CN104241508A - 一种白光led芯片及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种白光LED芯片及制备方法，该芯片包含呈阵列分布的LED晶粒单元，第一个晶粒单元和最末一个晶粒单元上设置键合焊盘，相邻晶粒单元填充有绝缘材料，相邻晶粒单元之间进行电极桥接，在除键合焊盘之外的整个LED芯片表面上涂覆有荧光胶。制备方法包括（1）在蓝宝石衬底上依次生长GaN缓冲层和外延层；（2）刻蚀外延层至蓝宝石衬底，实现LED晶粒单元呈阵列分布；（3）在每个晶粒单元上制备电极台面；（4）相邻晶粒单元之间电性隔断；（5）相邻的晶粒单元电性串接；（6）制作键合焊盘；（7）包覆键合焊盘之外部分的表面。该芯片发光效率至少提高5%以上，且降低了制作成本，增加折射出光，能够直接制备获得芯片级小电流高电压LED白光。
Description
技术领域
本发明涉及一种白光LED(Light Emitting Diode，发光二极管)芯片及制备方法，属于光电子技术领域。
背景技术
随着LED应用市场的快速发展，对亮度提升的要求不断提高，为了不断研发具有更高功率、更高光效的LED芯片，为了解决大电流的拥挤现象，业内人士已逐渐转向小电流高电压LED芯片的研究。此种LED芯片表面一般呈阵列式分布排列多个独立的LED微晶粒，即将晶片面积分割成多个单元之后串联而成。其特色在于，晶片能够依照不同输入电压的需求而决定其单元数量及大小。其独有的小电流、多LED晶粒能够更好的进行电流扩展，使得出射光具有更高的提取效率。在该LED芯片基础上制备白光LED成为一种新思路，这种新型白光LED芯片的获得亦为照明市场的发展开辟了一条新道路。
中国专利文献CN103367610A公开的《一种高压LED芯片及其制备方法》，所述芯片包括衬底，衬底之上依次形成的缓冲层、n型氮化物层、发光层和p型氮化物层，在所述p型氮化物层上刻蚀有多个凹槽，深度至n型氮化物层，凹槽底部的部分区域再刻蚀有沟槽以形成间隔排列的微晶，深度至衬底。沟槽及相邻微晶的侧壁上设有钝化层，微晶的p型氮化物层上形成有电流扩散层；钝化层上覆盖有连接凹槽底部与相邻微晶电流扩散层的导电层，电流扩散层上及相邻微晶之间覆盖有荧光粉层。该方法中前后两次分别制备电流扩散层和导电层，以实现相邻微晶之间的电性连接，增加了工艺步骤，同时荧光粉层在形成之前还要求在芯片表面增加一层增粘剂，荧光粉层形成之后再形成一层保护层，增加了芯片表面的涂覆物质层数，引入了不必要的光出射损失。
CN103236474A公开的《任意切割式高压LED器件的制作方法》，首先通过对半导体外延结构表面图形化形成多个重复的发光芯片单元，蚀刻至衬底表面形成隔离槽，将每个发光芯片子单元隔离；然后在每个发光芯片子单元的侧壁形成绝缘介质层，再蒸镀金属，并图形化形成p和n电极以及互连线，互连线将发光芯片子单元电互连；最后在发光芯片子单元之间形成划片沟槽，沿着划片沟槽将衬底和半导体外延结构分割成多个芯片单元，每个芯片单元包含不同数量的发光芯片子单元，芯片单元内的发光芯片子单元之间通过互连线串联。但是该方法中在隔离后的发光子单元侧壁形成的绝缘介质层，在绝缘介质层上再蒸镀金属形成互连线，对未进行绝缘介质掩盖的发光子单元侧壁不能起到保护作用，蒸镀金属后很容易引起漏电短路等不利影响。
综上所述，根据现有公开文献，高压芯片技术提高了LED芯片的发光效率，但现有所谓的高压白光LED是仍旧是采用高压LED芯片加荧光粉封装的方式获得，或者在晶粒单元之间的隔离与电性连接上存在工艺步骤复杂等问题。
