CN111244244A - 一种大功率led芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大功率LED芯片及其制作方法，所述大功率LED芯片包括外延层、ITO层、第一反射层、阻挡层、钝化层、第二反射层、键合层、Si衬底层、保护层和P、N电极。通过在外延层内开设圆孔，圆孔内侧壁覆盖接触层，并在接触层及钝化层表面蒸镀第二反射层，增加大功率LED芯片内部光的反射面积，提高芯片的光效和光电可靠性。本发明提供的制作方法，通过在阻挡层边缘开设均匀的凹槽阵列，再依次镀钝化层和第二反射层的方法，可以减少阻挡层金属对光的吸收，并通过第二反射层增加反射效果，同时，设置均匀的凹槽阵列有利于电流的均匀导通，保证器件稳定性的前提提高发光效率。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种大功率LED芯片及其制作方法。
背景技术
在LED照明技术领域，高光效是人们不懈追求的目标。具有较高发光效率的LED照明已成为发展趋势，未来大功率、高光效的LED照明器件将广泛地地应用于各种领域，例如车用照明、商用照明、路灯照明、智能家居照明等等。然而就目前的技术背景下，大功率意味着需要更大的LED器件尺寸和更大的驱动电流。随着LED器件尺寸和驱动电流的增大，器件热损耗增加、光效降低、可靠性降低等问题成为LED照明技术快速发展的瓶颈， LED器件本身的光效提升不但能减少能量转换中的热损耗，同时也可降低因热损耗在使用中的引发的可靠性问题，因而提高大功率/电流LED器件的发光效率十分关键。
反转垂直结构芯片在垂直线形结构的基础上，可以将线形结构的平面电流扩展能力转化为空间电流扩展能力，使其电流分布均匀性得到大幅提升，同时可以一定程度提升芯片的光效。而且优异的电流扩展能力能够给圆孔结构芯片带来优秀的超电流驱动能力，故反转垂直结构芯片具有强大的市场发展前景和潜力。但现有技术的反转垂直结构芯片，考虑到N型氮化镓层与反射层Ag/Al的接触属于非欧姆接触，导致电阻率较高，反射层金属与 GaN层直接接触会产生非常高的电压，所以反射层的覆盖面较少，芯片的光损失较大。
另外，具有圆孔结构的反转垂直芯片，在外延结构与Si衬底键合过程中，由于圆孔内键合金属的容纳空间较大，键合金属虽为熔融状态，但流动性较小，圆孔处会形成空洞，当反转垂直芯片在大电流下，空洞会对芯片的可靠性和电流扩散的均匀性产生较大的影响。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种大功率LED芯片，所述大功率LED芯片为反转垂直结构，包括外延层、ITO层、第一反射层、阻挡层、钝化层、接触层和第二反射层，所述外延层由上至下依次由N型氮化镓层、有源层和P型氮化镓层堆叠构成，所述第一反射层覆盖所述P型氮化镓层表面的所述ITO层，所述第一反射层表面依次设有所述阻挡层和所述钝化层，所述外延层具有开口设置于所述P型氮化镓层、底部位于所述有源层和所述 N型氮化镓层之间的圆孔，所述圆孔内侧壁依次覆盖所述钝化层、接触层和第二反射层，所述圆孔底部依次覆盖所述接触层和所述第二反射层。
进一步地，所述接触层为ZnO、ITO、Ti或Cr。
进一步地，所述阻挡层四周边缘设有均匀分布的矩形凹槽阵列。
进一步地，所述矩形凹槽阵列依次覆盖有所述钝化层和所述第二反射层。
进一步地，所述圆孔内填充满Ag、Al、Cr、Ni、Ti、TiW、Pt、Sn或者Au中的一种或几种。
本发明还提供一种大功率LED芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
制作圆孔：提供生长衬底，所述生长衬底材料为蓝宝石、GaN、硅或碳化硅，在所述生长衬底上依次形成缓冲层和外延层，所述外延层包括依次形成的N型氮化镓层、有源层、P型氮化镓层；使用电感耦合等离子体刻蚀对P型氮化镓层和有源层进行刻蚀，以得到圆孔，圆孔底部暴露出N型氮化镓层；
