專利名稱：一種可尋址氮化鎵基led顯示微陣列及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于半導體照明領域，具體涉及大功率LED顯示微陣列及其制備方法。
背景技術：
LED即發(fā)光二極管，是一種半導體固體發(fā)光器件，它是利用InGaN/GaN MQff量子阱 作為發(fā)光源，在正向偏置電壓下發(fā)生量子阱中的載流子復合，釋放出能量并發(fā)射光子，直接 發(fā)出紅、黃、藍、綠、青、橙、紫色的光。目前白光LED則主要是在藍光LED上覆蓋一層淡黃色 螢光粉涂層制成的。由于半導體發(fā)光二極管LED具有發(fā)光效率高、長壽命、綠色環(huán)保、開關 速度快等優(yōu)點，作為新一代的綠色照明光源，被廣泛應用于各種指示、顯示、裝飾、背光源和 城市景觀照明等領域。為了配合白光LED在上述領域的應用，研究人員集中圍繞基于藍寶石襯底LED發(fā) 光二極管開發(fā)電極立體引線的平面新工藝。因GaN材料所特有的自發(fā)極化、壓電極化等物 理效應，對LED器件界面特性非常敏感，限制了常規(guī)CMP等工藝在高密度LED陣列制備的應 用，因此市面上的可尋址LED陣列多以10X10小規(guī)模陣列為主，并還需借助外接的金屬引 線實現(xiàn)LED陣列的電學連接。倒裝焊技術最先用于硅基功率型半導體器件產(chǎn)品中，利用凸點倒裝焊金屬接觸將 功率器件的熱源區(qū)與高熱導率硅襯底直接連接，降低芯片中心位置的工作結溫，避免熱斑 過早出現(xiàn)，以提高功率電路乃至整機系統(tǒng)的可靠性。針對氮化鎵GaN材料的固有特性和高密度GaN-LED的大屏幕顯示應用，本發(fā)明采 用倒裝焊電極引線分離技術將上述技術進行擴展，可實現(xiàn)高密度LED微陣列(128X96)的
尋址小型化應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術存在的缺陷提供一種可提高LED單元的光效和降低 LED的導通壓降Vf，減小LED陣列的總熱阻，又能滿足LED —致性、可靠性、使用壽命等指標 要求的一種可尋址氮化鎵基LED顯示微陣列及其制備方法。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術方案本發(fā)明一種可尋址氮化鎵基LED顯示微陣列，其特征在于包括藍寶石LED外延片、 GaN列矩陣隔離結構、InGaN/GaN量子阱薄膜層、有源區(qū)、N型歐姆接觸、P型歐姆接觸、光線 反射金屬層、金屬互連引線、以及支撐硅電極，其中支撐硅電極包括硅圓片、SiO2隔離層、金 屬引線、低溫淀積氧化層、反濺射Ti/Au金屬層和Au金屬層；以藍寶石LED外延片為襯底， GaN列矩陣層設置于襯底上，InGaN/GaN量子阱薄膜層設置于GaN列矩陣層上，有源區(qū)設置 于InGaN/GaN薄膜層上，采用干法刻蝕GaN列矩陣層形成多個GaN列矩陣單元，采用干法刻 蝕InGaN/GaN薄膜層得到N-GaN導電層，GaN列矩陣單元的N-GaN導電層上設置N型歐姆 接觸引線，在有源區(qū)上形成P型歐姆接觸，在P型歐姆接觸上設置光線反射層，在以上各部 件上設置SiO2鈍化層，在N型、P型歐姆接觸的引線外接區(qū)域上設置反濺射Ti/Au層，反濺射Ti/Au層上設置Au層；SiO2隔離層設置于硅圓片上，SiO2隔離層上與GaN列矩陣單元對 應設置金屬位引線，金屬引線外設置低溫淀積氧化層，反濺射Ti/Au金屬層設置于引線外 接區(qū)域的金屬引線上，Au金屬層設置于反濺射Ti/Au金屬層上。