倒裝LED晶片及其製備方法與流程

2023-07-09 03:02:56 3

本發明屬於半導體技術領域，特別是涉及一種倒裝LED晶片及其製備方法。

背景技術：

發光二極體(Light Emitting Diode，簡稱LED)是一種半導體固態發光器件，利用半導體P-N結電致發光原理製成。LED器件具有開啟電壓低、體積小、響應快、穩定性好、壽命長、無汙染等良好光電性能，因此在室外室內照明、背光、顯示、交通指示等領域具有越來越廣泛的應用。

LED晶片結構有三種類型，分別為水平結構(正裝晶片)、垂直結構(垂直結構晶片)和倒裝結構(倒裝晶片)；倒裝結構即晶片P、N電極在GaN的同側，量子阱發出的光主要通過透明藍寶石面逸出，沒有正裝晶片和垂直晶片電極和封裝打金線遮光的問題，電流通過反射層金屬直接注入，電流分布均勻，電壓低亮度高，適用於大功率和大電流密度的晶片使用，倒裝晶片產品具有免打線、低電壓、高光效、低熱阻、高可靠性、高飽和電流密度等優點，逐漸成為市場重點開發方向。

但是在倒裝晶片製程中會用到在受熱會擴散的Ag和Al材料，並且使用SiO2作為正、負電極的絕緣材料和金屬的阻擋層材料，在大電流使用情況下可靠性能得不到保障。

倒裝晶片製程過程中，需要絕緣材料對正負電極進行絕緣，同時這層絕緣材料又需要起到阻擋金屬擴散的作用，目前通常情況下絕緣材料是使用PECVD(等離子體增強化學氣相沉積法)沉積的SiO2，而SiO2介電常數約為3.9，且膜層內大都有空洞，且膜層應力比較大，受基底材料的形貌比較大，容易出現斷裂異常，從而對晶片的可靠性能沒有辦法保證；

SiO2作為絕緣層存在如下：1、SiO2對金屬的阻擋能力不足，導致Barrier(阻擋層)和N孔金屬在受熱情況下會想刻蝕邊框處擴散，導致漏電；2、SiO2膜層受到基底形貌的影響在Barrier邊界處容易出現斷裂，導致Pad內的金屬會沿著SiO2的裂縫滲透到N孔金屬，導致漏電。

技術實現要素：

鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種倒裝LED晶片及其製備方法，用於解決現有技術中使用SiO2作為絕緣層而存在的對金屬的阻擋能力不足，導致Barrier和N孔金屬在受熱情況下會想刻蝕邊框處擴散，導致漏電的問題及受到基底形貌的影響在Barrier邊界處容易出現斷裂，導致Pad內的金屬會沿著SiO2的裂縫滲透到N孔金屬，導致漏電的問 題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種倒裝LED晶片的製備方法，所述製備方法包括以下步驟：

1)提供生長襯底，在所述生長襯底上依次生長n型GaN層、發光層多量子阱及p型GaN層；

2)形成貫穿所述p型GaN層及所述發光層多量子阱的第一深槽，所述第一深槽的底部位於所述n型GaN層內；

3)在所述p型GaN層表面形成歐姆接觸及電流擴展層，所述歐姆接觸及電流擴展層的面積小於所述p型GaN層的面積；

4)在所述歐姆接觸及電流擴展層表面形成反射層；

5)在所述反射層表面、內側及所述第一深槽底部形成反射層保護層，位於所述第一深槽底部的所述反射層保護層與所述第一深槽的側壁相隔一定的間距；

6)採用原子層沉積法在步驟5)得到的結構表面形成氧化鋁層；

7)在所述氧化鋁層內形成第一開口及第二開口，所述第一開口暴露出位於所述反射層表面的所述反射層保護層，所述第二開口暴露出位於所述第一深槽底部的所述反射層保護層；

8)在所述第二開口內形成N電極，在所述第一開口內及所述氧化鋁層表面形成P電極。

作為本發明的倒裝LED晶片的製備方法的一種優選方案，所述生長襯底為藍寶石襯底、GaN襯底、矽襯底或碳化矽襯底。

作為本發明的倒裝LED晶片的製備方法的一種優選方案，步驟1)與步驟2)之間還包括在步驟1)得到的結構內形成第二深槽，以將步驟1)得到的結構分割為若干個獨立的晶片單元的步驟，所述第二深槽貫穿所述p型GaN層、所述發光層多量子阱及所述n型GaN層，且所述第二深槽的底部位於所述生長襯底內。

