一種新型倒裝led芯片結構及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及LED芯片制造技術，尤其是涉及一種新型倒裝LED芯片結構及其制作方法。
【背景技術】
[0002]近年，世界各國如歐洲各國、美國、日本、韓國和中國等皆有LED照明相關項目推行，LED照明受到越來越多的重視，被稱為取代傳統照明的下一代光源。作為LED照明的核心，LED芯片的制造技術很大程度上決定了未來LED在照明領域的應用前景。倒裝LED芯片，由于比正裝芯片具有更大的優(yōu)點，日益受到更大的關注。
[0003]倒裝LED芯片是在傳統工藝的基礎上，將芯片的發(fā)光區(qū)和電極區(qū)不設計在同一個平面。傳統正裝結構的LED芯片，一般需要在p-GaN上鍍一層半透明的導電層使電流分布更均勻，而這一導電層會對LED發(fā)出的光產生部分吸收，而且P電極會遮擋住部分光，這就限制了 LED芯片的出光效率。而采用倒裝結構的LED芯片，不但可以同時避開P電極上導電層吸收光和電極墊遮光的問題，還可以通過在P-GaN表面設置低歐姆接觸的反光層來將往下的光線引導向上，這樣可同時降低驅動電壓及提高光強。同時倒裝芯片采用金屬和基板直接鍵合，熱傳導明顯優(yōu)于正裝芯片，降低了結溫，有效地改善了散熱問題。
[0004]倒裝LED芯片在制作完金屬反射層后，會再制作一層絕緣層，用于隔斷金屬反射層與后續(xù)的接觸金屬層之間的連接，避免芯片發(fā)生漏電，絕緣層一般采用Si02或SiN材料。這種絕緣層反光率很低，從側壁發(fā)出的光子會被絕緣層材料吸收或者直接穿過絕緣層被金屬接觸層材料吸收，引起倒裝芯片的亮度降低。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種新型倒裝LED芯片結構及其制作方法，該方案采用反射率高的DBR(布拉格反射層)結構作為絕緣層，既可以起到很好的絕緣作用，同時具有很高的反射率，能將從側壁發(fā)出的光子有效地反射回去，從而提升倒裝芯片的發(fā)光亮度。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0007]—種新型倒裝LED芯片結構，包括藍寶石襯底、外延結構層、反光層、絕緣層和接觸金屬層，所述藍寶石襯底上表面生長有外延結構層，由下至上依次包括N-GaN層、量子阱層和P-GaN層，該P-GaN層上蝕刻有延伸至N-GaN層的N區(qū)電極槽，所述反光層覆蓋于P-GaN層上，所述絕緣層覆蓋反光層，并使反光層上的部分區(qū)域裸露，形成P區(qū)電極槽，所述接觸金屬層包括互不接觸的P區(qū)接觸金屬和N區(qū)接觸金屬，分別設置于P區(qū)電極槽和N區(qū)電極槽，所述的絕緣層采用DBR結構層。
[0008]所述DBR結構層由兩種不同折射率的光學材料層相互周期性間隔形成，每個光學材料層的厚度為其入射中心波長的I / 4。
[0009]所述的兩種不同折射率的光學材料層為S12和Ti3O5, —般S12的厚度最好控制在600nm，Ti3O5的厚度控制在lOOOnm。
[0010]所述絕緣層覆蓋N區(qū)電極槽的側壁，N區(qū)電極槽的底部距離P-GaN層上表面的距離為1-2微米。
[0011]所述接觸金屬層的P區(qū)接觸金屬和N區(qū)接觸金屬均為分層設置的導電性強的金屬，具體可以采用Cr / Pt / Au，這三者的厚度可以是1nm / 10nm / 2000nm。
[0012]所述反光層采用粘附金屬層和反射金屬層，所述反射金屬層通過粘附金屬層附著于P-GaN層。
[0013]所述粘附金屬層可采用Cr、Ni或Ti，對其厚度需要控制在一個較薄的范圍內，以避免過多的吸光，導致反射率降低，一般控制在1-1Onm之間，所述反射金屬層可采用Al或Ag，為了保證光子的反射率，對其厚度有一定要求，一般在50-1000nm之間。
[0014]一種制作上述新型倒裝LED芯片結構的方法，該方法包括以下步驟:
