CN111129244A - 一种银镜大功率倒装芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种银镜大功率倒装芯片及其制备方法。本申请银镜大功率倒装芯片中，采用点阵的N孔电流注入形式，较普通的N‑Finger注入形式，减少了因N电流注入设计而损失的发光区面积；先在外延层结构上生长ITO薄膜，进行一道光刻后，再对ITO做湿法蚀刻(充分过刻蚀)，然后在此条件下直接刻蚀出N型台阶，有效的将两道工艺合并成一道光刻流程，而且刻蚀后的ITO薄膜到N‑GaN台阶的间距更均值，避免了不同光刻之间的曝光偏移。
Description
技术领域
本发明涉及一种芯片及其制备方法，尤其是一种银镜大功率倒装芯片及其制备方法。
背景技术
基于Ag金属层作为反光层以及电流扩展层，具有较好的电流扩展，相对与正装芯片，电流密度较小，一般中小尺寸的银镜倒装芯片，采用N-Finger导电以及P-Ag金属层导电的设计可得到较好的效果，且工艺相对简单。
目前的现有技术中，由于倒装芯片采用Finger电流扩展金属层来作为N型氮化镓层的导电通道，在大电流条件下电流集中于Finger的注入端，较难扩散到另一端，不适用于大尺寸的芯片设计；而且。对于Finger电流扩展金属层的设计，为避免生产过程中的线宽窗口波动导致P/N导通短路，需为Finger电流扩展金属层预留足够的安全距离；而目前技术的设计普遍会减少发光区的面积，对发光区的利用略不足。
发明内容
基于此，本发明的目的在于针对大电流下N-Finger设计的电流扩展较差以及发光区的利用不足的问题，提供一种电流扩展更加均匀，且发光区的利用率不降低的N型氮化镓层电流注入结构的银镜大功率倒装芯片。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种银镜大功率倒装芯片，包括N-GaN层，所述N-GaN层为点阵分布的N型氮化镓层电流注入结构。
本申请采用点阵的N孔电流注入形式，较普通的N-Finger注入形式，减少了因N电流注入设计而损失的发光区面积；另外，采用点阵的N孔电流注入形式，使得电流较均匀的从各个N孔导入到N-GaN层，使得N-GaN层电流扩展更较均匀，从而提高了发光效率。
优选地，所述银镜大功率倒装芯片，还包括衬底，所述衬底上依次沉积有缓冲层、N-GaN层、发光量子阱和P-GaN层；所述P-GaN层上沉积有ITO薄膜层，所述ITO薄膜层不完全覆盖P-GaN层，且所述P-GaN层、N-GaN层的一侧有裸露；所述ITO薄膜层上沉积有Ag金属反射层；所述Ag金属反射层的外层，即N-GaN层、发光量子阱、P-GaN层、ITO薄膜层均覆盖有SiO2；所述Ag金属反射层上沉积有SiO2保护层，且在SiO2保护层上，分别对应在Ag金属反射层以及N-GaN层刻蚀有P、N导电孔。
同时，本发明还公开一种银镜大功率倒装芯片的制备方法，包括如下步骤：
(1)在蓝宝石衬底上依次生长缓冲层、N-GaN层、发光量子阱和P-GaN层，完成GaN基LED外延层的制作；
(2)在步骤(1)所得外延层结构上生长ITO薄膜、对ITO薄膜进行光刻后，再刻蚀出N型台阶，使N-GaN外层裸露出来；
(3)在P-GaN层表面生长Ag金属反射层；
(4)在步骤(3)所得Ag金属反射层上生长SiO2保护层(NPV)，在SiO2保护层上，分别对应在Ag金属反射层以及N-GaN层刻蚀出P、N导电孔；
(5)在步骤(4)所得Ag金属反射层外部的SiO2保护层上，蒸镀上电流扩展金属层(CKT)，使得N导电孔分别相连(P导电孔除外)；
(6)在步骤(5)所得结构基础上，沉积一层SiO2钝化层(PSV)，再根据P、N电流扩展金属层的形貌，在芯片左右两边刻蚀出钝化层导电通道；
(7)在芯片表面蒸镀上P、N电极层。
优选地，所述步骤(2)中，所述蚀刻为湿法蚀刻。
现有技术中，一般只需在P-GaN层生产ITO薄膜，而本申请的制备方法为：先在外延层结构上生长ITO薄膜，进行一道光刻后，再对ITO做湿法蚀刻(充分过刻蚀)，然后在此条件下使用干法刻蚀的方法刻蚀出N型台阶。此制备方法可以有效的将两道工艺合并成一道光刻流程，而且刻蚀后的ITO薄膜到N-GaN台阶的间距更均值，避免了不同光刻之间的曝光偏移。
优选地，所述步骤(3)中，在步骤(2)所得结构的基础上生长一层SiO2，做一道光刻后进行湿法刻蚀，刻蚀掉不需要的SiO2，裸露出P-GaN层，然后在P-GaN层表面生长Ag金属反射层。
