Led晶片及具有該結構的陣列式led晶片的製作方法
2023-04-28 05:53:11
Led晶片及具有該結構的陣列式led晶片的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種LED晶片及具有該結構的陣列式LED晶片。LED晶片包括：襯底、形成於襯底的頂面上的N型GaN層、形成於N型GaN層的頂面上的多量子阱層、形成於多量子阱層的頂面上的P型GaN層；N型GaN層包括第一凹槽和第二凹槽；第一凹槽包括N型電極；第二凹槽包括絕緣隔離層、透明導電層、P型電極；絕緣隔離層延伸至P型GaN層的頂面上；透明導電層延伸至絕緣隔離層外緣與P型GaN層頂面外緣之間。陣列式LED晶片，包括襯底和形成於襯底的頂面上的多個單元，多個單元結構相同，單元結構為上述LED晶片結構。
【專利說明】LED晶片及具有該結構的陣列式LED晶片
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及發光二極體晶片領域，特別地，涉及一種LED晶片，本實用新型的另一方面還提供了一種具有該LED晶片結構的陣列式LED晶片。
【背景技術】
[0002]傳統功率型LED (lightemittingdiode，發光二極體晶片)燈珠由多顆功率型晶片以串、並聯形式封裝於支架中形成。串並聯時晶片上的P、N電極線走線隨意，所得燈珠的可靠性難以保證。另一方面，在現有的陣列式晶片中，P型電極線通常設置於P型GaN層的上表面，遮擋了從P型GaN層出射的光，降低了晶片的發光效率。
實用新型內容
[0003]本實用新型目的在於提供一種LED晶片及具有其結構的陣列式LED晶片，以解決現有技術中LED晶片發光效率低，LED晶片組裝燈珠時，可靠性低的技術問題。
[0004]為實現上述目的，根據本實用新型的一個方面，提供了一種LED晶片，包括:襯底、形成於襯底的頂面上的N型GaN層、形成於N型GaN層的頂面上的多量子阱層、形成於多量子阱層的頂面上的P型GaN層；N型GaN層包括形成於N型GaN層頂面上位置相間的第一凹槽和第二凹槽；第一凹槽包括N型電極，N型電極形成於第一凹槽的頂面上；第二凹槽包括絕緣隔離層、透明導電層、P型電極，絕緣隔離層形成於第二凹槽的槽底頂面上，透明導電層形成於絕緣隔離層上，P型電極形成於透明導電層的頂面上；絕緣隔離層延伸至P型GaN層的頂面上；透明導電層延伸至絕緣隔離層外緣與P型GaN層頂面外緣之間。
[0005]進一步地，還包括與相應電極導通的N、P型電極線，N型電極線布置於第一凹槽內，P型電極線布置於第二凹槽內。
[0006]進一步地，P型電極包括P型電極線，P型電極線布置於第二凹槽內；N型電極包括N型電極線#型電極線布置於第一凹槽內。
[0007]進一步地，N型電極還包括N型焊盤，N型焊盤設置於第一凹槽的一端，並與N型電極線相連；p型電極還包括P型焊盤，P型焊盤設置於第二凹槽的一端，並與P型電極線相連。
[0008]進一步地，還包括鈍化層，鈍化層包覆LED晶片的上表面，並露出N型焊盤和P型焊盤。
[0009]進一步地，絕緣隔離層透光波長為440?720nm。
[0010]根據本實用新型的另一方面還提供了一種陣列式LED晶片，包括襯底和形成於襯底的頂面上的多個單元，多個單元結構相同，單元結構為上述LED晶片結構。
[0011]進一步地，多個單元排布為方形、圓形、三角形或五角星形中的任一種。
[0012]本實用新型具有以下有益效果:
[0013]本實用新型提供的LED晶片用於組裝大功率陣列式GaN基LED組合晶片時，N、P型電極線處於溝槽內，在製作時布線連接規整，減少電極線搭接造成的漏洞現象。提高該晶片的可靠率，經測試採用該結構的大功率陣列式GaN基LED晶片，該晶片片內生產綜合良率達到91.6%ο
