CN214428644U - 台阶处双层保护的led芯片结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种台阶处双层保护的LED芯片结构，在芯片衬底上生长LED芯片外延结构，至少包括依次生长的N‑GaN层、多量子阱层和P‑GaN层，通过刻蚀技术将暴漏区域的N‑GaN层刻蚀出来，形成N‑GaN台阶，在LED芯片外延结构上制作电流阻挡层，电流阻挡层图形对应位于在N、P焊盘电极对应的预留位置上，同时在N‑GaN台阶的侧壁上保留电流阻挡层图形，在此基础上设置透明导电层，然后在芯片结构的表面沉积SiO₂绝缘层，再蚀刻出N、P焊盘电极，在N‑GaN台阶的侧壁上形成电流阻挡层和SiO₂绝缘层构成的双层结构。本实用新型在N‑GaN台阶的侧壁上形成双层保护结构，起到增强保护的效果。

Description

台阶处双层保护的LED芯片结构

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，尤其是一种台阶处双层保护的LED芯片结构。

背景技术

发光二极管（LED）是一种将电能转化为光能的固体发光器件，其中GaN基的LED芯片得到了长足的发展和应用。发光二极管的发光效率主要有两方面因素：器件的内量子效率和外量子效率。由于菲涅尔损失、全反射损失和材料吸收损失的存在，使LED芯片的光提取效率降低。光提取效率是指出射到空气中的光子占电子-空穴对通过辐射复合在芯片有源区产生光子的比例，其主要与LED的几何结构和材料光学特性有关。在芯片生长完成外延结构后，通过ICP刻蚀技术将暴漏区域的N-GaN层刻蚀出来，形成N-GaN台阶。所述N-GaN台阶的形成是由于ICP刻蚀引起的，所形成的台阶侧壁是ICP刻蚀后与芯片表面之间的落差形成的侧面或斜坡。在芯片结构的表面利用PECVD技术沉积SiO₂绝缘层（PV），LED芯片结构中的绝缘层比较薄，可以减少对光的吸收，提升光的提取效率。在N-GaN台阶侧壁上的绝缘层由于阴影效应通常厚度为表面的30%～80%。这样会导致金属碎屑更容易透过台阶侧壁绝缘层与台阶处连接发生漏电，或者电极的焊球偏位时容易压碎绝缘层发生漏电。

实用新型内容

本申请人针对现有技术中存在的N-GaN台阶侧壁上的绝缘层容易引发漏电等缺陷，提供一种台阶处双层保护的LED芯片结构，能够在N-GaN台阶的侧壁上形成电流阻挡层和SiO₂绝缘层构成的双层保护结构，起到增强保护的效果，以克服现有技术中的问题。

本实用新型所采用的技术方案如下：

一种台阶处双层保护的LED芯片结构，在芯片衬底上生长LED芯片外延结构，至少包括依次生长的N-GaN层、多量子阱层和P-GaN层，通过刻蚀技术将暴漏区域的N-GaN层刻蚀出来，形成N-GaN台阶，在LED芯片外延结构上制作电流阻挡层，电流阻挡层图形对应位于在N、P焊盘电极对应的预留位置上，同时在N-GaN台阶的侧壁上保留电流阻挡层图形，在此基础上设置透明导电层，然后在芯片结构的表面沉积SiO₂绝缘层，再蚀刻出N、P焊盘电极，在N-GaN台阶的侧壁上形成电流阻挡层和SiO₂绝缘层构成的双层结构。

作为上述技术方案的进一步改进：

电流阻挡层为利用PECVD技术在芯片结构上沉积的SiO₂层。

利用湿法蚀刻制作电流阻挡层图形。

透明导电层为利用电子束蒸发技术镀的ITO膜。

在N、P焊盘电极的侧面上形成反射金属层，反射金属层的反射率高于N、P焊盘电极。

N、P焊盘电极由Au制成，反射金属层采用Ti和Al两层，或Pt、Ti和Al三层，或Pt单层。

LED芯片外延结构包括依次生长的缓冲层、U-GaN层、N-GaN层、多量子阱层和P-GaN层。

通过电子束蒸发技术制作N、P焊盘电极。

芯片衬底为蓝宝石、硅片、碳化硅片或金属。

N、P焊盘电极为圆台状。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型通过刻蚀技术将暴漏区域的N-GaN层刻蚀出来，形成N-GaN台阶，在N-GaN台阶的侧壁上形成电流阻挡层和SiO₂绝缘层构成的双层保护结构，起到增强保护的效果，解决现有技术中SiO₂绝缘层比较薄，N-GaN台阶侧壁上的绝缘层会导致金属碎屑透过台阶侧壁绝缘层与台阶处连接发生漏电，或者电极的焊球偏位时容易压碎绝缘层发生漏电等现象，安全性更好，且工艺稳定可靠，未额外增加制程。在N、P焊盘电极的侧面保留反射金属层。反射金属层对LED发出的光具有反射效果，增强光的发光强度，提高LED的外量子效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中：1、芯片衬底；2、缓冲层；3、U-GaN层；4、N-GaN层；5、多量子阱层；6、P-GaN层；7、电流阻挡层；8、ITO膜；9、焊盘电极；10、SiO₂绝缘层。