Ag金属为活泼金属，故一般的银镜倒装芯片在设计上会增加Ag到N-GaN的距离，避免由于Ag活性迁移到N-GaN而导致的P/N-GaN相连短路。但在面积较大的芯片上，增加Ag到N-GaN的距离将损失大面积的反光区域。此处采用SiO2作为绝缘层保护N-GaN以及P/N-GaN的侧壁，阻挡了Ag从P-GaN层迁移到N-GaN层，从而可以尽可能的增加Ag层面积。
优选地，所述步骤(2)中，所述ITO薄膜的厚度为
优选地，所述步骤(3)中，所述Ag金属反射层的厚度为
优选地，所述步骤(3)中，所述SiO2的厚度为
优选地，所述步骤(7)中，所述P、N电极层的材料为AuSn合金材料。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本申请采用点阵的N孔电流注入形式，较普通的N-Finger注入形式，减少了因N电流注入设计而损失的发光区面积，且点阵电流注入更加均匀；先在外延层结构上生长ITO薄膜，进行一道光刻后，再对ITO做湿法蚀刻(充分过刻蚀)，然后在此条件下直接刻蚀出N型台阶，有效的将两道工艺合并成一道光刻流程，而且刻蚀后的ITO薄膜到N-GaN台阶的间距更均值，避免了不同光刻之间的曝光偏移。点阵分布与Finger分布的电流分布图如下，对比不同电流测试的电流分布图可发现，使用电流越大，采用Finger分布的结构电流分布越差。
附图说明
图1为本申请所述银镜大功率倒装芯片的侧面结构示意图；
图2为本申请实施例步骤(2)所得结构的平面图；
图3为本申请实施例步骤(3)所得结构的平面图；
图4为本申请实施例步骤(4)所得结构的平面图；
图5为本申请实施例步骤(5)所得结构的平面图；
图6为本申请实施例步骤(6)所得结构的平面图；
图7为本申请实施例步骤(7)所得结构的平面图；
图8为点阵的N孔电流注入形式与普通的N-Finger注入形式的电流分布图对比；
其中，1、N-GaN层；2、发光量子阱；3、P-GaN层；4、ITO薄膜；5、Ag金属反射层；6、SiO2；7、SiO2保护层；8、电流扩展金属层；9、SiO2钝化层；10、电极层。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
本实施例所述银镜大功率倒装芯片的结构如附图1所示，包括衬底，所述衬底上依次沉积有缓冲层、N-GaN层1、发光量子阱2和P-GaN层3；P-GaN层3上沉积有ITO薄膜层4，ITO薄膜层4不完全覆盖P-GaN层3，且P-GaN层3、N-GaN层1的同一侧均有裸露，N-GaN层1为点阵分布的N型氮化镓层电流注入结构；ITO薄膜层4上沉积有Ag金属反射层5；N-GaN层1、发光量子阱2、P-GaN层3、ITO薄膜层4、Ag金属反射层5的外层均覆盖有SiO2；Ag金属反射层5上沉积有SiO2保护层7，且在SiO2保护层7上，分别对应在Ag金属反射层以及N-GaN层刻蚀有P、N导电孔；在SiO2保护层7上，蒸镀有电流扩展金属层(CKT)8及SiO2钝化层9；在芯片左右两边刻蚀有钝化层导电通道；芯片表面蒸镀有P、N电极层10。
具体制备方法如下：
(1)制作外延层，利用MOCVD设备在蓝宝石衬底上依次生长缓冲层、N-GaN层1，发光量子阱2和P-GaN层3，完成GaN基LED外延层的制作；
(2)在上述外延层结构上生长超薄透明金属导电薄膜(ITO)4，ITO薄膜的厚度为
对ITO薄膜4进行刻蚀后再刻蚀出N型台阶，使N-GaN裸露出来，如附图2所示，为点阵分布；
一般只需在P-GaN层生产ITO薄膜，此处的制备方面为先在步骤(1)的外延层结构上生长ITO薄膜，进行一道光刻后对ITO做湿法蚀刻(充分过刻蚀)，然后在此条件下直接刻蚀出N型台阶。此制备方法可以有效的将两道工艺合并成一道光刻流程，而且刻蚀后的ITO薄膜到N-GaN台阶的间距更均值，避免了不同光刻之间的曝光偏移。
(3)在P-GaN层表面依次生长金属反射层(Ag)5(厚度为
)；
其中，Ag金属为活泼金属，故一般的银镜倒装芯片在设计上会增加Ag到N-GaN的距离，避免由于Ag活性迁移到N-GaN而导致的P/N-GaN相连短路。但在面积较大的芯片上，增加Ag到N-GaN的距离降损失大面积的反光区域。此处采用SiO2作为绝缘层保护N-GaN以及P/N-GaN的侧壁，阻挡了Ag从P-GaN层迁移到N-GaN层，从而尽可能的增加Ag层面积。工艺流程为在步骤二的基础上生长一层SiO2(厚度为
)，做一道光刻后进行湿法刻蚀，刻蚀掉不需要的SiO2裸露出P-GaN层，然后生长Ag反射层；如附图3所示；
(4)在步骤(3)上生产反射层外部的SiO2保护层(NPV)7，起隔离Ag与CKT层的作用；在NPV层的SiO2上，分别对应在Ag层以及N-GaN层刻蚀出P、N导电孔；具体如附图4所示；