[0014]本實用新型提供的LED晶片中由於P型電極線處於第二凹槽內，該第二凹槽處於N型GaN層上。能避免P型電極線阻擋從P型GaN層出射的光。從而提高了晶片的發光效率和強度。經測試該結構的大功率陣列式GaN基LED晶片，比同面積常規結構的大功率陣列式LED晶片發光強度高16%。
[0015]除了上面所描述的目的、特徵和優點之外，本實用新型還有其它的目的、特徵和優點。下面將參照圖，對本實用新型作進一步詳細的說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]構成本申請的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用於解釋本實用新型，並不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中:
[0017]圖1是本實用新型優選實施例的主視示意圖；
[0018]圖2是本實用新型優選實施例的俯視示意圖。
[0019]圖例說明:
[0020]1、襯底；2、N型GaN層；3、量子阱層；4、P型GaN層；5、絕緣隔離層；6、透明導電層；7、P型電極；8、N型電極；9、鈍化層；21、第一凹槽；22、第二凹槽；23、第一堆疊壁；24、第二堆疊壁；25、底面；1』、單元；71、P型焊盤；81、N型焊盤；72、P型電極線；82、N型電極線。
【具體實施方式】
[0021]以下結合附圖對本實用新型的實施例進行詳細說明，但是本實用新型可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
[0022]本實用新型提供的結構採用本領域常規工藝即可實現，本文中所提到的方法均為本領域常規方法。本文中常規結構指:LED晶片的P型電極製作於P型GaN層頂面上。本文中具有該常規結構的LED晶片的其他結構與本實用新型提供的LED晶片相同。
[0023]參見圖1，本實用新型提供了一種LED晶片，該晶片包括:襯底1，形成於襯底I頂面上的N型GaN層2，形成於N型GaN層2頂面上的量子阱層3，形成於量子阱層3頂面上的P型GaN層4、絕緣隔離層5、透明導電層6、P型電極7、N型電極8和鈍化層9。襯底I可以為藍寶石、碳化矽或矽。
[0024]N型GaN層2上表面通過常規刻蝕技術形成第一凹槽21和第二凹槽22，第一凹槽21和第二凹槽22之間被疊置的量子阱層3、P型GaN層4隔開。N型電極8形成於第一凹槽21頂面。
[0025]第二凹槽22包括第一堆疊壁23、第二堆疊壁24和底面25。底面25及第一堆疊壁23、第二堆疊壁24表面由絕緣隔離層5覆蓋。絕緣隔離層5的兩端延伸至P型GaN層4的頂面。透明導電層6形成於絕緣隔離層5的頂面上。透明導電層6的兩端延伸至絕緣隔離層5的端面外與P型GaN層4外緣之間。P型電極7形成於透明導電層6的頂面上。通電後，第二凹槽22的上述結構能使P型電極7上的電流只流入P型GaN層4，防止晶片漏電。絕緣隔離層5能透過波長為440?720nm的光。與從P型GaN層4出射的光波長範圍相同。這樣從P型GaN層4出射的光就不會被設置於P型GaN層4頂面上的絕緣隔離層5阻擋。達到增大發光強度的目的。
[0026]參見圖2，P型電極7包括P型焊盤71和與之相連的P型電極線72。P型焊盤71設置於第二凹槽22 —端的底面上，P型電極線72容於第二凹槽22內。N型電極8包括N型焊盤81和和與之相連的N型電極線82。N型焊盤81設置於第一凹槽21 —端的底面上。N型電極線82容於第一凹槽21內。
