CN110993760A - 具有温度监控的大功率倒装led芯片及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有温度监控的大功率倒装LED芯片,包括衬底层;在所述衬底层上依次生长有N‑GaN层、量子阱层、P‑GaN层;P‑GaN层上设有反射层;量子阱层、P‑GaN层、反射层被第一绝缘层包覆;第一绝缘层上设有互联电极层;互联电极层穿透第一绝缘层,分别连接反射层和N‑GaN层;互联电极层被第二绝缘层包覆;第二绝缘层上设有引出电极层;所述引出电极层包括穿透第二绝缘层与互联电极层分别连接的两个焊盘电极,以及穿透第二绝缘层、互联电极层、第一绝缘层、反射层、P‑GaN层以及量子阱层与N‑GaN层分别连接的两个热阻监控电极;所述两个热阻监控电极与N‑GaN层连接处形成探温节。本发明实现LED芯片结温的实时监控。

Description

具有温度监控的大功率倒装LED芯片及制备方法
技术领域
本发明涉及一种LED芯片,尤其是一种具有温度监控的大功率倒装LED芯片及制备方法。
背景技术
在超大功率LED光源应用场景下,因其高密度的集成特性,仅依靠对光源基板以及灯壳的温度监控,已无法有效判断是否存在局部过热问题。
局部过热常常会导致一颗或多颗LED芯片失效。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足,提供一种具有温度监控的大功率倒装LED芯片,以及制备方法,在大功率LED芯片的中心设置一个用于监控芯片结温的探温节,以实现LED芯片结温的实时监控。本发明采用的技术方案是:
本发明实施例提出一种具有温度监控的大功率倒装LED芯片,包括衬底层;
在所述衬底层上依次生长有N-GaN层、量子阱层、P-GaN层;
P-GaN层上设有反射层;所述量子阱层、P-GaN层、反射层被第一绝缘层包覆;
所述第一绝缘层上设有互联电极层;所述互联电极层穿透第一绝缘层,分别连接反射层和N-GaN层;
所述互联电极层被第二绝缘层包覆;
所述第二绝缘层上设有引出电极层;所述引出电极层包括穿透第二绝缘层与互联电极层分别连接的两个焊盘电极,以及穿透第二绝缘层、互联电极层、第一绝缘层、反射层、P-GaN层以及量子阱层与N-GaN层分别连接的两个热阻监控电极;
所述两个热阻监控电极与N-GaN层连接处形成探温节。
进一步地,热阻监控电极与N-GaN层连接位置位于N-GaN层中心区域。
进一步地,互联电极层的金属层依次为Cr/Al/Ti/Pt/Au/Pt,其中Au的厚度不低于1μm。
进一步地,引出电极层的金属层依次为Cr/Al/Ti/Pt/Ni/Au/,其中Ni的厚度不低于300nm。
本发明实施例还提出一种具有温度监控的大功率倒装LED芯片的制备方法,其特征在于,
步骤1,利用MOCVD设备在衬底层上依次生长N-GaN层,量子阱层和P-GaN层,形成完整LED外延结构;
步骤2,利用正性光刻胶掩膜方法,制作掩膜图形,掩膜图形上的空白区域对应去向N-GaN层的通道,将掩膜图形空白区域对应的N-GaN层暴露出来;
步骤3,利用负性光刻胶掩膜方法,制作反射层图形,并通过磁控溅射工艺制作反射层,反射层上设有用于去向N-GaN层的通道;
步骤4,利用PECVD工艺在晶圆表面制备第一绝缘层,并通过正性光刻胶掩膜方法,制作腐蚀图形,再对第一绝缘层进行通孔腐蚀,形成用于去向N-GaN层的通道和用于去向反射层的通道;
步骤5,利用负性光刻胶掩膜方法,制作互联电极图形,并通过电子束蒸发设备制作互联电极层,所述互联电极层穿透第一绝缘层,分别连接反射层和N-GaN层;互联电极层上留有去向N-GaN层的通道;
步骤6,再次利用PECVD工艺在晶圆表面制备第二绝缘层,并通过正性光刻胶掩膜方法,制作腐蚀图形,再对第二绝缘层进行通孔腐蚀,形成用于去向N-GaN层的通道和用于去向互联电极层的通道;
步骤7,再次利用负性光刻胶掩膜方法,制作引出电极图形,并通过电子束蒸发设备设备引出电极层;
引出电极层包括两个焊盘电极、两个热阻监控电极;其中两个焊盘电极穿透第二绝缘层与互联电极层分别连接;两个热阻监控电极穿透第二绝缘层、互联电极层、第一绝缘层、反射层、P-GaN层以及量子阱层,与N-GaN层分别连接。
进一步地,反射层金属为Ag/TiW。
进一步地,第一绝缘层为SiO2/SiNx绝缘层。
进一步地,互联电极层的金属层依次为Cr/Al/Ti/Pt/Au/Pt,其中Au的厚度不低于1μm。
进一步地,第二绝缘层为SiO2/SiNx绝缘层。