具体实施方式

下面结合附图，说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，本实用新型所述的台阶处双层保护的LED芯片结构在芯片衬底1上生长LED芯片外延结构，芯片衬底1包括但不限于蓝宝石、硅片、碳化硅片或金属。例如利用MOCVD设备（MOCVD，Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀）在芯片衬底1上生长LED芯片外延结构，LED芯片外延结构是多层结构，根据实际需要而定，例如可以是依次生长的缓冲层2、U-GaN层3、N-GaN层4、多量子阱层5和P-GaN层6，也可以是依次生长的N-GaN层4、多量子阱层5和P-GaN层6，所述LED芯片外延结构覆盖在芯片衬底1的整面。MOCVD是在气相外延生长（VPE）的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。

在芯片生长完成外延结构后，通过ICP刻蚀技术（ICP，Inductively CoupledPlasma，感应耦合等离子体刻蚀）将暴漏区域的N-GaN层4刻蚀出来，形成N-GaN台阶。N-GaN台阶的侧壁是ICP刻蚀后与芯片表面之间的落差形成的侧面或斜坡，光子可以从该台阶侧壁出光，以增加光提取效率。在LED芯片外延结构上制作电流阻挡层7（CBL，CurrentBlocking Layer），即利用PECVD技术在芯片结构上沉积SiO₂层，利用正性掩膜技术制作光刻图形，用BOE溶液进行湿法腐蚀制作电流阻挡层7图形。电流阻挡层7图形对应位于在N、P焊盘电极9对应的预留位置上，同时在N-GaN台阶的侧壁上保留电流阻挡层7图形。利用电流阻挡层7减少芯片电极下方的电流积聚，减少电极对光的吸收，提高了出光率。

在此基础上制作透明导电层，即利用电子束蒸发技术镀ITO膜8（ITO，Indium TinOxide，氧化铟锡）。然后通过电子束蒸发技术制作N、P焊盘电极9，N、P焊盘电极9分别在透明导电层和N-GaN台阶上。N、P焊盘电极9优选为圆台状。

作为一种实施例，再利用PECVD技术在芯片结构的表面沉积SiO₂绝缘层10，再通过ICP蚀刻技术刻出N、P焊盘电极9。在N-GaN台阶的侧壁上形成电流阻挡层7和SiO₂绝缘层10构成的双层保护结构，起到增强保护的效果。

作为另一种实施例，先做出金（Au）成分的N、P焊盘电极9，然后继续镀金属，形成反射金属层，反射金属层采用钛（Ti）和铝（Al）两层，或铂（Pt）、钛（Ti）和铝（Al）三层，或铂（Pt）单层。反射金属层的反射率高于金（Au）成分的N、P焊盘电极9。然后再利用PECVD技术在芯片结构的表面沉积SiO₂绝缘层10，再通过ICP蚀刻技术刻出电极中间的焊球区域，在N、P焊盘电极9的侧面保留反射金属层。反射金属层对LED发出的光具有反射效果，增强光的发光强度，提高LED的外量子效率。在N-GaN台阶的侧壁上形成电流阻挡层7和SiO₂绝缘层10构成的双层保护结构，起到增强保护的效果。

参照图1，本实用新型所述台阶处双层保护的LED芯片结构的一种制作方法，包括以下步骤：

步骤S1：提供芯片衬底1包括但不限于蓝宝石、硅片、碳化硅片或金属，利用MOCVD设备在芯片衬底1上生长LED芯片外延结构，LED芯片外延结构是多层结构，根据实际需要而定，例如可以是依次生长的N-GaN层4、多量子阱层5和P-GaN层6，也可以是依次生长的缓冲层2、U-GaN层3、N-GaN层4、多量子阱层5和P-GaN层6，所述LED芯片外延结构覆盖在芯片衬底1的整面。

步骤S2：将生长完成的LED芯片外延结构清洗干净，利用正性光刻掩膜技术，制作掩膜图形，通过ICP刻蚀技术将暴漏区域的N-GaN层4刻蚀出来，形成N-GaN台阶。

步骤S3：在LED芯片外延结构上制作电流阻挡层7图形，电流阻挡层7图形对应位于在N、P焊盘电极9对应的预留位置上，同时在N-GaN台阶的侧壁上保留电流阻挡层7图形。

步骤S4：在LED芯片外延结构上制作透明导电层，利用电子束蒸发技术镀ITO膜8。

步骤S5：利用负性光刻掩膜技术制作焊盘电极图形，并通过电子束蒸发技术制作N、P焊盘电极9。

步骤S6：利用PECVD技术在芯片结构的表面沉积SiO₂绝缘层10，再通过ICP蚀刻技术刻出N、P焊盘电极9。在N-GaN台阶的侧壁上形成电流阻挡层7和SiO₂绝缘层10构成的双层结构，起到增强保护的效果。

