一种高压芯片LED结构及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种高压芯片LED结构及其制作方法，通过三步PECVD生长法在隔离槽内填充绝缘材料，解决了LED器件良率和可靠性提升的问题；其次，本发明专利技术通过动态刻蚀工艺形成隔离槽，解决了常规刻蚀工艺刻蚀均匀性不足导致芯片因短路而失效的问题；另外，在P型外延层与扩展电极之间设置阻挡层和扩展辅助层，解决了LED芯片发光亮度和发光均匀性的问题；此外，通过常规蒸发方式制作出扩展电极，无需价格昂贵的溅射设备形成扩展电极，降低了高压LED芯片的生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种高压芯片LED结构及其制作方法
本专利技术属于半导体光电芯片制造领域，尤其涉及一种高压芯片LED结构及其制作方法。
技术介绍
自从20世纪90年代初商业化以来，经过二十几年的发展，GaN基LED已被广泛应用于户内外显示屏、投影显示用照明光源、背光源、景观亮化照明、广告、交通指示等领域，并被誉为二十一世纪最有竞争力的新一代固体光源。然而对于半导体发光器件LED来说，要代替传统光源，进入高端照明领域，必须考虑三个因素：一是发光亮度及发光均匀性的提升，二是器件良率和可靠性的提升，三是生产成本的降低。近年来，在政府各种政策的激励和推动下，各种为提高LED发光亮度的技术应运而生，例如图形化衬底技术、阻挡层技术、扩展辅助层技术、侧壁粗化技术、DBR技术、优化电极结构、在衬底或透明导电膜上制作二维光子晶体等。其中图形化衬底技术最具成效，在2010年到2012年间，前后出现的锥状结构的干法图形化衬底和金字塔形状的湿法图形化衬底完全取代了表面平坦的蓝宝石衬底成为LED芯片的主流衬底，使LED的晶体结构和发光亮度都得到了革命性的提高；阻挡层技术也能使LED器件的发光亮度提高5-10个百分点；然而亮度的提升是照明用半导体发光器件LED永无止境的追求，甚至各种提高LED发光亮度的技术的并用也赶不上时代的进步对LED发光亮度的需求。随着半导体集成技术的高速发展，一种称为高压芯片的LED结构应运而生，此种结构的LED一般是在发光半导体层形成后，通过光刻刻蚀工艺在所述发光半导体层上形成隔离槽，再在隔离槽内填充绝缘材料，最后在各绝缘分离的发光半导体层上制作电极并形成串联结构；此种结构的LED能够满足现阶段某些照明领域对LED发光亮度之需求，然而要同时满足人们对发光均匀性以及器件良率和可靠性的需求，赢得人们对LED照明光源的信赖和忠诚，将阻挡层技术和/或扩展辅助层技术结合于高压芯片技术中势在必行；如何在降低LED生产成本或至少在不增加LED现有生产成本的基础上实现上述方案是非常重要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种提高高压芯片LED可靠性和抗击穿能力且能同时降低其生产成本的LED结构及其制作方法。为了解决上述问题，本专利技术提供一种高压芯片LED结构制作方法，包括：提供一衬底；在所述衬底上形成发光半导体层，所述发光半导体层包括依次层叠的N型半导体层、有源层和P型半导体层；刻蚀所述发光半导体层形成若干阶梯型通孔，所述阶梯型通孔包括凹槽以及与所述凹槽连通的隔离槽，所述凹槽暴露所述N型半导体层的表面，所述隔离槽暴露所述衬底的表面，所述阶梯型通孔将发光半导体层分割成若干分离的独立发光半导体层；通过PECVD工艺在所述发光半导体层上、所述凹槽底部暴露出的N型发光半导体层和所述隔离槽底部暴露出的衬底上形成绝缘薄膜防护层；通过PECVD工艺射频产生富氧等离子体以对所述阶梯型通孔的侧壁进行等离子体处理；通过PECVD工艺在所述绝缘薄膜防护层上继续沉积绝缘材料，直至填满所述阶梯型通孔；去除部分所述绝缘材料，仅保留所述隔离槽内以及所述P型发光半导体层靠近隔离槽的边缘的绝缘材料形成隔离层；在每个独立发光半导体层上形成P焊盘，在每个独立发光半导体层的阶梯型通孔内形成N焊盘，并将部分相邻的独立发光半导体层的N焊盘和P焊盘电连接形成串联结构；以及在所述独立发光半导体层所有暴露的表面上形成钝化保护层，所述钝化保护层具有暴露所述串联结构中为首的独立发光半导体层上的P焊盘和为尾的独立发光半导体层上的N焊盘的引线孔。