一種led倒裝芯片及其制備方法
【專利摘要】一種LED倒裝芯片及其制備方法，該LED倒裝芯片包括：襯底、形成于所述襯底上的外延層、形成于所述外延層上的反射層，所述反射層上形成有石墨烯阻擋層，N引線電極形成于貫穿所述石墨烯阻擋層、反射層、P型氮化鎵層、發(fā)光層、直至N型氮化鎵層表面的N電極孔內(nèi)；所述外延層的外露表面、石墨烯阻擋層的外露表面、襯底的外露上表面及N電極孔與N引線電極之間的間隙形成有絕緣層，所述絕緣層上形成有相互絕緣的N焊盤與P焊盤，所述N焊盤與N引線電極形成導(dǎo)電連接，所述P焊盤與石墨烯阻擋層形成導(dǎo)電連接。本發(fā)明通過石墨烯阻擋層不僅能有效地阻止反射層的金屬材料遷移，而且可以提升芯片的發(fā)光效率和亮度。
【專利說明】
一種LED倒裝芯片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電芯片技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種LED倒裝芯片結(jié)構(gòu)及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通常采用金屬有機化學(xué)汽相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)或其它外延技術(shù)在藍(lán)寶石、碳化硅或其它適當(dāng)?shù)囊r底上外延地生長不同組成和摻雜劑濃度的半導(dǎo)體層的疊層來制造III族氮化物發(fā)光器件。該疊層常常包括用例如Si摻雜的在襯底上形成的一個或多個η型層、在形成于一個或多個η型層上的有源區(qū)中的一個或多個發(fā)光層以及在有源區(qū)上形成的用例如Mg摻雜的一個或多個P型層，并在η型區(qū)和P型區(qū)上形成電接觸。將III族氮化物器件形成為倒置或倒裝芯片器件，其中，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的同一側(cè)形成N和P接觸兩者，并且從與接觸相對的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的那側(cè)提取光。
[0003]銀常常作為反射性P接觸，已知其易受由機械應(yīng)力、化學(xué)反應(yīng)或電迀移引發(fā)的輸運影響。美國專利6，946，685描述了一種具有銀P接觸的III族氮化物L(fēng)ED，其教導(dǎo)了 “銀電極金屬化在存在濕氣和電場(諸如，例如由于在器件的接觸處施加工作電壓而逐漸產(chǎn)生的場)的情況下經(jīng)受電化學(xué)迀移。銀金屬化到器件的PN結(jié)的電化學(xué)迀移導(dǎo)致跨越結(jié)的交流旁路路徑，其降低了器件的效率。
[0004]圖1為包括半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括在II1-V族氮化物半導(dǎo)體的η型層120與III族氮化物半導(dǎo)體的P型層140之間的發(fā)光有源區(qū)130Α，ρ型層140上沉積包括銀金屬的P電極160，并將η電極(未圖示)與η型層120藕合。該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中提供了能夠用來跨越所述電極施加電信號以引起來自有源區(qū)的光發(fā)射的手段，并且提供了用于防止銀金屬從P電極160朝向有源區(qū)的電化學(xué)迀移的迀移阻擋物175。該迀移阻擋物175是導(dǎo)電防護(hù)片，防護(hù)片完全包圍P電極160并覆蓋P電極160的邊緣12。為了用導(dǎo)電防護(hù)片密封銀接觸，首先從臺面((mesa)的邊緣對銀進(jìn)行回蝕刻，由于迀移阻擋物175通常為含有Ti或W的材料，然而Ti/W材料吸收可見光，其不同于銀P電極160具有反射性，因此在反射性的P電極160的邊緣12與臺面的邊緣之間會形成一 “黑帶”10(即迀移阻擋物覆蓋Ag電極后露出的部分)，黑帶10會吸收可見光，從而降低LED的光效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種可以提升LED的效率和亮度的LED倒裝芯片及其制備方法。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案:
