CN103515504A - 一种led芯片及其加工工艺 - Google Patents
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Abstract
一种LED芯片及其加工工艺，属半导体光电子器件制造技术领域，对外延片基片上的P型氮化物层刻蚀裸露出N型氮化物层；在P型电极焊盘区域下面制作电流阻挡层，刻蚀保留P型电极焊盘区域下面绝缘物质、N型电极焊盘和扩展电极与P型氮化物层直接接触的绝缘物质和P型氮化物和量子阱侧壁的绝缘物质；在基片表面沉积ITO薄膜，再光刻制成电流扩展层、合金，再在基片表面蒸镀金属层，剥离后部分金属层后，形成P型电极焊盘、N型电极焊盘和N金属扩展电极。产品的P电极焊盘和N电极焊盘均位于P型出光面之上，高度相同；N金属扩展电极部分或全部与部分N型氮化物层直接接触。本发明方便打线，提高氮化物基底LED芯片的亮度和光提取效率。
Description
技术领域
本发明属于半导体光电子器件制造技术领域，具体涉及一种氮化物基底发光二极管（LED）制造过程中N电极焊盘和金属扩展电极的制作技术。
背景技术
近年来，氮化物基底LED芯片技术有了突飞猛进的发展，被广泛地应用于显示屏、背光以及照明等众多领域，同时这些应用也对LED芯片的亮度、发光效率也提出了越来越高的要求。随着氮化物基底LED外延生长技术和多量子阱结构的发展，氮化物基底LED的内量子效率已有了非常大的提高，但LED芯片的外量子效率始终没有得到很好的改善，如何通过调整芯片结构来改善器件外量子效应成为人们关注的焦点。
众所周知，传统LED芯片工艺是采用感应耦合等离子体的方式刻蚀去除一侧横向的部分P型氮化物、量子阱，暴露N型氮化物便于制作N型接触，如图1所示。这种方式导致管芯一侧的P型氮化物和量子阱被大面积破坏，致使该区域无法发光。这样就导致管芯的有效发光面积缩小，大大影响了管芯的亮度，以尺寸为10mil×23mil的管芯为例，为了封装的可靠性，电极焊盘的面积一般为金线直径的2倍，所以焊盘的直径通常为80μm，即N电极焊盘损失的发光面积占管芯有效发光面积的7%左右。同时现有LED芯片PN焊盘所使用的材质为反射率较差的金属材料，这些材料对蓝绿光的吸收较大，影响了LED芯片的光提取效率，同时也会影响芯片的热稳定性。且芯片封装过程中，采用现有工艺，不可避免的造成PN电极焊盘之间存在明显的高度差异，如果 P、N焊盘焊线压力控制不当，容易破坏芯片表面、增加管芯的漏电、甚至死灯。
因此如何减少因制作PN电极焊盘而造成发光面积损失，增加LED芯片的有效发光面积，提高管芯的打线可靠性是人们值得考虑的问题，同时也是本发明所要解决的问题。
发明内容
本发明目的是提出一种可有效增加LED芯片有效发光面积，提高芯片光提取效率和亮度的LED芯片结构。
本发明包括依次设置的衬底层、N型氮化物层、量子阱层和P型氮化物层，还包括N金属扩展电极、P电极焊盘和N电极焊盘，其特征在于所述P电极焊盘和N电极焊盘分别设置在P型氮化物层外，所述P电极焊盘和N电极焊盘设置在同一高度上，所述N金属扩展电极的部分或全部与N型氮化物层直接接触。
