CN109728140A - 一种高压倒装led芯片及其形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压倒装LED芯片及其形成方法，所述芯片包括：至少两个相互连接的发光单元；若干个沟槽隔离结构，每一沟槽隔离结构用于隔离相邻的两个发光单元；每一沟槽隔离结构内部表面覆盖有绝缘保护层；其中，至少一个沟槽隔离结构经过高压倒装LED芯片的中轴线，经过中轴线的沟槽隔离结构包括外扩段和沟槽段，沟槽段连通外扩段，外扩段包含顶针区域。本发明解决了由于顶针将槽隔离结构上的绝缘保护层刺伤，从而导致所述高压倒装LED芯片漏电失效的问题。

Description

一种高压倒装LED芯片及其形成方法

技术领域

本发明涉及LED制造技术领域，尤其是涉及一种高压倒装LED芯片及其形成方法。

背景技术

发光二极管(LED，Light Emitting Diode)是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光材料，可以将电转换为光。当半导体PN结的两端加上正向电压后，注入PN结中的电子和空穴发生复合，将过剩的能量以光子的形式释放出来。LED具有寿命长、功耗低的优点，随着技术的日渐成熟，LED的运用领域也越来越多元化，对LED芯片的功率和亮度的要求也越来越高。

目前，通过半导体集成工艺制备的高压LED芯片(High Voltage LED，HVLED)作为高功率LED的解决方案，其由传统的大颗低压LED芯片采用隔离区域分隔成多个发光单元之后串联而成，高压LED芯片所需要的驱动电流远低于大颗低压LED芯片，有着封装成本低、驱动电源效率高、线路损耗低等优势。并且，可依据不同的输入电压的需求决定芯片中发光单元的数量和大小，进行对晶圆切割，便于实现客制化的服务。同时，往往为了提高发光效率，还同时使用倒装LED芯片的技术。

对于高压倒装LED芯片在使用过程中，顶针会顶在位于高压芯片正面(工作结构面，背面为衬底面)中心的隔离区域，其中，所述顶针所能刺到的区域为以所述高压芯片中心为圆心、半径范围为≤50μm的隔离区域(即顶针区域)。

发明人研究发现，所述顶针容易将隔离区域的Mesa台面处的侧面绝缘保护层刺伤，从而导致所述高压倒装LED芯片漏电失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压倒装LED芯片及其形成方法，用以解决所述顶针容易将隔离区域的Mesa台面处的侧面绝缘保护层刺伤，从而导致所述高压倒装LED芯片漏电失效的问题。

为了解决上述问题，本发明通过以下技方案实现：

一种高压倒装LED芯片，包括：至少两个相互连接的发光单元；若干个沟槽隔离结构，每一所述沟槽隔离结构用于隔离相邻的两个所述发光单元；每一所述沟槽隔离结构内部表面覆盖有绝缘保护层；其中，至少一个所述沟槽隔离结构经过所述高压倒装LED芯片的中轴线，经过所述中轴线的所述沟槽隔离结构包括外扩段和沟槽段，所述沟槽段连通所述外扩段，所述外扩段包含顶针区域。

进一步的，所述顶针区域是所述高压倒装LED芯片在封装工序中所使用的顶针所刺到的区域。

进一步的，所述外扩段为圆形或椭圆形，或者为圆形、椭圆形中的一种与其他形状的组合形状。

进一步的，所述外扩段为圆形，其直径范围为100μm～200μm。

进一步的，所述外扩段的深度范围为0.1μm～10μm。

进一步的，每一所述发光单元为低压倒装LED芯片。

进一步的，各个所述发光单元之间的连接为串联和/或并联。

另一方面，一种如上文所述的高压倒装LED芯片的形成方法，包括：提供衬底。在所述衬底上依次形成N型氮化镓层、多量子阱层和P型氮化镓层；在所述N型氮化镓层、多量子阱层和P型氮化镓层中形成若干个暴露部分所述衬底的沟槽，以隔离出多个发光单元；刻蚀所述多量子阱层和P型氮化镓层，形成暴露出部分所述N型氮化镓层边缘的MESA台面；在所述P型氮化镓层上形成P电极层，对所述P电极层进行回刻，暴露所述P型氮化镓层的边缘，且在所述P电极层中形成外扩开口，位于所述顶针区域的所述沟槽贯穿所述外扩开口。

