一種高反射層倒裝led芯片結(jié)構(gòu)及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及LED芯片制造技術(shù)，尤其是涉及一種高反射層倒裝LED芯片結(jié)構(gòu)及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]GaN LED由于在照明和背光等方面的應(yīng)用，受到越來越多的關(guān)注。與傳統(tǒng)光源相t匕，LED具有壽命長，可靠性高，體積小，功耗低，響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，是替代傳統(tǒng)照明的新型固體光源。
[0003]目前，LED芯片主要是正裝結(jié)構(gòu)，兩個(gè)電極都位于芯片的出光面，而電極和焊點(diǎn)都會(huì)吸收部分光，從而導(dǎo)致了出光效率的降低，而且這種結(jié)構(gòu)芯片的p-n結(jié)的熱量，通過藍(lán)寶石襯底傳導(dǎo)出去，導(dǎo)熱路徑較長，芯片熱阻較大。同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)的電極引線也會(huì)擋住部分光進(jìn)入器件封裝，導(dǎo)致出光效率的降低。因此，正裝芯片雖然工藝相對簡單成熟，但無論是功率、出光效率還是熱性能都不可能是最優(yōu)的。
[0004]1998年，Lumileds Lighting公司首先提出了倒裝芯片的概念,在這種結(jié)構(gòu)中，光從藍(lán)寶石襯底取出，不必從電流擴(kuò)散層取出，同時(shí)這種結(jié)構(gòu)還可以將P-n結(jié)的熱量直接通過金屬層導(dǎo)出，散熱效果更好；而且在P-n結(jié)與P電極之間增加了一個(gè)反光層，消除了電極和引線的擋光，因此這種結(jié)構(gòu)具有電、光、熱等方面較優(yōu)的特性。倒裝芯片中反光層的設(shè)計(jì)，一方面要考慮到反光層與GaN的粘附性要牢，同時(shí)還要考慮到高的反射率以及優(yōu)良的電流擴(kuò)展性，這樣才能有效地提升光子提取效率。目前倒裝芯片都采用金屬作為反光層，但金屬的反射率有限，不能完全充分地將光子反射出去，影響了倒裝芯片的光子提取效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種高反射層倒裝LED芯片結(jié)構(gòu)及其制作方法，該技術(shù)能夠解決反光層的光吸收問題，提高倒裝LED芯片的光子提取效率。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0007]—種高反射層倒裝LED芯片結(jié)構(gòu)，包括藍(lán)寶石襯底、外延結(jié)構(gòu)層、反光層、絕緣層和接觸金屬層，所述藍(lán)寶石襯底上表面生長有外延結(jié)構(gòu)層，由下至上依次包括N-GaN層、量子阱層和P-GaN層，該P(yáng)-GaN層上蝕刻有延伸至N-GaN層的N區(qū)電極槽，所述反光層和絕緣層覆蓋于P-GaN層上，并使P-GaN層上部分區(qū)域裸露，形成P區(qū)電極槽，所述接觸金屬層包括互不接觸的P區(qū)接觸金屬和N區(qū)接觸金屬，分別設(shè)置于P區(qū)電極槽和N區(qū)電極槽，所述的反光層包括透光導(dǎo)電層和DBR反射層，所述的透光導(dǎo)電層覆蓋于P-GaN層的上表面，所述DBR反射層設(shè)置在透光導(dǎo)電層的上表面，DBR反射層設(shè)置有用于形成P區(qū)電極槽的空白區(qū)域。
[0008]所述的透光導(dǎo)電層為T1薄膜，其厚度為20?2000微米，能夠達(dá)到較好的透光效果，同時(shí)又能保證電流的擴(kuò)展作用。如果厚度太厚，會(huì)降低透光性，如果厚度太薄，電流擴(kuò)展作用就會(huì)變差。
[0009]所述的DBR反射層為由至少一對S12和Ti3O5相互間隔形成周期性結(jié)構(gòu)層，每層S12的厚度小于等于2微米，每層Ti3O5的厚度小于等于2微米，每一層S12和Ti3O5的厚度可以有差別，DBR反射層中S12的總厚度最好控制在1000微米，Ti3O5的總厚度控制在600微米。
[0010]所述N區(qū)電極槽的底部距離P-GaN層上表面的距離為1_2微米。
[0011]所述接觸金屬層的P區(qū)接觸金屬和N區(qū)接觸金屬需采用強(qiáng)導(dǎo)電性的金屬，最好選用分層設(shè)置的 Cr/Al/Cr/Pt/Au,每層厚度分別為 2nm/200nm/5nm/50nm/2000nm。
[0012]所述絕緣層可以為S12或者SiN，厚度為I微米，絕緣層還覆蓋N區(qū)電極槽和P區(qū)電極槽的側(cè)壁。