[0027]鈍化層9包覆LED晶片的上表面，並露出N型焊盤81和P型焊盤71。
[0028]本實用新型另一方面還提供了一種陣列式LED晶片，該晶片包括襯底I和形成於襯底I頂面上的多個單元I』。多個單元I』結構相同，均為上述LED晶片襯底I頂面以上的結構。該陣列式LED晶片在排布單元I』時，可按方形、圓形、三角形或五角星形中的任一種排布。由於上述結構能使N、P電極線連接簡便，因而採用上述結構生產大功率陣列式LED晶片時，能提聞該晶片的片內生廣綜合良率。
[0029]上述結構的LED晶片可按下述方法製得，下述步驟均為本領域技術人員常用手段。
[0030]1、取GaN基LED外延結構的外延片，其外延片結構包括襯底I，形成於襯底I頂面上的N型GaN層2，形成於N型GaN層2頂面上的量子阱層3，形成於量子阱層3頂面上的P型GaN層4 ;
[0031]2、通過光刻、幹法刻蝕、清洗去膠步驟加工外延片表面的發光區臺面，露出N型GaN層2並形成第一凹槽21和第二凹槽22 ；
[0032]3、通過光刻、刻蝕、去膠清洗步驟沉積絕緣隔離層5 ；
[0033]4、沉積透明導電層6 ;通過光刻、刻蝕步驟將第一凹槽21內的導電層物質去除。將透明導電層6與P型GaN層4退火，形成歐姆接觸；通過光刻、沉積、剝離或者刻蝕等方式製作P型電極7、N型電極8以及相應的焊盤；將P、N型電極金屬與GaN半導體退火；
[0034]5、清洗後用離子源輔助沉積或者等離子體增強化學氣相沉積法沉積鈍化層9，並經過光刻、刻蝕、去膠清洗等步驟露出P型和N型電極焊盤。
[0035]實施例
[0036]以下實施例中所用材料均為市售，其中外延片結構包括襯底1，形成於襯底I頂面上的N型GaN層2，形成於N型GaN層2頂面上的量子阱層3，形成於量子阱層3頂面上的P型GaN層4。
[0037]實施例1
[0038]1、徹底清洗外延片；
[0039]2、通過光刻、電感偶和等離子體(ICP)刻蝕、清洗去膠等步驟製造出單顆芯粒所包含的所有晶片單元的發光區臺面，露出N型GaN層2及第一凹槽21和第二凹槽22 ；
[0040]3、清洗後使用等離子體增強化學氣相沉積法沉積絕緣隔離層5，絕緣隔離層材料為Si02，並經過光刻、溼法腐蝕、去膠清洗等步驟使得發光區臺面邊緣以及用於布P型電極線7和P型焊盤的位置均包覆絕緣隔離層5 ；
[0041]4、沉積透明導電層6，透明導電層6材料是氧化銦錫，刻蝕的方式是溼法刻蝕；沉積的方式是磁控濺射沉積；
[0042]5、將wafer進行高溫退火，使透明導電層6與P型GaN層4之間形成良好的歐姆接觸；其退火方式是快速退火；
[0043]6、通過負膠光刻、掃膠、沉積、剝離等方式製作P型電極7、N型電極8以及P型焊盤和N型焊盤；
[0044]7、將wafer進行高溫退火，使P型電極線7和透明導電層6、P型電極焊盤和絕緣隔離層5、N型電極線及N型電極焊盤和P型GaN層2之間形成良好的歐姆接觸；其退火方式是爐管退火；
[0045]8、清洗後等離子體增強化學氣相沉積法沉積氧化矽鈍化層9，並經過光刻、溼法刻蝕、去膠清洗等步驟露出P、N型電極焊盤。得到陣列式LED晶片1，包括多個單元I』。
[0046]將按上述方法製得的260顆陣列式LED晶片1，該大功率陣列式LED晶片的尺寸是140milX90mil。通電測試其性能。260個發光單元發光均勻。晶片電壓、漏電、抗靜電能力、反向電壓、開啟電壓等各方面參數均表現優良。點測mapping可得，該晶片片內生產綜合良率達到90.36%。該結構的陣列式LED晶片的發光強度，比同面積的常規結構的大功率陣列式的晶片發光強度高16%。
[0047]實施例2