[0007]—種LED倒裝芯片，包括:襯底、形成于所述襯底上的外延層、形成于所述外延層上的反射層，所述外延層包括P型氮化鎵層、發(fā)光層及N型氮化鎵層，所述反射層上形成有石墨烯阻擋層，N引線電極形成于貫穿所述石墨烯阻擋層、反射層、P型氮化鎵層、發(fā)光層、直至N型氮化鎵層表面的N電極孔內(nèi)；所述外延層的外露表面、石墨烯阻擋層的外露表面、襯底的外露上表面及N電極孔與N引線電極之間的間隙形成有絕緣層，所述絕緣層上形成有相互絕緣的N焊盤與P焊盤，所述N焊盤與N引線電極形成導(dǎo)電連接，所述P焊盤與石墨烯阻擋層形成導(dǎo)電連接。
[0008]進(jìn)一步的，所述石墨烯阻擋層的外露表面形成有P引線電極，所述絕緣層形成于所述外延層的外露表面、P引線電極的外露表面、襯底的外露上表面及N電極孔與N引線電極之間的間隙，所述P焊盤通過所述P引線電極與石墨烯阻擋層形成導(dǎo)電連接。
[0009]進(jìn)一步的，所述石墨烯阻擋層完全覆蓋反射層的外露表面。
[0010]進(jìn)一步的，所述石墨烯阻擋層為單層或多層石墨烯。
[0011]進(jìn)一步的，所述N引線電極和P引線電極為相同材料制成且同時沉積形成。
[0012]一種LED倒裝芯片的制備方法，步驟如下:
[0013]提供襯底并生長外延層，外延層生長過程依次為:在襯底表面生長N型氮化鎵層、在N型氮化鎵層上生長發(fā)光層、在所述發(fā)光層上生長P型氮化鎵層；
[0014]在P型氮化鎵層表面形成反射層；
[0015]在反射層表面及其四周側(cè)壁形成石墨烯阻擋層，在外延層形成溝槽及貫穿石墨烯阻擋層、反射層、P型氮化鎵層、發(fā)光層、直至N型氮化鎵層表面的N電極孔；
[0016]形成引線電極，在N電極孔內(nèi)形成N引線電極，在外延層的外露表面、石墨烯阻擋層的外露表面、襯底的外露上表面及N電極孔與N引線電極之間的間隙形成絕緣層；
[0017]在絕緣層上通形成相互絕緣的N焊盤與P焊盤，所述N焊盤與N引線電極形成導(dǎo)電連接，所述P焊盤與石墨烯阻擋層形成導(dǎo)電連接。
[0018]進(jìn)一步的，在形成引線電極步驟中，在石墨烯阻擋層外露表面形成具有布線圖案的P引線電極，P引線電極與石墨烯阻擋層電連接；
[0019]在外延層的外露表面、P引線電極的外露表面、襯底的外露上表面及N電極孔與N引線電極之間的間隙形成絕緣層；
[0020]在絕緣層上形成相互絕緣的N焊盤與P焊盤，N焊盤與N引線電極相接觸，P焊盤與P引線電極相接觸。
[0021]由以上技術(shù)方案可知，在反射層表面沉積石墨烯阻擋層，由于石墨烯阻擋層為不吸光的材料，能夠有效地阻止反射層的金屬材料迀移，不但有效解決“黑邊”問題，而且石墨烯材料因其卓越的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和致密性，可以用來做金屬電極的阻擋層材料，以提升倒裝LED芯片的性能，減少光的吸收，提升LED倒裝芯片發(fā)光效率和亮度。
【附圖說明】
[0022]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一種半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3至圖11為本發(fā)明實施例1LED倒裝芯片的制備過程示意圖；
[0025]圖12為本發(fā)明實施例2形成引線電極步驟的示意圖；
[0026]圖13為實施例2形成絕緣層步驟的示意圖；
[0027]圖14為實施例2形成焊盤步驟的示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實施例時，為便于說明，表示器件結(jié)構(gòu)的附圖會不依一般比例做局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。需要說明的是，附圖采用簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、清晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0029]實施例1
[0030]如圖2所示，本實施例的LED倒裝芯片包括襯底1、位于襯底I上的N型氮化鎵層11、位于N型氮化鎵層11上的發(fā)光層12、位于發(fā)光層12上的P型氮化鎵層13、位于P型氮化鎵層13上的反射層15以及覆蓋于反射層15上的石墨烯阻擋層14，本實施例的石墨烯阻擋層14完全覆蓋反射層15的外露表面。N電極孔(未標(biāo)號)貫穿石墨烯阻擋層14、反射層15、P型氮化鎵層
