一種白光led芯片及制備方法
【專利摘要】一種白光LED芯片及制備方法，該芯片包含呈陣列分布的LED晶粒單元，第一個晶粒單元和最末一個晶粒單元上設(shè)置鍵合焊盤，相鄰晶粒單元填充有絕緣材料，相鄰晶粒單元之間進(jìn)行電極橋接，在除鍵合焊盤之外的整個LED芯片表面上涂覆有熒光膠。制備方法包括（1）在藍(lán)寶石襯底上依次生長GaN緩沖層和外延層；（2）刻蝕外延層至藍(lán)寶石襯底，實現(xiàn)LED晶粒單元呈陣列分布；（3）在每個晶粒單元上制備電極臺面；（4）相鄰晶粒單元之間電性隔斷；（5）相鄰的晶粒單元電性串接；（6）制作鍵合焊盤；（7）包覆鍵合焊盤之外部分的表面。該芯片發(fā)光效率至少提高5%以上，且降低了制作成本，增加折射出光，能夠直接制備獲得芯片級小電流高電壓LED白光。
【專利說明】—種白光LED芯片及制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種白光LED (Light Emitting D1de,發(fā)光二極管)芯片及制備方法，屬于光電子【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著LED應(yīng)用市場的快速發(fā)展，對亮度提升的要求不斷提高，為了不斷研發(fā)具有更高功率、更高光效的LED芯片，為了解決大電流的擁擠現(xiàn)象，業(yè)內(nèi)人士已逐漸轉(zhuǎn)向小電流高電壓LED芯片的研究。此種LED芯片表面一般呈陣列式分布排列多個獨立的LED微晶粒，即將晶片面積分割成多個單元之后串聯(lián)而成。其特色在于，晶片能夠依照不同輸入電壓的需求而決定其單元數(shù)量及大小。其獨有的小電流、多LED晶粒能夠更好的進(jìn)行電流擴(kuò)展，使得出射光具有更高的提取效率。在該LED芯片基礎(chǔ)上制備白光LED成為一種新思路，這種新型白光LED芯片的獲得亦為照明市場的發(fā)展開辟了一條新道路。
[0003]中國專利文獻(xiàn)CN103367610A公開的《一種高壓LED芯片及其制備方法》，所述芯片包括襯底，襯底之上依次形成的緩沖層、η型氮化物層、發(fā)光層和P型氮化物層，在所述P型氮化物層上刻蝕有多個凹槽，深度至η型氮化物層，凹槽底部的部分區(qū)域再刻蝕有溝槽以形成間隔排列的微晶，深度至襯底。溝槽及相鄰微晶的側(cè)壁上設(shè)有鈍化層，微晶的P型氮化物層上形成有電流擴(kuò)散層；鈍化層上覆蓋有連接凹槽底部與相鄰微晶電流擴(kuò)散層的導(dǎo)電層，電流擴(kuò)散層上及相鄰微晶之間覆蓋有熒光粉層。該方法中前后兩次分別制備電流擴(kuò)散層和導(dǎo)電層，以實現(xiàn)相鄰微晶之間的電性連接，增加了工藝步驟，同時熒光粉層在形成之前還要求在芯片表面增加一層增粘劑，熒光粉層形成之后再形成一層保護(hù)層，增加了芯片表面的涂覆物質(zhì)層數(shù)，引入了不必要的光出射損失。
[0004]CN103236474A公開的《任意切割式高壓LED器件的制作方法》，首先通過對半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)表面圖形化形成多個重復(fù)的發(fā)光芯片單元，蝕刻至襯底表面形成隔離槽，將每個發(fā)光芯片子單元隔離；然后在每個發(fā)光芯片子單元的側(cè)壁形成絕緣介質(zhì)層，再蒸鍍金屬，并圖形化形成P和η電極以及互連線，互連線將發(fā)光芯片子單元電互連；最后在發(fā)光芯片子單元之間形成劃片溝槽，沿著劃片溝槽將襯底和半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)分割成多個芯片單元，每個芯片單元包含不同數(shù)量的發(fā)光芯片子單元，芯片單元內(nèi)的發(fā)光芯片子單元之間通過互連線串聯(lián)。但是該方法中在隔離后的發(fā)光子單元側(cè)壁形成的絕緣介質(zhì)層，在絕緣介質(zhì)層上再蒸鍍金屬形成互連線，對未進(jìn)行絕緣介質(zhì)掩蓋的發(fā)光子單元側(cè)壁不能起到保護(hù)作用，蒸鍍金屬后很容易引起漏電短路等不利影響。