本发明P电极焊盘和N电极焊盘位于P型出光面之上，且高度相同；金属扩展电极部分的或者全部的与N型氮化物接触，主要作用是：（1）这种芯片结构，不需要破坏N电极焊盘和部分金属扩展电极下方的P型氮化物和量子阱，电子空穴在N电极焊盘和部分金属扩展电极下方仍然可以进行复合放出光子，为电子空穴提供了更多的复合发光区域；（2）采用反射特性好的金属材料体系，N型电极焊盘和部分金属扩展电极下方的电子空穴对复合放出光子后，经过金属层的反射从器件的表面逸出，可以提高了芯片的亮度和出光效率；同时减少电极焊盘及金属扩展电极吸光而产生的热量，提高管芯的热可靠性；（3）P电极焊盘和N电极焊盘均位于P型出光面之上，大大减小了PN电极焊盘的高度差异，方便打线，提高封装工艺的稳定性。
总之，本发明可以大大增加LED芯片的有效发光面积，减少N电极焊盘和金属扩展电极对光的吸收，提高芯片的亮度和发光效率。
本发明的另一目的是提出以上LED芯片的制作方法。
本发明包括外延基片的准备：在衬底层之上依次制作N型氮化物层、量子阱层和P型氮化物层；还包括以下步骤：
1）对外延片基片上的P型氮化物层进行刻蚀，去除外延片基片上部分区域的P型氮化物层和量子阱层，裸露出N型氮化物层；所述刻蚀方法可以是感应耦合等离子体刻蚀方法，或电子回旋共振刻蚀方法，或反应离子刻蚀方法。
2）在设计的P型电极焊盘区域下面制作电流阻挡层：使用PECVD的生长方法在基片表面生长绝缘物质；然后刻蚀去部分绝缘物质，保留P型电极焊盘区域下面绝缘物质作为电流阻挡层，保留N型电极焊盘和扩展电极与P型氮化物层直接接触的绝缘物质作为绝缘层，保留P型氮化物和量子阱侧壁的绝缘物质作为绝缘层；
3）使用蒸镀或溅射的方法在步骤2所得的基片表面沉积ITO薄膜，然后采用光刻的方法制成电流扩展层，并进行合金，使得ITO薄膜与P型氮化物层形成欧姆接触；可降低P电极的接触电压，从而降低器件的工作电压。
4）采用电子束蒸发的方法在步骤3所得基片表面蒸镀金属层，剥离后部分金属层后，形成P型电极焊盘、N型电极焊盘和N金属扩展电极。
本发明的制作工艺简单，稳定可靠，方便打线，能够减少N型氮化物层的暴露面积，从而增加有效发光面积，提高氮化物基底LED芯片的亮度和光提取效率。
另外，本发明所述形成P型电极焊盘、N型电极焊盘和N金属扩展电极的金属层的材料为Al、Ni/Ag、Ni/Ag/Ti/Au、Ni/Al/Ti/Au、Ni/Ag/Ti/Pt/Au、Ni/Al/Ti/Pt/Au、Ni/Ag/Ni/Au、Ni/Al/Ni/Au 或 Cr/Al/Ti/Au中的任意一种，这些金属的反射特性好，能有效减少电极焊盘及金属扩展电极对光的吸收。
为了方便绝缘物质能够很好地覆盖在P型氮化物层和量子阱的侧壁，起到良好的绝缘和保护作用，所述绝缘物质的厚度为2000Å。
所述绝缘物质为硅的氧化物层，或硅的氮化物层，或硅的氮氧化物层，或铝的氧化物层，这些材料的绝缘特性良好，生长工艺成熟稳定，便于量产。
所述沉积ITO薄膜的厚度为1200 Å。这种膜厚条件下的芯片电压低，亮度较好。
所述金属Cr/Al/Ti/Au的总厚度为20000Å。金线和焊盘接触后的稳定性好，且在打线的过程中不会破坏外延层。
附图说明
图1为本发明的一种结构示意图。
具体实施方式
一、如图1所示，加工工艺：
1、外延基片的准备：在如蓝宝石（也可以采用业内使用的其它材料）衬底层1之上依次制作N型氮化物层2、量子阱层3和P型氮化物层4。
2、对外延片基片上的部分P型氮化物层4进行刻蚀，去除外延片基片上部分区域的P型氮化物层4和量子阱层3，裸露出N型氮化物层2。刻蚀方法可是以是感应耦合等离子体刻蚀方法，或电子回旋共振刻蚀方法，或反应离子刻蚀方法。刻蚀深度和工艺条件与常规LED制作工艺相同。