[0048]實施例2與實施例1的區別在於，實施例2中的絕緣隔離層5材料為氮化矽，透明導電層6材料是鎳金。刻蝕的方式是溼法刻蝕；沉積的方式是電子束蒸發沉積；將透明導電層6與P型GaN層4在退火爐中氧氣氛圍內退火，並且鈍化層9的材料採用氮氧化矽。製得LED晶片2。
[0049]將24顆LED晶片2製成傳統陣列式結構的大功率GaN基發光二極體晶片，該陣列式LED晶片的尺寸為45mil X45mil。該陣列式LED晶片中24個發光單元發光均勻，晶片電壓、漏電、抗靜電能力、反向電壓、開啟電壓等各方面參數均表現優良，點測的mapping，該晶片內生產綜合良率達到91.6%。尤其是在發光強度方面，比同面積的大功率陣列式常規結構的晶片發光強度高9.6%。
[0050]以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，對於本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種LED晶片，包括:襯底(I)、形成於所述襯底(I)的頂面上的N型GaN層(2)、形成於所述N型GaN層(2)的頂面上的多量子阱層(3)、形成於所述多量子阱層(3)的頂面上的P型GaN層(4); 其特徵在於， 所述N型GaN層(2)包括形成於所述N型GaN層(2)頂面上位置相間的第一凹槽(21)和第二凹槽(22);所述第一凹槽(21)包括N型電極(8)，所述N型電極(8)形成於所述第一凹槽(21)的頂面上； 所述第二凹槽(22)包括絕緣隔離層(5)、透明導電層(6)、P型電極(7)，所述絕緣隔離層(5)形成於所述第二凹槽(22)的槽底頂面上，所述透明導電層(6)形成於所述絕緣隔離層(5)上，所述P型電極(7)形成於所述透明導電層(6)的頂面上； 所述絕緣隔離層(5)延伸至所述P型GaN層(4)的頂面上；所述透明導電層(6)延伸至所述絕緣隔離層(5)外緣與所述P型GaN層(4)頂面外緣之間。
2.根據權利要求1所述的LED晶片，其特徵在於，所述P型電極(7)包括P型電極線(72)，所述P型電極線(72)布置於所述第二凹槽(22)內；所述N型電極(8)包括N型電極線(82);所述N型電極線(82)布置於所述第一凹槽(21)內。
3.根據權利要求2所述的LED晶片，其特徵在於，所述N型電極(8)包括N型焊盤(81)，所述N型焊盤(81)設置於所述第一凹槽(21)的一端，並與所述N型電極線(82)相連；所述P型電極(7)還包括P型焊盤(71)，所述P型焊盤(71)設置於所述第二凹槽(22)的一端，並與所述P型電極線( 72)相連。
4.根據權利要求3所述的LED晶片，其特徵在於，還包括鈍化層(9)，所述鈍化層(9)包覆所述LED晶片的上表面，並露出所述N型焊盤(81)和P型焊盤(71)。
5.根據權利要求4所述的LED晶片，其特徵在於，所述絕緣隔離層(5)透光波長為440 ~720nm。
6.一種陣列式LED晶片，包括襯底(I)和形成於所述襯底(I)的頂面上的多個單元(1』)，其特徵在於，多個所述單元0-)結構相同，所述單元0-)結構為上述權利要求1~5所述LED晶片結構。
7.根據權利要求6所述的陣列式LED晶片，其特徵在於，多個所述單元0-)排布為方形、圓形、三角形或五角星形中的任一種。
【文檔編號】H01L33/02GK203659931SQ201320659503
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年10月24日 優先權日:2013年10月24日
【發明者】田豔紅, 汪延明, 付宏威 申請人:湘能華磊光電股份有限公司