在所述衬底的全局表面上沉积第一绝缘保护层，刻蚀所述MESA台面上的第一绝缘保护层，形成若干个N电极孔洞和若干个P电极孔洞，所述N电极孔洞暴露出所述N型氮化镓层,所述P电极孔洞暴露出所述P电极层；在所述第一绝缘保护层上形成N电极导电层、P电极导电层和N-P电极连接层，所述N电极导电层覆盖所述若干个N电极孔洞与所述N电极孔洞中的N型氮化镓层电连接，所述P电极导电层覆盖所述若干个P电极孔洞与所述P电极孔洞中的P电极层电连接，所述N-P电极连接层使得相邻的两个发光单元的一个发光单元上的P电极导电层和另一个发光单元上的N电极导电层电连接；以及，在所述衬底的全局表面上沉积第二绝缘保护层，覆盖有第一绝缘保护层和第二绝缘保护层的所述外扩开口包含所述顶针区域。

进一步的，所述顶针区域是所述高压倒装LED芯片在封装工序中所使用的顶针所刺到的区域。

进一步的，所述第一绝缘保护层和第二绝缘保护层分别为SiO2和SiNx中的一种组成的单层结构或者其两者组成的叠层结构。

本发明具有以下技术效果

本发明通过在所述衬底上形成若干个沟槽隔离结构，每一所述沟槽隔离结构用于隔离相邻的两个所述发光单元，至少一个所述沟槽隔离结构位于顶针区域，位于所述顶针区域的所述沟槽隔离结构包括外扩段和沟槽段，所述沟槽段连通所述外扩段，所述外扩段包含所述顶针区域。使得顶针刺不到所述沟槽隔离结构上的绝缘保护层，解决了由于顶针将槽隔离结构上的绝缘保护层刺伤，从而导致所述高压倒装LED芯片漏电失效的问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的高压倒装LED芯片正面俯视结构示意图；

图2～10为图1所示的高压倒装LED芯片形成过程中各步骤所对应的芯片沿图1所示的A-A方向的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，本实施例提供的一种高压倒装LED芯片，包括：至少两个串联和/或并联的发光单元，相邻的两个发光单元之间采用沟槽隔离结构30进行隔离，位于所述高压倒装LED芯片中心或者是顶针经过的沟槽隔离结构30上表面的范围为隔离区域。所述高压倒装LED芯片整体呈立方体形状，但不应以此为限。

所述顶针即为用于封装芯片的固晶机的顶针，即就是用于封装此类芯片的用户在使用此类芯片的时候，用于封装工序中的固晶机的机台下方设有顶针，其机台上方设有吸嘴，需要封装的芯片需要置于机台上，通过顶针向上顶芯片的正中心，然后吸嘴向下移动吸附该芯片，将其转移到用于支撑所述芯片的基板上，之后开始对该基板上的芯片进行封装流程，但不应以此为限，例如：所述顶针还可以是后续其他生产工序或测试工序中的顶针。

该位于顶针区域的沟槽隔离结构30例如是包括外扩段301和沟槽段302，所述沟槽段302连通所述外扩段301，作为示例，所述沟槽段302的俯视形状为矩形，所述外扩段301由矩形的中部向外扩充形成，所述外扩段301呈圆形时，所述外扩段301与所述高压倒装LED芯片可以同中轴线设置，其外扩段301包含顶针区域(以所述高压倒装LED芯片中心为圆心，半径为≤50μm的圆形区域)，所述外扩段301的直径范围为100μm～200μm，所述外扩段301的深度范围为0.1μm～10μm。在本实施例中，所述外扩段301呈圆形，但不应以此为限，例如所述外扩段为椭圆形，或者为圆形、椭圆形中的一种与其他形状的组合形状，只要所述外扩段包含了所述顶针区域，使得后续工序中的顶针刺不到所述外扩段上的绝缘保护层即可。

在本实施例中，所述发光单元可以为两个面积相同、发光效率相同的低压LED芯片(发光单元)，即第一发光单元L1和第二发光单元L2，其沟槽隔离结构30位于高压倒装LED芯片正中间，使得具有提高各个发光单元上电流分布均匀性和出光效率的优点。此外，由于位于正中间的沟槽隔离结构30上设有的外扩段301，使得顶针区域位于所述外扩段301的范围之内，使得顶针刺不到所述沟槽隔离结构上的绝缘保护层，解决了由于顶针将槽隔离结构上的绝缘保护层刺伤，从而导致所述高压倒装LED芯片漏电失效的问题。所述低压LED芯片的低压范围为：2V～4V。所述高压LED芯片的高压范围为：4V～280V。

