CN108155273A - 增加led倒装芯片发光面积的结构和制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种增加LED倒装芯片发光面积的结构，包括透光的衬底，在衬底上生长有GaN外延层，GaN外延层包括自下而上形成的N型GaN层，量子阱发光层，P型GaN层；P型GaN层上设有透明导电层；芯片至少一侧的N型GaN层上形成有N型台面；芯片最外圈刻蚀形成GaN深沟；在芯片的正面和除衬底之外的侧面设有绝缘钝化层；在绝缘钝化层设置开孔，包括位于透明导电层表面的顶部开孔、以及从N型台面正面边缘延伸至N型GaN层侧面的侧部开孔；在顶部开孔设有P电极，在侧部开孔设有N电极；P电极与透明导电层正面接触，N电极与N型台面的正面边缘部分和N型GaN层侧面接触。本发明能够保证N电极接触面积的情况下增加芯片发光面积。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED芯片，尤其是一种增加LED倒装芯片发光面积的结构和相应的制作方法。
背景技术
近年来，氮化镓（GaN）基发光二极管（LED）成为最受重视的光源技术，目前在芯片领域，倒装芯片技术正异军突起，特别在中大功率户内外照明的应用市场上很受欢迎。与正装芯片相比，LED倒装芯片具有低电压、高亮度、高可靠性、高饱和电流密度等特点，具有极佳的发展前景。
典型的LED倒装芯片示意图见图1。一般来说，LED倒装芯片结构自下而上主要包括：蓝宝石衬底1，N型GaN层2，量子阱发光层3，P型GaN层4，透明导电层5，金属接触电极（P电极7和N电极8）。其中，N型GaN层2，量子阱发光层，P型GaN层4属于GaN外延层，透明导电层5的作用是和P型GaN层4形成欧姆接触，通常的材料是ITO。P、N电极分别是芯片的正、负极，需要说明的是，图1的中金属接触电极（P、N电极）仅是简易示意图，实际制作的电极出于封装焊接的考虑，会使用更大的尺寸和复杂的多层重叠结构。但不管如何设计，电极与芯片的接触导通位置都是：P电极与透明导电层正面接触，N电极与N型GaN层2正面接触。另外，为了避免焊接时，焊接金属接触芯片侧面导致芯片短路，倒装芯片在制作时，通常会通过深沟刻蚀工艺，将芯片最外围的GaN刻蚀掉一圈直至到蓝宝石衬底暴露，然后制作一层绝缘钝化层6，将芯片的侧面和正面保护起来，仅露出用于导电的电极部分。
倒装芯片使用时正面向下，电极与下面的封装基板焊接，光从GaN外延层发出后，经反射层反射后从蓝宝石面出射。此倒装芯片结构可适用于各种GaN基LED芯片，包括绿光、蓝光、紫光及紫外芯片。
很明显的，典型的LED倒装芯片，它的发光面积受到两部分影响，第一个是为了避免封装短路而制作的深沟刻蚀，第二个是为了设置N电极的N型GaN层N型台面。一般情况，深沟刻蚀必须保留，其尺寸影响一般固定在5-10微米。而N型GaN层N型台面的尺寸，受电极设计的影响而定，在同一芯片中的不同位置，其尺寸也不一而定，一般来讲，应该在20-60微米不等。可见，N型台面（或N接触电极）的设计，直接影响芯片的发光面积。如果N型台面太大，N电极过大，芯片发光面积变小，芯片的亮度明显下降。如果N型台面太小，N电极接触过小，则芯片的电压则明显升高。
因此，如何在保证N电极接触面积的前提下，尽量减少N型台面，增加发光面积，是关系到LED倒装芯片最终亮度和使用电压的关键问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种增加LED倒装芯片发光面积的结构，以及制作方法，能够保证N电极接触面积的情况下增加芯片发光面积。本发明采用的技术方案是：
一种增加LED倒装芯片发光面积的制作方法，包括以下步骤：
步骤S1，提供透光的衬底，首先在衬底上完成GaN外延层生长，GaN外延层包括自下而上形成的N型GaN层，量子阱发光层，P型GaN层；然后在P型GaN层上制备透明导电层；
步骤S2，通过光刻和刻蚀工艺，至少将芯片一侧的N型GaN层暴露，形成N型台面；
