專利名稱：倒裝陣列l(wèi)ed芯片的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種倒裝陣列LED芯片，尤其涉及一種包括多量子阱有源區(qū)的 GaN基可控倒裝陣列藍光LED芯片結(jié)構。
背景技術：
白光LED具有亮度高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，已經(jīng)成為最有潛力的照明光源之一。白光 LED的能耗僅為白熾燈的1/8，熒光燈的1/2，其壽命可長達10萬小時。這對普通家庭明來說可謂“一勞永逸”，同時還可實現(xiàn)無汞化，回收容易等優(yōu)點，對環(huán)境保護和節(jié)約能源具有重
要意義。目前制備大功率白光LED的方法主要是在藍色或近紫外LED芯片上涂覆黃色熒光粉，通過混色得到白光。這種通過藍光LED的得到白光的方法，構造簡單、成本低廉、技術成熟度高，因此運用廣泛。大多數(shù)5W以上的大功率白光LED是由大功率的藍光LED芯片制成的。所以制造大功率藍光LED芯片是制作大功率白光LED的基礎。目前，調(diào)節(jié)發(fā)光亮度的LED主要是通過以下幾種方式第一、單個LED芯片主要是控通過LED芯片的電流來調(diào)節(jié)發(fā)光亮度；第二、多個LED芯片的組合通過控制多個LED芯片的開關來調(diào)節(jié)發(fā)光亮度。但是由于每個LED芯片可能不是同一批次生產(chǎn)的電學性能和光學性能會有不同，通過以上的控制方法連接設計和電源驅(qū)動，組合芯片發(fā)光的協(xié)調(diào)性、一致性較差。目前單色顯示屏在戶外廣告和小型移動數(shù)碼設備上都有應用，所以發(fā)展LED單色顯示屏也有很廣的應用前景。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決的技術問題是，提供一種倒裝陣列LED芯片，該芯片能有效調(diào)節(jié)大功率藍光LED倒裝芯片的發(fā)光亮度，還可作為單色顯示屏使用，通過控制行列的掃描達到顯示字符的目的，以克服現(xiàn)有技術存在的LED芯片發(fā)光亮度調(diào)節(jié)困難等不足。本實用新型的倒裝陣列LED芯片結(jié)構為陣列LED芯片由多個陣列單元構成陣列， 其中所有的陣列單元每一行的P電極層連接到一起，每一列的η電極層連接到一起，這樣可以單獨控制每個陣列單元發(fā)光；所述陣列單元是藍寶石襯底上方依次覆蓋η型緩沖層、η型半導體層、有源層、P型半導體層、透明電極層、P電極層；每一列陣列單元的η電極層連接在一起；并且全部η電極層和ρ電極層由絕緣層包覆；在絕緣層包覆的ρ電極層窗口上方的ρ 電極連接金屬層使每一行的P電極連接到一起。藍寶石襯底的出光面為粗糙化表面，以提高出光率；在P電極連接金屬層表面還有鈍化層。芯片的P電極層采用光反射率較高的銀或鋁等金屬來增加光反射，并且完全覆蓋每一個陣列單元的透明電極層。其中，LED芯片出光面為藍寶石襯底，采用藍寶石(Al2O3)；并對出光面進行有組織的表面粗糙化處理形成粗糙化表面，以減少出光表面對光的反射，提高出光率，改善LED的發(fā)光效率。[0009]所述的η型半導體層和ρ型半導體層是由GaN、或GaAs、或AlGaN半導體材料構成； 其中η型半導體層摻入的雜質(zhì)是Si等材料，ρ型半導體層摻入的雜質(zhì)是Mg等材料；有源層采用多層的InGaN層和GaN層，形成多量子阱層。本實用新型的LED芯片由彼此相互獨立的陣列單元構成陣列。但是每一列陣列單元η電極層是連接在一起的；η電極層的材料材料包括Cu/Ti/Al/Ni/Au金屬，采用其中的兩種及以上的金屬組合；P電極層采用對可見光反射率很高的金屬Ag或Al，并且完全覆蓋每一個陣列單元的透明電極層；在絕緣層包覆的P電極層窗口上方的P電極連接金屬層使每一行的P電極連接到一起；P電極連接金屬層的材料包括Cu/Ti/Al/Ni/Au金屬，采用其中的兩種及以上的金屬組合。絕緣層和鈍化層是由SiOx、SiNx或SiOxNy等絕緣材料構成；透明電極層采用金屬薄膜Ni/Au或氧化銦錫(ITO)制作。本實用新型與傳統(tǒng)LED芯片相比，既可以增大發(fā)光面積，又能夠通過控制芯片的陣列的行和列的通電與否控制陣列單元的發(fā)光，從而可以控制芯片的功率，達到控制芯片發(fā)光亮度的目的；也可以通過外部的驅(qū)動掃描電路控制芯片行和列通電與否，用來顯示字符。調(diào)整有源層結(jié)構(如多個材料的量子阱形成復合量子阱)及材料組分(調(diào)整摻雜濃度改變發(fā)光波長)可以發(fā)多種顏色光，本實用新型也涵蓋了這一 LED芯片范疇。

