用于GaN基半導(dǎo)體LED芯片的絕緣結(jié)構(gòu)及其制造工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于GaN基半導(dǎo)體LED芯片的絕緣結(jié)構(gòu)及其制造工藝，包括以下步驟：（1）在LED芯片的外延片表面沉積SiO2層；（2）在SiO2層的表面涂光刻膠，光刻、曝光、顯影在掩膜層上形成刻蝕窗口；在刻蝕窗口處刻蝕形成絕緣帶，絕緣帶由外延片的上表面延伸至襯底的上表面；去除掩膜層；（3）在外延片表面和絕緣帶表面沉積SiO2得到絕緣層；（4）在SiO2絕緣層上采用SiO2蝕刻液在P型金屬電極和N型金屬電極處刻蝕出開口，在開口處采用金屬蒸鍍機(jī)制作金屬導(dǎo)線，即完成LED芯片的絕緣結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可以完好地隔離各個(gè)導(dǎo)電物質(zhì)，工藝實(shí)施便利、成本較低、工藝可靠度高、生產(chǎn)良率高。
【專利說明】用于GaN基半導(dǎo)體LED芯片的絕緣結(jié)構(gòu)及其制造工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高壓LED芯片的絕緣結(jié)構(gòu)，尤其是一種用于GaN基半導(dǎo)體LED芯片的絕緣結(jié)構(gòu)及其制造工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]高電壓LED的特點(diǎn)是將多個(gè)發(fā)光單元集成在一顆LED芯片內(nèi)，此類芯片只使用一套PN電極接口來為全部的發(fā)光單元供電，在使用時(shí)其驅(qū)動(dòng)電壓一般是普通LED芯片的數(shù)倍或數(shù)十倍。如圖1所示，為現(xiàn)有高電壓LED芯片內(nèi)的單個(gè)發(fā)光單元的結(jié)構(gòu)圖，其中Ia為P型氮化鎵，2a是量子阱，3a是N型氮化鎵，4a是襯底，5a是電流擴(kuò)展層，6a是P型電極金屬，7a是N型電極金屬。上述高電壓LED具備:封裝成本低、光效較高、下游(封裝及燈具生產(chǎn)過程)使用方便、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)簡單、驅(qū)動(dòng)電路功耗減少等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]制造高電壓LED芯片的核心技術(shù)是多個(gè)發(fā)光單元的集成，多發(fā)光單元的集成關(guān)鍵技術(shù)在于:1、內(nèi)部導(dǎo)線連接技術(shù)；2、單元間與單元間、單元與導(dǎo)線間、導(dǎo)線與導(dǎo)線間的絕緣技術(shù)。當(dāng)多個(gè)發(fā)光單元集成時(shí)，需要使用導(dǎo)線將各個(gè)發(fā)光單元集成在一起，這時(shí)各個(gè)導(dǎo)電物質(zhì)間必須使用絕緣帶隔離，否則會(huì)發(fā)生LED被短路的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種用于GaN基半導(dǎo)體LED芯片的絕緣結(jié)構(gòu)及其制造工藝，該絕緣結(jié)構(gòu)可以完好地隔離各個(gè)導(dǎo)電物質(zhì)，工藝實(shí)施便利、成本較低、工藝可靠度高、生產(chǎn)良率高。
[0005]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述用于GaN基半導(dǎo)體LED芯片的絕緣結(jié)構(gòu)，包括襯底，在襯底上設(shè)置多個(gè)發(fā)光單元，其特征是:所述發(fā)光單元之間由刻蝕形成的絕緣帶分隔，在發(fā)光單元的表面和絕緣帶的表面設(shè)置SiO2絕緣層；所述發(fā)光單元的P型金屬電極和N型金屬電極的上部裸露出SiO2絕緣層的上表面，發(fā)光單元的P型金屬電極和相鄰發(fā)光單元的N型金屬電極通過金屬導(dǎo)線連接。