步骤S3，通过光刻和刻蚀工艺，在芯片最外圈刻蚀GaN深沟，将最外圈的GaN深沟刻蚀到衬底暴露；
步骤S4，通过镀膜工艺，在芯片的正面和除衬底之外的侧面沉积一层绝缘钝化层；
步骤S5，通过光刻和刻蚀工艺，在绝缘钝化层设置开孔，包括位于透明导电层表面的顶部开孔、以及从N型台面正面边缘延伸至N型GaN层侧面的侧部开孔；
步骤S6，通过光刻和剥离工艺，在绝缘钝化层开孔位置沉积金属接触电极；金属接触电极包括沉积在顶部开孔的P电极和沉积在侧部开孔的N电极；P电极与透明导电层正面接触，N电极与N型台面的正面边缘部分和N型GaN层侧面接触。
可选地，所述步骤S2和步骤S3互调。
进一步地，绝缘钝化层的材料是SiO2，Si3N4或DBR多层结构。
进一步地，衬底采用蓝宝石衬底。
上述工艺所形成的一种增加LED倒装芯片发光面积的结构，包括透光的衬底，在衬底上生长有GaN外延层，GaN外延层包括自下而上形成的N型GaN层，量子阱发光层，P型GaN层；P型GaN层上设有透明导电层；其主要改进之处在于，
芯片至少一侧的N型GaN层上形成有N型台面；芯片最外圈刻蚀形成GaN深沟，所述GaN深沟延至衬底；
在芯片的正面和除衬底之外的侧面设有绝缘钝化层；在绝缘钝化层设置开孔，包括位于透明导电层表面的顶部开孔、以及从N型台面正面边缘延伸至N型GaN层侧面的侧部开孔；
在顶部开孔设有P电极，在侧部开孔设有N电极；P电极与透明导电层正面接触，N电极与N型台面的正面边缘部分和N型GaN层侧面接触。
进一步地，绝缘钝化层兼作反射层。
进一步地，绝缘钝化层的材料是SiO2，Si3N4或DBR多层结构。
进一步地，芯片两侧的N型GaN层上均形成有N型台面。
进一步地，衬底采用蓝宝石衬底。
本发明的优点在于：本发明相比传统倒装芯片结构，减少了倒装芯片制程中的N型台面正面面积，充分利用N型GaN层的侧面；通过将N电极设置在N型台面部分正面和N型GaN层侧面，既保证了N电极的接触面积，又增大了芯片发光面积，从而最终提升芯片亮度，并维持使用电压不升高。
本发明的技术工艺简便易行，为提高倒装芯片的光效提供了一种新的技术方案，对GaN倒装芯片提高出光效率和芯片寿命提供一种切实可行的方案。
附图说明
图1为现有技术中的LED倒装芯片结构。
图2为本发明实施例中生长GaN外延层、制备透明导电层示意图。
图3为本发明实施例中在N型GaN层形成N型台面示意图。
图4为本发明实施例中芯片最外圈刻蚀GaN深沟示意图。
图5为本发明实施例中沉积绝缘钝化层示意图。
图6为本发明实施例中在绝缘钝化层设置开孔示意图。
图7为本发明实施例中制作金属接触电极示意图。
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。
本实施例提出的一种增加LED倒装芯片发光面积的制作方法，包括以下步骤：
步骤S1，如图2所示，提供蓝宝石衬底1，首先在蓝宝石衬底1上完成GaN外延层生长，GaN外延层包括自下而上的N型GaN层2，量子阱发光层3，P型GaN层4；其中，量子阱发光层3为多层GaN结构；
在P型GaN层4上制备透明导电层5；
步骤S2，如图3所示，通过光刻和刻蚀工艺，至少将芯片一侧的N型GaN层2暴露，形成N型台面201；
此步骤中，也可以将芯片两侧的N型GaN层2均暴露，两侧均形成N型台面201；
步骤S3，如图4所示，通过光刻和刻蚀工艺，在芯片最外圈刻蚀GaN深沟202，将最外圈的GaN深沟202刻蚀到蓝宝石衬底1暴露；
步骤S4，如图5所示，通过镀膜工艺，在芯片的正面和除衬底1之外的侧面沉积一层绝缘钝化层6，该绝缘钝化层6的材料可以是SiO2，Si3N4或DBR多层结构；
本例中，绝缘钝化层6兼作反射层；
步骤S5，如图6所示，通过光刻和刻蚀工艺，在绝缘钝化层6设置开孔，包括位于透明导电层5表面的顶部开孔601、以及从N型台面201正面边缘延伸至N型GaN层2侧面的侧部开孔602，为电极接触留出位置；
