CN204441323U - 倒装led芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种倒装LED芯片，包括：衬底；外延层，设置于所述衬底上；透明导电层，设置于所述外延层上；电极与焊盘，设置于所述透明导电层顶面上，还包括布拉格绝缘反射层，所述布拉格绝缘反射层设置于所述电极与所述焊盘之间。本实用新型提供的倒装LED芯片以布拉格反射层(DBR)替代常用的金属反射层，避免了使用Ag时导致的倒装LED芯片漏电率高、光衰严重的问题，采用枝条状电极结构相比传统开VIA孔结构制作P电极与N电极的倒装芯片结构，电流分布更均匀，使得本实用新型提供的倒装LED芯片结构的良率高，发光均匀性好，产品可靠性高，在中小功率芯片上尤为明显。

Description

倒装LED芯片

技术领域

本实用新型涉及LED(发光二极管)芯片领域，特别地，涉及一种倒装LED芯片。

背景技术

半导体照明以节能，环保，亮度高，寿命长等优点，成为社会发展的焦点。GaN基LED芯片是半导体照明的“核心动力”，近年来性能得到大幅提升，生产成本也不断降低，为半导体照明走进千家万户做出突出贡献。

市场需求和为了满足这种需求提高产品的性价比是技术发展走势的一种强劲的驱动力。一种产品往往要综合使用多种技术，因此多种技术的平衡发展才能使一种产品的综合性能指标满足客户的需求。

目前倒装LED芯片外延层中以Ag金属层作为反射层，但Ag金属在LED芯片中很容易扩散与团聚，导致所得LED芯片漏电率和光衰高的问题。为了避免上述问题，在生长芯片时必须使用昂贵溅射镀膜机台蒸镀非常致密的保护层金属。如果保护层对Ag层覆盖的不好，芯片将变得不稳定。

实用新型内容

本实用新型提供一种倒装LED芯片，以解决现有技术中倒装LED芯片漏电率高、亮度低的技术问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种倒装LED芯片，一种倒装LED芯片，包括：衬底；外延层，设置于衬底上；透明导电层，设置于外延层上；焊盘，设置于透明导电层顶面上，还包括布拉格绝缘反射层，布拉格绝缘反射层设置于透明导电层与焊盘之间。

进一步地，还包括N型GaN层、量子阱层和P型GaN层，N型GaN层、量子阱层和P型GaN层依次叠置于衬底上，透明导电层设置于P型GaN层的顶面上。

进一步地，还包括N型电极和P型电极，倒装LED芯片的一侧为N型区域，另一相对侧为P型区域，N型区域和P型区域之间为绝缘区域，N型电极设置于N型区域内的N型GaN层顶面上；P型电极设置于P型区域和绝缘区域的透明导电层顶面上。

进一步地，N型区域内量子阱层、P型GaN层和透明导电层局部经刻蚀至N型GaN层，间隔形成第一柱和第二柱；N型电极包括间隔设置的第一N型电极和第二N型电极，第一N型电极设置于第一柱和第二柱之间，P型电极包括间隔设置的第一P型电极和第二P型电极，第一P型电极设置于绝缘区域，第二P型电极设置于P型区域。

进一步地，布拉格绝缘反射层设置于第一柱、第二柱和绝缘区域的侧壁上，布拉格绝缘反射层还设置于第一P型电极的顶面和第一P型电极上靠近第二柱的侧壁上。

进一步地，布拉格绝缘反射层还设置于第二P型电极的两相对侧壁上、P型区域内透明导电层顶面和侧壁上。

进一步地，焊盘包括间隔设置的P型焊盘和N型焊盘，N型焊盘与N型电极相接触；P型焊盘与P型电极相接触。

本实用新型的另一方面还提供了一种倒装LED芯片，包括：衬底；外延层，设置于衬底上；透明导电层，设置于外延层上；焊盘，设置于透明导电层顶面上，还包括布拉格绝缘反射层、P型电极和N型电极，布拉格绝缘反射层设置于透明导电层与焊盘之间；N型电极还包括条状N型电极，条状N型电极在倒装LED芯片内横向延伸形成；P型电极还包括条状P型电极，条状P型电极在倒装LED芯片内横向延伸形成。