基于上述实施例，结合图2～图7所示，本发明还公开了一种高压倒装LED器件的形成方法，包括：

如图2所示，提供一衬底100，在所述衬底100上形成外延层，所述外延层包括依次形成于衬底上的N型氮化镓层(N-GaN层)110、多量子阱层(MQW)120和P型氮化镓层(P-GaN层)130。

在本实施例中，所述衬底100的材料为蓝宝石(Al2O3)。但是本发明对所述衬底100的材料并不限定，其材料也可以是例如尖晶石(MgAl2O4)、SiC、ZnS、ZnO或GaAs等其他衬底。

所述N-GaN层110，多量子阱层120，P-GaN层130可能为单层或者多层结构。

例如，所述P-GaN层130可以是由依次形成于多量子阱层120上的掺Mg的In-GaN、掺Mg的P-GaN以及掺Mg的Al-GaN构成，所述多量子阱层120可以是由InGaN层和GaN层交替堆叠构成的量子阱结构，所述N-GaN层110可以是由掺Si的GaN层构成。

但是需要说明的是，所述N-GaN层110，多量子阱层120，P-GaN层130的材料和结构仅仅是一个示例，本发明对此不作任何限定。

如图3所示，利用激光切割外工艺切割(还可以用干法刻蚀(ICP),或湿法刻蚀(高温磷酸溶液)等方式刻蚀出沟槽)外延层至衬底100，形成若干个沟槽，隔离出多个发光单元，且至少有一个所述沟槽位于所述顶针区域，在本实施例中所述顶针区域位于衬底100正中间，所述沟槽为一个，即位于所述衬底100正中间的中心沟槽310，所述发光单元为两个，即第一发光单元L1和第二发光单元L2。第一发光单元L1和第二发光单元L2的平行于所述衬底表面的截面面积相同。所述外延层暴露出所述衬底的边缘部分的表面。

所述激光切割外工艺包括以下过程：在所述外延层上形成保护层(图3中未示出)；在所述保护层上旋涂保护液；激光切割所述外延层至衬底；利用化学试剂清洗所述外延层和衬底；去除所述保护层。

如图4所示，刻蚀所述多量子阱层120和P型氮化镓层130，形成暴露出部分所述N型氮化镓层110边缘的MESA台面，同时使得中心沟槽310外扩，形成第一外扩开口310’。

如图5和图6所示，在所述P型氮化镓层130上形成P电极层，对所述P电极层进行回刻，暴露所述P型氮化镓层130的边缘，同时使得第一外扩开口310’贯穿所述P电极层，并对所述第一外扩开口310’进行了第二次外扩，形成第二外扩开口310”，所述第二外扩开口310”包含所述顶针区域。

所述P电极层包括：依次堆叠的透明导电层201、反射层202和金属保护层203。具体的，如图5所示，可先在所述所述P型氮化镓层130上形成透明导电层201，之后对所述透明导电层201的边缘进行回刻，暴露出所述P型氮化镓层130的边缘，同时使得所述第一外扩开口310’进行了第二次外扩，形成第二外扩开口310”。之后，如图6所示，在所述透明导电层201上依次形成所述反射层202和金属保护层203，所述第二外扩开口310”贯穿所述反射层202和金属保护层203。

在本实施例中，可以形成氧化铟锡(ITO)材料的透明导电层，这种材料的透明导电层具有较高的透光率，也就是说，其可见光波段内透过率比较高，因此可以基本不挡量子阱发出的光，降低光的损失。

此外，所述氧化铟锡材料的透明导电层201一般具有相对较小的电阻大小，进而帮助倒装LED芯片工作时，后续形成于所述透明导电层201上的反射层202的电流在透明导电层201上扩散开来，这样有利于达到电流扩展的目的，进而防止电流拥堵现象的发生，增加量子效率，这进一步有利于提升倒装LED芯片的工作性能。所述透明导电层201介于所述P-GaN层130和后续形成的反射层202之间，可用于电连接所述P-GaN层130和反射层202。

