设置所述N型焊盘的区域的所述光刻胶；
在所述光刻胶的保护下对所述钝化层进行刻蚀，露出所述通孔和所述N型焊盘设置区域的所述N型GaN层；
在所述通孔内、所述N型GaN层上、以及所述光刻胶上形成电极；
剥离所述光刻胶，形成所述P型焊盘和所述N型焊盘。
5.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述在所述P型GaN层、以及所述电流阻挡层上形成透明导电层，包括：
采用磁控溅射技术或者电子束蒸发技术在所述P型GaN层上、所述电流阻挡层上、以及所述凹槽内沉积氧化铟锡层或者NiAu层；
在所述氧化铟锡层或者NiAu层上涂覆一层光刻胶，并采用光刻技术去除对应所述凹槽区域的所述光刻胶；
在所述光刻胶的保护下对所述氧化铟锡层或者NiAu层进行刻蚀，形成所述透明导电层。
6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括：
采用快速热退火技术或者在退火炉中氧气氛围内进行高温退火，使所述透明导电层与所述P型GaN层之间形成良好的欧姆接触。
7.一种LED芯片，所述LED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、有源层、P型GaN层、电流阻挡层、透明导电层，所述P型GaN层上开设有延伸到所述N型GaN层的凹槽，所述凹槽的侧壁、所述N型GaN层和所述透明导电层上设有钝化层，所述透明导电层和所述电流阻挡层内设有延伸到所述P型GaN层的通孔，P型焊盘设置在所述通孔内，N型焊盘设置在所述N型GaN层上，其特征在于，所述LED芯片的边缘设有划片道，所述划片道的宽度为2～4μm。
8.根据权利要求7所述的LED芯片，其特征在于，所述透明导电层包覆在所述电流阻挡层外、以及所述电流阻挡层内的所述通孔的内壁上。
9.根据权利要求7或8所述的LED芯片，其特征在于，所述电流阻挡层的材料采用二氧化硅、氮氧化硅或者氮化硅，所述钝化层的材料采用二氧化硅或者氮氧化硅。
10.根据权利要求7或8所述的LED芯片，其特征在于，所述透明导电层的材料采用氧化铟锡或者NiAu。
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