可选的，在所述的高压芯片LED结构制作方法中，所述富氧等离子体是笑气等离子体。可选的，在所述的高压芯片LED结构制作方法中，通过动态刻蚀工艺在所述发光半导体层中形成隔离槽，所述动态刻蚀工艺包括：步骤一：所述衬底相对静止于刻蚀机台的反应腔体内，采用感应耦合等离子体对发光半导体层执行刻蚀工艺；步骤二：终止感应耦合等离子体刻蚀工艺，所述衬底发生对称性运动；重复上述步骤一和步骤二直至形成所述隔离槽。可选的，在所述的高压芯片LED结构制作方法中，形成隔离层之后，在所述P型发光半导体层的部分区域上形成阻挡层。可选的，在所述的高压芯片LED结构制作方法中，形成阻挡层的同时还在所述P型外延层上形成阵列排布的扩展辅助层。可选的，在所述的高压芯片LED结构制作方法中，形成阻挡层之后，在所述P型发光半导体层和阻挡层上形成扩展电极。可选的，在所述的高压芯片LED结构制作方法中，所述扩展电极通过蒸发、光刻和刻蚀工艺形成。本专利技术还提供一种高压芯片LED结构，包括：衬底；形成于所述衬底上的发光半导体层，所述发光半导体层包括依次层叠的N型发光半导体层、有源层和P型发光半导体层；形成于所述发光半导体层中的若干阶梯型通孔，所述阶梯型通孔包括凹槽以及与所述凹槽连通的隔离槽，所述凹槽暴露所述N型发光半导体层的表面，所述隔离槽暴露所述衬底的表面，所述阶梯型通孔将发光半导体层分割成若干分离的独立发光半导体层；形成于每个独立发光半导体层的隔离槽内并覆盖相邻的独立发光半导体层的P型发光半导体层边缘的隔离层；形成于每个独立发光半导体层上的P焊盘，形成于每个独立发光半导体层的阶梯型通孔内的N焊盘，部分相邻的独立发光半导体层的N焊盘和P焊盘电连接形成串联结构；以及形成于所述独立发光半导体层所有暴露的表面上的钝化保护层，所述钝化保护层具有暴露所述串联结构中为首的独立发光半导体层上的P焊盘和为尾的独立发光半导体层上的N焊盘的引线孔。可选的，在所述的高压芯片LED结构中，还包括形成于所述P型发光半导体层上的阻挡层。可选的，在所述的高压芯片LED结构中，还包括形成于所述P型外延层上阵列排布的扩展辅助层。可选的，在所述的高压芯片LED结构中，还包括形成于所述P型发光半导体层上并覆盖所述阻挡层的扩展电极。与现有技术相比，本专利技术提供的高压芯片LED结构及其制作方法具有以下优点：1、通过三步PECVD生长法在隔离槽内形成隔离层，其间对阶梯型通孔的侧壁进行了等离子体处理，中和掉暴露出来的P型发光半导体层、N型发光半导体层和有源层上的化学悬挂键，从而解决击穿的问题；并且，通过绝缘薄膜防护层保护P型发光半导体层的表面和凹槽内暴露的N型发光半导体层的表面，使其免受后续第二步所述的富氧等离子体的损伤，有利于提高LED器件良率和可靠性。2、本专利技术通过动态刻蚀工艺形成隔离槽，解决了常规刻蚀工艺刻蚀均匀性不足导致芯片因短路而失效的问题。3、本专利技术在P型外延层与扩展电极之间设置阻挡层和扩展辅助层，解决了LED芯片发光亮度和发光均匀性的问题。4、由于本专利技术通过三步PECVD生长法在隔离槽内形成隔离层的方案解决了LED器件良率和可靠性的问题，使得本专利技术可以通过常规蒸发方式在隔离层形成后制作扩展电极，所以无需价格昂贵的溅射设备形成扩展电极，降低了高压LED芯片的生产成本。