圖1為藍寶石Al2O3 (0001)面襯底上外延生長n-GaN層、Ii+-GaN層、有源層、p-GaN 層、透明電極和Ag/Al金屬電極后的截面的圖；圖2 η區(qū)電極光刻和刻蝕后得到的平面圖；圖3為圖2的A-A截面圖；圖4為η區(qū)電極刻蝕后得到的平面圖；圖5為圖4的A-A截面圖圖6為SiOx或SiNx絕緣層刻蝕后的平面圖形；圖7為圖6的A-A截面圖；圖8為ρ電極區(qū)上方沉積、光刻和刻蝕后ρ電極連接金屬線的平面圖；圖9為圖8的A-A截面圖；圖10 SiOx或SiNx鈍化層刻蝕后的平面圖形圖11為對藍寶石出光面進行有組織的粗糙化處理后的得到的截面圖形。附圖標記1一藍寶石襯底的粗糙化表面；2—藍寶石襯底；3—η型緩沖層，即n-GaN緩沖層；4— (SiOx 或 SiNx)絕緣層；5—η 電極層；6—η半導體層，即Ii+-GaN層；[0033]7—有源層；8—ρ半導體層，即P-GaN層；9 一透明電極層；10—ρ 電極層；11—ρ電極連接金屬層；12 —(SiOx 或 SiNx)鈍化層。
具體實施方式
本實用新型的實施例在此，以“從藍寶石表面發(fā)光的GaN基可控功率藍光倒裝陣列式LED芯片”為例來說明本實用新型的芯片結(jié)構及其制造方法。本實用新型的芯片結(jié)構為陣列LED芯片是由多個陣列單元構成陣列，其中所有的陣列單元每一行的P電極層10連接到一起，每一列的η電極層5連接到一起，這樣可以單獨控制每個陣列單元發(fā)光；所述陣列單元是藍寶石襯底2上方依次覆蓋η型緩沖層3、η型半導體層6、有源層7、ρ型半導體層8、透明電極層9、ρ電極層10 ；每一列陣列單元的η電極層5連接在一起；并且全部η電極層5和ρ電極層10由絕緣層4包覆；在絕緣層4包覆的P電極層10窗口上方的ρ電極連接金屬層11使每一行的ρ電極層10連接到一起。藍寶石襯底2的出光面為粗糙化表面1，以提高出光率；在ρ電極連接金屬層11表面還有鈍化層12。芯片的ρ電極層采用光反射率較高的銀或鋁等金屬來增加光反射。本實用新型中鎵源為TMGa (三甲基鎵)，氮源為NH3 (氨)，銦源為TMh (三甲基銦)， 硅源為SiH4 (硅烷)，鎂源為Cp2Mg (二茂鎂)。以下是該實施例可控功率藍光倒裝陣列式LED芯片結(jié)構的詳細制造方法，其流程如圖1所示意，它包括以下步驟步驟一、在藍寶石襯底2上采用MOCVD方法先生長低摻雜Si的η型GaN緩沖層3， 再生長高摻雜Si的η型GaN半導體層6 ；即用TMGa (三甲基鎵)、ΝΗ3 (氨)和硅源SiH4 (硅烷)在570°C下生長2 μ m厚的低摻雜Si的n-GaN緩沖層3 ；再生長20nm的高摻雜Si的η 型GaN半導體層6 ；如圖2所示意。步驟二、采用MOCVD方法生長有源層7。交替生長多個周期的InGaN層和GaN層，形成多量子講一MQW層。具體過程為第一，通入銦源TMIn (三甲基銦)生長3nm厚的InGaN; 第二，去掉銦源，通入硅烷(SiH4)生長20nm厚的n-GaN ；第三，重復過程第一、第二多次，就生長出InGaN/GaN多量子阱；如圖2所示意步驟三、在MQW有源層7頂部，采用MOCVD方法生長ρ型半導體層8，即通入TMGa (三甲基鎵)、NH3 (氨)和Cp2Mg (二茂鎂)，生長IOOnm厚的ρ型半導體層8 ；步驟四、經(jīng)過清洗之后用磁控濺射的方法在ρ型半導體層8上沉積一層ITO透明導電薄膜作為透明電極層9，在透明電極層上濺鍍沉積Ag或Al金屬形成ρ電極層10 ；透明電極層9的厚度為500nm，ρ電極層10的厚度為120nm ；步驟五、在步驟四的基礎上涂光刻膠，掩膜，光刻，進行刻蝕，露出η型緩沖層和芯片的隔離槽，為η電極層5的沉積做準備；如圖3、圖4所示；步驟六、用磁控濺射沉積Cu/Au (銅/金)，沉積金屬的厚度為120nm ；形成η電極層5，并進行光刻和刻蝕，形成每一行都連接到一起的η電極層5 ；如圖5和圖6所示。