[0006]所述發(fā)光單元包括位于襯底表面的外延片，外延片從下至上依次為N型氮化鎵層、量子阱和P型氮化鎵層，在外延片上設(shè)置電流擴(kuò)展層，在電流擴(kuò)展層上設(shè)置P型金屬電極，在外延片的N型氮化鎵層上設(shè)置N型金屬電極。
[0007]所述襯底為藍(lán)寶石襯底或SiC襯底。
[0008]所述用于GaN基半導(dǎo)體LED芯片的絕緣結(jié)構(gòu)的制造工藝，其特征是，包括以下步驟:
(1)在LED芯片的外延片表面沉積SiO2層，沉積溫度為20(T40(TC，Si02層的沉積厚度為 20?10000nm ；
(2)在步驟(I)沉積的SiO2層的表面涂一層光刻膠得到掩膜層，然后采用掩膜版光刻、曝光、顯影在掩膜層上形成刻蝕窗口 ；根據(jù)掩膜層上的刻蝕窗口，使用等離子刻蝕機(jī)在外延片上刻蝕形成絕緣帶，絕緣帶由外延片的上表面延伸至襯底的上表面；刻蝕后去除掩膜層，即得到刻蝕出絕緣帶的外延片；
(3)在步驟(2)處理后的LED芯片的外延片表面沉積SiO2，得到覆蓋在外延片表面和絕緣帶表面的SiO2絕緣層；
(4)在SiO2絕緣層上采用SiO2蝕刻液在P型金屬電極和N型金屬電極處刻蝕出開口，在開口處采用金屬蒸鍍機(jī)制作金屬導(dǎo)線，即完成LED芯片的絕緣結(jié)構(gòu)。
[0009]所述步驟(2)中，刻蝕絕緣帶的刻蝕氣體為氯氣和三氯化硼，體積比為10:1，真空度為0.4Pa，功率為280W。
[0010]所述步驟(4)中，SiO2蝕刻液為質(zhì)量比為1:4的氫氟酸和氟化銨的混合溶液，氫氟酸的質(zhì)量百分濃度為20?60%，氟化銨的質(zhì)量百分濃度為20?70%。
[0011]所述步驟(4)中，金屬蒸鍍機(jī)制作金屬導(dǎo)線的真空度為10 —4Pa,金屬導(dǎo)線的材質(zhì)為金或鉬。
[0012]本發(fā)明適合于集成式GaN基LED芯片或高電壓GaN基LED芯片；在外延片部分進(jìn)行蝕刻，刻蝕后各發(fā)光單元之間只有襯底部分互相連接，在各發(fā)光單元之間形成了絕緣帶；在外延片上生長SiO2，按照高電壓LED芯片的設(shè)計(jì)圖形進(jìn)行光刻圖形轉(zhuǎn)移之后，使用SiO2蝕刻液按照設(shè)計(jì)圖形去除多余的SiO2，未去除的SiO2即作為絕緣層保留在外延片表面，該SiO2絕緣層與外延片以上的各個(gè)電路結(jié)構(gòu)之間，起到絕緣作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為現(xiàn)有高電壓LED芯片內(nèi)的單個(gè)發(fā)光單元的結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖2為本發(fā)明所述LED芯片的絕緣結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3為本發(fā)明所述LED芯片的外延片的不意圖。
[0016]圖4為本發(fā)明所述LED芯片的絕緣帶的示意圖。
[0017]圖中的序號(hào)為:P型氮化鎵層1、量子阱2、N型氮化鎵層3、襯底4、電流擴(kuò)展層5、P型金屬電極6、N型金屬電極7、絕緣帶8、SiO2絕緣層9、金屬導(dǎo)線10。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合具體附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0019]如圖2、圖4所示:所述用于GaN基半導(dǎo)體LED芯片的絕緣結(jié)構(gòu)包括襯底4，在襯底4上設(shè)置多個(gè)發(fā)光單元，發(fā)光單元之間由刻蝕形成的絕緣帶8分隔；在所述發(fā)光單元的表面和絕緣帶8的表面設(shè)置SiO2絕緣層9，發(fā)光單元的P型金屬電極6和N型金屬電極7的上部裸露出SiO2絕緣層9的上表面；發(fā)光單兀的P型金屬電極6和相鄰發(fā)光單兀的N型金屬電極7通過金屬導(dǎo)線10連接，