制作P型欧姆接触：利用磁控溅射或反应等离子沉积工艺，在P型氮化镓层下表面沉积ITO层，在所述ITO层对应所述圆孔区域预留圆形空白，所述圆形空白的圆心与所述圆孔横截面圆心重合，所述圆形空白直径大于所述圆孔的直径；
制作第一反射层：在ITO层表面沉积第一反射层，所述第一反射层刚好覆盖所述ITO 层；
沉积其他层：在所述第一反射层表面沉积阻挡层，所述阻挡层包裹所述第一反射层和所述ITO层，采用增强型等离子体沉积，并通过覆盖光刻胶、光刻的方式，在阻挡层表面、圆孔侧壁覆盖钝化层；
制作第二反射层：在所述钝化层表面及圆孔底面依次蒸镀接触层和第二反射层；
制作键合层：在Si衬底层表面、所述第二反射层和所述钝化层表面蒸镀厚度为1～3μm金属薄膜，在压力5000～8000mbar，温度250～280℃条件下，使Si衬底层表面和第二反射层、钝化层表面的金属薄膜键合，得到键合层；
衬底剥离，形成独立芯粒：采用紫外脉冲激光剥离衬底，通过等离子蚀刻，去除缓冲层，使用腐蚀液腐蚀粗化N-GaN表面，采用电感耦合等离子体刻蚀进行ISO刻蚀，形成独立的芯粒；
制作电极：采用增强型等离子体沉积方式，在N型氮化镓表面及有源层、P型氮化镓侧表面沉积SiO2保护层，光刻、腐蚀、真空蒸镀得到N-Pad和P-Pad，即得到大功率LED 芯片。
进一步地，制作第二反射层步骤还包括在所述阻挡层边缘四周制作均匀分布的矩形凹槽阵列，在所述矩形凹槽阵列表面依次覆盖所述钝化层和所述第二反射层。
进一步地，所述圆孔直径为25～30μm，所述圆形空白直径为35～40μm。
进一步地，使用蒸镀或溅射的方式往所述圆孔内填充满Ag、Al、Cr、Ni、Ti、 TiW、Pt、Sn或者Au中的一种或几种。
有益效果：通过在圆孔区域覆盖第二反射层，增加了大功率LED芯片内部光的反射面积，器件亮度提升3％以上，提高了大功率LED芯片的光效；圆孔内侧壁区域依次覆盖接触层及第二反射层，减少或减小了硅衬底层键合过程中产生的空洞，提升器件的光电可靠性；通过开设间距一致的矩形凹槽阵列，均匀分布，可以确保电流扩散的均匀性，还可使ISO边缘位置的第二反射层蒸镀效率更高，保证器件稳定性的前提下提高发光效率。
附图说明
图1为实施例1提供的大功率LED芯片B-B截面图；
图2为实施例1提供的大功率LED芯片A-A截面图；
图3为实施例2提供的大功率LED芯片B-B截面图；
图4为实施例2提供的大功率LED芯片A-A截面图；
图5为实施例3提供的大功率LED芯片B-B截面图；
1-N型氮化镓层；2-有源层；3-P型氮化镓层；4-ITO层；5-第一反射层；6-阻挡层；601-矩形凹槽；7-钝化层；8-接触层；9-第二反射层；10-键合层；11-Si衬底层；12-N-Pad；13-保护层；14-P-Pad。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更为清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1、图2所示，一种大功率LED芯片，包括外延层、ITO层4、第一反射层5、阻挡层6、钝化层7、接触层8、第二反射层9、键合层10、Si衬底层11、保护层13和P、N电极；所述外延层由上至下依次由N型氮化镓层1、有源层2和P型氮化镓层3堆叠构成，所述外延层底部中间设有圆孔，所述圆孔直径为25μm，所述圆孔穿过所述P型氮化镓层和所述有源层，所述ITO层4覆盖所述P型氮化镓层，且对应圆孔处具有与圆孔圆心重叠、直径为35μm的圆形空白。ITO层可以使电极与P型氮化镓层形成很好的欧姆接触，使电流在电极表面扩散，更好地通到电极里面，降低电压，同时通过退火在氧气氛围下将 P-GaN层里面的Mg-H键打开，起到了活化Mg的作用，更好地形成欧姆接触。所述第一反射层5覆盖所述ITO层，所述阻挡层6包裹所述第一反射层5和ITO层4，钝化层7覆盖所述有源层2侧壁、P型氮化镓3和阻挡层6，所述接触层8覆盖圆孔侧壁钝化层及圆孔底面，所述第二反射层9覆盖所述接触层8及圆孔外部分钝化层，在图1的A-A截面上第二反射层为圆形，其圆形与圆孔的圆心重叠，其直径为35μm。阻挡层6一方面可以阻挡Ag的扩散，另一方面设置阻挡层6有利于电流扩散；钝化层7用以隔离P型氮化镓层 3和N型氮化镓层1；第二反射层9和钝化层7下表面依次覆盖键合层10、Si衬底层11 和N电极12。P电极位于外延层侧边，设于阻挡层6上表面。