[0015]在藍寶石襯底上依次生長出包括N-GaN層、量子阱層和P-GaN層的外延結構層，并蝕刻出N區(qū)電極槽；
[0016]在P-GaN層的表面蒸鍍反光層；
[0017]在所述反光層上蒸鍍采用DBR結構的絕緣層，該絕緣層留有空白區(qū)域，該空白區(qū)域使得反光層上的對應區(qū)域裸露，形成P區(qū)電極槽；
[0018]在所述P區(qū)電極槽和N區(qū)電極槽內分別設置互不接觸的P區(qū)接觸金屬和N區(qū)接觸金屬，形成接觸金屬層。
[0019]所述反光層包括粘附金屬層和反射金屬層，在蒸鍍所述反光層時，首先在P-GaN層表面蒸鍍一層用于增強粘附性的粘附金屬層，然后在該粘附金屬層上蒸鍍反射金屬層。
[0020]與現有技術相比，本發(fā)明采用反射率高的DBR(布拉格反射層)結構作為絕緣層，既可以起到很好的絕緣作用，同時具有很高的反射率，能將從側壁發(fā)出的光子有效地反射回去，從而提升倒裝芯片的發(fā)光亮度。
【附圖說明】
[0021]圖1至圖5為制作過程中每一步的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0023]實施例1
[0024]圖1至圖5示出了一種新型倒裝LED芯片在制作過程中各個步驟的結構，該芯片的制作過程包括以下步驟:
[0025]步驟一:利用MOCVD設備在藍寶石襯底I上生長出包括N-GaN層21、量子阱層22和P-GaN層23的外延結構層2。N-GaN層、量子阱層和P-GaN層由下至上依次設置，具體結構如圖1所示。
[0026]步驟二:采用正膠光刻外延結構層，利用感應耦合等離子蝕刻機(ICP)或者反應離子蝕刻機(RIE)進行蝕刻，蝕刻至N-GaN層21，形成N區(qū)電極槽6N，N區(qū)電極槽的底部距離P-GaN層23上表面的距離為1_2微米，然后去膠，形成如圖2所示的結構。
[0027]步驟三:用負膠光刻出反光層的附著位置，然后用金屬蒸發(fā)臺或磁控濺射設備在P-GaN層的表面依次蒸鍍兩層金屬作為反光層3，其中第一層為粘附金屬層31，第二層為反射金屬層32。粘附金屬層通常采用Cr，Ni或Ti等金屬，其目的是增強反射金屬層32與P-GaN層23的粘附性，厚度一般不會太厚，因為太厚容易吸光，典型的厚度在I一 10nm。反射金屬層一般采用反射率高的金屬如Al或Ag等，其目的是將向反光層3發(fā)射的光子更好地反射回去，使得光子從藍寶石襯底I的一面發(fā)射出去，提升芯片的出光效率。反射金屬層32 —般膠厚，其目的是為了保證光子的反射率，典型厚度在50-1000nm。鍍完反射金屬層后，進行浮離(lift-off)處理并去膠，即得到如圖3所示的結構。
[0028]步驟四:鍍完反光層3后，再采用負膠光刻出絕緣層的設置位置，用DBR設備在反光層表面鍍上一層采用DBR結構的絕緣層4。該絕緣層4同時覆蓋N區(qū)電極槽6N的側壁，并且在反光層3的上方留有空白區(qū)域，該空白區(qū)域使得反光層上的對應區(qū)域裸露，形成P區(qū)電極槽6P。DBR結構由折射率差別較大的兩種光學材料層交替堆疊而成,每層光學材料層的厚度約為其入射中心波長的四分之一。本實施例中采用S12和Ti3O5這兩種光學材料交替堆疊形成的DBR結構層，S12的厚度最好控制在600nm，Ti3O5的厚度控制在lOOOnm，鍍完之后采用浮離(lift-off)處理并去膠，就可以得到如圖4所示的結構。
[0029]步驟五:DBR結構的絕緣層4制作完成后，再用負膠光刻出P區(qū)接觸金屬和N區(qū)接觸金屬的位置圖形，利用電子束蒸發(fā)臺在在P區(qū)電極槽6P和N區(qū)電極槽6N內分別設置互不接觸的P區(qū)接觸金屬5P和N區(qū)接觸金屬5N，構成接觸金屬層。接觸金屬層的材料可以采用分層設置的Cr / Al / Cr / Pt / Au的結構,厚度可以是1nm / 10nm / 2000nm。蒸鍍完成后采用浮離(lift-off)處理并去膠，即可得到如下的如圖5所示的倒裝LED芯片。
[0030]實施例2