13、發(fā)光層12、直至N型氮化鎵層11表面，N引線電極32形成于N電極孔內(nèi)。P引線電極31形成于石墨稀阻擋層14的外露表面。在外延層的外露表面、P引線電極31的外露表面、襯底I的外露上表面及N電極孔與N引線電極之間的間隙形成有絕緣層16。在絕緣層16上形成有相互絕緣的P焊盤27和N焊盤26，P焊盤27與P引線電極31電連接，N焊盤26與N引線電極32電連接。[0031 ]下面結(jié)合圖3至圖11對本實施例的LED倒裝芯片的制備方法進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0032]步驟一，提供襯底I并生長外延層，本實施例的襯底I為藍(lán)寶石襯底，通過MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposit1n，金屬有機化合物化學(xué)氣相沉淀)在藍(lán)寶石襯底I表面上生長外延層，外延層生長過程依次為:在藍(lán)寶石襯底I表面生長N型氮化鎵層
11、在N型氮化鎵層11上生長發(fā)光層12、在所述發(fā)光層12上生長P型氮化鎵層13(圖3);
[0033]步驟二，形成反射層15，如圖4和圖5所示，采用蒸鍍及光刻工藝在P型氮化鎵層13表面覆蓋反射層15，反射層15可以是鋁、銀或前述兩者之合金；
[0034]步驟三，形成石墨烯阻擋層14，如圖6所示，通過化學(xué)工藝迀移石墨烯阻擋層14，使其覆蓋在反射層15表面及其四周側(cè)壁，通過化學(xué)工藝迀移石墨烯層為現(xiàn)有技術(shù)，在此不多熬述;石墨烯阻擋層14可以是單層或多層石墨烯；
[0035]形成隔離溝槽3及N電極孔4，采用ICP蝕刻工藝在外延層形成溝槽3，溝槽3的底部露出藍(lán)寶石襯底I表面，從而使外延層形成彼此相互絕緣獨立的芯片;通過采用蒸鍍及光刻工藝，使石墨烯阻擋層14、反射層15與P型氮化鎵層13表面形成臺階9;
[0036]對芯片進(jìn)行刻蝕，以在芯片表面形成貫穿石墨烯阻擋層14、反射層15、P型氮化鎵層13、發(fā)光層12、直至N型氮化鎵層11表面的N電極孔4，N電極孔4的數(shù)量可以為多個并且在芯片表面均勾分布；
[0037]步驟五，形成引線電極，如圖7所示，在N電極孔4內(nèi)形成N引線電極32，S卩N引線電極32與N型氮化鎵層11電連接形成歐姆接觸，N引線電極32可以是圓柱形狀，為避免N引線電極32短路P型氮化鎵層13及N型氮化鎵層11，N引線電極32外周壁與N電極孔4內(nèi)壁相互絕緣隔開;通過濺射或蒸鍍工藝在石墨烯阻擋層14外露表面形成具有布線圖案的P引線電極31，P引線電極31與石墨烯阻擋層14電連接；
[0038]本實施例的N引線電極32和P引線電極31采用相同材料并且同時沉積形成，可以減少LED芯片生產(chǎn)的流程，降低成本，N引線電極和P引線電極可采用具有高反射性能的Cr或Al或Ni或Ti或Au或Pt或前述材料的合金，以減少了光的吸收；而且N引線電極和P引線電極還具有阻擋層作用，更好的實現(xiàn)了對反射層保護(hù)；
[0039]步驟六，形成絕緣層，如圖8所示，通過濺射或噴涂工藝在外延層的外露表面、P引線電極31的外露表面、襯底I的外露上表面及N電極孔與N引線電極之間的間隙形成絕緣層16，絕緣層材料可為氮化鋁，二氧化硅，氮化硅，三氧化二鋁、布拉格反射層DBR(Ti02/Si02)，娃膠或樹脂或丙稀酸，厚度為0.3um?5um;
[0040]步驟七，形成接觸孔，如圖9及圖10所示，采用光刻和蝕刻技術(shù)在絕緣層16表面打孔，分別刻蝕出N型接觸孔6與P型接觸孔5，其中，N型接觸孔6與N引線電極32表面相連，P型接觸孔5與P引線電極31表面相連，芯片表面均分布N型接觸孔6和P型接觸孔5;
[0041]步驟八，形成焊盤，如圖2和圖11所示，在絕緣層16上通過印刷和電鍍技術(shù)制造相互絕緣的N焊盤26與P焊盤27，N焊盤26與P焊盤27在部分覆蓋絕緣層16表面上，N焊盤26通過N型接觸孔6與N引線電極32相接觸，P焊盤27通過P型接觸孔5和P引線電極31相接觸，N焊盤26與P焊盤27對稱分布。P焊盤和N焊盤厚度可為0.5um?2um，P焊盤和N焊盤之間的間隔多150um，材料優(yōu)選為鋁或鎳或鈦或鉑金或金。
[0042]本發(fā)明在反射層上覆蓋石墨烯阻擋層，石墨烯為不吸光的透明材料，能夠有效地阻止從反射層的金屬材料迀移，而提升LED的效率和亮度;而且，石墨烯材料是目前已知導(dǎo)熱最好的材料(熱導(dǎo)率超過金剛石)，因此用石墨烯材料來做阻擋層，還可以進(jìn)一步提升倒裝LED芯片的散熱性能，提升器件的穩(wěn)定性。此外，石墨烯材料也是目前已知最為致密的材料，甚至連小到He原子都無法穿透石墨烯，因此石墨烯是極優(yōu)良的阻擋層材料，在前述實施例中用來做Ag電極的保護(hù)材料，可以阻擋水汽的滲入，從而避免器件因銀迀移而失效。