进一步地,引出电极层的金属层依次为Cr/Al/Ti/Pt/Ni/Au/,其中Ni的厚度不低于300nm。
本发明的优点:本发明通过利用N-GaN阻抗的负温度特性,在大功率倒装LED芯片中心设置一个用于监控LED芯片结温的探温节,实现LED芯片结温的实时监控,再配合驱动电路设计,可以在实时监控芯片结温的同时调整驱动电流,解决大功率光源局部过热失效难题。
附图说明
图1为本发明的剖视图之一。
图2为本发明的剖视图之二。
图3为本发明的刻蚀并暴露N-GaN层示意图。
图4为本发明的制作反射层的示意图。
图5为本发明的制作第一绝缘层的示意图。
图6为本发明的制作互联电极层的示意图。
图7为本发明的制备第二绝缘层的示意图。
图8为本发明的制作引出电极层的示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明的实施例提出一种具有温度监控的大功率倒装LED芯片的制备方法,以下方法中,晶圆指LED芯片未完成前的中间步骤的结构;
所述方法包括以下步骤:
步骤1,利用MOCVD设备在蓝宝石衬底层1上依次生长N-GaN层2,量子阱层3和P-GaN层4,形成完整LED外延结构;
通过改变量子阱层3生长过程中温度和In、Al组分可以改变发光波长;
步骤2,利用正性光刻胶掩膜方法,制作掩膜图形,掩膜图形上的空白区域对应去向N-GaN层2的通道,通过ICP刻蚀方法,将掩膜图形空白区域对应的N-GaN层2暴露出来;
图3显示了本步骤的掩膜图形,其上设有空白区域13;
步骤3,利用负性光刻胶掩膜方法,制作反射层图形,并通过磁控溅射工艺制作反射层5,反射层5上设有用于去向N-GaN层2的通道;
反射层金属一般为Ag/TiW,图4中反射层5上形成了去向N-GaN层2的通道501;
步骤4,利用PECVD工艺在晶圆表面制备第一绝缘层6,并通过正性光刻胶掩膜方法,制作腐蚀图形,再通过BOE溶液对第一绝缘层6进行通孔腐蚀,形成用于去向N-GaN层2的通道601和用于去向反射层5的通道602;如图5所示;
第一绝缘层6为SiO2/SiNx绝缘层;
步骤5,利用负性光刻胶掩膜方法,制作互联电极图形,并通过电子束蒸发设备制作互联电极层7,所述互联电极层7穿透第一绝缘层6,分别连接反射层5和N-GaN层2;互联电极层7上留有去向N-GaN层2的通道701;如图6所示;
互联电极层7的金属层依次为Cr/Al/Ti/Pt/Au/Pt,其中Au的厚度不低于1μm;
步骤6,再次利用PECVD工艺在晶圆表面制备第二绝缘层8,并通过正性光刻胶掩膜方法,制作腐蚀图形,再通过BOE溶液对第二绝缘层8进行通孔腐蚀,形成用于去向N-GaN层2的通道801和用于去向互联电极层7的通道802;如图7所示;
第二绝缘层8为SiO2/SiNx绝缘层;
步骤7,再次利用负性光刻胶掩膜方法,制作引出电极图形,并通过电子束蒸发设备设备引出电极层;
引出电极层包括两个焊盘电极9、10、两个热阻监控电极11、12;其中两个焊盘电极9、10穿透第二绝缘层8与互联电极层7分别连接;两个热阻监控电极11、12穿透第二绝缘层8、互联电极层7、第一绝缘层6、反射层5、P-GaN层4以及量子阱层3,与N-GaN层2分别连接;
引出电极层的金属层依次为Cr/Al/Ti/Pt/Ni/Au/,其中Ni的厚度不低于300nm;
后续步骤还可以包括:
步骤8,将晶园减薄至100~200μm;
步骤9,切割晶园分离得到单颗LED芯片。
通过以上实施例的工艺步骤,得到一种具有温度监控的大功率倒装LED芯片,包括衬底层1,在所述衬底层1上依次生长有N-GaN层2、量子阱层3、P-GaN层4;
P-GaN层4上设有反射层5;所述量子阱层3、P-GaN层4、反射层5被第一绝缘层6包覆;
所述第一绝缘层6上设有互联电极层7;所述互联电极层7穿透第一绝缘层6,分别连接反射层5和N-GaN层2;
所述互联电极层7被第二绝缘层8包覆;
所述第二绝缘层8上设有引出电极层;所述引出电极层包括穿透第二绝缘层8与互联电极层7分别连接的两个焊盘电极9、10,以及穿透第二绝缘层8、互联电极层7、第一绝缘层6、反射层5、P-GaN层4以及量子阱层3与N-GaN层2分别连接的两个热阻监控电极11、12;
所述两个热阻监控电极11、12与N-GaN层连接处形成探温节。
更优地,热阻监控电极11、12与N-GaN层连接位置位于N-GaN层中心区域。