本实用新型所述台阶处双层保护的LED芯片结构的另一种制作方法，包括以下步骤：

步骤S1：提供芯片衬底1包括但不限于蓝宝石、硅片、碳化硅片或金属，利用MOCVD设备在芯片衬底1上生长LED芯片外延结构，LED芯片外延结构是多层结构，根据实际需要而定，例如可以是依次生长的N-GaN层4、多量子阱层5和P-GaN层6，也可以是依次生长的缓冲层2、U-GaN层3、N-GaN层4、多量子阱层5和P-GaN层6，所述LED芯片外延结构覆盖在芯片衬底1的整面。

步骤S2：将生长完成的LED芯片外延结构清洗干净，利用正性光刻掩膜技术，制作掩膜图形，通过ICP刻蚀技术将暴漏区域的N-GaN层4刻蚀出来，形成N-GaN台阶。

步骤S3：在LED芯片外延结构上制作电流阻挡层7图形，电流阻挡层7图形对应位于在N、P焊盘电极9对应的预留位置上，同时在N-GaN台阶的侧壁上保留电流阻挡层7图形。

步骤S4：在LED芯片外延结构上制作透明导电层，利用电子束蒸发技术镀ITO膜8。

步骤S5：利用负性光刻掩膜技术制作焊盘电极图形，并通过电子束蒸发技术制作N、P焊盘电极9，具体包括：先做出金（Au）成分的N、P焊盘电极9，然后继续镀金属，形成反射金属层，反射金属层采用钛（Ti）和铝（Al）两层，或铂（Pt）、钛（Ti）和铝（Al）三层，或铂（Pt）单层。

步骤S6：利用PECVD技术在芯片结构的表面沉积SiO₂保护层，再通过ICP蚀刻技术刻出电极中间的焊球区域，在N、P焊盘电极9的侧面保留反射金属层。在N-GaN台阶的侧壁上形成电流阻挡层7和SiO₂绝缘层10构成的双层保护结构，起到增强保护的效果。

在本实用新型中，正性光刻掩膜技术是利用正性光刻胶制成掩膜图形的技术，凡是在能量束（光束、电子束、离子束等）的照射下，以降解反应为主的光刻胶称为正性光刻胶，简称正胶。负性光刻掩膜技术是利用负性光刻胶制成掩膜图形的技术，凡是在能量束（光束、电子束、离子束等）的照射下，以交联反应为主的光刻胶称为负性光刻胶，简称负胶。

以上描述是对本实用新型的解释，不是对实用新型的限定，在不违背本实用新型精神的情况下，本实用新型可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种台阶处双层保护的LED芯片结构，其特征在于：在芯片衬底（1）上生长LED芯片外延结构，至少包括依次生长的N-GaN层（4）、多量子阱层（5）和P-GaN层（6），通过刻蚀技术将暴漏区域的N-GaN层（4）刻蚀出来，形成N-GaN台阶，在LED芯片外延结构上制作电流阻挡层（7），电流阻挡层（7）图形对应位于在N、P焊盘电极（9）对应的预留位置上，同时在N-GaN台阶的侧壁上保留电流阻挡层（7）图形，在此基础上设置透明导电层，然后在芯片结构的表面沉积SiO₂绝缘层（10），再蚀刻出N、P焊盘电极（9），在N-GaN台阶的侧壁上形成电流阻挡层（7）和SiO₂绝缘层（10）构成的双层结构。

2.根据权利要求1所述的台阶处双层保护的LED芯片结构，其特征在于：电流阻挡层（7）为利用PECVD技术在芯片结构上沉积的SiO₂层。

3.根据权利要求1所述的台阶处双层保护的LED芯片结构，其特征在于：利用湿法蚀刻制作电流阻挡层（7）图形。

4.根据权利要求1所述的台阶处双层保护的LED芯片结构，其特征在于：透明导电层为利用电子束蒸发技术镀的ITO膜（8）。

5.根据权利要求1所述的台阶处双层保护的LED芯片结构，其特征在于：在N、P焊盘电极（9）的侧面上形成反射金属层，反射金属层的反射率高于N、P焊盘电极（9）。

6.根据权利要求5所述的台阶处双层保护的LED芯片结构，其特征在于：N、P焊盘电极（9）由Au制成，反射金属层采用Ti和Al两层，或Pt、Ti和Al三层，或Pt单层。

7.根据权利要求1所述的台阶处双层保护的LED芯片结构，其特征在于：LED芯片外延结构包括依次生长的缓冲层（2）、U-GaN层（3）、N-GaN层（4）、多量子阱层（5）和P-GaN层（6）。

8.根据权利要求1所述的台阶处双层保护的LED芯片结构，其特征在于：通过电子束蒸发技术制作N、P焊盘电极（9）。

9.根据权利要求1所述的台阶处双层保护的LED芯片结构，其特征在于：芯片衬底（1）为蓝宝石、硅片、碳化硅片或金属。

10.根据权利要求1所述的台阶处双层保护的LED芯片结构，其特征在于：N、P焊盘电极（9）为圆台状。

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