[0049]步驟七、采用PECVD (等離子增強化學汽相沉積)生長SW2絕緣層4，并進行光刻和刻蝕，露出P電極層10窗口，為進一步沉積P電極層10窗口上方的P電極連接金屬層做準備；同時在芯片邊沿露出η電極pad，以供外電路連接；如圖7、圖8所示。步驟八、在ρ電極層10上用磁控濺射沉積Cu/Au (銅/金)等金屬組成的ρ電極的連接金屬電極層11，該層厚90-150 μ m,并進行光刻和刻蝕，形成每一列陣列單元都連接在一起的P電極連接金屬和η電極外接pad ；以供外電路連接；如圖9、圖10所示步驟九、除去光刻膠，采用PECVD生長SiOx或SiNx鈍化層，即形成80nm厚的SW2 鈍化層12 ；并進行光刻和刻蝕，露出ρ電極pad和η電極pad，以供外電路連接；步驟十、用化學機械拋光(CMP)設備將藍寶石襯底2減薄，即將藍寶石襯底由 350 μ m 450 μ m減薄至90 μ m 150 μ m,并用光刻加離子刻蝕的方法對藍寶石的出光面進行有組織的粗糙化處理，形成粗糙化表面1。按照上述步驟和工藝制造的LED芯片，得到較好質(zhì)量的倒裝陣列式LED芯片。
權利要求1.一種倒裝陣列LED芯片，其特征在于陣列LED芯片由多個陣列單元構成陣列，其中所有的陣列單元每一行的P電極層(10)連接，每一列的η電極層(5)連接；所述每個陣列單元的結(jié)構是藍寶石襯底(2)上方依次覆蓋η型緩沖層(3)、η型半導體層(6)、有源層(7)、 P型半導體層(8)、透明電極層(9)、ρ電極層(10);所有的η電極層(5)和ρ電極層(10)由絕緣層(4)包覆；其中每一行的ρ電極層(10)通過ρ電極層(10)窗口上方的ρ電極連接金屬層(11)連接；在P電極連接金屬層(11)表面還有鈍化層(12 )。
2.根據(jù)權利要求1所述的倒裝陣列LED芯片，其特征在于粗糙化表面(1)為藍寶石襯底(2)通過表面粗糙化處理形成的LED芯片出光面。
3.根據(jù)權利要求1所述的倒裝陣列LED芯片，其特征在于n型緩沖層(3)、n型半導體層(6)和ρ型半導體層(8 )由feiN、GaAs或AlGaN半導體材料構成。
4.根根據(jù)權利要求1所述的倒裝陣列LED芯片，其特征在于有源層(7)是單層的 InGaN,或者是多層的InGaN層和GaN層，形成多量子阱層。
5.根據(jù)權利要求1、2或3所述的倒裝陣列LED芯片，其特征在于LED芯片由彼此相互獨立的陣列單元構成陣列，每一列陣列單元的η電極層(5)連接。
6.根據(jù)權利要求1、2或3所述的倒裝陣列LED芯片，其特征在于ρ電極層(10)采用 Ag或Al，并且完全覆蓋每一個陣列單元的透明電極層(9)。
7.根據(jù)權利要求1所述的倒裝陣列LED芯片，其特征在于絕緣層(4)和鈍化層(9)由 SiOx, SiNx或SiOxNy絕緣材料構成。
8.根據(jù)權利要求1所述的倒裝陣列LED芯片，其特征在于透明電極層(9)采用金屬薄膜Ni/Au或氧化銦錫制作。
專利摘要本實用新型公開了一種倒裝陣列LED芯片。倒裝陣列LED芯片為陣列LED芯片由多個陣列單元構成陣列，其中所有的陣列單元每一行的p電極層(10)連接，每一列的n電極層(5)連接；所述陣列單元是藍寶石襯底(2)上方依次覆蓋n型緩沖層(3)、n型半導體層(6)、有源層(7)、p型半導體層(8)、透明電極層(9)、p電極層(10)；所有的n電極層(5)和p電極層(10)由絕緣層(4)包覆；其中每一行的p電極層(10)通過p電極層(10)窗口上方的p電極連接金屬層(11)連接；在p電極連接金屬層(11)表面還有鈍化層(12)。
文檔編號H01L27/15GK202332837SQ201120337670
公開日2012年7月11日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權日2011年9月9日
發(fā)明者張榮芬, 李緒誠, 楊利忠, 許鋮, 鄧朝勇 申請人:貴州大學