发明内容
针对现有白光LED采用高压LED芯片加荧光粉封装的方式存在的不足，本发明提供一种能够有效提高发光效率、获得小电流高电压LED白光的白光LED芯片，同时提供一种上述芯片的制备方法。该芯片解决了封装过程引入的出光不一致、荧光粉沉淀等问题。
本发明的白光LED芯片，采用以下技术方案：
该白光LED芯片，包含呈阵列分布的LED晶粒单元，相邻晶粒单元之间设置隔离沟槽，第一个晶粒单元和最末一个晶粒单元上设置键合焊盘，相邻晶粒单元的隔离沟槽内填充有绝缘材料，相邻晶粒单元之间进行电极桥接，键合焊盘之外的部分涂覆有荧光胶。
所述绝缘材料是SiO2或SiNx(Si的氮化物，x为分数或自然数)。
所述电极桥接是在一个晶粒单元的P电极台面与该晶粒单元相邻的晶粒单元上的N电极台面之间覆盖一层透明导电氧化物(TCO，Transparent Conducting Oxide，如TiO2、ZnO、ITO、SnO2中的一种或多种)，以实现相邻晶粒单元电性串接。
上述白光LED芯片的制备方法，包括如下步骤：
(1)在蓝宝石衬底上依次生长GaN缓冲层和外延层，外延层从下到上依次包括n-GaN层、多量子阱发光层和p-GaN层；
(2)刻蚀外延层至蓝宝石衬底，使外延层上形成深至蓝宝石衬底的纵横交错的隔离沟槽，实现LED晶粒单元呈阵列分布；隔离沟槽在缓冲层和n-GaN层的宽度小于在多量子阱发光层和p-GaN层的宽度，在n-GaN层上形成一个用于制备N电极台面的平台；
(3)在每个晶粒单元上制备P电极台面和N电极台面，P电极台面制备在p-GaN层上，N电极台面制备在n-GaN层上；
(4)在隔离沟槽内除了N电极台面以外的部分以及每个晶粒单元的p-GaN层上除了P电极台面以外的部分淀积一层透明不导电材料，将相邻晶粒单元之间电性隔断；
透明不导电材料为SiO2或SiNx(Si的氮化物，x为分数或自然数)；透明不导电材料的厚度为1200-1500埃。
(5)在第一个晶粒单元的P电极台面上以及相邻晶粒单元的N电极台面和P电极台面之间制备一层透明导电材料，将相邻的晶粒单元进行电性串接；
透明导电材料的厚度为2200-3000埃。
(6)在第一个晶粒单元的P电极台面上和最末一个晶粒单元的N电极台面上分别蒸镀一层厚度1-2μm的金属材料，用作芯片封装焊线的键合焊盘；
金属材料为厚度1-2μm的Au或Al。
(7)在除了第一个晶粒单元和最末一个晶粒单元上的键合焊盘之外的整个芯片上表面涂覆荧光胶，包覆键合焊盘之外部分的表面，一方面起到钝化层保护不受外界污染造成漏电不良，另一方面能够直接制备获得芯片级白光LED。
本发明通过将呈阵列分布的LED晶粒单元之间，填充透明不导电材料，用于将晶粒单元进行隔离，然后再通过使用TCO材料进行串接，有效增大芯片表面发光面积，最后在芯片表面涂覆荧光胶，包覆芯片除键合焊盘之外部分。相比采用金属不透明导电材料连接晶粒单元的方式，本发明采用透明导电材料做电极桥接的方式，能够使芯片发光效率至少提高5％以上，且降低了制作成本；另外本发明淀积的一层透明不导电材料，覆盖相邻两晶粒单元间所有侧壁，只裸露前一晶粒单元N型GaN层表面上一定范围，用于覆盖透明导电材料将相邻晶粒单元电性连接，能更好对晶粒单元进行侧壁保护，防止漏电；最后芯片表面直接涂覆荧光胶，一方面起到钝化层保护不受外界污染造成漏电不良之作用，同时减少一层钝化层掩膜增加折射出光，重要的是能够直接制备获得芯片级小电流高电压LED白光。
附图说明