一种大功率LED芯片的制备方法，包括以下步骤：
S1：制作圆孔
提供生长衬底，所述生长衬底材料为蓝宝石、GaN、硅或碳化硅，在所述生长衬底上依次形成缓冲层和外延层，外延层包括依次形成的N型氮化镓层1、有源层2、P型氮化镓层3；使用电感耦合等离子体刻蚀对P型氮化镓层3和有源层2进行刻蚀，以得到圆孔，圆孔底部暴露出N型氮化镓层1，所述圆孔直径为25μm；
S2：制作P型欧姆接触
利用磁控溅射或反应等离子沉积工艺，在P型氮化镓层3表面沉积ITO层4，且ITO层对应圆孔处预留圆形空白，所述圆形空白圆心与圆孔横截面圆心重合，直径为35μm。厚度
作为欧姆接触及电流扩展层，退火后形成P型欧姆接触；
ITO主要成分为氧化铟锡，是半导体透明导电膜，可同时具有低电阻率及高光穿透率的特性，符合了导电性及透光性良好的要求；
ITO作用是使电极与外延层形成很好的欧姆接触，使电流在电极表面扩散，更好地通到电极里面，降低电压。同时通过退火在氧气氛围下将P型氮化镓层里面的Mg-H键打开，起到了活化Mg的作用，更好地形成欧姆接触；
S3：制作第一反射层
在ITO层表面沉积第一反射层5，厚度
第一反射层5刚好覆盖ITO层4：第一反射层5材料是Ag或Al/Ag合金，在第一反射层5表面蒸镀TiW、Ti、Pt、Ni、Au中的一种或几种组合，厚度
以阻止Ag的扩散；
S4：沉积其他层
在第一反射层5表面沉积阻挡层6，厚度0.51μm，阻挡层6包裹第一反射层5和ITO层4，阻挡层材料为Cr、Ni、Ti、TiW、Pt、Sn或者Au中的一种或几种的组合；
采用增强型等离子体沉积，并通过覆盖光刻胶、光刻的方式，在阻挡层6表面、圆孔侧面及其连接处覆盖钝化层7，所述钝化层7为SiO2或SiON或SiN或SiO2、SiN叠层生长沉积，厚度
S5：制作第二反射层
在钝化层7表面旋涂光刻胶，并通过光刻、显影方式去除圆孔侧壁及底面光刻胶，露出圆孔侧壁钝化层及圆孔底面。在圆孔侧壁钝化层及圆孔底面蒸镀
的接触层8，所述接触层8为ZnO、ITO、Ti或Cr，再在接触层和圆孔外部分钝化层表面镀Ag作为第二反射层9，厚度
第一反射层5与第二反射层9共同形成反射区，提高圆孔及圆孔侧壁的反射；
S6：制作键合层
在Si片表面、第二反射层和钝化层表面蒸镀厚度为1μm金属薄膜，圆孔内蒸镀满金属薄膜材料，金属薄膜材料为Cr、Ni、Ti、TiW、Pt、Sn或者Au中的一种或几种的组合；
在压力5000mbar，温度250℃条件下，使Si衬底层11表面和第二反射层、钝化层表面的金属薄膜键合，得到键合层10；
S7：衬底剥离，形成独立芯粒
利用GaN材料高温分解特性及GaN与蓝宝石衬底之间的带隙差，采用光子能量大于GaN带隙而小于蓝宝石带隙的紫外脉冲激光，透过蓝宝石衬底辐照GaN材料，在其界面处产生强烈吸收，GaN气化分解，实现蓝宝石衬底剥离；通过等离子蚀刻，去除缓冲层和少部分N-GaN；使用KOH或H3PO4腐蚀液腐蚀粗化N-GaN表面，使出光面形成漫反射，以增加光提取效率；采用电感耦合等离子体刻蚀进行ISO刻蚀，形成独立的芯粒。
S8：制作电极
采用增强型等离子体沉积方式，在N型氮化镓表面及有源层、P型氮化镓侧表面沉积 SiO2保护层，厚度
光刻将待镀P-Pad区域显影出来；使用BOE腐蚀液去除待镀 P-Pad区域的SiO2；使用真空蒸镀机蒸镀P-Pad 14，N-Pad材料为Cr、Al、Ti、Au中的一种或几种，厚度
其中Cr为与GaN粘附的接触；然后在270℃N2环境下退火形成欧姆接触；
Si衬底层11表面采用真空蒸镀机沉积N-Pad12，N-Pad材料为Cr、Pt、Au等，厚度为
完成大功率LED芯片的制作。
实施例2