进一步地，条状N型电极上设有柱状在外延层内纵向延伸形成的柱状N型电极；条状P型电极上设有柱状在外延层内纵向延伸形成的柱状P型电极。

进一步地，条状N型电极和条状P型电极的宽度为0.5～20um。

本实用新型具有以下有益效果：

1.本实用新型提供的倒装LED芯片外延层中以布拉格反射层(DBR)替代常用的金属反射层，避免了使用Ag时导致的倒装LED芯片漏电率高、光衰严重的问题；采用枝条状电极结构相比传统开VIA孔结构制作P电极与N电极的倒装芯片结构，电流分布更均匀，使得本实用新型提供的倒装LED芯片结构的良率高，发光均匀性好，产品可靠性高，在中小功率芯片上尤为明显。

2.同时DBR层为绝缘材料制成，将其设置于两层金属材质的层之间，发挥绝缘介质层的作用，生产过程中无需制备Ag保护层，简化芯片制程工艺，缩短流片时间，不需购买昂贵的金属溅射机台，大幅度降低成本。

3.本实用新型提供的倒装LED芯片中的各电极为枝条状设置于倒装LED芯片的顶面上，使得电流在LED芯片中的运动面积更大，提高电流在芯片中的分别均匀性和扩散面积，提高发光亮度。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型优选实施例的倒装LED芯片反转后的俯视示意图；

图2是沿图1A-A线的剖视示意图(剖面线部分省略)；

图3是本实用新型优选实施例的LED芯片俯视示意图；以及

图4是本实用新型优选实施例的LED芯片俯视示意图；

图5是本实用新型优选实施例的LED芯片俯视示意图；

图6是本实用新型优选实施例的LED芯片俯视示意图。

图例说明：

1、衬底；2、N型GaN层；3、量子阱层；4、P型GaN层；5、透明导电层；6、布拉格反射绝缘层；71、第一N型电极；72、第二N型电极；73、条状N型电极；81、第一P型电极；82、第二P型电极；83、条状P型电极；10、P型焊盘；11、N型焊盘；101、第一柱；102、第二柱。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本文中芯片功率大于1W为大功率芯片。芯片功率小于1W的芯片，例如0.5W、0.2W、0.06W称为小功率芯片或者中小功率芯片。本文中外延层是指设置于衬底上的常用叠置层，如设置于衬底上的N型GaN层、量子阱层、P型GaN层等，当然并不限于此，而是本领域中各类常用的外延层结构均可。

本实用新型提供的倒装LED芯片如图1和图2所示，包括衬底1、N型GaN层2、量子阱层3、P型GaN层4、透明导电层5、布拉格反射绝缘层6、N型电极、P型电极、P型焊盘10和N型焊盘11。衬底1可以为蓝宝石衬底、碳化硅衬底等常用衬底。衬底1顶面上覆盖了N型GaN层2。N型GaN层2顶面上覆盖了量子阱层3。量子阱层3顶面上覆盖了P型GaN层4。P型GaN层4顶面上覆盖了透明导电层5。在倒装LED芯片的一侧区域内进行刻蚀处理，将该区域内叠置的量子阱层3、P型GaN层4和透明导电层5部分刻蚀除去。留下间隔的设置于N型GaN层2顶面上的第一柱101和第二柱102。第一柱101和第二柱102生长柱状的第一N型电极71。第二柱102与未蚀刻区域之间的间隙经过刻蚀处理后裸露出N型GaN层2，在该间隙上生长另一柱状第二N型电极72。

为便于说明以下将倒装LED芯片人为划分为N型区域、绝缘区域和P型区域。N型区域和P型区域相对设置于倒装LED芯片加工面的两端。当倒装LED芯片为矩形、圆形或多边形时，该两区域仍间隔设置于倒装LED芯片的两相对端。N型区域内设置N型电极。P型区域内设置P型电极。绝缘区域用于间隔N型区域和P型区域。绝缘区域顶面上覆盖绝缘层，将芯片内部的通电部分封闭。