最后所应说明的是,以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照实例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种具有温度监控的大功率倒装LED芯片,包括衬底层(1),其特征在于,
在所述衬底层(1)上依次生长有N-GaN层(2)、量子阱层(3)、P-GaN层(4);
P-GaN层(4)上设有反射层(5);所述量子阱层(3)、P-GaN层(4)、反射层(5)被第一绝缘层(6)包覆;
所述第一绝缘层(6)上设有互联电极层(7);所述互联电极层(7)穿透第一绝缘层(6),分别连接反射层(5)和N-GaN层(2);
所述互联电极层(7)被第二绝缘层(8)包覆;
所述第二绝缘层(8)上设有引出电极层;所述引出电极层包括穿透第二绝缘层(8)与互联电极层(7)分别连接的两个焊盘电极(9、10),以及穿透第二绝缘层(8)、互联电极层(7)、第一绝缘层(6)、反射层(5)、P-GaN层(4)以及量子阱层(3)与N-GaN层(2)分别连接的两个热阻监控电极(11、12);
所述两个热阻监控电极(11、12)与N-GaN层连接处形成探温节。
2.如权利要求1所述的具有温度监控的大功率倒装LED芯片,其特征在于,
热阻监控电极与N-GaN层连接位置位于N-GaN层中心区域。
3.如权利要求1所述的具有温度监控的大功率倒装LED芯片,其特征在于,
互联电极层(7)的金属层依次为Cr/Al/Ti/Pt/Au/Pt,其中Au的厚度不低于1μm。
4.如权利要求1所述的具有温度监控的大功率倒装LED芯片,其特征在于,
引出电极层的金属层依次为Cr/Al/Ti/Pt/Ni/Au/,其中Ni的厚度不低于300nm。
5.一种具有温度监控的大功率倒装LED芯片的制备方法,其特征在于,
步骤1,利用MOCVD设备在衬底层(1)上依次生长N-GaN层(2),量子阱层(3)和P-GaN层(4),形成完整LED外延结构;
步骤2,利用正性光刻胶掩膜方法,制作掩膜图形,掩膜图形上的空白区域对应去向N-GaN层(2)的通道,将掩膜图形空白区域对应的N-GaN层(2)暴露出来;
步骤3,利用负性光刻胶掩膜方法,制作反射层图形,并通过磁控溅射工艺制作反射层(5),反射层(5)上设有用于去向N-GaN层(2)的通道;
步骤4,利用PECVD工艺在晶圆表面制备第一绝缘层(6),并通过正性光刻胶掩膜方法,制作腐蚀图形,再对第一绝缘层(6)进行通孔腐蚀,形成用于去向N-GaN层(2)的通道和用于去向反射层(5)的通道;
步骤5,利用负性光刻胶掩膜方法,制作互联电极图形,并通过电子束蒸发设备制作互联电极层(7),所述互联电极层(7)穿透第一绝缘层(6),分别连接反射层(5)和N-GaN层(2);互联电极层(7)上留有去向N-GaN层(2)的通道;
步骤6,再次利用PECVD工艺在晶圆表面制备第二绝缘层(8),并通过正性光刻胶掩膜方法,制作腐蚀图形,再对第二绝缘层(8)进行通孔腐蚀,形成用于去向N-GaN层(2)的通道和用于去向互联电极层(7)的通道;
步骤7,再次利用负性光刻胶掩膜方法,制作引出电极图形,并通过电子束蒸发设备设备引出电极层;
引出电极层包括两个焊盘电极(9、10)、两个热阻监控电极(11、12);其中两个焊盘电极(9、10)穿透第二绝缘层(8)与互联电极层(7)分别连接;两个热阻监控电极(11、12)穿透第二绝缘层(8)、互联电极层(7)、第一绝缘层(6)、反射层(5)、P-GaN层(4)以及量子阱层(3),与N-GaN层(2)分别连接。
6.如权利要求5所述的具有温度监控的大功率倒装LED芯片的制备方法,其特征在于,
反射层金属为Ag/TiW。
7.如权利要求5所述的具有温度监控的大功率倒装LED芯片的制备方法,其特征在于,
第一绝缘层(6)为SiO2/SiNx绝缘层。
8.如权利要求5所述的具有温度监控的大功率倒装LED芯片的制备方法,其特征在于,
互联电极层(7)的金属层依次为Cr/Al/Ti/Pt/Au/Pt,其中Au的厚度不低于1μm。
9.如权利要求5所述的具有温度监控的大功率倒装LED芯片的制备方法,其特征在于,
第二绝缘层(8)为SiO2/SiNx绝缘层。
10.如权利要求5所述的具有温度监控的大功率倒装LED芯片的制备方法,其特征在于,
引出电极层的金属层依次为Cr/Al/Ti/Pt/Ni/Au/,其中Ni的厚度不低于300nm。
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