如图3和图4所示，一种大功率LED芯片，包括外延层、ITO层4、第一反射层5、阻挡层6、钝化层7、接触层8、第二反射层9、键合层10、Si衬底层11、保护层13和P、 N电极；所述外延层由上至下依次由N型氮化镓层1、有源层2和P型氮化镓层3堆叠构成，所述外延层底部中间设有圆孔，所述圆孔直径为30μm，所述圆孔穿过所述P型氮化镓层和所述有源层，所述ITO层4覆盖所述P型氮化镓层，且对应圆孔处具有与圆孔圆心重叠、直径为40μm的圆形空白。ITO层可以使电极与外延层形成很好的欧姆接触，使电流在电极表面扩散，更好地通到电极里面，降低电压，同时通过退火在氧气氛围下将P-GaN 层里面的Mg-H键打开，起到了活化Mg的作用，更好地形成欧姆接触。所述第一反射层 5覆盖所述ITO层，所述阻挡层6包裹所述第一反射层5和ITO层4，钝化层7覆盖所述有源层2侧壁、P型氮化镓3和阻挡层6，厚度为
所述接触层8覆盖圆孔侧壁钝化层及圆孔底面。在阻挡层ISO边缘位置设有大小一致、间距均匀的矩形凹槽阵列，从而减少阻挡层金属吸光，进一步提升LED芯片内部光强；而且设置均匀开孔的矩形凹槽阵列，有利于电流的均匀导通；所述第二反射层9覆盖所述接触层8、圆孔外部分钝化层及所述矩形凹槽阵列下方。第二反射层9和钝化层7下表面依次设置键合层10、Si衬底层11和 N电极12。P电极位于外延层侧边，设于阻挡层6上表面。
一种大功率LED芯片的制备方法，包括以下步骤：
S1：制作圆孔
提供生长衬底，所述生长衬底材料为蓝宝石、GaN、硅或碳化硅，在所述生长衬底上依次形成缓冲层和外延层，外延层包括依次形成的N型氮化镓层1、有源层2、P型氮化镓层3；使用电感耦合等离子体刻蚀对P型氮化镓层3和有源层2进行刻蚀，以得到圆孔，圆孔底部暴露出N型氮化镓层1，所述圆孔直径为30μm；
S2：制作P型欧姆接触
利用磁控溅射或反应等离子沉积工艺，在P型氮化镓层3表面沉积ITO层4，且ITO层对应圆孔处预留圆形空白，所述圆形空白圆心与圆孔横截面圆心重合，直径为40μm，厚度
作为欧姆接触及电流扩展层，退火后形成P型欧姆接触；
ITO主要成分为氧化铟锡，是半导体透明导电膜，可同时具有低电阻率及高光穿透率的特性，符合了导电性及透光性良好的要求；
ITO作用是使电极与外延层形成很好的欧姆接触，使电流在电极表面扩散，更好地通到电极里面，降低电压。同时通过退火在氧气氛围下将P型氮化镓层里面的Mg-H键打开，起到了活化Mg的作用，更好地形成欧姆接触；
S3：制作第一反射层
在ITO层表面沉积第一反射层5，厚度
第一反射层5刚好覆盖ITO层4：第一反射层5材料是Ag或Al/Ag合金，在第一反射层5表面蒸镀TiW、Ti、Pt、Ni、Au中的一种或几种组合，厚度
以阻止Ag的扩散；
S4：沉积其他层
在第一反射层5表面沉积阻挡层6，厚度1.5μm，阻挡层6包裹第一反射层5和ITO 层4，阻挡层材料为Cr、Ni、Ti、TiW、Pt、Sn或者Au中的一种或几种的组合；如图3，在阻挡层6外表面边缘处开设宽度为10～15μm均匀分布的矩形凹槽阵列601。将芯片阻挡层的ISO边缘位置以周长计算，以50um长度做等分，开设宽度为15μm，交叉开孔；阻挡层开孔采取均匀交叉开孔的方式，电流通电后均匀向四周流通扩散，可提高LED芯片的可靠性。
采用增强型等离子体沉积，并通过覆盖光刻胶、光刻的方式，在阻挡层6表面、圆孔侧面及其连接处覆盖钝化层7，所述钝化层7为SiO2或SiON或SiN或SiO2、SiN叠层生长沉积，厚度
S5：制作第二反射层
在圆孔侧壁钝化层表面及圆孔底面蒸镀
的接触层8，所述接触层8为ZnO、ITO、 Ti或Cr，再在接触层8和圆孔外部分钝化层表面镀Al作为第二反射层9，厚度
所述第二反射层9覆盖矩形凹槽阵列下方。第一反射层5与第二反射层9共同形成反射区；
S6：制作键合层
在Si片表面、第二反射层和钝化层表面蒸镀厚度为3μm金属薄膜，圆孔内溅射满金属薄膜材料，金属薄膜材料为Cr、Ni、Ti、TiW、Pt、Sn或者Au中的一种或几种的组合；