優(yōu)選地，所述Au金屬層形狀為球形。一種可尋址氮化鎵基LED顯示微陣列的制備方法包括如下步驟1)清洗已激活Mg元素的藍寶石LED外延片；2)干法刻蝕完GaN層形成多個GaN列矩陣單元；3)干法刻蝕完InGaN/GaN薄膜層，獲得N-GaN導電層；4)形成Ti/Al歐姆接觸引線，設置在N-GaN導電層一側形成的臺階上，作為陣列的
字線；5)在有源區(qū)上形成金屬層Agl的P型歐姆接觸；6)在P型歐姆接觸上形成金屬薄層Ag2的光線反射層；7)設置SiO2鈍化層；8)在N型、P型歐姆接觸的引線外接區(qū)域上設置反濺射Ti/Au層；9)在反濺射Ti/Au層上設置Au層；10)設置低溫淀積SiO2隔離層，隔離金屬引線與硅圓片；11)設置濺射金屬引線，作為可尋址LED微陣列的位線連接線；12)將低溫淀積氧化層設置于金屬引線外；13)反濺射Ti/Au金屬層設置于金屬引線的外接區(qū)域上，電鍍Au金屬層于反濺射Ti/Au金屬層上；14)綁定Bonding工藝，實現(xiàn)LED顯示陣列與支撐硅的壓焊區(qū)對接。優(yōu)選地，步驟5)所述金屬層Agl的厚度500 士 100 A。優(yōu)選地，所述金屬薄層Ag2的厚度2000士300 A。優(yōu)選地，所述LED顯示微陣列中發(fā)光陣列之間為等比例變間距，相鄰陣列之間的 間距比例為1/2 2/3。本發(fā)明具有如下優(yōu)點1)本發(fā)明充分考慮氮化鎵材料GaN的自發(fā)極化和壓電極化效應對LED特性的影 響，將LED陣列的字位連接線分離在不同的LED、Si支撐體，避免影響LED導通壓降Vf的CMP 平坦化工藝使用，保證了每個LED單元的特性一致性，可實現(xiàn)高密度LED陣列集成。2)本發(fā)明的兩次Ag層沉積技術，利用薄Ag技術解決了 P型接觸較差對LED正向 壓降Vf影響的問題，隨后沉積的厚Ag層作為光線反射鏡，大幅度提高LED陣列的出光效 率。3)本發(fā)明尋址LED陣列的倒裝焊技術，保證LED有源區(qū)通過金屬凸點焊球與支撐 硅圓片連接，熱量能迅速傳遞到熱導率較高的硅襯底，LED溫度可明顯降低，這對提高高密 度LED陣列的光效、延長其使用壽命是非常有益的。4)本發(fā)明版圖L2/L1采用了 1/2 2/3等比例變間距的非均勻熱設計新方法，與 常規(guī)等間距熱設計相比較，更能有效避免LED顯示陣列中心處熱源集中，保證有源區(qū)內(nèi)結 溫分布呈平緩分布，提高了 LED微陣列的光通量并延緩了 LED光衰減。


圖1是可尋址LED微陣列三維結構示意圖；圖2是可尋址LED微陣列5X5的非均勻熱設計有源區(qū)版圖；圖3是可尋址LED微陣列電極壓焊點示意圖；圖4是LED微陣列的支撐硅電極示意圖；圖5是LED微陣列的支撐硅凸點回流示意圖。