(5)在步骤(4)芯片表面的反射层外部SiO2保护层上，蒸镀上电流扩展金属层(CKT)8，使得N导电孔分别相连(P导电孔除外)；具体如附图5所示；
(6)在步骤(5)的基础上，沉积一层SiO2钝化层(PSV)9，起隔离CKT层与PAD层的作用；再根据P、N电流扩展金属层的形貌，在芯片左右两边刻蚀出钝化层导电通道；具体如附图6所示；
(7)最后在芯片表面蒸镀上P、N电极层(PAD)10(AuSn合金材料)；具体如附图7所示。
一般的银镜倒装芯片，不同Ag到N-GaN的距离的测试对比数据如表1所示，对比可发现，Ag到MSA的距离越近，芯片的亮度越高，但由于Ag金属边缘没有SiO2保护，芯片的的漏电率(IR)也更差。
表1
此外，本申请采用点阵的N孔电流注入形式，较普通的N-Finger注入形式，减少了因N电流注入设计而损失的发光区面积；另外，采用点阵的N孔电流注入形式，使得电流较均匀的从各个N孔导入到N-GaN层，使得N-GaN层电流扩展更较均匀，从而提高了发光效率；具体电流分布图对比如图8所示。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，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实质和范围。
Claims (9)
1.一种银镜大功率倒装芯片，其特征在于，包括N-GaN层，所述N-GaN层为点阵分布的N型氮化镓层电流注入结构。
2.如权利要求1所述的银镜大功率倒装芯片，其特征在于，还包括衬底，所述衬底上依次沉积有缓冲层、N-GaN层、发光量子阱和P-GaN层；所述P-GaN层上沉积有ITO薄膜层，所述ITO薄膜层不完全覆盖P-GaN层，且所述P-GaN层、N-GaN层的一侧有裸露；所述ITO薄膜层上沉积有Ag金属反射层；所述Ag金属反射层的外层，即N-GaN层、发光量子阱、P-GaN层、ITO薄膜层均覆盖有SiO2；所述芯片表面沉积有SiO2保护层，且在SiO2保护层上，分别对应在Ag金属反射层以及N-GaN层刻蚀有P、N导电孔。
3.如权利要求1或2所述的银镜大功率倒装芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在蓝宝石衬底上依次生长缓冲层、N-GaN层、发光量子阱和P-GaN层，完成GaN基LED外延层的制作；
(2)在步骤(1)所得外延层结构上生长ITO薄膜、对ITO薄膜进行光刻后，再刻蚀出N型台阶，使N-GaN外层裸露出来；
(3)在P-GaN层表面生长Ag金属反射层；
(4)在步骤(3)所得Ag金属反射层上生长SiO2保护层，在SiO2保护层上，分别对应在Ag金属反射层以及N-GaN层刻蚀出P、N导电孔；
(5)在步骤(4)所得Ag金属反射层外部的SiO2保护层上，蒸镀上电流扩展金属层，使得N导电孔分别相连；
(6)在步骤(5)所得结构基础上，沉积一层SiO2钝化层，再根据P、N电流扩展金属层的形貌，在芯片左右两边刻蚀出钝化层导电通道；
(7)在芯片表面蒸镀上P、N电极层。
4.如权利要求3所述的银镜大功率倒装芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述ITO蚀刻为湿法蚀刻。
5.如权利要求3所述的银镜大功率倒装芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在步骤(2)所得结构的基础上生长一层SiO2，做一道光刻后进行湿法刻蚀，刻蚀掉不需要的SiO2，裸露出P-GaN层，然后在P-GaN层表面生长Ag金属反射层。
6.如权利要求3所述的银镜大功率倒装芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述ITO薄膜的厚度为
7.如权利要求3所述的银镜大功率倒装芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述Ag金属反射层的厚度为
8.如权利要求3所述的银镜大功率倒装芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述SiO2的厚度为
9.如权利要求3所述的银镜大功率倒装芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)中，所述P、N电极层的材料为AuSn合金材料。
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