在压力8000mbar，温度280℃条件下，使Si衬底层11表面和第二反射层、钝化层表面的金属薄膜键合，得到键合层10；
S7：衬底剥离，形成独立芯粒
利用GaN材料高温分解特性及GaN与蓝宝石衬底之间的带隙差，采用光子能量大于GaN带隙而小于蓝宝石带隙的紫外脉冲激光，透过蓝宝石衬底辐照GaN材料，在其界面处产生强烈吸收，GaN气化分解，实现蓝宝石衬底剥离；通过等离子蚀刻，去除缓冲层和少部分N-GaN；使用KOH或H3PO4腐蚀液腐蚀粗化N-GaN表面，使出光面形成漫反射，以增加光提取效率；采用电感耦合等离子体刻蚀进行ISO刻蚀，形成独立的芯粒。
S8：制作电极
采用增强型等离子体沉积方式，在N型氮化镓表面及有源层、P型氮化镓侧表面沉积 SiO2保护层，厚度
光刻将待镀P-Pad区域显影出来；使用BOE腐蚀液去除待镀 P-Pad区域的SiO2；使用真空蒸镀机蒸镀P-Pad 14，N-Pad材料为Cr、Al、Ti、Au中的一种或几种，厚度
其中Cr为与GaN粘附的接触；然后在270℃N2环境下退火形成欧姆接触；
Si衬底层10表面采用真空蒸镀机沉积N-Pad12，N-Pad材料为Cr、Pt、Au等，厚度为
完成大功率LED芯片的制作。
实施例3
如图5所示，一种大功率LED芯片，包括外延层、ITO层4、第一反射层5、阻挡层 6、钝化层7、接触层8、第二反射层9、键合层10、Si衬底层11、保护层13和P、N电极；所述外延层由上至下依次由N型氮化镓层1、有源层2和P型氮化镓层3堆叠构成，所述外延层底部中间设有圆孔，所述圆孔直径为28μm，所述圆孔穿过所述P型氮化镓层和所述有源层，所述ITO层4覆盖所述P型氮化镓层，且对应圆孔处具有与圆孔圆心重叠、直径为37μm的圆形空白。ITO层可以使电极与外延层形成很好的欧姆接触，使电流在电极表面扩散，更好地通到电极里面，降低电压，同时通过退火在氧气氛围下将P-GaN层里面的Mg-H键打开，起到了活化Mg的作用，更好地形成欧姆接触。所述第一反射层5覆盖所述ITO层，所述阻挡层6包裹所述第一反射层5和ITO层4，钝化层7覆盖所述有源层2侧壁、P型氮化镓3和阻挡层6，厚度为
所述接触层8覆盖圆孔侧壁钝化层及圆孔底面。在阻挡层ISO边缘位置设有大小一致、间距均匀的矩形凹槽阵列，从而减少阻挡层金属吸光，进一步提升LED芯片内部光强；而且设置均匀开孔的矩形凹槽阵列，有利于电流的均匀导通；所述第二反射层9覆盖所述接触层8、圆孔外部分钝化层及所述矩形凹槽阵列下方。第二反射层9和钝化层7下表面依次设置键合层10、Si衬底层11和N 电极12。P电极位于外延层侧边，设于阻挡层6上表面。
一种大功率LED芯片的制备方法，包括以下步骤：
S1：制作圆孔
提供生长衬底，所述生长衬底材料为蓝宝石、GaN、硅或碳化硅，在所述生长衬底上依次形成缓冲层和外延层，外延层包括依次形成的N型氮化镓层1、有源层2、P型氮化镓层3；使用电感耦合等离子体刻蚀对P型氮化镓层3和有源层2进行刻蚀，以得到圆孔，圆孔底部暴露出N型氮化镓层1，所述圆孔直径为28μm；
S2：制作P型欧姆接触
利用磁控溅射或反应等离子沉积工艺，在P型氮化镓层3表面沉积ITO层4，且ITO层对应圆孔处预留圆形空白，所述圆形空白圆心与圆孔横截面圆心重合，直径为37μm，厚度
作为欧姆接触及电流扩展层，退火后形成P型欧姆接触；
ITO主要成分为氧化铟锡，是半导体透明导电膜，可同时具有低电阻率及高光穿透率的特性，符合了导电性及透光性良好的要求；
ITO作用是使电极与外延层形成很好的欧姆接触，使电流在电极表面扩散，更好地通到电极里面，降低电压。同时通过退火在氧气氛围下将P型氮化镓层里面的Mg-H键打开，起到了活化Mg的作用，更好地形成欧姆接触；
S3：制作第一反射层
在ITO层表面沉积第一反射层5，厚度
第一反射层5刚好覆盖ITO层4：第一反射层5材料是Ag或Al/Ag合金，在第一反射层5表面蒸镀TiW、Ti、Pt、Ni、Au中的一种或几种组合，厚度
以阻止Ag的扩散；
S4：沉积其他层