所述發(fā)光單元包括位于襯底4表面的外延片，外延片從下至上依次為N型氮化鎵層3、量子阱2和P型氮化鎵層I，在外延片上設(shè)置電流擴(kuò)展層5，在電流擴(kuò)展層5上設(shè)置P型金屬電極6，在外延片的N型氮化鎵層3上設(shè)置N型金屬電極7 ；
所述襯底4為藍(lán)寶石襯底或SiC襯底。
[0020]實(shí)施例一:一種用于GaN基半導(dǎo)體LED芯片的絕緣結(jié)構(gòu)的制造工藝，包括以下步驟:
(I)在LED芯片的外延片表面沉積SiO2層，沉積溫度為200°C，根據(jù)刻蝕需要SiO2層的沉積厚度為20nm ；
(2)在步驟(I)沉積的SiO2層的表面涂一層光刻膠得到掩膜層，然后采用掩膜版光刻、曝光、顯影在掩膜層上形成刻蝕窗口 ；根據(jù)掩膜層上的刻蝕窗口，使用等離子刻蝕機(jī)在外延片上刻蝕形成絕緣帶8，刻蝕氣體為氯氣和三氯化硼，體積比為10:1，真空度為0.4Pa，功率為280W ;絕緣帶8由外延片的上表面延伸至襯底的上表面；刻蝕后去除掩膜層，即得到刻蝕出絕緣帶8的外延片(如圖4所示)；
(3)在步驟(2)處理后的LED芯片的外延片表面沉積SiO2，得到覆蓋在外延片表面和絕緣帶表面的SiO2絕緣層9 ;
(4)在SiO2絕緣層9上采用SiO2蝕刻液在P型金屬電極6和N型金屬電極7處刻蝕出開口，所述刻蝕液為質(zhì)量比為1:4的氫氟酸和氟化銨的混合溶液，氫氟酸的質(zhì)量百分濃度為20%,氟化銨的質(zhì)量百分濃度為20% ;在上述開口處米用金屬蒸鍍機(jī)制作金屬導(dǎo)線10,真空度為10_4Pa，金屬導(dǎo)線10的材質(zhì)為金或鉬，即完成LED芯片的絕緣結(jié)構(gòu)。
[0021]實(shí)施例下:一種用于GaN基半導(dǎo)體LED芯片的絕緣結(jié)構(gòu)的制造工藝，包括以下步驟:
(1)在LED芯片的外延片表面沉積SiO2層，沉積溫度為400°C，根據(jù)刻蝕需要SiO2層的沉積厚度為IOOOOnm ；
(2)在步驟(I)沉積的SiO2層的表面涂一層光刻膠得到掩膜層，然后采用掩膜版光刻、曝光、顯影在掩膜層上形成刻蝕窗口 ；根據(jù)掩膜層上的刻蝕窗口，使用等離子刻蝕機(jī)在外延片上刻蝕形成絕緣帶8，刻蝕氣體為氯氣和三氯化硼，體積比為10:1，真空度為0.4Pa，功率為280W ;絕緣帶8由外延片的上表面延伸至襯底的上表面；刻蝕后去除掩膜層，即得到刻蝕出絕緣帶8的外延片(如圖4所示)；
(3)在步驟(2)處理后的LED芯片的外延片表面沉積SiO2，得到覆蓋在外延片表面和絕緣帶表面的SiO2絕緣層9 ;
(4)在SiO2絕緣層9上采用SiO2蝕刻液在P型金屬電極6和N型金屬電極7處刻蝕出開口，所述刻蝕液為質(zhì)量比為1:4的氫氟酸和氟化銨的混合溶液，氫氟酸的質(zhì)量百分濃度為30%，氟化銨的質(zhì)量百分濃度為60% ;在上述開口處采用金屬蒸鍍機(jī)制作金屬導(dǎo)線10，真空度為10_4Pa，金屬導(dǎo)線10的材質(zhì)為金或鉬，即完成LED芯片的絕緣結(jié)構(gòu)。
[0022]實(shí)施例三:一種用于GaN基半導(dǎo)體LED芯片的絕緣結(jié)構(gòu)的制造工藝，包括以下步驟:
(1)在LED芯片的外延片表面沉積SiO2層，沉積溫度為300°C，根據(jù)刻蝕需要SiO2層的沉積厚度為IOOOnm ；
(2)在步驟(I)沉積的SiO2層的表面涂一層光刻膠得到掩膜層，然后采用掩膜版光刻、曝光、顯影在掩膜層上形成刻蝕窗口 ；根據(jù)掩膜層上的刻蝕窗口，使用等離子刻蝕機(jī)在外延片上刻蝕形成絕緣帶8，刻蝕氣體為氯氣和三氯化硼，體積比為10:1，真空度為0.4Pa，功率為280W ;絕緣帶8由外延片的上表面延伸至襯底的上表面；刻蝕后去除掩膜層，即得到刻蝕出絕緣帶8的外延片(如圖4所示)；
(3)在步驟(2)處理后的LED芯片的外延片表面沉積SiO2，得到覆蓋在外延片表面和絕緣帶表面的SiO2絕緣層9 ;