具體實施例方式下面將結合附圖詳細闡述本發(fā)明可尋址LED顯示微陣列如圖1至5所示，本發(fā)明一種可尋址氮化鎵基LED顯示微陣列，其特征在于包括藍 寶石LED外延片1、GaN列矩陣層2、N型歐姆接觸引線4、InGaN/GaN量子阱薄膜層5、有源 區(qū)6、P型歐姆接觸7、光線反射層8以及支撐硅電極，其中支撐硅電極包括硅圓片12、SiO2 隔離層13、金屬引線14、低溫淀積氧化層15、反濺射Ti/Au金屬層16和Au金屬層17和18 ； 以藍寶石LED外延片1為襯底，GaN列矩陣層2設置于襯底上，InGaN/GaN薄膜層5設置于 GaN列矩陣層2上，有源區(qū)6設置于InGaN/GaN薄膜層5上，采用干法刻蝕GaN列矩陣層2 形成多個GaN列矩陣單元，采用干法刻蝕InGaN/GaN薄膜層5得到N-GaN導電層3，GaN列 矩陣單元的N-GaN導電層3上設置N型歐姆接觸引線4，在有源區(qū)6上形成P型歐姆接觸 7，在P型歐姆接觸7上設置光線反射層8，在以上各部件上設置SiO2鈍化層9，在歐姆接觸 引線⑷和光線反射層⑶的引線外接區(qū)域上設置反濺射Ti/Au層10，反濺射Ti/Au層10 上設置Au層11 ；SiO2隔離層13設置于硅圓片12上，SiO2隔離層13上與GaN列矩陣單元 對應設置金屬引線14，金屬引線14外設置低溫淀積氧化層15，反濺射Ti/Au金屬層16設 置于金屬引線14的引線外接的壓焊區(qū)域上，Au金屬層設置于反濺射Ti/Au金屬層16上。所述Au金屬層結構最終為球形。本發(fā)明方法采用干法ICP刻蝕先后刻蝕出矩陣列的隔離單元和以列為單位的 Mesa結構，電子束蒸發(fā)雙層金屬Ti/Al，并采用剝離及快速熱退火工藝，形成N型歐姆接觸， 為矩陣各列提供低電阻率的N型歐姆接觸字連接線。采用兩次P型歐姆接觸技術，即先電子 束蒸發(fā)厚度較薄的金屬Ag，采用剝離工藝形成P型接觸圖形化結構，利用快速熱退化RTP工 藝，獲得正向導通壓降、低的P型接觸，隨后濺射厚度較厚的金屬層Ag并形成圖形化結構， 為LED提供有良好反光效果的光線反射層，并構成每行的位線連接接觸點。在硅襯底裸片 的隔離氧化層上形成金屬鋁線圖形化Al，為陣列矩陣提供位線的行連接線，隨后在行連接 線壓焊點上電鍍厚金屬和采用金屬回流技術，并形成凸點壓焊圖形，最后采用倒裝焊技術， 實現(xiàn)硅襯底與LED陣列的倒裝焊圖形無隙對接，支撐硅為LED矩陣提供位線連接線，藍寶石 LED提供字線連接線，實現(xiàn)了矩陣控制字線和位線的分離，適合大功率LED高亮度顯示技術 的可尋址應用。版圖采用了等比例變間距的非均勻熱設計新方法，與常規(guī)等間距熱設計相 比較，更能有效避免LED顯示陣列中心處熱源集中，保證有源區(qū)內(nèi)結溫分布呈平緩分布，提 高了 LED陣列的光通量并延緩了 LED光衰減。下面結合附圖詳細闡述本發(fā)明可尋址LED顯示微陣列的制備方法1.清洗已激活Mg元素的藍寶石LED外延片1，如圖1所示。2.形成GaN列矩陣單元2，在Cl2和He混合氣體環(huán)境下，使用SiO2層作為掩蔽層，
6干法刻蝕完GaN層2，并與藍寶石襯底1形成陡直的臺階。3.形成N-GaN導電層3，在Cl2和He混合氣體環(huán)境下，使用SiO2層作為掩蔽層，干 法刻蝕完InGaN/GaN薄膜層5，獲得該N-GaN導電層3。LED版圖L2/L1采用 2/3等 比例的非均勻熱設計，以提高LED微陣列的光通量和延長其使用壽命，如圖2所示。4.形成Ti/Al歐姆接觸引線4，采用電子束蒸發(fā)Ti/Al(60人/14500A )及剝離等 工藝，在N-GaN導電層3上形成LED微陣列的字線4。盡管Ti/Al金屬與N-GaN可形成良好 的歐姆接觸，但是520°C /40s快速熱退火工藝被使用，避免被刻蝕的N型GaN界面態(tài)對電阻 的影響。5.