作為本發明的倒裝LED晶片的製備方法的一種優選方案，採用BCl3、Cl2及Ar等離子體選擇性刻蝕所述p型GaN層、所述發光層多量子阱、所述n型GaN層及所述生長襯底以形成所述第二深槽。

作為本發明的倒裝LED晶片的製備方法的一種優選方案，採用BCl3、Cl2及Ar等離子體選擇性刻蝕所述p型GaN層、所述發光層多量子阱及所述n型GaN層以形成所述第一深槽。

作為本發明的倒裝LED晶片的製備方法的一種優選方案，利用磁控濺射工藝或反應等離子沉積工藝在所述p型GaN層表面沉積ITO薄膜作為所述歐姆接觸及電流擴展層。

作為本發明的倒裝LED晶片的製備方法的一種優選方案，利用磁控濺射工藝或MOCVD工藝在所述p型GaN層表面沉積ZnO薄膜作為所述歐姆接觸及電流擴展層。

作為本發明的倒裝LED晶片的製備方法的一種優選方案，利用磁控濺射工藝在所述歐姆接觸及電流擴展層表面形成所述反射層，所述反射層的材料為Ag-TiW或Ag-TiW-Pt。

作為本發明的倒裝LED晶片的製備方法的一種優選方案，採用磁控濺射工藝或電子束氣相蒸發工藝在所述反射層表面、內側及所述第一深槽底部形成所述反射層保護層，所述反射層保護層的材料為Cr、Al、TiW、Pt、Ti、Au、Ni中的一種或幾種的組合。

作為本發明的倒裝LED晶片的製備方法的一種優選方案，所述氧化鋁層包覆所述反射層保護層及裸露的所述反射層、所述歐姆接觸及電流擴展層、所述p型GaN層、所述發光層多量子阱、所述n型GaN層，所述氧化鋁層的厚度為200埃～5000埃。

本發明還提供一種倒裝LED晶片，所述倒裝LED晶片包括：生長襯底、n型GaN層、發光層多量子阱、p型GaN層、歐姆接觸及電流擴展層、反射層、反射層保護層、氧化鋁層、N電極及P電極；其中，

所述n型GaN層、所述發光層多量子阱、所述p型GaN層、所述歐姆接觸及電流擴展層及所述反射層由下至上依次疊置於所述生長襯底的上表面；所述n型GaN層、所述發光層多量子阱及所述p型GaN層內形成有第一深槽，所述第一深槽貫穿所述p型GaN層及所述發光層多量子阱，且所述第一深槽的底部位於所述n型GaN層內；所述歐姆接觸及電流擴展層及所述反射層內形成有貫通孔，所述貫通孔與所述第一深槽上下對應，且所述貫通孔的橫向尺寸大於所述第一深槽的橫向尺寸；

所述反射層保護層位於所述反射層表面、內側及所述第一深槽底部，位於所述第一深槽底部的所述反射層保護層與所述第一深槽的側壁相隔一定的間距；

所述氧化鋁層覆蓋所述反射層保護層並填滿所述貫通孔及所述第一深槽；所述氧化鋁層內形成有第一開口及第二開口，所述第一開口暴露出位於所述反射層表面的所述反射層保護層，所述第二開口暴露出位於所述第一深槽底部的所述反射層保護層；