倒装LED芯片的余下区域未进行刻蚀处理，透明导电层5的顶面上生长第一P型电极81。倒装LED芯片的一侧进行针对第一P型电极81的刻蚀处理，形成第一P型电极81。在N型区域的透明导电层5顶面上及第一柱101和第二柱102的侧壁上设置布拉格反射绝缘层6。在未经刻蚀处理的绝缘区域的第一P型电极81顶面及其侧壁上设置布拉格反射绝缘层6。在P型区域的第一P型电极81与第二P型电极82之间及其侧壁上设置布拉格反射绝缘层6。并在P型区域外侧的侧壁上设置布拉格反射绝缘层6。N型区域的布拉格反射绝缘层6的顶面上设置N型焊盘11。N型焊盘11覆盖于第一N型电极71和第二N型电极72上用于向N型电极通电。P型区域的布拉格反射绝缘层6顶面上设置P型焊盘10。由于P型区域与绝缘区域之间的布拉格反射绝缘层6间隔设置，因而所留空白使得P型焊盘10可与第一P型电极81和第二P型电极82接触，以便P型焊盘10向二者通电。

布拉格反射绝缘层6为分布布拉格反射膜系，DBR膜系中包括两种折射率不同的介质材料，两种材料形成叠置的层，如第一种材料为A层，第二材料为B层二者以ABABAB……形式交错生长形成。半导体行业通常以此来获得对某一光学波段具有高反射率的膜层。用于生长DBR层的两种材料之间折射率差值越大，则所得DBR层的反射带宽越宽，达到较高反射率所需要的叠置生长不同材料层的对数就越少。本实用新型通过在该结构中色泽布拉格反射绝缘层6，利用其所具有的反射作用，起到与金属反射层相同的作用。同时由于布拉格反射绝缘层6为-SiO2制成，因而不具有导电作用，同时布拉格反射绝缘层6还能在遮蔽第一P型电极81防止其漏电的情况下，隔绝P型焊盘10和N型焊盘11，防止二者电流相连接，导致漏电的发生，从而降低了所得倒装LED芯片的漏电率。

另一实施例中，倒装LED芯片仅包括设置于透明导电层5和焊盘之间的布拉格绝缘反射层。其他结构可以根据所生长的LED芯片的实际需要进行调整。以布拉格层替代反射层和绝缘层，减少了生长工序，提高了设置效率，增加了产品稳定性。

另一实施例中，该倒装LED芯片中的衬底1和透明导电层5之间依序叠置了N型GaN层2、量子阱层3和P型GaN层4。以便使其发挥常规效果。

另一实施例中，N型电极仅设置一个或根据需要可以设置多个，N型电极进行设置于N型区域内的N型GaN层2顶面上即可。便于调整。P型电极设置于P型区域和绝缘区域的透明导电层5顶面上。电极的数量及其形状可以根据实际需要进行调整。

在另一实施例中，焊盘只需与相应电极相接触即可，电极及其相应层的裸露面上均设置有布拉格绝缘反射层以发挥绝缘作用。简化了生长工艺。

参见图3和4，本实用新型另一方面还提供了一种倒装LED芯片，该LED芯片包括衬底1；设置于衬底1上的外延层；透明导电层5，设置于衬底1上；焊盘，设置于透明导电层5顶面上。还包括布拉格绝缘反射层、P型电极和N型电极，布拉格绝缘反射层设置于透明导电层5与焊盘之间。N型电极还包括条状N型电极73，条状N型电极73在倒装LED芯片内横向延伸形成；P型电极还包括条状P型电极83，条状P型电极83在倒装LED芯片内横向延伸形成。条状电极在LED芯片表层内部延伸可以提高电流在LED芯片内的分布均匀性。

在另一实施例中，条状N型电极73上设有柱状在外延层内纵向延伸形成的柱状N型电极；条状P型电极83上设有柱状在外延层内纵向延伸形成的柱状P型电极。该柱状电极可以提高电流在LED芯片纵向上的分布，此时结合上条状电极，二者相配合从而提高了电极中电流在LED芯片内部的整体分布均匀性。

其中一种实施例为N型电极包括第一N型电极71，第一N型电极71为柱状在外延层内纵向延伸形成。P型电极包括第一P型电极81，第一P型电极81为柱状在外延层内纵向延伸形成。电极在外延层内纵向延伸可以提高电流在外延层中的纵向分布均匀性。

在另一实施例中，N型电极还包括第二N型电极72，第二N型电极72在外延层内纵向延伸形成，同时第二N型电极72的一侧沿倒装LED芯片横向向外延伸形成条状N型电极73。P型电极还包括第二P型电极82在外延层内纵向延伸形成，同时第二P型电极82的一侧沿倒装LED芯片横向向外延伸形成条状P型电极83。在LED芯片中增设沿LED芯片两侧延伸形成的条状N、P电极，能提高通入LED芯片中的电流在其中的分布均匀性，提高电流的流动范围，从而提高芯片的发光强度和亮度。其中的条状电极的目的在于使其中的电流在芯片中成片状分布，从而提高发光效率，两相对电极的条状结构是否相互平行并不重要。优选条状N型电极73和调整条状P型电极83的宽度为0.5～20um。此时电流分布均匀性达到最优。