形成金屬層Agl的P型歐姆接觸7，采用電子束蒸發(fā)Agl (500 士 100 A )、剝離及 快速熱退火RTP(340°C /60s)等工藝，在有源區(qū)6上獲得正向壓降約為3V的P型歐姆接觸 7。6.形成金屬薄層Ag2的光線反射層8，采用電子束蒸發(fā)Agl (2000士300 Α )及剝 離工藝，該光線發(fā)射層8用于提高倒裝焊結構LED微陣列的光線反射率，并保證N型和P型 接觸處于同一水平面。7. SiO2鈍化層9，PECVD低溫150°C淀積厚度約為5000 A的二氧化層，它用來保護 LED器件，如圖3所示。 8.反濺射Ti/Au層10 (500 A /900 A)，該薄層金屬Ti/Au覆蓋LED的P型和N型 壓焊區(qū)域，它作為電鍍Au層的預沉積。9.電子束蒸發(fā)Au層11 (12000 A )，該厚層金屬Au是覆蓋Ti/Au金屬層，實現(xiàn)與 硅圓片12電鍍金屬的連接。10.低溫淀積SiO2隔離層13(5000 A )，該氧化層完全覆蓋硅圓片，作為金屬引線 14與硅圓片12的隔離介質，如圖4所示。11.濺射金屬Al導電層14(15000 A )，該導電層作為可尋址LED微陣列的位線連接線。12.低溫淀積氧化層15 (5000 A )，防止金屬鋁線14氧化。13.反濺射Ti/Au金屬層16 (500 A /3000 A )，該多層金屬位于引線外接的壓焊區(qū) 域，是電鍍Au的預淀積金屬層。14.電鍍厚度為2um的Au金屬層17、18，該金屬層位于支撐硅的壓焊區(qū)，將于LED 顯示微陣列的壓焊對接，采用了金屬電鍍及回流工藝實現(xiàn)的，以減少熱應力、機械應力等， 如圖5所示。15.綁定Bonding工藝，該工藝實現(xiàn)LED顯示微陣列與硅襯底的壓焊區(qū)對接，微陣 列字線位于LED芯片，微陣列位線位于支撐硅。上述本發(fā)明一種可尋址氮化鎵基LED顯示微陣列及其制備方法中，未提及的技術 方案，均為本領域技術人員的公知技術，在此不做詳述。
權利要求
一種可尋址氮化鎵基LED顯示微陣列，其特征在于包括LED藍寶石外延片(1)、GaN列矩陣隔離結構(2)、N型歐姆接觸引線(4)、InGaN/GaN量子阱薄膜層(5)、有源區(qū)(6)、P型歐姆接觸(7)、光線反射層(8)以及支撐硅電極，其中支撐硅電極包括硅圓片(12)、SiO2隔離層(13)、金屬引線(14)、低溫淀積氧化層(15)、反濺射Ti/Au金屬層(16)和電鍍Au金屬層(17、18)；以LED藍寶石外延片(1)為襯底，GaN列矩陣層(2)設置于襯底上，InGaN/GaN薄膜層(5)設置于GaN列矩陣層(2)上，有源區(qū)(6)設置于InGaN/GaN薄膜層(5)上，采用干法刻蝕GaN列矩陣層(2)形成多個GaN列矩陣單元，采用干法刻蝕InGaN/GaN薄膜層(5)得到N GaN導電層(3)，GaN列矩陣單元的N GaN導電層(3)上設置歐姆接觸引線(4)，在有源區(qū)(6)上形成P型歐姆接觸(7)，在P型歐姆接觸(7)上設置光線反射層(8)，在以上各部件上設置SiO2鈍化層(9)，歐姆接觸引線(4)和光線反射層(8)的引線外接區(qū)域設置反濺射Ti/Au層(10)，反濺射Ti/Au層(10)上設置Au層(11)；SiO2隔離層(13)設置于硅圓片(12)上，SiO2隔離層(13)上與GaN列矩陣單元對應設置金屬位引線(14)，金屬引線(14)上設置低溫淀積氧化層(15)，反濺射Ti/Au金屬層(16)設置于引線外接的壓焊區(qū)域(14)上，Au金屬層設置于反濺射Ti/Au金屬層(16)上。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種可尋址氮化鎵基LED顯示微陣列，其特征在于所述Au金 屬層形狀為球形。