[0031 ] 在步驟四中，絕緣層可以采用如下方式制作:先在反光層3表面蒸鍍一層DBR結構的絕緣層4，該絕緣側同時覆蓋N區(qū)電極槽6N的側壁；然后用正膠光刻出絕緣層4需要覆蓋的位置圖形，再用濕法腐蝕的方法腐蝕出光刻好的位置圖形，在反光層的表面即可腐蝕出空白區(qū)域，形成P區(qū)電極槽6P，去膠后同樣可以得到如圖4所示的結構。
【主權項】
1.一種新型倒裝LED芯片結構，包括藍寶石襯底、外延結構層、反光層、絕緣層和接觸金屬層，所述藍寶石襯底上表面生長有外延結構層，由下至上依次包括N-GaN層、量子阱層和P-GaN層，該P-GaN層上蝕刻有延伸至N-GaN層的N區(qū)電極槽，所述反光層覆蓋于P-GaN層上，所述絕緣層覆蓋反光層，并使反光層上的部分區(qū)域裸露，形成P區(qū)電極槽，所述接觸金屬層包括互不接觸的P區(qū)接觸金屬和N區(qū)接觸金屬，分別設置于P區(qū)電極槽和N區(qū)電極槽，其特征在于，所述的絕緣層采用DBR結構層。
2.根據權利要求1所述的一種新型倒裝LED芯片結構，其特征在于，所述DBR結構層由兩種不同折射率的光學材料層相互周期性間隔形成，每個光學材料層的厚度為其入射中心波長的1/4。
3.根據權利要求1所述的一種新型倒裝LED芯片結構，其特征在于，所述絕緣層覆蓋N區(qū)電極槽的側壁。
4.根據權利要求1所述的一種新型倒裝LED芯片結構，其特征在于，所述接觸金屬層的P區(qū)接觸金屬和N區(qū)接觸金屬均為分層設置的導電性強的金屬。
5.根據權利要求1所述的一種新型倒裝LED芯片結構，其特征在于，所述反光層采用粘附金屬層和反射金屬層，所述反射金屬層通過粘附金屬層附著于P-GaN層。
6.根據權利要求5所述的一種新型倒裝LED芯片結構，其特征在于，所述粘附金屬層可采用Cr、Ni或Ti,所述反射金屬層可采用Al或Ag。
7.一種制作權利要求1-6所述任意一項新型倒裝LED芯片結構的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 在藍寶石襯底上依次生長出包括N-GaN層、量子阱層和P-GaN層的外延結構層，并蝕刻出N區(qū)電極槽； 在P-GaN層的表面蒸鍍反光層； 在所述反光層上蒸鍍采用DBR結構的絕緣層，該絕緣層留有空白區(qū)域，該空白區(qū)域使得反光層上的對應區(qū)域裸露，形成P區(qū)電極槽； 在所述P區(qū)電極槽和N區(qū)電極槽內分別設置互不接觸的P區(qū)接觸金屬和N區(qū)接觸金屬，形成接觸金屬層。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述反光層包括粘附金屬層和反射金屬層，在蒸鍍所述反光層時，首先在P-GaN層表面蒸鍍一層用于增強粘附性的粘附金屬層，然后在該粘附金屬層上蒸鍍反射金屬層。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種新型倒裝LED芯片結構及其制作方法，其芯片結構包括藍寶石襯底、外延結構層、反光層、接觸金屬層以及采用DBR結構的絕緣層；其制作方法首先在藍寶石襯底上依次生長出包括N-GaN層、量子阱層和P-GaN層的外延結構層，并蝕刻出N區(qū)電極槽；在P-GaN層的表面蒸鍍反光層；在所述反光層上蒸鍍采用DBR結構的絕緣層，該絕緣層留有空白區(qū)域，該空白區(qū)域使得反光層上的對應區(qū)域裸露，形成P區(qū)電極槽；在所述P區(qū)電極槽和N區(qū)電極槽內分別設置互不接觸的P區(qū)接觸金屬和N區(qū)接觸金屬，形成接觸金屬層。與現有技術相比，本發(fā)明可以起到很好的絕緣作用，同時具有很高的反射率，能將從側壁發(fā)出的光子有效地反射回去，從而提升倒裝芯片的發(fā)光亮度。
【IPC分類】H01L33-10, H01L33-00
【公開號】CN104576858
【申請?zhí)枴緾N201310483187
【發(fā)明人】郝惠蓮, 沈文忠
【申請人】上海工程技術大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月15日