参见图5，在另一实施例中，条状N型电极73的两侧分别设置两条状P型电极83.三者平行设置。条状N型电极73与柱状N型电极相连接。条状P型电极83的一端与柱状P型电极相连接。

参见图6，在另一实施例中，条状N型电极73沿矩形LED芯片的周缘设置，其所围区域内部设置条状P型电极83。由于矩形LED芯片的顶角处容易出现电流死角，故条状N型电极73的四个顶角处设置柱状N型电极和/或条状P型电极83的四个顶角处设置柱状P型电极。提高芯片整体纵向和横向区域内的电流分布。

另一实施例中，倒装LED芯片仅包括设置于透明导电层5和焊盘之间的布拉格绝缘反射层。其他结构可以根据所生长的LED芯片的实际需要进行调整。以布拉格层替代反射层和绝缘层，减少了生长工序，提高了设置效率，增加了产品稳定性。

另一实施例中，该倒装LED芯片中的衬底1和透明导电层5之间依序叠置了N型GaN层2、量子阱层3和P型GaN层4。以便使其发挥常规效果。

另一实施例中，N型电极仅设置一个或根据需要可以设置多个，N型电极进行设置于N型区域内的N型GaN层2顶面上即可。便于调整。P型电极设置于P型区域和绝缘区域的透明导电层5顶面上。电极的数量及其形状可以根据实际需要进行调整。

在另一实施例中，焊盘只需与相应电极相接触即可，电极及其相应层的裸露面上均设置有布拉格绝缘反射层以发挥绝缘作用。简化了生长工艺。

本实用新型提供的倒装LED芯片外延层制备方法包括以下步骤：

1、彻底清洗外延片，该外延片是在蓝宝石图形衬底(PSS)上生长的具有GaN基发光二极管芯片结构的外延片，该蓝宝石厚度为420-440微米，GaN层为6-9微米；

2、通过黄光光刻、电感偶和等离子体(ICP)刻蚀、去胶清洗等步骤制造出MESA发光区台面，在晶圆正面露出N型GaN，其中ICP蚀刻用的气体为Cl₂，BCl₃,Ar，ICP蚀刻深度为1.2-1.6微米；

3、清洗后采用电子束蒸发或者溅射(sputter)的方式制作透明导电层5，其中透明导电层5材料是氧化铟锡(ITO)，该透明导电层的厚度为35-240纳米；

4、使用高温炉管或者是快速退火炉(RTA)进行退火，形成透明导电层5与P型GaN 4的欧姆接触，其中退火温度为520-560℃；

5、通过光刻、扫胶、蒸镀、剥离等方式制作第一层P型电极与N电电极，该P、N型电极线结构是Cr/AL/Cr/Pt/Au/Ni或者Ni/AI//Ni/Au/Ni，完成该步骤后芯片结构如图3；

6、通过离子辅助蒸镀方法制作分布布拉格反射层(DBR层)，同时通过光刻、剥离、去胶清洗等步骤分别露出第一层P、N型电极；DBR层的高折射率材料为Ti3O5、低折射率材料为SiO₂，DBR共分成29层；

7、通过扫胶、蒸镀、剥离等方式制作P型bonding焊盘10及N型bonding焊盘11，P、N型电极及焊盘的材料是Cr/AL/Cr/Pt/Au或者Ni/AI/Cr/Ni/Au，并且对金属层做退火处理；

8、经过研磨、抛光、切割、劈裂等工序，形成发光二极管芯片，其中抛光后芯片厚度为120～160微米。

实施例中各芯片均按上述方法制备。对比例与实施例中芯片的制备方法区别在于，对比例中未设置布拉格绝缘反射层，替代以Ag层和设置于Ag层顶面上的绝缘层。生长过程中，在生长Ag层之前还需对其进行保护。均按常规方法进行生长。表1和表2中各芯片的制备过程中区别在于所是否加荧光粉不同。其他均相同。