所述N電極位於所述第二開口內，所述P電極位於所述第一開口內及所述氧化鋁層表面。

作為本發明的倒裝LED晶片的一種優選方案，所述氧化鋁層採用原子層沉積法製備而得，所述氧化鋁層的厚度為200埃～5000埃。

如上所述，本發明的倒裝LED晶片及其製備方法，具有以下有益效果：採用ALD(原子層沉積)製備的Al2O3材料是單個原子層逐層沉積，膜層密度高，更加緻密，並且不容易受基底形貌的影響，對深寬比大的臺階區域覆蓋性好，採用原子層沉積法製備的Al2O3層作為絕緣層和金屬阻擋層相對於PECVD沉積的SiO2具有更好的絕緣性能和金屬阻擋性能，從而保證倒裝晶片在大電流使用下的可靠性能。

附圖說明

圖1顯示為本發明倒裝LED晶片的製備方法的流程圖。

圖2至圖3顯示為本發明倒裝LED晶片的製備方法中S1步驟呈現的結構示意圖。

圖4顯示為本發明倒裝LED晶片的製備方法中S2步驟呈現的結構示意圖。

圖5顯示為本發明倒裝LED晶片的製備方法中S3步驟呈現的結構示意圖。

圖6顯示為本發明倒裝LED晶片的製備方法中S4步驟呈現的結構示意圖。

圖7顯示為本發明倒裝LED晶片的製備方法中S5步驟呈現的結構示意圖。

圖8顯示為本發明倒裝LED晶片的製備方法中S6及S7步驟呈現的結構示意圖。

圖9顯示為本發明倒裝LED晶片的製備方法中S8步驟呈現的結構示意圖。

元件標號說明

100 生長襯底

101 n型GaN層

102 發光層多量子阱

103 p型GaN層

104 第一深槽

105 歐姆接觸及電流擴展層

106 反射層

107 反射層保護層

108 氧化鋁層

109 第一開口

110 第二開口

111 N電極

112 P電極

113 第二深槽

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。

請參閱圖1至圖9需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，雖圖示中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為複雜。

請參閱圖1，本發明提供一種倒裝LED晶片的製備方法，所述製備方法包括以下步驟：

1)提供生長襯底，在所述生長襯底上依次生長n型GaN層、發光層多量子阱及p型GaN層；

2)形成貫穿所述p型GaN層及所述發光層多量子阱的第一深槽，所述第一深槽的底部位於所述n型GaN層內；

3)在所述p型GaN層表面形成歐姆接觸及電流擴展層，所述歐姆接觸及電流擴展層的面積小於所述p型GaN層的面積；

4)在所述歐姆接觸及電流擴展層表面形成反射層；

5)在所述反射層表面、內側及所述第一深槽底部形成反射層保護層，位於所述第一深槽底部的所述反射層保護層與所述第一深槽的側壁相隔一定的間距；

6)採用原子層沉積法在步驟5)得到的結構表面形成氧化鋁層；

7)在所述氧化鋁層內形成第一開口及第二開口，所述第一開口暴露出位於所述反射層表面的所述反射層保護層，所述第二開口暴露出位於所述第一深槽底部的所述反射層保護層；

8)在所述第二開口內形成N電極，在所述第一開口內及所述氧化鋁層表面形成P電極。

在步驟1)中，請參閱圖1中的S1步驟及圖2，提供生長襯底100，在所述生長襯底100上依次生長n型GaN層101、發光層多量子阱102及p型GaN層103。

作為示例，所述生長襯底100可以為但不僅限於適合GaN及其半導體外延材料生長的藍寶石襯底、GaN襯底、矽襯底或碳化矽襯底。

作為示例，在所述生長襯底100上依次外延生長所述n型GaN層101、所述發光層多量子阱102及所述p型GaN層103。

作為示例，請參閱圖3，步驟1)之後還包括在步驟1)得到的結構內形成第二深槽113，以將步驟1)得到的結構分割為若干個獨立的晶片單元的步驟，所述第二深槽113貫穿所述p型GaN層103、所述發光層多量子阱102及所述n型GaN層101，且所述第二深槽113的底部位於所述生長襯底100內。