图1是本发明中制备电极台面后的芯片结构示意图。
图2为本发明中淀积一层透明不导电材料后的结构示意图。
图3为本发明中覆盖一层TCO材料后的结构示意图。
图4为本发明中蒸镀金属材料Au或Al后键合键盘的示意图。
图5为本发明中在表面涂覆荧光胶后的结构示意图。
图中，1、蓝宝石衬底，2、缓冲层，3、n-GaN层，4、多量子阱发光层，5、p-GaN层，6、透明不导电材料，7、透明导电材料，8、金属电极，9、荧光胶。
具体实施方式
本发明的白光LED芯片，包含呈阵列分布的LED晶粒单元，相邻晶粒单元之间设置隔离沟槽，第一个晶粒单元和最末一个晶粒单元上设置键合焊盘，相邻晶粒单元的隔离沟槽内填充有绝缘材料，相邻晶粒单元之间进行电极桥接，键合焊盘之外的部分涂覆有荧光胶。
上述白光LED芯片，晶粒单元之间通过刻蚀外延层至衬底形成具有一定深度的隔离沟槽，隔离沟槽内先填充一定厚度的SiO2或SiNx(Si的氮化物，x为分数或自然数)透明不导电材料，用于将晶粒单元进行电性隔离，然后在相邻晶粒单元之间进行N电极和P电极桥接；所述电极桥接的方式是通过生长一层TCO(Transparent Conducting Oxide，透明导电氧化物)材料，覆盖晶粒单元之间的沟槽及相邻晶粒单元邻近的N电极台面和P电极台面上，实现相邻晶粒单元串接；接着在芯片之P、N键合焊盘上蒸镀金属电极；最后在晶粒单元和隔离沟槽内涂覆荧光胶，包覆芯片除键合焊盘之外部分，获得一种新型白光LED芯片。
上述白光LED芯片的具体制备方法，包括如下步骤：
(1)在蓝宝石衬底1上依次生长GaN缓冲层2和外延层，外延层从下到上依次包括n-GaN层3、多量子阱发光层4和p-GaN层5。
(2)刻蚀(干法刻蚀或是湿法刻蚀)外延层，深至蓝宝石衬底1的上表面，形成隔离沟槽，分割成单个LED晶粒单元，使所有LED晶粒单元按所需阵列分布(可参见图1)。隔离沟槽在n-GaN层3以上位置(多量子阱发光层4和p-GaN层5)加宽，使隔离沟槽在缓冲层2和n-GaN层3的宽度小于在多量子阱发光层4和p-GaN层5的宽度，这样在n-GaN层上形成一个用于制备N电极台面的平台。
(3)在每个晶粒单元上制备P电极台面和N电极台面，P电极台面制备在p-GaN层5上，N电极台面制备在n-GaN层3上。
经过步骤(2)和步骤(3)之后，芯片侧面结构如图1所示。
(4)如图2所示，进行绝缘填充，通过蒸镀或化学沉积的方式在隔离沟槽内除了每个晶粒单元的N电极台面以外的部分(包括底面和侧面)以及每个晶粒单元的p-GaN层5上除了P电极台面以外的部分淀积一层厚度为1200-1500埃的SiO2或SiNx透明不导电材料6，将相邻晶粒单元之间电性隔断。每个晶粒单元上的P电极台面和N电极台面上(图2中所指透明不导电材料6中的断开处)上没有透明不导电材料，以向下导电。通过曝光腐蚀的方式将每个晶粒单元的P、N电极台面预留。
(5)如图3所示，进行N电极和P电极桥接。具体是在第一个晶粒单元(以图2中最左侧的晶粒单元作为第一个晶粒单元)的P电极台面上以及相邻晶粒单元的N电极台面和P电极台面之间(一个晶粒单元的N电极台面与另一个其相邻的晶粒单元的P电极台面之间)通过溅射或电子束蒸发的方式制备一层透明导电材料7，将相邻的晶粒单元进行电性串接，而第一个晶粒单元的P电极台面和最末一个晶粒单元的N电极台面没有与其它电极串接。透明导电材料(TCO材料)7的厚度为2200-3000埃，可以是TiO2、ZnO、ITO、SnO2中的一种或多种。