但是本发明对是否必须形成氧化铟锡材料的透明导电层201不作限定，在本发明的其他实施例中，还可以采用其他透明且具有导电性的材料，例如氧化锌和/或氧化铟锡。

所述反射层202可用于接收并反射所述多量子阱层120朝P电极层方向发出的光线。所述反射层202为单层或者叠层结构，在本实施例中，形成叠层结构的金属反射层，在所述透明导电层201上依次形成银(Ag)层以及钛化钨(TiW)层或铝(Al)层，所述银层以及钛化钨层共同构成所述叠层结构的金属层。所述金属保护层203为铬(Cr)、金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钛(Ti)、TiW合金中的一种组成的单层结构，或者，为Cr、Au、Pt、Ni、Ti、TiW合金中的几种交替组成叠层结构。所述金属保护层203可用于保护所述反射层202，这样有利于使P电极不容易受到后续工艺步骤的影响，进而保证反射层202的平整和光滑，进而有利于使P电极的光反射率尽量不受到影响。

在本实施例中，所述金属保护层为叠层结构，具体来说，可以依次形成铬层、铂层、钛层、金层和镍层以构成所述金属保护层203，其中，铂层和钛层化学性质比较稳定，主要起到保护反射层202的作用；铬层主要起到粘附作用，也就是说用于增加反射层202与金属保护层203之间的粘附性；金层和镍层起到保护金属保护层203中其他材料层的作用。

在本实施例中，在形成叠层结构的金属保护层203时，可以最后形成镍层，也就是说，在整个叠层结构的金属保护层203中，镍层位于最表层。这样的好处在于，镍的材料性质较为稳定，不容易被腐蚀，采用镍作为叠层结构的金属保护层203的表层有利于使金属保护层203不容易在后续的其他步骤受到影响。但是本发明对所述金属保护层203是否必须为多层结构不作限定。

此外，在本实施例中，可以采用电子束蒸镀、磁控溅射沉积或者其它物理气相沉积的方式形成所述金属保护层203。但是本发明对如何形成所述金属保护层203不作限定。

如图7所示，在所述衬底的全局表面上沉积第一绝缘保护层400，所述第一绝缘层400覆盖暴露的所述衬底100的边缘区域表面、暴露的N型氮化镓层110和P-GaN层130的表面和侧壁表面、多量子阱层120的侧壁表面以及所述P电极层的表面和侧壁表面；所述暴露的N型氮化镓层110的表面即为MESA台面。此时，所述中心沟槽310、第一外扩开口310’和第二外扩开口310”的侧壁表面也覆盖有第一绝缘保护层400。

刻蚀所述MESA台面上的第一绝缘保护层400，形成若干个N电极孔洞320和若干个P电极孔洞330，所述N电极孔洞320暴露出所述N型氮化镓层110,所述P电极孔洞330暴露出所述P电极层的金属保护层303。

如图8所示，在所述第一绝缘保护层400上形成N电极导电层600、P电极导电层500和N-P电极连接层610，所述N电极导电层600覆盖第一发光单元L1上的所述若干个N电极孔洞320与所述N电极孔洞320中的N型氮化镓层110电连接，所述N电极导电层600还覆盖第一发光单元L1上的部分金属保护层的表面。

所述P电极导电层500覆盖所述第二发光单元L2上的若干个P电极孔洞330与所述P电极孔洞330中的金属保护层203电连接。

所述N-P电极连接层610覆盖所述第一发光单元L1上的P电极孔洞(图中未示出)和第二发光单元L2上的N电极孔洞320，使得所述第一发光单元L1的金属保护层203和第二发光单元L2的N型氮化镓层110电连接。

如图9所示，在所述衬底100的全局表面上沉积第二绝缘保护层700，所述第二绝缘保护层700覆盖所述第一绝缘保护层400、N电极导电层600、P电极导电层500和N-P电极连接层610的表面，此时，覆盖有第一绝缘保护层400的所述中心沟槽310、第一外扩开口310’和第二外扩开口310”也覆盖有第二绝缘保护层700，形成了所述沟槽隔离结构30，所述覆盖有第一绝缘保护层400和第二绝缘保护层700的第二外扩开口310”构成了所述外扩段301,其包含所述顶针区域。由此顶针刺不到所述沟槽隔离结构上的绝缘保护层，解决了由于顶针将槽隔离结构上的绝缘保护层刺伤，从而导致所述高压倒装LED芯片漏电失效的问题。