作為示例，採用光刻、刻蝕工藝在步驟1)得到的結構內形成所述第二深槽113，具體方法為：首先，在所述步驟1)得到的結構表面塗覆光刻膠層(未示出)，採用光刻工藝圖形化所述光刻膠層，以在所述光刻膠層內形成所述第二深槽113的圖形；其次，依據圖形化的 所述光刻膠層採用BCl3、Cl2及Ar等離子體選擇性刻蝕所述p型GaN層103、所述發光層多量子阱102、所述n型GaN層101及所述生長襯底100以形成所述第二深槽113；最後，去除所述光刻膠層。

在步驟2)中，請參閱圖1中的S2步驟及圖4，形成貫穿所述p型GaN層103及所述發光層多量子阱102的第一深槽104，所述第一深槽104的底部位於所述n型GaN層101內。

作為示例，採用光刻、刻蝕工藝在所述晶片單元內形成貫穿所述p型GaN層103及所述發光層多量子阱102的所述第一深槽104，具體方法為：首先，在所述晶片單元表面塗覆光刻膠層(未示出)，採用光刻工藝圖形化所述光刻膠層，以在所述光刻膠層內形成所述第一深槽104的圖形；其次，依據圖形化的所述光刻膠層採用BCl3、Cl2及Ar等離子體選擇性刻蝕所述p型GaN層103、所述發光層多量子阱102及所述n型GaN層101以形成所述第一深槽104；最後，去除所述光刻膠層。

在步驟3)中，請參閱圖1中的S3步驟及圖5，在所述p型GaN層103表面形成歐姆接觸及電流擴展層105，所述歐姆接觸及電流擴展層105的面積小於所述p型GaN層103的面積。

作為示例，在所述p型GaN層103表面形成所述歐姆接觸及電流擴展層105的具體方法為：首先，利用磁控濺射工藝或反應等離子沉積工藝在所述p型GaN層103表面沉積ITO(氧化銦錫)薄膜；其次，在所述ITO薄膜表面塗覆光刻膠層(未示出)，採用光刻工藝圖形化所述光刻膠層，以在所述光刻膠層內定義出所述歐姆接觸及電流擴展層105的圖形；然後，依據圖形化的所述光刻膠層刻蝕所述ITO薄膜以形成所述歐姆接觸及電流擴展層105，最後，去除所述光刻膠層。

作為示例，利用磁控濺射工藝或反應等離子沉積工藝在所述p型GaN層103表面沉積的所述ITO(氧化銦錫)薄膜的厚度可以為但不僅限於50埃～3000埃。

作為示例，在所述p型GaN層103表面形成所述歐姆接觸及電流擴展層105的具體方法為：首先，利用磁控濺射工藝或MOCVD工藝在所述p型GaN層103表面沉積ZnO薄膜；其次，在所述ZnO薄膜表面塗覆光刻膠層(未示出)，採用光刻工藝圖形化所述光刻膠層，以在所述光刻膠層內定義出所述歐姆接觸及電流擴展層105的圖形；然後，依據圖形化的所述光刻膠層刻蝕所述ZnO薄膜以形成所述歐姆接觸及電流擴展層105，最後，去除所述光刻膠層。

作為示例，利用磁控濺射工藝或反應等離子沉積工藝在所述p型GaN層103表面沉積的所述ZnO薄膜的厚度可以為但不僅限於50埃～3000埃。

在步驟4)中，請參閱圖1中的S4步驟及圖6，在所述歐姆接觸及電流擴展層105表面 形成反射層106。

作為示例，利用磁控濺射工藝在所述歐姆接觸及電流擴展層105表面形成所述反射層106，所述反射層106的材料可以為但不僅限於為Ag-TiW(Ag及TiW)或Ag-TiW-Pt(Ag、TiW及Pt)，其中，Ag的厚度可以為但不僅限於750埃～3000埃，TiW的厚度可以為但不僅限於100埃～1000埃，Pt的厚度可以為但不僅限於100埃～1000埃。