[0043]實施例2
[0044]本實施例與實施例1不同的地方在于:如圖12所示，在形成引線電極步驟中只形成N引線電極32，不用在石墨烯阻擋層14外露表面形成P引線電極;N引線電極的結(jié)構(gòu)和位置與實施例1的相同。如圖13所示，在外延層的外露表面、石墨烯阻擋層14的外露表面、襯底I的外露上表面及N電極孔與N引線電極之間的間隙形成絕緣層16;如圖14所示，在絕緣層16上通形成相互絕緣的N焊盤26與P焊盤27，N焊盤26通過N型接觸孔與N引線電極32形成導(dǎo)電連接，P焊盤27通過P型接觸孔和石墨烯阻擋層14形成導(dǎo)電連接。本實施例在石墨烯阻擋層表面不覆蓋P引線電極，而是直接利用石墨烯材料卓越的導(dǎo)電性能，使石墨烯阻擋層直接與P焊盤形成導(dǎo)電連接，簡化了結(jié)構(gòu)和制備工藝，可以提高效率。
[0045]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬范圍。
【主權(quán)項】
1.一種LED倒裝芯片，包括:襯底、形成于所述襯底上的外延層、形成于所述外延層上的反射層，所述外延層包括P型氮化鎵層、發(fā)光層及N型氮化鎵層，其特征在于: 所述反射層上形成有石墨烯阻擋層，N引線電極形成于貫穿所述石墨烯阻擋層、反射層、P型氮化鎵層、發(fā)光層、直至N型氮化鎵層表面的N電極孔內(nèi)； 所述外延層的外露表面、石墨烯阻擋層的外露表面、襯底的外露上表面及N電極孔與N引線電極之間的間隙形成有絕緣層，所述絕緣層上形成有相互絕緣的N焊盤與P焊盤，所述N焊盤與N引線電極形成導(dǎo)電連接，所述P焊盤與石墨烯阻擋層形成導(dǎo)電連接。2.如權(quán)利要求1所述的LED倒裝芯片，其特征在于:所述石墨烯阻擋層的外露表面形成有P引線電極，所述絕緣層形成于所述外延層的外露表面、P引線電極的外露表面、襯底的外露上表面及N電極孔與N引線電極之間的間隙，所述P焊盤通過所述P引線電極與石墨烯阻擋層形成導(dǎo)電連接。3.如權(quán)利要求1或2所述的LED倒裝芯片，其特征在于:所述石墨烯阻擋層完全覆蓋反射層的外露表面。4.如權(quán)利要求1所述的LED倒裝芯片，其特征在于:所述石墨烯阻擋層為單層或多層石墨稀。5.如權(quán)利要求2所述的LED倒裝芯片，其特征在于:所述N引線電極和P引線電極為相同材料制成且同時沉積形成。6.一種LED倒裝芯片的制備方法，其特征在于，步驟如下: 提供襯底并生長外延層，外延層生長過程依次為:在襯底表面生長N型氮化鎵層、在N型氮化鎵層上生長發(fā)光層、在所述發(fā)光層上生長P型氮化鎵層； 在P型氮化鎵層表面形成反射層； 在反射層表面及其四周側(cè)壁形成石墨烯阻擋層，在外延層形成溝槽及貫穿石墨烯阻擋層、反射層、P型氮化鎵層、發(fā)光層、直至N型氮化鎵層表面的N電極孔； 形成引線電極，在N電極孔內(nèi)形成N引線電極，在外延層的外露表面、石墨烯阻擋層的外露表面、襯底的外露上表面及N電極孔與N引線電極之間的間隙形成絕緣層； 在絕緣層上通形成相互絕緣的N焊盤與P焊盤，所述N焊盤與N引線電極形成導(dǎo)電連接，所述P焊盤與石墨烯阻擋層形成導(dǎo)電連接。7.如權(quán)利要求6所述的LED倒裝芯片的制備方法，其特征在于:在形成引線電極步驟中，在石墨烯阻擋層外露表面形成具有布線圖案的P引線電極，P引線電極與石墨烯阻擋層電連接； 在外延層的外露表面、P引線電極的外露表面、襯底的外露上表面及N電極孔與N引線電極之間的間隙形成絕緣層； 在絕緣層上形成相互絕緣的N焊盤與P焊盤，N焊盤與N引線電極相接觸，P焊盤與P引線電極相接觸。8.如權(quán)利要求6或7所述的LED倒裝芯片的制備方法，其特征在于:所述石墨烯阻擋層完全覆蓋反射層的外露表面。9.如權(quán)利要求6所述的LED倒裝芯片的制備方法，其特征在于:所述石墨烯阻擋層為單層或多層石墨烯。10.如權(quán)利要求7所述的LED倒裝芯片的制備方法，其特征在于:所述N引線電極和P引線電極為相同材料制成且同時沉積形成。
【文檔編號】H01L33/64GK106025033SQ201610505677
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】蔣振宇, 陳順利, 莫慶偉
【申請人】大連德豪光電科技有限公司