3.一種基于權利要求1所述的一種可尋址氮化鎵基LED顯示微陣列的制備方法，其特 征在于包括如下步驟1)清洗已激活Mg元素的藍寶石LED外延片⑴；2)干法刻蝕完GaN層(2)形成多個GaN列矩陣單元；3)干法刻蝕完InGaN/GaN薄膜層(5)，獲得N-GaN導電層(3)；4)形成Ti/Al歐姆接觸引線(4)，設置在N-GaN導電層(3)—側形成的臺階上，作為陣 列的字線；5)在有源區(qū)(6)上形成金屬層Agl的P型歐姆接觸(7)；6)在P型歐姆接觸(7)上形成金屬薄層Ag2的光線反射層(8)；7)設置SiO2鈍化層；8)在Ti/Al歐姆接觸引線(4)和光線反射層(8)的引線外接區(qū)域上設置反濺射Ti/Au 層(10)；9)在反濺射Ti/Au層(10)上設置Au層(11)；10)設置低溫淀積SiO2隔離層(13)，隔離金屬引線(14)與硅圓片(12)；11)設置濺射金屬引線(14)，作為可尋址LED微陣列的位線連接線；12)將低溫淀積氧化層(15)設置于金屬引線(14)外；13)反濺射Ti/Au金屬層(16)設置于金屬引線(14)的外接的壓焊區(qū)域上，電鍍Au金 屬層結構17即字線連接點和18即位線連接點于反濺射Ti/Au金屬層(16)上；14)綁定Bonding工藝，實現(xiàn)LED顯示陣列與支撐硅的壓焊區(qū)對接。
4.一種基于權利要求1所述的一種可尋址氮化鎵基LED顯示微陣列的制備方法，其特 征在于步驟5)所述金屬層Agl的厚度500 士 100 A。
5.一種基于權利要求1所述的一種可尋址氮化鎵基LED顯示微陣列的制備方法，其特 征在于所述金屬薄層Ag2的厚度2000士300 A。
6. 一種基于權利要求1所述的一種可尋址氮化鎵基LED顯示微陣列的制備方法，其特 征在于所述LED顯示微陣列中發(fā)光陣列之間為等比例變間距，相鄰陣列之間的間距比例為 1/2 2/3。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種可尋址氮化鎵基LED顯示微陣列及其制備方法，所述微陣列包括藍寶石LED外延片、GaN列矩陣隔離結構、InGaN/GaN量子阱薄膜層、有源區(qū)、N型歐姆接觸、P型歐姆接觸、光線反射金屬層、金屬互連引線、以及支撐硅電極。所述方法采用干法ICP刻蝕出Mesa隔離結構的列單元和能放置LED字線金屬引線的臺面結構，然后分別電子束蒸發(fā)不同金屬形成N型和P型歐姆接觸，形成光線反射金屬層，并用PECVD淀積二氧化硅作為鈍化層；在LED陣列引線外接區(qū)域電子束蒸發(fā)金屬形成LED陣列的倒裝焊壓焊結構；隨后在硅襯底裸片的隔離氧化層上完成金屬鋁線圖形化Al并淀積二氧化硅鈍化層，最后采用倒裝焊技術實現(xiàn)對接。
文檔編號H01L21/782GK101894851SQ20101019927
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月12日 優(yōu)先權日2010年6月12日
發(fā)明者萬清, 劉華玲, 孫國偉, 徐湘海, 王佩, 王光建, 王勝, 胡南中, 錢媛, 黃偉 申請人:無錫晶凱科技有限公司