[0005]綜上所述，根據(jù)現(xiàn)有公開文獻(xiàn)，高壓芯片技術(shù)提高了 LED芯片的發(fā)光效率，但現(xiàn)有所謂的高壓白光LED是仍舊是采用高壓LED芯片加熒光粉封裝的方式獲得，或者在晶粒單元之間的隔離與電性連接上存在工藝步驟復(fù)雜等問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有白光LED采用高壓LED芯片加熒光粉封裝的方式存在的不足，本發(fā)明提供一種能夠有效提高發(fā)光效率、獲得小電流高電壓LED白光的白光LED芯片，同時提供一種上述芯片的制備方法。該芯片解決了封裝過程引入的出光不一致、熒光粉沉淀等問題。
[0007]本發(fā)明的白光LED芯片，采用以下技術(shù)方案:
[0008]該白光LED芯片，包含呈陣列分布的LED晶粒單元，相鄰晶粒單元之間設(shè)置隔離溝槽，第一個晶粒單元和最末一個晶粒單元上設(shè)置鍵合焊盤，相鄰晶粒單元的隔離溝槽內(nèi)填充有絕緣材料，相鄰晶粒單元之間進(jìn)行電極橋接，鍵合焊盤之外的部分涂覆有熒光膠。
[0009]所述絕緣材料是S12或SiNx (Si的氮化物，X為分?jǐn)?shù)或自然數(shù))。
[0010]所述電極橋接是在一個晶粒單元的P電極臺面與該晶粒單元相鄰的晶粒單元上的N電極臺面之間覆蓋一層透明導(dǎo)電氧化物(TCO, Transparent Conducting Oxide,如T12, ZnO, ITO、SnO2中的一種或多種)，以實現(xiàn)相鄰晶粒單元電性串接。
[0011]上述白光LED芯片的制備方法，包括如下步驟:
[0012](I)在藍(lán)寶石襯底上依次生長GaN緩沖層和外延層，外延層從下到上依次包括n-GaN層、多量子阱發(fā)光層和ρ-GaN層；
[0013](2)刻蝕外延層至藍(lán)寶石襯底，使外延層上形成深至藍(lán)寶石襯底的縱橫交錯的隔離溝槽，實現(xiàn)LED晶粒單元呈陣列分布；隔離溝槽在緩沖層和n-GaN層的寬度小于在多量子阱發(fā)光層和P-GaN層的寬度，在n-GaN層上形成一個用于制備N電極臺面的平臺；
[0014](3)在每個晶粒單元上制備P電極臺面和N電極臺面，P電極臺面制備在P-GaN層上，N電極臺面制備在n-GaN層上；
[0015](4)在隔離溝槽內(nèi)除了 N電極臺面以外的部分以及每個晶粒單元的P-GaN層上除了 P電極臺面以外的部分淀積一層透明不導(dǎo)電材料，將相鄰晶粒單元之間電性隔斷；
[0016]透明不導(dǎo)電材料為S12或SiNx(Si的氮化物，X為分?jǐn)?shù)或自然數(shù))；透明不導(dǎo)電材料的厚度為1200-1500埃。
[0017](5)在第一個晶粒單元的P電極臺面上以及相鄰晶粒單元的N電極臺面和P電極臺面之間制備一層透明導(dǎo)電材料，將相鄰的晶粒單元進(jìn)行電性串接；
[0018]透明導(dǎo)電材料的厚度為2200-3000埃。
[0019](6)在第一個晶粒單元的P電極臺面上和最末一個晶粒單元的N電極臺面上分別蒸鍍一層厚度1-2 μ m的金屬材料，用作芯片封裝焊線的鍵合焊盤；
[0020]金屬材料為厚度1-2 μ m的Au或Al。
[0021](7)在除了第一個晶粒單元和最末一個晶粒單元上的鍵合焊盤之外的整個芯片上表面涂覆熒光膠，包覆鍵合焊盤之外部分的表面，一方面起到鈍化層保護(hù)不受外界污染造成漏電不良，另一方面能夠直接制備獲得芯片級白光LED。
[0022]本發(fā)明通過將呈陣列分布的LED晶粒單元之間，填充透明不導(dǎo)電材料，用于將晶粒單元進(jìn)行隔離，然后再通過使用TCO材料進(jìn)行串接，有效增大芯片表面發(fā)光面積，最后在芯片表面涂覆熒光膠，包覆芯片除鍵合焊盤之外部分。相比采用金屬不透明導(dǎo)電材料連接晶粒單元的方式，本發(fā)明采用透明導(dǎo)電材料做電極橋接的方式，能夠使芯片發(fā)光效率至少提高5%以上，且降低了制作成本；另外本發(fā)明淀積的一層透明不導(dǎo)電材料，覆蓋相鄰兩晶粒單元間所有側(cè)壁，只裸露前一晶粒單元N型GaN層表面上一定范圍，用于覆蓋透明導(dǎo)電材料將相鄰晶粒單元電性連接，能更好對晶粒單元進(jìn)行側(cè)壁保護(hù)，防止漏電；最后芯片表面直接涂覆熒光膠，一方面起到鈍化層保護(hù)不受外界污染造成漏電不良之作用，同時減少一層鈍化層掩膜增加折射出光，重要的是能夠直接制備獲得芯片級小電流高電壓LED白光。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明中制備電極臺面后的芯片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明中淀積一層透明不導(dǎo)電材料后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3為本發(fā)明中覆蓋一層TCO材料后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖4為本發(fā)明中蒸鍍金屬材料Au或Al后鍵合鍵盤的示意圖。