刻蚀所述第二绝缘保护层700，在所述第一发光单元L1的金属保护层上方形成第一金属焊盘开口800，所述第一金属焊盘开口800暴露出所述N电极导电层600。

在所述第二发光单元L2的P电极导电层500上方形成第二金属焊盘开口900，所述第二金属焊盘开口900暴露部分所述P电极导电层500。

如图10所示，在所述第一金属焊盘开口800中形成N型金属焊盘(pad)810，在所述第二金属焊盘开口900中形成P型金属焊盘。所述第一绝缘保护层400和第二绝缘保护层700分别为SiO2和SiNx中的一种组成单层结构，或者其两者组成叠层结构。

由于所述沟槽隔离结构30位于所述高压倒装LED芯片的中间，使得在衬底上能够形成两个结构和尺寸相同的两个发光单元，提高了各个发光单元上电流分布均匀性和出光效率。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压倒装LED芯片，其特征在于，包括：

至少两个相互连接的发光单元；

若干个沟槽隔离结构，每一所述沟槽隔离结构用于隔离相邻的两个所述发光单元；每一所述沟槽隔离结构内部表面覆盖有绝缘保护层；

其中，至少一个所述沟槽隔离结构经过所述高压倒装LED芯片的中轴线，经过所述中轴线的所述沟槽隔离结构包括外扩段和沟槽段，所述沟槽段连通所述外扩段，所述外扩段包含顶针区域。

2.如权利要求1所述的高压倒装LED芯片，其特征在于，所述顶针区域是所述高压倒装LED芯片在封装工序中所使用的顶针所刺到的区域。

3.如权利要求2所述的高压倒装LED芯片，其特征在于，所述外扩段为圆形或椭圆形，或者为圆形、椭圆形中的一种与其他形状的组合形状。

4.如权利要求1或3所述的高压倒装LED芯片，其特征在于，所述外扩段为圆形，其直径范围为100μm～200μm。

5.如权利要求4所述的高压倒装LED芯片，其特征在于，所述外扩段的深度范围为0.1μm～10μm。

6.如权利要求1所述的高压倒装LED芯片，其特征在于，每一所述发光单元为低压倒装LED芯片。

7.如权利要求1或5所述的高压倒装LED芯片，其特征在于，各个所述发光单元之间的连接为串联和/或并联。

8.一种如权利要求1～6中任一项所述的高压倒装LED芯片的形成方法，其特征在于，包括：

提供衬底；

在所述衬底上依次形成N型氮化镓层、多量子阱层和P型氮化镓层；

在所述N型氮化镓层、多量子阱层和P型氮化镓层中形成若干个暴露部分所述衬底的沟槽，以隔离出多个发光单元；刻蚀所述多量子阱层和P型氮化镓层，形成暴露出部分所述N型氮化镓层边缘的MESA台面；

在所述P型氮化镓层上形成P电极层，对所述P电极层进行回刻，暴露所述P型氮化镓层的边缘，且在所述P电极层中形成外扩开口，位于所述顶针区域的所述沟槽贯穿所述外扩开口；

在所述衬底的全局表面上沉积第一绝缘保护层，刻蚀所述MESA台面上的第一绝缘保护层，形成若干个N电极孔洞和若干个P电极孔洞，所述N电极孔洞暴露出所述N型氮化镓层,所述P电极孔洞暴露出所述P电极层；

在所述第一绝缘保护层上形成N电极导电层、P电极导电层和N-P电极连接层，所述N电极导电层覆盖所述若干个N电极孔洞与所述N电极孔洞中的N型氮化镓层电连接，所述P电极导电层覆盖所述若干个P电极孔洞与所述P电极孔洞中的P电极层电连接，所述N-P电极连接层使得相邻的两个发光单元的一个发光单元上的P电极导电层和另一个发光单元上的N电极导电层电连接；以及，在所述衬底的全局表面上沉积第二绝缘保护层，覆盖有第一绝缘保护层和第二绝缘保护层的所述外扩开口包含所述顶针区域。

9.如权利要求7所述的高压倒装LED芯片的形成方法，其特征在于，所述顶针区域是所述高压倒装LED芯片在封装工序中所使用的顶针所刺到的区域。

10.如权利要求7所述的高压倒装LED芯片的形成方法，其特征在于，所述第一绝缘保护层和第二绝缘保护层分别为SiO2和SiNx中的一种组成的单层结构或者其两者组成的叠层结构。