[0013]一種制作上述高反射層倒裝LED芯片結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括以下步驟:
[0014]在藍(lán)寶石襯底上依次生長出包括N-GaN層、量子阱層和P-GaN層的外延結(jié)構(gòu)層，并蝕刻出N區(qū)電極槽；
[0015]在P-GaN層的表面蒸鍍一層透光導(dǎo)電層以及一層留有空白區(qū)域的DBR反射層，所述空白區(qū)域形成P區(qū)電極槽；
[0016]在所述DBR反射層上淀積一層覆蓋DBR反射層上表面以及P區(qū)電極槽和N區(qū)電極槽側(cè)壁的絕緣層；
[0017]在所述P區(qū)電極槽和N區(qū)電極槽內(nèi)分別設(shè)置互不接觸的P區(qū)接觸金屬和N區(qū)接觸金屬，形成接觸金屬層。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的反光層由透光導(dǎo)電層和DBR反射層構(gòu)成，透光導(dǎo)電層采用可以采用ITO薄膜，保證電流的充分?jǐn)U散。DBR是由兩種不同折射率的材料交替排列組成的周期性結(jié)構(gòu)，每層材料的光學(xué)厚度約為中心反射波長的四分之一，相當(dāng)于簡單的一組光子晶體。由于頻率落在能隙范圍內(nèi)的光子無法穿透，DBR反射層的反射率可達(dá)99%以上，大大減弱了金屬作為反射鏡時(shí)的光吸收問題。
【附圖說明】
[0019]圖1至圖6分別為制作過程中每一步的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0021]實(shí)施例
[0022]圖1至圖6示出了一種高反射層倒裝LED芯片在制作過程中各個(gè)步驟是的結(jié)構(gòu)，該芯片的制作過程包括以下步驟:
[0023]步驟一:利用MOCVD設(shè)備在藍(lán)寶石襯底I上生長出包括N-GaN層21、量子阱層22和P-GaN層23的外延結(jié)構(gòu)層2。N-GaN層、量子阱層和P-GaN層由下至上依次設(shè)置，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0024]步驟二:采用正膠光刻外延結(jié)構(gòu)層，在其表面光刻出需要進(jìn)行蝕刻的圖形，然后放入感應(yīng)耦合等離子蝕刻機(jī)(ICP)腔體中進(jìn)行干法蝕刻，蝕刻至N-GaN層21，形成N區(qū)電極槽6N，如圖2所示，N區(qū)電極槽的底部距離P-GaN層上表面的距離為1_2微米。
[0025]步驟三:將蝕刻好的芯片放入電子束蒸發(fā)臺(tái)(E-gun)，蒸鍍上一層透光導(dǎo)電層31，然后做正膠光刻，腐蝕出透光導(dǎo)電層的形狀，使其覆蓋P-GaN層23。該透光導(dǎo)電層31需要具備良好的透光性和電流擴(kuò)散性，本實(shí)施例中采用ITO薄膜。該ITO薄膜的厚度不能太厚，否則透光性不好，也不能太薄，如果過薄，電流擴(kuò)展作用就會(huì)變差，最好選用厚度在20-2000微米之間ITO薄膜，如圖3所示。
[0026]步驟四:用負(fù)膠在芯片表面光刻出DBR反射膜的形狀，利用DBR蒸鍍設(shè)備在透光導(dǎo)電層31的上表面蒸鍍出DBR反射層32，再經(jīng)過浮離去膠后，即可以得到如圖4所示的結(jié)構(gòu)。該DBR反射層32的留有部分空白區(qū)域，該對應(yīng)區(qū)域能夠形成P區(qū)電極槽6P，使得接觸金屬層的P區(qū)接觸金屬能夠透光導(dǎo)電層直接相連。DBR反射層32由兩種折射率差別大于I的兩種材料周期性的間隔設(shè)置構(gòu)成，周期性結(jié)構(gòu)的層數(shù)可以是I層，也可以是多層。本實(shí)施例中選用多層S12和Ti3O5相互間隔形成周期性結(jié)構(gòu)層，每層S12的厚度小于等于2微米，每層Ti3O5的厚度小于等于2微米，每一層S12和Ti3O5的厚度可以有差別，DBR反射層中S12的總厚度最好控制在1000微米，Ti3O5的總厚度控制在600微米。
[0027]步驟五:采用PECVD在芯片表面淀積一層絕緣層4，該絕緣層可以是S12或者SiN，保證DBR反射層上表面以及P區(qū)電極槽和N區(qū)電極槽側(cè)壁能夠被覆蓋到。本實(shí)施例中采用厚度為I微米的S12，如圖6所示。