[0027]圖5為本發(fā)明中在表面涂覆滅光I父后的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0028]圖中，1、藍(lán)寶石襯底，2、緩沖層，3、n-GaN層，4、多量子阱發(fā)光層，5、p-GaN層，6、透明不導(dǎo)電材料，7、透明導(dǎo)電材料,8、金屬電極,9、突光膠。

【具體實施方式】
[0029]本發(fā)明的白光LED芯片，包含呈陣列分布的LED晶粒單元，相鄰晶粒單元之間設(shè)置隔離溝槽，第一個晶粒單元和最末一個晶粒單元上設(shè)置鍵合焊盤，相鄰晶粒單元的隔離溝槽內(nèi)填充有絕緣材料，相鄰晶粒單元之間進(jìn)行電極橋接，鍵合焊盤之外的部分涂覆有熒光膠。
[0030]上述白光LED芯片，晶粒單元之間通過刻蝕外延層至襯底形成具有一定深度的隔離溝槽，隔離溝槽內(nèi)先填充一定厚度的S12或SiNx (Si的氮化物，X為分?jǐn)?shù)或自然數(shù))透明不導(dǎo)電材料，用于將晶粒單元進(jìn)行電性隔離，然后在相鄰晶粒單元之間進(jìn)行N電極和P電極橋接；所述電極橋接的方式是通過生長一層TCO(Transparent Conducting Oxide,透明導(dǎo)電氧化物)材料，覆蓋晶粒單元之間的溝槽及相鄰晶粒單元鄰近的N電極臺面和P電極臺面上，實現(xiàn)相鄰晶粒單兀串接；接著在芯片之P、N鍵合焊盤上蒸鍛金屬電極；最后在晶粒單元和隔離溝槽內(nèi)涂覆熒光膠，包覆芯片除鍵合焊盤之外部分，獲得一種新型白光LED芯片。
[0031]上述白光LED芯片的具體制備方法，包括如下步驟:
[0032](I)在藍(lán)寶石襯底I上依次生長GaN緩沖層2和外延層，外延層從下到上依次包括n-GaN層3、多量子阱發(fā)光層4和ρ-GaN層5。
[0033](2)刻蝕(干法刻蝕或是濕法刻蝕)外延層，深至藍(lán)寶石襯底I的上表面，形成隔離溝槽，分割成單個LED晶粒單元，使所有LED晶粒單元按所需陣列分布(可參見圖1)。隔離溝槽在n-GaN層3以上位置(多量子阱發(fā)光層4和p-GaN層5)加寬，使隔離溝槽在緩沖層2和n-GaN層3的寬度小于在多量子阱發(fā)光層4和p-GaN層5的寬度，這樣在n_GaN層上形成一個用于制備N電極臺面的平臺。
[0034](3)在每個晶粒單元上制備P電極臺面和N電極臺面，P電極臺面制備在ρ-GaN層5上，N電極臺面制備在n-GaN層3上。
[0035]經(jīng)過步驟⑵和步驟(3)之后，芯片側(cè)面結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0036](4)如圖2所示，進(jìn)行絕緣填充，通過蒸鍍或化學(xué)沉積的方式在隔離溝槽內(nèi)除了每個晶粒單元的N電極臺面以外的部分(包括底面和側(cè)面)以及每個晶粒單元的P-GaN層5上除了 P電極臺面以外的部分淀積一層厚度為1200-1500埃的S12或SiNx透明不導(dǎo)電材料6，將相鄰晶粒單元之間電性隔斷。每個晶粒單元上的P電極臺面和N電極臺面上(圖2中所指透明不導(dǎo)電材料6中的斷開處)上沒有透明不導(dǎo)電材料，以向下導(dǎo)電。通過曝光腐蝕的方式將每個晶粒單元的P、N電極臺面預(yù)留。
[0037](5)如圖3所示，進(jìn)行N電極和P電極橋接。具體是在第一個晶粒單元(以圖2中最左側(cè)的晶粒單元作為第一個晶粒單元)的P電極臺面上以及相鄰晶粒單元的N電極臺面和P電極臺面之間(一個晶粒單元的N電極臺面與另一個其相鄰的晶粒單元的P電極臺面之間)通過濺射或電子束蒸發(fā)的方式制備一層透明導(dǎo)電材料7，將相鄰的晶粒單元進(jìn)行電性串接，而第一個晶粒單元的P電極臺面和最末一個晶粒單元的N電極臺面沒有與其它電極串接。透明導(dǎo)電材料(TC0材料)7的厚度為2200-3000埃，可以是Ti02、ZnO、ITO、SnO2中的一種或多種。