5、各个独立发光半导体的第一电极和第二电极可以根据需求在形成独立发光半导体第一电极和第二电极的同时通过电极连接层电连接，即形成任意颗数的串联结构，形成串联结构的独立发光半导体层无需再进行单独测试、单独切割、单独封装，降低了成本；并且，由于各个发光半导体层可以在形成电极的同时形成串联结构，所以本专利技术所提供的LED结构能够在较大电压下工作。附图说明参照附图，根据下面的详细本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压芯片LED结构制作方法，包括：提供一衬底；在所述衬底上形成发光半导体层，所述发光半导体层包括依次层叠的N型半导体层、有源层和P型半导体层；刻蚀所述发光半导体层形成若干阶梯型通孔，所述阶梯型通孔包括凹槽以及与所述凹槽连通的隔离槽，所述凹槽暴露所述N型半导体层的表面，所述隔离槽暴露所述衬底的表面，所述阶梯型通孔将发光半导体层分割成若干分离的独立发光半导体层；通过PECVD工艺在所述发光半导体层上、所述凹槽底部暴露出的N型发光半导体层和所述隔离槽底部暴露出的衬底上形成绝缘薄膜防护层；通过PECVD工艺射频产生富氧等离子体以对所述阶梯型通孔的侧壁进行等离子体处理；通过PECVD工艺在所述绝缘薄膜防护层上继续沉积绝缘材料，直至填满所述阶梯型通孔；去除部分所述绝缘材料，仅保留所述隔离槽内以及所述P型发光半导体层靠近隔离槽的边缘的绝缘材料形成隔离层；在每个独立发光半导体层上形成P焊盘，在每个独立发光半导体层的阶梯型通孔内形成N焊盘，并将部分相邻的独立发光半导体层的N焊盘和P焊盘电连接形成串联结构；以及在所述独立发光半导体层所有暴露的表面上形成钝化保护层，所述钝化保护层具有暴露所述串联结构中为首的独立发光半导体层上的P焊盘和为尾的独立发光半导体层上的N焊盘的引线孔。...

【技术特征摘要】
1.一种高压芯片LED结构制作方法，包括：提供一衬底；在所述衬底上形成发光半导体层，所述发光半导体层包括依次层叠的N型半导体层、有源层和P型半导体层；刻蚀所述发光半导体层形成若干阶梯型通孔，所述阶梯型通孔包括凹槽以及与所述凹槽连通的隔离槽，所述凹槽暴露所述N型半导体层的表面，所述隔离槽暴露所述衬底的表面，所述阶梯型通孔将发光半导体层分割成若干分离的独立发光半导体层；通过PECVD工艺在所述发光半导体层上、所述凹槽底部暴露出的N型发光半导体层和所述隔离槽底部暴露出的衬底上形成绝缘薄膜防护层；通过PECVD工艺射频产生富氧等离子体以对所述阶梯型通孔的侧壁进行等离子体处理；通过PECVD工艺在所述绝缘薄膜防护层上继续沉积绝缘材料，直至填满所述阶梯型通孔；去除部分所述绝缘材料，仅保留所述隔离槽内以及所述P型发光半导体层靠近隔离槽的边缘的绝缘材料形成隔离层；在每个独立发光半导体层上形成P焊盘，在每个独立发光半导体层的阶梯型通孔内形成N焊盘，并将部分相邻的独立发光半导体层的N焊盘和P焊盘电连接形成串联结构；以及在所述独立发光半导体层所有暴露的表面上形成钝化保护层，所述钝化保护层具有暴露所述串联结构中为首的独立发光半导体层上的P焊盘和为尾的独立发光半导体层上的N焊盘的引线孔。2.如权利要求1所述的高压芯片LED结构制作方法，其特征在于，所述富氧等离子体是笑气等离子体。3.如权利要求1所述的高压芯片LED结构制作方法，其特征在于，通过动态刻蚀工艺在所述发光半导体层中形成隔离槽，所述动态刻蚀工艺包括：步骤一：所述衬底相对静止于刻蚀机台的反应腔体内，采用感应耦合等离子体对发光半导体层执行刻蚀工艺；步骤二：终止感应耦合等离子体刻蚀工艺，所述衬底发生对称性运动；重复上述步骤一和步骤二直至形成所述隔离槽。4.如权利要求1所述的高压芯片LED结构制作方...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁海生，马新刚，李东昇，李芳芳，江忠永，
申请(专利权)人：杭州士兰明芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33