(6)如图4所示，在第一个晶粒单元的P电极台面上的P型键合区(P电极台面上的一定区域范围为P型键合区，该区域用于以后的电极蒸镀、及以后应用的封装焊线)和最末晶粒单元的N型键合区(该晶粒单元整个N电极台面即N型键合区)上分别蒸镀(电子束蒸发)一层厚度1-2μm的金属材料Au或Al，用作芯片封装焊线的键合焊盘8(最末晶粒单元的键合焊盘未画出)。
(7)如图5所示，在除了第一个晶粒单元和最末晶粒单元上的键合焊盘之外的整个芯片上表面直接涂覆荧光胶，包覆除键合焊盘之外部分的表面，一方面起到钝化层保护不受外界污染造成漏电不良，另一方面能够直接制备获得芯片级白光LED。
Claims (7)
1.一种白光LED芯片，其特征是，包含呈阵列分布的LED晶粒单元，相邻晶粒单元之间设置隔离沟槽，第一个晶粒单元和最末一个晶粒单元上设置键合焊盘，相邻晶粒单元的隔离沟槽内填充有绝缘材料，相邻晶粒单元之间进行电极桥接，键合焊盘之外的部分涂覆有荧光胶。
2.根据权利要求1所述的白光LED芯片，其特征是，所述绝缘材料是SiO2或SiNx，x为分数或自然数。
3.根据权利要求1所述的白光LED芯片，其特征是，所述电极桥接是在一个晶粒单元的P电极台面与该晶粒单元相邻的晶粒单元上的N电极台面之间覆盖一层透明导电氧化物，以实现相邻晶粒单元电性串接。
4.一种权利要求1所述白光LED芯片的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
(1)在蓝宝石衬底上依次生长GaN缓冲层和外延层，外延层从下到上依次包括n-GaN层、多量子阱发光层和p-GaN层；
(2)刻蚀外延层至蓝宝石衬底，使外延层上形成深至蓝宝石衬底的纵横交错的隔离沟槽，实现LED晶粒单元呈阵列分布；隔离沟槽在缓冲层和n-GaN层的宽度小于在多量子阱发光层和p-GaN层的宽度，在n-GaN层上形成一个用于制备N电极台面的平台；
(3)在每个晶粒单元上制备P电极台面和N电极台面，P电极台面制备在p-GaN层上，N电极台面制备在n-GaN层上；
(4)在隔离沟槽内除了N电极台面以外的部分以及每个晶粒单元的p-GaN层上除了P电极台面以外的部分淀积一层透明不导电材料，将相邻晶粒单元之间电性隔断；
(5)在第一个晶粒单元的P电极台面上以及相邻晶粒单元的N电极台面和P电极台面之间制备一层透明导电材料，将相邻的晶粒单元进行电性串接；
(6)在第一个晶粒单元的P电极台面上和最末一个晶粒单元的N电极台面上分别蒸镀一层厚度1-2μm的金属材料，用作芯片封装焊线的键合焊盘；
(7)在除了第一个晶粒单元和最末一个晶粒单元上的键合焊盘之外的整个芯片上表面涂覆荧光胶，包覆键合焊盘之外部分的表面，一方面起到钝化层保护不受外界污染造成漏电不良，另一方面能够直接制备获得芯片级白光LED。
5.根据权利要求4所述白光LED芯片的制备方法，其特征是，所述步骤(4)中透明不导电材料的厚度为1200-1500埃。
6.根据权利要求4所述白光LED芯片的制备方法，其特征是，所述步骤(5)中透明导电材料的厚度为2200-3000埃。
7.根据权利要求4所述白光LED芯片的制备方法，其特征是，所述步骤(6)中金属材料为厚度1-2μm的Au或Al。
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| PB01 | Publication | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20141224 |