[0038](6)如圖4所示，在第一個晶粒單元的P電極臺面上的P型鍵合區(qū)(P電極臺面上的一定區(qū)域范圍為P型鍵合區(qū)，該區(qū)域用于以后的電極蒸鍍、及以后應(yīng)用的封裝焊線)和最末晶粒單元的N型鍵合區(qū)(該晶粒單元整個N電極臺面即N型鍵合區(qū))上分別蒸鍍(電子束蒸發(fā))一層厚度l_2ym的金屬材料Au或Al，用作芯片封裝焊線的鍵合焊盤8(最末晶粒單元的鍵合焊盤未畫出)。
[0039](7)如圖5所示，在除了第一個晶粒單元和最末晶粒單元上的鍵合焊盤之外的整個芯片上表面直接涂覆熒光膠，包覆除鍵合焊盤之外部分的表面，一方面起到鈍化層保護(hù)不受外界污染造成漏電不良，另一方面能夠直接制備獲得芯片級白光LED。
【權(quán)利要求】
1.一種白光LED芯片，其特征是，包含呈陣列分布的LED晶粒單元，相鄰晶粒單元之間設(shè)置隔離溝槽，第一個晶粒單元和最末一個晶粒單元上設(shè)置鍵合焊盤，相鄰晶粒單元的隔離溝槽內(nèi)填充有絕緣材料，相鄰晶粒單元之間進(jìn)行電極橋接，鍵合焊盤之外的部分涂覆有熒光膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的白光LED芯片，其特征是，所述絕緣材料是S12或SiNx，x為分?jǐn)?shù)或自然數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的白光LED芯片，其特征是，所述電極橋接是在一個晶粒單元的P電極臺面與該晶粒單元相鄰的晶粒單元上的N電極臺面之間覆蓋一層透明導(dǎo)電氧化物，以實現(xiàn)相鄰晶粒單元電性串接。
4.一種權(quán)利要求1所述白光LED芯片的制備方法，其特征是，包括如下步驟: (1)在藍(lán)寶石襯底上依次生長GaN緩沖層和外延層，外延層從下到上依次包括n-GaN層、多量子阱發(fā)光層和P-GaN層； (2)刻蝕外延層至藍(lán)寶石襯底，使外延層上形成深至藍(lán)寶石襯底的縱橫交錯的隔離溝槽，實現(xiàn)LED晶粒單元呈陣列分布；隔離溝槽在緩沖層和n-GaN層的寬度小于在多量子阱發(fā)光層和P-GaN層的覽度，在n_GaN層上形成Iv用于制備N電極臺面的平臺； (3)在每個晶粒單元上制備P電極臺面和N電極臺面，P電極臺面制備在P-GaN層上，N電極臺面制備在n-GaN層上； (4)在隔離溝槽內(nèi)除了N電極臺面以外的部分以及每個晶粒單元的P-GaN層上除了 P電極臺面以外的部分淀積一層透明不導(dǎo)電材料，將相鄰晶粒單元之間電性隔斷； (5)在第一個晶粒單元的P電極臺面上以及相鄰晶粒單元的N電極臺面和P電極臺面之間制備一層透明導(dǎo)電材料，將相鄰的晶粒單元進(jìn)行電性串接； (6)在第一個晶粒單元的P電極臺面上和最末一個晶粒單元的N電極臺面上分別蒸鍍一層厚度1-2 μ m的金屬材料，用作芯片封裝焊線的鍵合焊盤； (7)在除了第一個晶粒單元和最末一個晶粒單元上的鍵合焊盤之外的整個芯片上表面涂覆熒光膠，包覆鍵合焊盤之外部分的表面，一方面起到鈍化層保護(hù)不受外界污染造成漏電不良，另一方面能夠直接制備獲得芯片級白光LED。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述白光LED芯片的制備方法，其特征是，所述步驟(4)中透明不導(dǎo)電材料的厚度為1200-1500埃。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述白光LED芯片的制備方法，其特征是，所述步驟(5)中透明導(dǎo)電材料的厚度為2200-3000埃。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述白光LED芯片的制備方法，其特征是，所述步驟(6)中金屬材料為厚度1-2μπι的Au或Al。
【文檔編號】H01L33/50GK104241508SQ201410488055
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】于峰, 彭璐, 夏偉, 徐現(xiàn)剛 申請人:山東浪潮華光光電子股份有限公司