所得LED芯片按常规方法进行检测所得结果列于表1和表2中。

表1 本实用新型封装所得蓝光芯片各项性能表(不掺荧光粉)

表2 本实用新型封装所得白光芯片各项性能表(掺荧光粉)

由表1和表2结果可见，表1中，以8milx25mil的芯片为例，在60mA驱动下，采用常规的开VIA孔结构制作P电极与N电极的倒装芯片亮度为64mW，本实用新型方法采用枝条电极结构制作P电极与N电极，电流扩散效果好，亮度可以到达80mW。采用本实用新型提供结构的LED芯片的Φe(亮度)远高于使用金属反射层制得的LED芯片。

表2中，采用本实用新型提供结构的LED芯片的Φ(亮度)远高于使用开VIA孔电极结构制得的LED芯片。说明本实用新型提供的LED芯片具有提高芯片亮度的作用。

对比例中的LED倒装芯片以Ag层为反射层，综合良率通常仅为85％左右。具有本实用新型提供结构的LED芯片的综合良率为95％，远高于以Ag层为反射层的芯片。

综上，与比常规LED倒装芯片制作方法相比，本实用新型提出的倒装芯片制作方法具有：成本低，工序简单，性能稳定，综合良率高，芯片亮度高等优点。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种倒装LED芯片，包括：

衬底；

外延层，设置于所述衬底上；

透明导电层，设置于所述外延层上；

焊盘，设置于所述透明导电层顶面上，其特征在于，还包括布拉格绝缘反射层，所述布拉格绝缘反射层设置于所述透明导电层与所述焊盘之间。

2.根据权利要求1所述的倒装LED芯片，其特征在于，还包括N型GaN层、量子阱层和P型GaN层，所述N型GaN层、所述量子阱层和所述P型GaN层依次叠置于所述衬底上，所述透明导电层设置于所述P型GaN层的顶面上。

3.根据权利要求2所述的倒装LED芯片，其特征在于，还包括N型电极和P型电极，所述倒装LED芯片的一侧为N型区域，另一相对侧为P型区域，所述N型区域和所述P型区域之间为绝缘区域，

所述N型电极设置于所述N型区域内的所述N型GaN层顶面上；

所述P型电极设置于所述P型区域和所述绝缘区域的所述透明导电层顶面上。

4.根据权利要求3所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述N型区域内所述量子阱层、所述P型GaN层和所述透明导电层局部经刻蚀至所述N型GaN层，间隔形成第一柱和第二柱；

所述N型电极包括间隔设置的第一N型电极和第二N型电极，所述第一N型电极设置于所述第一柱和第二柱之间，

所述P型电极包括间隔设置的第一P型电极和第二P型电极，

所述第一P型电极设置于所述绝缘区域，

所述第二P型电极设置于所述P型区域。

5.根据权利要求3所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述布拉格绝缘反射层设置于所述第一柱、所述第二柱和所述绝缘区域的侧壁上，所述布拉格绝缘反射层还设置于所述第一P型电极的顶面和所述第一P型电极上靠近所述第二柱的侧壁上。

6.根据权利要求5所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述布拉格绝缘反射层还设置于所述第二P型电极的两相对侧壁上、所述P型区域内所述透明导电层顶面和侧壁上。

7.根据权利要求4所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述焊盘包括间隔设置的P型焊盘和N型焊盘，所述N型焊盘与所述N型电极相接触；所述P型焊盘与所述P型电极相接触。

8.一种倒装LED芯片，包括：

衬底；

外延层，设置于所述衬底上；

透明导电层，设置于所述外延层上；

焊盘，设置于所述透明导电层顶面上，其特征在于，还包括布拉格绝缘反射层、P型电极和N型电极，所述布拉格绝缘反射层设置于所述透明导电层与所述焊盘之间；

所述N型电极还包括条状N型电极，所述条状N型电极在所述倒装LED芯片内横向延伸形成；

所述P型电极还包括条状P型电极，所述条状P型电极在所述倒装LED芯片内横向延伸形成。

9.根据权利要求8所述的倒装LED芯片，其特征在于，

所述条状N型电极上设有柱状在所述外延层内纵向延伸形成的柱状N型电极；

所述条状P型电极上设有柱状在所述外延层内纵向延伸形成的柱状P型电极。

10.根据权利要求9所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述条状N型电极和所述条状P型电极的宽度为0.5～20um。