[0028]步驟六:在P區(qū)電極槽6P和N區(qū)電極槽6N內(nèi)分別設(shè)置互不接觸的P區(qū)接觸金屬5P和N區(qū)接觸金屬5N，構(gòu)成接觸金屬層。接觸金屬層的材料可以使用一種導(dǎo)電性強(qiáng)的金屬，也可以由導(dǎo)電性強(qiáng)的金屬層疊組合而成，每層金屬的厚度不超過5微米。在本實(shí)施例中，采用分層設(shè)置的Cr/Al/Cr/Pt/Au的接觸金屬層結(jié)構(gòu)，每層厚度分別為2nm/200nm/5nm/50nm/2000nm。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高反射層倒裝LED芯片結(jié)構(gòu)，包括藍(lán)寶石襯底、外延結(jié)構(gòu)層、反光層、絕緣層和接觸金屬層，所述藍(lán)寶石襯底上表面生長有外延結(jié)構(gòu)層，由下至上依次包括N-GaN層、量子阱層和P-GaN層，該P(yáng)-GaN層上蝕刻有延伸至N-GaN層的N區(qū)電極槽，所述反光層和絕緣層覆蓋于P-GaN層上，并使P-GaN層上部分區(qū)域裸露，形成P區(qū)電極槽，所述接觸金屬層包括互不接觸的P區(qū)接觸金屬和N區(qū)接觸金屬，分別設(shè)置于P區(qū)電極槽和N區(qū)電極槽，其特征在于，所述的反光層包括透光導(dǎo)電層和DBR反射層,所述的透光導(dǎo)電層覆蓋于P-GaN層的上表面，所述DBR反射層設(shè)置在透光導(dǎo)電層的上表面，DBR反射層設(shè)置有用于形成P區(qū)電極槽的空白區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高反射層倒裝LED芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的透光導(dǎo)電層為T1薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高反射層倒裝LED芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的DBR反射層為由至少一對S12和Ti3O5相互間隔形成周期性結(jié)構(gòu)層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高反射層倒裝LED芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述接觸金屬層的P區(qū)接觸金屬和N區(qū)接觸金屬均為分層設(shè)置的Cr/Al/Cr/Pt/Au。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高反射層倒裝LED芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述絕緣層可以為S12或者SiN，絕緣層還覆蓋N區(qū)電極槽和P區(qū)電極槽的側(cè)壁。
6.一種制作權(quán)利要求1-5所述任意一項(xiàng)高反射層倒裝LED芯片結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 在藍(lán)寶石襯底上依次生長出包括N-GaN層、量子阱層和P-GaN層的外延結(jié)構(gòu)層，并蝕刻出N區(qū)電極槽； 在P-GaN層的表面蒸鍍一層透光導(dǎo)電層以及一層留有空白區(qū)域的DBR反射層，所述空白區(qū)域形成P區(qū)電極槽； 在所述DBR反射層上淀積一層覆蓋DBR反射層上表面以及P區(qū)電極槽和N區(qū)電極槽側(cè)壁的絕緣層； 在所述P區(qū)電極槽和N區(qū)電極槽內(nèi)分別設(shè)置互不接觸的P區(qū)接觸金屬和N區(qū)接觸金屬，形成接觸金屬層。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高反射層倒裝LED芯片結(jié)構(gòu)及其制作方法，該芯片包括藍(lán)寶石襯底、外延結(jié)構(gòu)層、反光層、絕緣層和接觸金屬層，其具體制作過程首先在藍(lán)寶石襯底上依次生長出包括N-GaN層、量子阱層和P-GaN層的外延結(jié)構(gòu)層，并蝕刻出N區(qū)電極槽；在P-GaN層的表面蒸鍍一層透光導(dǎo)電層以及一層留有空白區(qū)域的DBR反射層，所述空白區(qū)域形成P區(qū)電極槽；在所述DBR反射層上淀積一層覆蓋DBR反射層上表面以及P區(qū)電極槽和N區(qū)電極槽側(cè)壁的絕緣層；在所述P區(qū)電極槽和N區(qū)電極槽內(nèi)分別設(shè)置互不接觸的P區(qū)接觸金屬和N區(qū)接觸金屬，形成接觸金屬層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠解決反光層的光吸收問題，提高倒裝LED芯片的光子提取效率。
【IPC分類】H01L33-00, H01L33-14, H01L33-10
【公開號】CN104576857
【申請?zhí)枴緾N201310482731
【發(fā)明人】郝惠蓮, 沈文忠
【申請人】上海工程技術(shù)大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月15日