作為示例，所述反射層106的面積稍大於所述歐姆接觸及電流擴展層105的面積。

在步驟5)中，請參閱圖1中的S5步驟及圖7，在所述反射層106表面、內側及所述第一深槽104底部形成反射層保護層107，位於所述第一深槽104底部的所述反射層保護層107與所述第一深槽104的側壁相隔一定的間距。

作為示例，採用磁控濺射工藝或電子束氣相蒸發工藝在所述反射層106表面、內側及所述第一深槽104底部形成所述反射層保護層107，所述反射層保護層107的材料可以為但不僅限於Cr、Al、TiW、Pt、Ti、Au、Ni中的一種或幾種的組合。

作為示例，所述反射層保護層107的厚度可以為但不僅限於20埃～20000埃，其中，TiW的厚度為200埃～5000埃，Cr的厚度為20埃～500埃，Pt的厚度為200埃～1000埃，Ti的厚度範圍為200埃～1000埃，Au的厚度為2000埃～5000埃，Ni的厚度為200埃～2000埃。

作為示例，位於所述第一深槽104底部的所述反射層保護層107作為後續形成的N電極的接觸性材料。

作為示例，所述反射層保護層107為多層結構時，位於頂層的為Ni層。

在步驟6)中，請參閱圖1中的S6步驟，採用原子層沉積法在步驟5)得到的結構表面形成氧化鋁層108。

作為示例，所述氧化鋁層108包覆所述反射層保護層107及裸露的所述反射層106、所述歐姆接觸及電流擴展層105、所述p型GaN層103、所述發光層多量子阱102、所述n型GaN層101，所述氧化鋁層108的厚度可以為但不僅限於200埃～5000埃。

採用ALD(原子層沉積)製備的所述氧化鋁層108是單個原子層逐層沉積，膜層密度高，更加緻密，並且不容易受基底形貌的影響，對深寬比大的臺階區域覆蓋性好，採用原子層沉積法製備的所述氧化鋁層108作為絕緣層和金屬阻擋層相對於PECVD沉積的SiO2具有更好的絕緣性能和金屬阻擋性能，從而保證倒裝晶片在大電流使用下的可靠性能。

在步驟7)中，請參閱圖1中的S7步驟及圖8，在所述氧化鋁層108內形成第一開口109及第二開口110，所述第一開口109暴露出位於所述反射層106表面的所述反射層保護層107，所述第二開口110暴露出位於所述第一深槽104底部的所述反射層保護層107。

作為示例，所在所述氧化鋁層108內形成第一開口109及第二開口110的具體方法為：首先，在所述氧化鋁層108表面塗覆光刻膠層(未示出)，採用光刻工藝圖形化所述光刻膠層，以在所述光刻膠層內定義出所述第一開口109及所述第二開口110的圖形；然後，依據圖形化的所述光刻膠層刻蝕所述氧化鋁層108以在所述氧化鋁層108內形成所述第一開口109及所述第二開口110。

在步驟8)中，請參閱圖1中的S8步驟及圖9，在所述第二開口110內形成N電極111，在所述第一開口109內及所述氧化鋁層108表面形成P電極112。

作為示例，採用蒸鍍工藝在所述第二開口110內形成N電極111，在第一開口109內及所述氧化鋁層108表面形成P電極112。

作為示例，所述N電極111及所述P電極112的材料可以為Cr、Pt、Ti、Au、Sn中的一種或幾種的組合。Cr的厚度為50埃～1000埃，Pt的厚度為200埃～1000埃，Ti的厚度為200埃～1000埃，Au的厚度為2000埃～5000埃，Sn的厚度為200埃～2000埃。