3、在设计的P型电极焊盘区域下面制作电流阻挡层：使用PECVD的生长方法在基片表面生长厚度为2000Å绝缘物质；然后刻蚀去部分绝缘物质，保留部分绝缘物质作为P型电极焊盘区域下面的电流阻挡层10和避免N型电极焊盘和扩展电极与P型氮化物层直接接触的绝缘层5；。此处的绝缘层材料可为硅的氧化物层（SiO2），或硅的氮化物层，或硅的氮氧化物层，或铝的氧化物层。
4、使用蒸镀或溅射的方法在步骤3所得的基片表面沉积厚度为1200
Å的ITO薄膜，然后采用光刻的方法制成电流扩展层6。
做了ITO薄膜后，进行常规合金。
5、采用电子束蒸发的方法在步骤4所得基片表面蒸镀总厚度为20000Å的金属层，剥离后形成P型电极焊盘7、N型电极焊盘8和N金属扩展电极9。
此处，金属层可以选用Al、Ni/Ag、Ni/Ag/Ti/Au、Ni/Al/Ti/Au、Ni/Ag/Ti/Pt/Au、Ni/Al/Ti/Pt/Au、Ni/Ag/Ni/Au、Ni/Al/Ni/Au 或 Cr/Al/Ti/Au中的任意一种。
N金属扩展电极与N型氮化物接触区域可以是方形、条形、圆形、椭圆形或任意可行图形及组合。
N金属扩展电极全部与N型氮化物接触。
N金属扩展电极与N型氮化物接触区域可以是条形或任意可行图形。
二、产品结构特征：
P电极焊盘7和N电极焊盘8均位于P型出光面4之上，且高度相同；N金属扩展电极9部分或全部与部分N型氮化物层2直接接触。
Claims (7)
1.一种LED芯片，包括依次设置的衬底层、N型氮化物层、量子阱层和P型氮化物层，还包括N金属扩展电极、P电极焊盘和N电极焊盘，其特征在于所述P电极焊盘和N电极焊盘分别设置在P型氮化物层外，所述P电极焊盘和N电极焊盘设置在同一高度上，所述N金属扩展电极的部分或全部与N型氮化物层直接接触。
2.一种如权利要求1所述LED芯片的加工工艺，包括外延基片的准备：在衬底层之上依次制作N型氮化物层、量子阱层和P型氮化物层；其特征在于还包括以下步骤：
1）对外延片基片上的P型氮化物层进行刻蚀，去除外延片基片上部分区域的P型氮化物层和量子阱层，裸露出N型氮化物层；
2）在设计的P型电极焊盘区域下面制作电流阻挡层：使用PECVD的生长方法在基片表面生长绝缘物质；然后刻蚀去部分绝缘物质，保留P型电极焊盘区域下面绝缘物质作为电流阻挡层，保留N型电极焊盘和扩展电极与P型氮化物层直接接触的绝缘物质作为绝缘层，保留P型氮化物和量子阱侧壁的绝缘物质作为绝缘层；
3）使用蒸镀或溅射的方法在步骤2所得的基片表面沉积ITO薄膜，然后采用光刻的方法制成电流扩展层，并进行合金，使得ITO薄膜与P型氮化物层形成欧姆接触；
4）采用电子束蒸发的方法在步骤3所得基片表面蒸镀金属层，剥离形成P型电极焊盘、N型电极焊盘和N金属扩展电极。
3.根据权利要求2所述加工工艺，其特征在于步骤4）中的所述金属层为Al、Ni/Ag、Ni/Ag/Ti/Au、Ni/Al/Ti/Au、Ni/Ag/Ti/Pt/Au、Ni/Al/Ti/Pt/Au、Ni/Ag/Ni/Au、Ni/Al/Ni/Au 或 Cr/Al/Ti/Au中的任意一种。
4.根据权利要求2所述加工工艺，其特征在于所述绝缘物质的厚度为2000Å。
5. 根据权利要求2或4所述加工工艺，其特征在于所述绝缘物质为硅的氧化物层，或硅的氮化物层，或硅的氮氧化物层，或铝的氧化物层。
6.根据权利要求2所述加工工艺，其特征在于所述沉积ITO薄膜的厚度为1200 Å。
7.根据权利要求2所述加工工艺，其特征在于所述金属Cr/Al/Ti/Au的总厚度为20000Å。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |