CN116207202A - 一种高压微型发光器件的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高压微型发光器件的制备方法，用于实现在衬底表面通过沟道相互隔离的若干个LED单元的连接；其中，所述桥接电极通过层叠于所述玻璃化绝缘层的方式，向两端延伸至LED单元的凹槽裸露部及相邻LED单元的透明导电层，以串联相邻两个LED单元的设置；实现了第一钝化层前置蚀刻开孔裸露所述台面，从而，可精准控制透明导电层的有效面积，确保高压微型发光器件的每个LED单元的发光面积一致；此外，所述第一钝化层可同时并作为电流阻挡层实现均匀电流分布，防止LED单元的电流聚集。同时，通过在所述沟道内形成玻璃化绝缘层，以减小桥接电极向两侧LED单元延伸的高度差，且由于玻璃化体系具有良好的力学结构和化学稳定性，可很好地改善因桥接金属断开的问题。

Description

一种高压微型发光器件的制备方法

技术领域

本发明涉及发光二极管领域，尤其涉及一种高压微型发光器件的制备方法。

背景技术

随着LED芯片制造业的兴起以及科研领域的发展，要求新一代的芯片具有高性能、低成本且更注重器件的稳定性，因而高压倒装LED芯片应运而生，高压倒装LED可以将功率型芯片实现多单元互联互通，有效地降低驱动电流，同时芯片可以直接高压驱动，可以节省驱动成本，提高光源整体寿命；由于芯片采用倒装结构，合理的电极设计可以提高出光反射效率，减少电流从聚效应，而且实现无线焊接，散热效果好，有利于减少成本，降低光衰。

然而，现有技术中，倒装高压芯片在蒸镀桥接电极以实现相邻两个LED单元的互连时，由于台面侧壁倾斜角较大时，蒸镀难度大、蒸镀厚度不足，使桥接电极容易产生裂缝，如此导致高压LED芯片的各子LED单元之间互连电阻大，使得高压LED芯片失效；甚至会出现桥接电极直接断开使高压LED芯片无法发光的问题。

同时，现有技术中，通常采用SiO₂作为钝化层，然而SiO₂作为钝化层，其水汽隔绝能力一般，在高湿环境下长期老化易失效，导致微电流应用下的漏电参数VF4下降。

此外，在小尺寸LED芯片应用下，通过光刻胶掩膜蚀刻透明导电层时，由于存在光刻衍射导致透明导电层蚀刻线宽不易控制，最终影响透明导电层有效发光面积。

有鉴于此，本发明人专门设计了一种高压微型发光器件的制备方法，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压微型发光器件的制备方法，以解决高压微型发光器件中桥接电极可靠性差以及透明导电层蚀刻控制精准度差的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高压微型发光器件的制备方法，用于实现在衬底表面通过沟道相互隔离的若干个LED单元的连接，所述制备方法包括如下步骤：

S01、提供一外延结构，所述外延结构包括衬底及设置于所述衬底表面的外延叠层，所述外延叠层至少包括在所述衬底表面依次堆叠的第一型半导体层、有源区和第二型半导体层；

S02、通过蚀刻所述外延叠层，使部分所述第一型半导体层裸露，从而形成若干个凹槽及台面，所述凹槽与台面相对设置；

S03、通过深蚀刻所述外延叠层至裸露所述衬底表面，形成通过沟道相互间隔排布的若干个LED单元；

S04、制作第一钝化层，所述第一钝化层覆盖各所述LED单元，且分别裸露各所述LED单元所对应的凹槽、台面的至少部分表面；

S05、在各所述台面裸露部沉积透明导电层；

S06、在所述沟道内形成玻璃化绝缘层；

S07、制作桥接电极，所述桥接电极通过层叠于所述玻璃化绝缘层的方式，向两端延伸至LED单元的凹槽裸露部及相邻LED单元的透明导电层，以连接相邻两个LED单元；

S08、沉积第一电极和第二电极，所述第一电极通过层叠于凹槽裸露部的方式设置于微型发光器件的一端，所述第二电极通过层叠于所述透明导电层表面的方式设置于微型发光器件的另一端。

优选地，所述玻璃化绝缘层通过降低环境温度以固化光刻胶而形成。

优选地，所述玻璃化绝缘层的制作具体包括：

首先、在各所述LED单元表面旋涂粘附剂，并进行软烤处理；

接着，旋涂光刻胶，并通过曝光、显影工艺仅保留位于所述沟道内的光刻胶；

最后，固化所述光刻胶。

优选地，通过多次调整环境温度以实现渐进式固化所述光刻胶。

优选地，所述光刻胶层包括BCB光刻胶。

优选地，所述LED单元包括倒装结构LED单元，则还包括绝缘反射镜，其包覆各所述LED单元及所述桥接电极，且保持所述第一电极，以及另一LED单元具有用于外部接触的第二电极。

优选地，在所述LED单元的表面还设有第二钝化层，所述第二钝化层设置于所述绝缘反射镜背离所述LED单元的一侧表面，所述第一电极、第二电极通过层叠于所述第二钝化层的方式进行延伸扩展。

优选地，所述绝缘反射镜及所述第二钝化层通过同道ICP刻蚀工艺以保持所述凹槽及透明导电层裸露部，进而实现所述第一电极和第二电极的沉积点位。

优选地，通过调整ICP刻蚀过程中的气体源以实现所述ICP刻蚀工艺。

优选地，所述ICP刻蚀以CH_xF_y系气体作为蚀刻气体，O₂/Ar作为辅助气体，其中，X+Y≤4；且通过调整蚀刻气体、辅助气体的占比以及x、y值，以实现所述ICP刻蚀工艺。

优选地，在所述透明导电层的表面还设有金属电极层，则所述第二电极与对应所述金属电极层形成接触。

优选地，所述第一钝化层、第二钝化层包括具有高热导系数的绝缘材料层。

优选地，所述第一钝化层和所述第二钝化层包括Al N层、BN层、Al₂O₃层中的一种或多种。

经由上述的技术方案可知，本发明提供的高压微型发光器件的制备方法，通过：所述LED单元的外延叠层的局部区域蚀刻至部分所述的第一型半导体层形成凹槽及台面，第一钝化层形成于所述外延叠层的表面，且至少裸露部分所述凹槽及台面；透明导电层，其形成于所述台面裸露部；其中，所述桥接电极通过层叠于所述玻璃化绝缘层的方式，向两端延伸至LED单元的凹槽裸露部及相邻LED单元的透明导电层，以串联相邻两个LED单元的设置；实现了第一钝化层前置蚀刻开孔裸露所述台面，从而，可精准控制透明导电层的有效面积，确保高压微型发光器件的每个LED单元的发光面积一致；此外，所述第一钝化层可同时并作为电流阻挡层实现均匀电流分布，防止LED单元的电流聚集。同时，通过在所述沟道内形成玻璃化绝缘层，以减小桥接电极向两侧LED单元延伸的高度差，且由于玻璃化体系具有良好的力学结构和化学稳定性，可很好地改善因桥接金属断开的问题。

其次，所述玻璃化绝缘层通过降低环境温度以固化所述光刻胶层而形成，在保证上述技术效果的同时，其成本较低，易于实现；进一步地，通过多次调整环境温度以实现渐进式固化所述光刻胶，可更好地保证玻璃化绝缘层的力学结构和化学稳定性。

然后，所述第一钝化层包括具有高热导系数的绝缘材料层，可改善桥接电极的散热，防止桥接处击穿失效。

此外，所述绝缘反射镜及所述第二钝化层通过同道I CP刻蚀工艺以保持所述凹槽及透明导电层裸露部，进而实现所述第一电极和第二电极的沉积点位。具体地，以CH_xF_y系气体作为蚀刻气体，O₂/Ar作为辅助气体，可通过调整蚀刻气体、辅助气体的占比以及x、y值，以实现多道ICP刻蚀工艺；从而可达到刻蚀角度平缓的效果，以提高所述第一电极、第二电极的附着力。

最后，所述第一电极、第二电极可通过层叠于所述第二钝化层的方式进行延伸扩展，且所述第二钝化层包括具有高热导系数的Al N层、BN层、Al₂O₃层中的一种或多种，从而在提高电极的附着力的同时，可通过所述第二钝化层对电极进行散热。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1所提供的高压微型发光器件的结构示意图；

图2.1至图2.9为本发明实施例1所提供的高压微型发光器件的制备方法步骤所对应的结构示意图；

图3为本发明实施例2所提供的高压微型发光器件的结构示意图；

图中符号说明：

1、衬底，2、第一型半导体层，3、有源区，4、第二型半导体层，5、沟道，6、第一钝化层，7、透明导电层，8、玻璃化绝缘层，9、桥接电极，10、绝缘反射镜，11、第二钝化层，12、第二电极，13、第一电极，14、金属电极层，15、凹槽，16、台面。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清晰，下面结合附图对本发明的内容作进一步说明。本发明不局限于该具体实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种高压微型发光器件的制备方法，用于实现在衬底表面通过沟道相互隔离的若干个LED单元的连接，其中，所述高压微型发光器件的结构示意图可参考图1；所述制备方法包括如下步骤：

S01、如图2.1所示，提供一外延结构，所述外延结构包括衬底1及设置于所述衬底1表面的外延叠层，所述外延叠层至少包括在所述衬底1表面依次堆叠的第一型半导体层2、有源区3和第二型半导体层4；

需要说明的是，衬底1的类型在本实施例的微型发光元件不受限制，例如，衬底1可以是但不限于蓝宝石衬底1、硅衬底1等。

值得一提的是，在上述实施例中，外延叠层的第一型半导体层2、有源区3以及第二型半导体层4的类型在本实施例的微型发光元件也可以不受限制，例如，第一型半导体层2可以是但不限于氮化镓层，相应地，第二型半导体层4可以是但不限于氮化镓层。

S02、如图2.2所示，通过蚀刻所述外延叠层，使部分所述第一型半导体层2裸露，从而形成若干个凹槽15及台面16，所述凹槽15与台面16相对设置；

S03、如图2.3所示，通过深蚀刻所述外延叠层至裸露所述衬底1表面，形成通过沟道5相互间隔排布的若干个LED单元；

需要强调的是，本发明实施例中，为了突显本发明的技术点，图中仅示意了微发光器件中的3个LED单元，在实际使用过程中，衬底1表面可含有成千上万个LED单元，具体视情况而定，本申请对此并不做限定。

S04、如图2.4所示，制作第一钝化层6，所述第一钝化层6覆盖各所述LED单元，且分别裸露各所述LED单元所对应的凹槽15、台面16的至少部分表面；

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述第一钝化层6包括具有高热导系数的绝缘材料层。

优选地，所述第一钝化层6包括Al N层、BN层、Al₂O₃层中的一种或多种。

S05、如图2.5所示，在各所述台面16裸露部沉积透明导电层7；

需要说明的是，本发明实施例中，所述透明导电层7的材料可以是ITO，ZnO，IWO，AZO等具体视情况而定，本申请对此并不做限定。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述透明导电层7延伸至所述第一钝化层的表面，使其作为电流阻挡层实现均匀电流分布，防止LED单元的电流聚集。

S06、如图2.6所示，在所述沟道5内形成玻璃化绝缘层8；

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述玻璃化绝缘层8通过降低环境温度以固化光刻胶而形成。

所述玻璃化绝缘层8的制作具体包括：

首先、在各所述LED单元表面旋涂粘附剂，并进行软烤处理；

接着，旋涂光刻胶，并通过曝光、显影工艺仅保留位于所述沟道5内的光刻胶；

最后，固化所述光刻胶。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述光刻胶层包括BCB光刻胶。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，通过多次调整环境温度以实现渐进式固化所述光刻胶。具体地，固化次数为n，则固化温度为T_n，则T_n-T_n-1≥50℃。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，n＝3，且首次固化所对应的环境温度T1优选为150～200℃，固化时间5～15mi ns。

第二次固化所对应的环境温度T2优选为180～230℃，固化时间5～15mi ns。

第三次固化所对应的环境温度T3优选为210～250℃，固化时间5～15mi ns。

需要说明的是，本实施例并不限定次数n的具体范围；同样地，第三次固化、第四次固化……第n次固化所对应的固化温度按照T_n-T_n-1≥50℃执行即可，本实施例对此不作限定。

S07、如图2.7所示，制作桥接电极9，所述桥接电极9通过层叠于所述玻璃化绝缘层8的方式，向两端延伸至LED单元的凹槽15裸露部及相邻LED单元的透明导电层7，以连接相邻两个LED单元；

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述桥接电极9包括但不限于Cr、Ni、Al、Ti、Pt、Au等金属中一种及多种组合。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，在所述透明导电层7的表面还设有金属电极层14，则后续制作的第二电极12与对应所述金属电极层14形成接触。具体地，所述金属电极层14可与桥接电极9同步沉积并光刻而形成。具体地，所述金属电极层14包括但不限于Cr、N i、Al、Ti、Pt、Au等金属中一种及多种组合。

S09、如图2.8所示，分别制作绝缘反射镜10和第二钝化层11；

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述LED单元为倒装结构LED单元，则还包括所述绝缘反射镜10，其包覆各所述LED单元及所述桥接电极9，且保持所述第一电极13，以及另一LED单元具有用于外部接触的第二电极12。具体地，所述绝缘反射镜10包括但不限于DBR反射镜。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，在所述LED单元的表面还设有所述第二钝化层11，所述第二钝化层11设置于所述绝缘反射镜10背离所述LED单元的一侧表面，使后续的电极可通过层叠于所述第二钝化层11的方式进行延伸扩展。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述绝缘反射镜10及所述第二钝化层11通过同道ICP刻蚀工艺以保持所述凹槽15及透明导电层7裸露部，进而实现所述第一电极13和第二电极12的沉积点位。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，通过调整ICP刻蚀过程中的气体源以实现所述ICP刻蚀工艺。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述ICP刻蚀以CH_xF_y系气体作为蚀刻气体，O₂/Ar作为辅助气体，其中，X+Y≤4；且通过调整蚀刻气体、辅助气体的占比以及x、y值，以实现所述I CP刻蚀工艺。

具体地，首先，以CHF₃作为蚀刻工艺气体，并采用O₂作为辅助气体，并调整CHF₃、O₂两者的占比由高到低阶段式递减；

接着，调整CHF₃、O₂两者的占比由低到阶段式上升。

在本申请的一个实施例中，CHF₃、O_2的气体比例从1:6到1:4再到1:2逐渐降低；接着，再从1:2到1:4再到1:6逐渐上升，气体比例渐次变化有利于绝缘反射镜10及第二钝化层11刻蚀角度较平缓。

S10、如图2.9所示，沉积第一电极13和第二电极12，所述第一电极13通过层叠于凹槽15裸露部的方式设置于微型发光器件的一端，所述第二电极12通过层叠于所述透明导电层7表面的方式设置于微型发光器件的另一端。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述第一电极13和第二电极12包括但不限于Cr、Ni、Al、Ti、Pt、Au、Sn、Ag、Cu等金属中一种及多种组合。

经由上述的技术方案可知，本发明提供的高压微型发光器件的制备方法，通过：所述LED单元的外延叠层的局部区域蚀刻至部分所述的第一型半导体层2形成凹槽15及台面16，第一钝化层6形成于所述外延叠层的表面，且至少裸露部分所述凹槽15及台面16；透明导电层7，其形成于所述台面16裸露部；其中，所述桥接电极9通过层叠于所述玻璃化绝缘层8的方式，向两端延伸至LED单元的凹槽15裸露部及相邻LED单元的透明导电层7，以串联相邻两个LED单元的设置；实现了第一钝化层6前置蚀刻开孔裸露所述台面16，从而，可精准控制透明导电层7的有效面积，确保高压微型发光器件的每个LED单元的发光面积一致；此外，所述第一钝化层6可同时并作为电流阻挡层实现均匀电流分布，防止LED单元的电流聚集。同时，通过在所述沟道5内形成玻璃化绝缘层8，以减小桥接电极9向两侧LED单元延伸的高度差，且由于玻璃化体系具有良好的力学结构和化学稳定性，可很好地改善因桥接金属断开的问题。

其次，所述玻璃化绝缘层8通过降低环境温度以固化所述光刻胶层而形成，在保证上述技术效果的同时，其成本较低，易于实现；进一步地，通过多次调整环境温度以实现渐进式固化所述光刻胶，可更好地保证玻璃化绝缘层8的力学结构和化学稳定性。

然后，所述第一钝化层6包括具有高热导系数的绝缘材料层，可改善桥接电极9的散热，防止桥接处击穿失效。

此外，所述绝缘反射镜10及所述第二钝化层11通过同道ICP刻蚀工艺以保持所述凹槽15及透明导电层7裸露部，进而实现所述第一电极13和第二电极12的沉积点位。具体地，以CH_xF_y系气体作为蚀刻气体，O₂/Ar作为辅助气体，可通过调整蚀刻气体、辅助气体的占比以及x、y值，以实现多道ICP刻蚀工艺；从而可达到刻蚀角度平缓的效果，以提高所述第一电极13、第二电极12的附着力。

最后，所述第一电极13、第二电极12可通过层叠于所述第二钝化层11的方式进行延伸扩展，且所述第二钝化层11包括具有高热导系数的Al N层、BN层、Al₂O₃层中的一种或多种，从而在提高电极的附着力的同时，可通过所述第二钝化层11对电极进行散热。