本發明還提供一種倒裝LED晶片，請參閱圖2至圖9，所述倒裝LED晶片採用上述方案中所述的製備方法製備而得到，所述倒裝LED晶片的最終結構如圖9所示，所述倒裝LED晶片包括：生長襯底100、n型GaN層101、發光層多量子阱102、p型GaN層103、歐姆接觸及電流擴展層105、反射層106、反射層保護層107、氧化鋁層108、N電極111及P電極112；其中，所述n型GaN層101、所述發光層多量子阱102、所述p型GaN層103、所述歐姆接觸及電流擴展層105及所述反射層106由下至上依次疊置於所述生長襯底100的上表面；所述n型GaN層101、所述發光層多量子阱102及所述p型GaN層103內形成有第一深槽104，所述第一深槽104貫穿所述p型GaN層103及所述發光層多量子阱102，且所述第一深槽104的底部位於所述n型GaN層101內；所述歐姆接觸及電流擴展層105及所述反射層106內形成有貫通孔，所述貫通孔貫穿所述歐姆接觸及電流擴展層105及所述反射層106，且與所述第一深槽104上下對應，且所述貫通孔的橫向尺寸大於所述第一深槽104的橫向尺寸；所述反射層保護層107位於所述反射層106表面、內側及所述第一深槽104底部，位於所述第一深槽104底部的所述反射層保護層107與所述第一深槽104的側壁相隔一定的間距；所述氧化鋁層108覆蓋所述反射層保護層107並填滿所述貫通孔及所述第一深槽104；所述氧化鋁層108內形成有第一開口109及第二開口110，所述第一開口109暴露出位於所述反射層106表面的所述反射層保護層107，所述第二開口110暴露出位於所述第一深槽104底部的所述反射層保護層107；所述N電極111位於所述第二開口110內，所述P電極112位於所述第一開口109內及所述氧化鋁層108表面。

作為示例，所述氧化鋁層108採用原子層沉積法製備而得，所述氧化鋁層108的厚度為 200埃～5000埃。

需要說明的是，由於所述氧化鋁層108覆蓋所述反射層保護層107並填滿所述貫通孔及所述第一深槽104，故圖9中並未標示出所述貫通孔及所述第一深槽104；同理，由於所述N電極111位於所述第二開口110內，所述P電極112位於所述第一開口109內，圖9中並未標示出所述第一開口109及所述第二開口110。

綜上所述，本發明提供一種倒裝LED晶片及其製備方法，所述倒裝LED晶片的製備方法包括以下步驟：1)提供生長襯底，在所述生長襯底上依次生長n型GaN層、發光層多量子阱及p型GaN層；2)形成貫穿所述p型GaN層及所述發光層多量子阱的第一深槽，所述第一深槽的底部位於所述n型GaN層內；3)在所述p型GaN層表面形成歐姆接觸及電流擴展層，所述歐姆接觸及電流擴展層的面積小於所述p型GaN層的面積；4)在所述歐姆接觸及電流擴展層表面形成反射層；5)在所述反射層表面、內側及所述第一深槽底部形成反射層保護層，位於所述第一深槽底部的所述反射層保護層與所述第一深槽的側壁相隔一定的間距；6)採用原子層沉積法在步驟5)得到的結構表面形成氧化鋁層；7)在所述氧化鋁層內形成第一開口及第二開口，所述第一開口暴露出位於所述反射層表面的所述反射層保護層，所述第二開口暴露出位於所述第一深槽底部的所述反射層保護層；8)在所述第二開口內形成N電極，在所述第一開口內及所述氧化鋁層表面形成P電極。採用ALD(原子層沉積)製備的Al2O3材料是單個原子層逐層沉積，膜層密度高，更加緻密，並且不容易受基底形貌的影響，對深寬比大的臺階區域覆蓋性好，採用原子層沉積法製備的Al2O3層作為絕緣層和金屬阻擋層相對於PECVD沉積的SiO2具有更好的絕緣性能和金屬阻擋性能，從而保證倒裝晶片在大電流使用下的可靠性能。

上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。