步骤S6，如图7所示，通过光刻和剥离工艺，在绝缘钝化层6开孔位置沉积金属接触电极；光刻和剥离工艺可以形成金属图形；金属接触电极包括沉积在顶部开孔601的P电极7和沉积在侧部开孔602的N电极8；P电极7与透明导电层5正面接触，N电极8与N型台面201的正面边缘部分和N型GaN层2侧面接触；
图7中N电极8的数量是2个，实际上N电极8可以是1个或者多个，不影响使用效果；
需要说明的是，以上工艺步骤为说明整个流程而设。实际上，部分工艺步骤可以调换顺序而不影响最终效果。比如步骤S2和步骤S3可以互调；
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种增加LED倒装芯片发光面积的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，提供透光的衬底(1)，首先在衬底(1)上完成GaN外延层生长，GaN外延层包括自下而上形成的N型GaN层(2)，量子阱发光层(3)，P型GaN层(4)；然后在P型GaN层(4)上制备透明导电层(5)；
步骤S2，通过光刻和刻蚀工艺，至少将芯片一侧的N型GaN层(2)暴露，形成N型台面(201)；
步骤S3，通过光刻和刻蚀工艺，在芯片最外圈刻蚀GaN深沟(202)，将最外圈的GaN深沟(202)刻蚀到衬底(1)暴露；
步骤S4，通过镀膜工艺，在芯片的正面和除衬底(1)之外的侧面沉积一层绝缘钝化层(6)；
步骤S5，通过光刻和刻蚀工艺，在绝缘钝化层(6)设置开孔，包括位于透明导电层(5)表面的顶部开孔(601)、以及从N型台面(201)正面边缘延伸至N型GaN层(2)侧面的侧部开孔(602)；
步骤S6，通过光刻和剥离工艺，在绝缘钝化层(6)开孔位置沉积金属接触电极；金属接触电极包括沉积在顶部开孔(601)的P电极(7)和沉积在侧部开孔(602)的N电极(8)；P电极(7)与透明导电层(5)正面接触，N电极(8)与N型台面(201)的正面边缘部分和N型GaN层(2)侧面接触。
2.如权利要求1所述的增加LED倒装芯片发光面积的制作方法，其特征在于，
所述步骤S2和步骤S3互调。
3.如权利要求1所述的增加LED倒装芯片发光面积的制作方法，其特征在于，
绝缘钝化层(6)的材料是SiO2，Si3N4或DBR多层结构。
4.如权利要求1所述的增加LED倒装芯片发光面积的制作方法，其特征在于，
衬底(1)采用蓝宝石衬底。
5.一种增加LED倒装芯片发光面积的结构，包括透光的衬底(1)，在衬底(1)上生长有GaN外延层，GaN外延层包括自下而上形成的N型GaN层(2)，量子阱发光层(3)，P型GaN层(4)；P型GaN层(4)上设有透明导电层(5)；其特征在于，
芯片至少一侧的N型GaN层(2)上形成有N型台面(201)；芯片最外圈刻蚀形成GaN深沟(202)，所述GaN深沟(202)延至衬底(1)；
在芯片的正面和除衬底(1)之外的侧面设有绝缘钝化层(6)；在绝缘钝化层(6)设置开孔，包括位于透明导电层(5)表面的顶部开孔(601)、以及从N型台面(201)正面边缘延伸至N型GaN层(2)侧面的侧部开孔(602)；
在顶部开孔(601)设有P电极(7)，在侧部开孔(602)设有N电极(8)；P电极(7)与透明导电层(5)正面接触，N电极(8)与N型台面(201)的正面边缘部分和N型GaN层(2)侧面接触。
6.如权利要求5所述的增加LED倒装芯片发光面积的结构，其特征在于，
绝缘钝化层(6)兼作反射层。
7.如权利要求5所述的增加LED倒装芯片发光面积的结构，其特征在于，
绝缘钝化层(6)的材料是SiO2，Si3N4或DBR多层结构。
8.如权利要求5所述的增加LED倒装芯片发光面积的结构，其特征在于，
芯片两侧的N型GaN层(2)上均形成有N型台面(201)。
9.如权利要求5所述的增加LED倒装芯片发光面积的结构，其特征在于，
衬底(1)采用蓝宝石衬底。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180612 |