实施例2

本实施例与实施例1所存在的区别为：本实施例所提供的高压微型发光器件为正装结构，因此在本实施例中，所述高压微型发光器件无需在各所述LED单元表面设置绝缘反射镜，具体结构如图3所示，其制备方法可参考实施例1所示的制备方法并省略绝缘反射镜的相关步骤即可。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (13)

1.一种高压微型发光器件的制备方法，用于实现在衬底表面通过沟道相互隔离的若干个LED单元的连接，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

S01、提供一外延结构，所述外延结构包括衬底及设置于所述衬底表面的外延叠层，所述外延叠层至少包括在所述衬底表面依次堆叠的第一型半导体层、有源区和第二型半导体层；

S02、通过蚀刻所述外延叠层，使部分所述第一型半导体层裸露，从而形成若干个凹槽及台面，所述凹槽与台面相对设置；

S03、通过深蚀刻所述外延叠层至裸露所述衬底表面，形成通过沟道相互间隔排布的若干个LED单元；

S04、制作第一钝化层，所述第一钝化层覆盖各所述LED单元，且分别裸露各所述LED单元所对应的凹槽、台面的至少部分表面；

S05、在各所述台面裸露部沉积透明导电层；

S06、在所述沟道内形成玻璃化绝缘层；

S07、制作桥接电极，所述桥接电极通过层叠于所述玻璃化绝缘层的方式，向两端延伸至LED单元的凹槽裸露部及相邻LED单元的透明导电层，以连接相邻两个LED单元；

S08、沉积第一电极和第二电极，所述第一电极通过层叠于凹槽裸露部的方式设置于微型发光器件的一端，所述第二电极通过层叠于所述透明导电层表面的方式设置于微型发光器件的另一端。

2.根据权利要求1所述的高压微型发光器件的制备方法，其特征在于，所述玻璃化绝缘层通过降低环境温度以固化光刻胶而形成。

3.根据权利要求2所述的高压微型发光器件的制备方法，其特征在于，所述玻璃化绝缘层的制作具体包括：

首先、在各所述LED单元表面旋涂粘附剂，并进行软烤处理；

接着，旋涂光刻胶，并通过曝光、显影工艺仅保留位于所述沟道内的光刻胶；

最后，固化所述光刻胶。

4.根据权利要求3所述的高压微型发光器件的制备方法，其特征在于，通过多次调整环境温度以实现渐进式固化所述光刻胶。

5.根据权利要求1所述的高压微型发光器件的制备方法，其特征在于，所述光刻胶层包括BCB光刻胶。

6.根据权利要求1所述的高压微型发光器件的制备方法，其特征在于，所述LED单元包括倒装结构LED单元，则还包括绝缘反射镜，其包覆各所述LED单元及所述桥接电极，且保持所述第一电极，以及另一LED单元具有用于外部接触的第二电极。

7.根据权利要求6所述的高压微型发光器件的制备方法，其特征在于，在所述LED单元的表面还设有第二钝化层，所述第二钝化层设置于所述绝缘反射镜背离所述LED单元的一侧表面，所述第一电极、第二电极通过层叠于所述第二钝化层的方式进行延伸扩展。

8.根据权利要求7所述的高压微型发光器件的制备方法，其特征在于，所述绝缘反射镜及所述第二钝化层通过同道ICP刻蚀工艺以保持所述凹槽及透明导电层裸露部，进而实现所述第一电极和第二电极的沉积点位。

9.根据权利要求8所述的高压微型发光器件的制备方法，其特征在于，通过调整ICP刻蚀过程中的气体源以实现所述ICP刻蚀工艺。

10.根据权利要求9所述的高压微型发光器件的制备方法，其特征在于，所述ICP刻蚀以CH_xF_y系气体作为蚀刻气体，O₂/Ar作为辅助气体，其中，X+Y≤4；且通过调整蚀刻气体、辅助气体的占比，以实现所述ICP刻蚀工艺。

11.根据权利要求1所述的高压微型发光器件的制备方法，其特征在于，在所述透明导电层的表面还设有金属电极层，则所述第二电极与对应所述金属电极层形成接触。

12.根据权利要求7所述的高压微型发光器件的制备方法，其特征在于，所述第一钝化层、第二钝化层包括具有高热导系数的绝缘材料层。

13.根据权利要求12所述的高压微型发光器件的制备方法，其特征在于，所述第一钝化层和所述第二钝化层包括AlN层、BN层、Al₂O₃层中的一种或多种。

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