在第一反射层5表面沉积阻挡层6，厚度1.0μm，阻挡层6包裹第一反射层5和ITO 层4，阻挡层材料为Cr、Ni、Ti、TiW、Pt、Sn或者Au中的一种或几种的组合；如图3，在阻挡层6外表面边缘处开设宽度为12μm均匀分布的矩形凹槽阵列601。将芯片阻挡层的ISO边缘位置以周长计算，以40um长度做等分，开设宽度为13μm，交叉开孔；阻挡层开孔采取均匀交叉开孔的方式，电流通电后均匀向四周流通扩散，可提高LED芯片的可靠性。
采用增强型等离子体沉积，并通过覆盖光刻胶、光刻的方式，在阻挡层6表面、圆孔侧面及其连接处覆盖钝化层7，所述钝化层7为SiO2或SiON或SiN或SiO2、SiN叠层生长沉积，厚度
S5：制作第二反射层
在圆孔侧壁钝化层表面及圆孔底面蒸镀
的接触层8，所述接触层8为ZnO、ITO、Ti或Cr，再在接触层8和圆孔外部分钝化层表面镀Ag作为第二反射层9，厚度
所述第二反射层9覆盖矩形凹槽阵列下方。第一反射层5与第二反射层9共同形成反射区；
S6：制作键合层
在Si片表面、第二反射层和钝化层表面蒸镀厚度为2μm金属薄膜，金属薄膜材料为Cr、Ni、Ti、TiW、Pt、Sn或者Au中的一种或几种的组合，圆孔内蒸镀填充满第二反射层材料Ag；
在压力6000mbar，温度270℃条件下，使Si衬底层11表面和第二反射层、钝化层表面的金属薄膜键合，得到键合层10；
S7：衬底剥离，形成独立芯粒
利用GaN材料高温分解特性及GaN与蓝宝石衬底之间的带隙差，采用光子能量大于GaN带隙而小于蓝宝石带隙的紫外脉冲激光，透过蓝宝石衬底辐照GaN材料，在其界面处产生强烈吸收，GaN气化分解，实现蓝宝石衬底剥离；通过等离子蚀刻，去除缓冲层和少部分N-GaN；使用KOH或H3PO4腐蚀液腐蚀粗化N-GaN表面，使出光面形成漫反射，以增加光提取效率；采用电感耦合等离子体刻蚀进行ISO刻蚀，形成独立的芯粒。
S8：制作电极
采用增强型等离子体沉积方式，在N型氮化镓表面及有源层、P型氮化镓侧表面沉积 SiO2保护层，厚度
光刻将待镀P-Pad区域显影出来；使用BOE腐蚀液去除待镀 P-Pad区域的SiO2；使用真空蒸镀机蒸镀P-Pad 14，N-Pad材料为Cr、Al、Ti、Au中的一种或几种，厚度
其中Cr为与GaN粘附的接触；然后在270℃N2环境下退火形成欧姆接触；
Si衬底层10表面采用真空蒸镀机沉积N-Pad12，N-Pad材料为Cr、Pt、Au等，厚度为
完成大功率LED芯片的制作。
本发明通过制作第一反射层5与第二反射层9共同形成反射区，提高圆孔区域及侧壁ISO边缘位置的反射，进而提高整颗芯粒的反射面积；同时，圆孔内填充满反射金属Ag 或Al，可以进一步减少键合时圆孔区域产生的空洞，提高键合质量，进而提高器件电性能。
本发明的大功率LED芯片为垂直反转LED芯片，通过在外延层中开设圆孔，使N电极与外延层中的N型氮化镓层电性连接，并在圆孔内壁覆盖键合层和第二反射层，然后再与Si衬底层键合，一方面可以减少键合时造成的圆孔空洞，提高大功率LED器件的光电可靠性，另一方面，提高器件的出光效率，相比于圆孔内未覆盖反射层的LED器件，本发明可以提高3％的光效。进一步地，在大功率LED器件ISO边缘处开设矩形凹槽阵列，并在凹槽阵列内覆盖第二反射层，可以减少阻挡层金属对光的吸收，并通过第二反射层增加反射效果，同时，设置均匀开孔有利于电流的均匀导通，进一步提高器件的光效及器件电性能。再进一步地，圆孔内填充满反射金属Ag或Al，可以进一步减少键合时圆孔区域产生的空洞，提高键合质量，进而提高器件电性能。另外，通过控制圆孔的直径和圆形空白直径，可以减少器件内部短路问题，提高器件的光电特性。
在键合前，圆孔内覆盖接触层及第二反射层后，圆孔内金属含量增多，键合时凹坑情况改善，空洞相对减少；而圆孔底面覆盖接触层，可提升器件的光电可靠性。由于圆孔底面N氮化镓层与第二反射层Ag/Al的接触属于非欧姆接触，接触电阻率很高，Ag/Al和N 氮化镓层直接接触会产生非常高的电压，不利于器件的光电可靠性提升，通过在第二反射层与N型氮化镓层中间设置接触层，形成欧姆接触，欧姆接触既不产生明显的附加阻抗，也不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变，有利于提高器件整体的光电可靠性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明技术方案上的等效变换均属于本发明保护范围之内。