(4)在SiO2絕緣層9上采用SiO2蝕刻液在P型金屬電極6和N型金屬電極7處刻蝕出開口，所述刻蝕液為質(zhì)量比為1:4的氫氟酸和氟化銨的混合溶液，氫氟酸的質(zhì)量百分濃度為60%，氟化銨的質(zhì)量百分濃度為70% ;在上述開口處采用金屬蒸鍍機(jī)制作金屬導(dǎo)線10，真空度為10_4Pa，金屬導(dǎo)線10的材質(zhì)為金或鉬，即完成LED芯片的絕緣結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于GaN基半導(dǎo)體LED芯片的絕緣結(jié)構(gòu)，包括襯底(4)，在襯底(4)上設(shè)置多個(gè)發(fā)光單元，其特征是:所述發(fā)光單元之間由刻蝕形成的絕緣帶(8)分隔，在發(fā)光單元的表面和絕緣帶(8)的表面設(shè)置SiO2絕緣層(9);所述發(fā)光單元的P型金屬電極(6)和N型金屬電極(7)的上部裸露出SiO2絕緣層(9)的上表面，發(fā)光單元的P型金屬電極(6)和相鄰發(fā)光單元的N型金屬電極(7)通過金屬導(dǎo)線(10)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的用于GaN基半導(dǎo)體LED芯片的絕緣結(jié)構(gòu)，其特征是:所述發(fā)光單元包括位于襯底(4)表面的外延片，外延片從下至上依次為N型氮化鎵層(3)、量子阱(2)和P型氮化鎵層(I)，在外延片上設(shè)置電流擴(kuò)展層(5 )，在電流擴(kuò)展層(5 )上設(shè)置P型金屬電極(6 )，在外延片的N型氮化鎵層(3 )上設(shè)置N型金屬電極(7 )。
3.如權(quán)利要求2所述的用于GaN基半導(dǎo)體LED芯片的絕緣結(jié)構(gòu)，其特征是:所述襯底(4)為藍(lán)寶石襯底或SiC襯底。
4.一種用于GaN基半導(dǎo)體LED芯片的絕緣結(jié)構(gòu)的制造工藝，其特征是，包括以下步驟: (1)在LED芯片的外延片表面沉積SiO2層，沉積溫度為20(T40(TC，Si02層的沉積厚度為 20?10000nm ； (2)在步驟(I)沉積的SiO2層的表面涂一層光刻膠得到掩膜層，然后采用掩膜版光刻、曝光、顯影在掩膜層上形成刻蝕窗口 ；根據(jù)掩膜層上的刻蝕窗口，使用等離子刻蝕機(jī)在外延片上刻蝕形成絕緣帶(8)，絕緣帶(8)由外延片的上表面延伸至襯底的上表面；刻蝕后去除掩膜層，即得到刻蝕出絕緣帶(8)的外延片； (3)在步驟(2)處理后的LED芯片的外延片表面沉積SiO2，得到覆蓋在外延片表面和絕緣帶表面的SiO2絕緣層(9)； (4)在SiO2絕緣層(9)上采用SiO2蝕刻液在P型金屬電極(6)和N型金屬電極(7)處刻蝕出開口，在開口處采用金屬蒸鍍機(jī)制作金屬導(dǎo)線(10)，即完成LED芯片的絕緣結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求4所述的于GaN基半導(dǎo)體LED芯片的絕緣結(jié)構(gòu)的制造工藝，其特征是:所述步驟(2)中，刻蝕絕緣帶(8)的刻蝕氣體為氯氣和三氯化硼，體積比為10:1，真空度為0.4Pa，功率為 280W。
6.如權(quán)利要求4所述的于GaN基半導(dǎo)體LED芯片的絕緣結(jié)構(gòu)的制造工藝，其特征是:所述步驟(4)中，SiO2蝕刻液為質(zhì)量比為1:4的氫氟酸和氟化銨的混合溶液,氫氟酸的質(zhì)量百分濃度為20?60%，氟化銨的質(zhì)量百分濃度為20?70%。
7.如權(quán)利要求4所述的于GaN基半導(dǎo)體LED芯片的絕緣結(jié)構(gòu)的制造工藝，其特征是:所述步驟(4)中，金屬蒸鍍機(jī)制作金屬導(dǎo)線(10)的真空度為10_4Pa，金屬導(dǎo)線(10)的材質(zhì)為金或鉬。
【文檔編號(hào)】H01L33/00GK103489887SQ201310420019
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月14日
【發(fā)明者】張帆, 吳永勝 申請(qǐng)人:江蘇新廣聯(lián)科技股份有限公司