Claims (9)
1.一种大功率LED芯片，所述大功率LED芯片为反转垂直结构，其特征在于，包括外延层、ITO层、第一反射层、阻挡层、钝化层、接触层和第二反射层，所述外延层由上至下依次由N型氮化镓层、有源层和P型氮化镓层堆叠构成，所述第一反射层覆盖所述P型氮化镓层表面的所述ITO层，所述第一反射层表面依次设有所述阻挡层和所述钝化层，所述外延层具有开口设置于所述P型氮化镓层、底部位于所述有源层和所述N型氮化镓层之间的圆孔，所述圆孔内侧壁依次覆盖所述钝化层、接触层和第二反射层，所述圆孔底部依次覆盖所述接触层和所述第二反射层。
2.如权利要求2所述的一种大功率LED芯片，其特征在于，所述接触层为ZnO、ITO、Ti或Cr。
3.如权利要求1所述的一种大功率LED芯片，其特征在于，所述阻挡层四周边缘设有均匀分布的矩形凹槽阵列。
4.如权利要求3所述的一种大功率LED芯片，其特征在于，所述矩形凹槽阵列依次覆盖有所述钝化层和所述第二反射层。
5.如权利要求1所述的一种大功率LED芯片，其特征在于，所述圆孔内填充满Ag、Al、Cr、Ni、Ti、TiW、Pt、Sn或者Au中的一种或几种。
6.一种大功率LED芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
制作圆孔：提供生长衬底，所述生长衬底材料为蓝宝石、GaN、硅或碳化硅，在所述生长衬底上依次形成缓冲层和外延层，所述外延层包括依次形成的N型氮化镓层、有源层、P型氮化镓层；使用电感耦合等离子体刻蚀对P型氮化镓层和有源层进行刻蚀，以得到圆孔，圆孔底部暴露出N型氮化镓层；
制作P型欧姆接触：利用磁控溅射或反应等离子沉积工艺，在P型氮化镓层下表面沉积ITO层，在所述ITO层对应所述圆孔区域预留圆形空白，所述圆形空白的圆心与所述圆孔横截面圆心重合，所述圆形空白直径大于所述圆孔的直径；
制作第一反射层：在ITO层表面沉积第一反射层，所述第一反射层刚好覆盖所述ITO层；
沉积其他层：在所述第一反射层表面沉积阻挡层，所述阻挡层包裹所述第一反射层和所述ITO层，采用增强型等离子体沉积，并通过覆盖光刻胶、光刻的方式，在阻挡层表面、圆孔侧壁覆盖钝化层；
制作第二反射层：在所述钝化层表面及圆孔底面依次蒸镀接触层和第二反射层；
制作键合层：在Si衬底层表面、所述第二反射层和所述钝化层表面蒸镀厚度为1～3μm金属薄膜，在压力5000～8000mbar，温度250～280℃条件下，使Si衬底层表面和第二反射层、钝化层表面的金属薄膜键合，得到键合层；
衬底剥离，形成独立芯粒：采用紫外脉冲激光剥离衬底，通过等离子蚀刻，去除缓冲层，使用腐蚀液腐蚀粗化N-GaN表面，采用电感耦合等离子体刻蚀进行ISO刻蚀，形成独立的芯粒；
制作电极：采用增强型等离子体沉积方式，在N型氮化镓表面及有源层、P型氮化镓侧表面沉积SiO2保护层，光刻、腐蚀、真空蒸镀得到N-Pad和P-Pad，即得到大功率LED芯片。
7.如权利要求6所述的制作方法，其特征在于，制作第二反射层步骤还包括在所述阻挡层边缘四周制作均匀分布的矩形凹槽阵列，在所述矩形凹槽阵列表面依次覆盖所述钝化层和所述第二反射层。
8.如权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述圆孔直径为25～30μm，所述圆形空白直径为35～40μm。
9.如权利要求6所述的制作方法，其特征在于，使用蒸镀或溅射的方式往所述圆孔内填充满Ag、Al、Cr、Ni、Ti、TiW、Pt、Sn或者Au中的一种或几种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| GR01 | Patent grant | ||
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Denomination of invention: A high power LED chip and its fabrication method Effective date of registration: 20220620 Granted publication date: 20210330 Pledgee: Guanggu Branch of Wuhan Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: HUAYINXIN (WUHAN) TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2022420000170 |
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Date of cancellation: 20230621 Granted publication date: 20210330 Pledgee: Guanggu Branch of Wuhan Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: HUAYINXIN (WUHAN) TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2022420000170 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A high-power LED chip and its manufacturing method Effective date of registration: 20231026 Granted publication date: 20210330 Pledgee: Guanggu Branch of Wuhan Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: HUAYINXIN (WUHAN) TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2023980062852 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Granted publication date: 20210330 Pledgee: Guanggu Branch of Wuhan Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: HUAYINXIN (WUHAN) TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2023980062852 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Denomination of invention: A high-power LED chip and its manufacturing method Granted publication date: 20210330 Pledgee: Guanggu Branch of Wuhan Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: HUAYINXIN (WUHAN) TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2024980040966 |
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