提升电流扩展均匀性的LED倒装芯片及其制作方法技术

本发明专利技术涉及一种提升电流扩展均匀性的LED倒装芯片及其制作方法，包括衬底和设置于衬底上的GaN外延层，GaN外延层包括从下至上的n型GaN层、量子阱发光层、p型GaN层和透明导电层，n型GaN层部分暴露在外；其特征是：在所述透明导电层上沉积一层透明绝缘层，透明绝缘层上具有上下贯通的通道，在透明绝缘层上沉积金属反射层，金属反射层通过所述通道与透明导电层连接，在金属反射层和n型GaN层的暴露区上分别设有P电极和N电极。本发明专利技术能够大幅改善传统倒装芯片结构电流扩展不均匀的问题，并且不会影响金属反射层的反射效果，不会降低芯片亮度。

LED flip chip and its fabrication method for improving the uniformity of current expansion

The invention relates to an extended LED flip chip and its manufacturing method to enhance the uniformity of current, including GaN epitaxial layer and the substrate is arranged on the substrate, including GaN epitaxial layer from the bottom of N type GaN quantum well layer, a light-emitting layer, P GaN layer and the transparent conductive layer, n GaN layer exposed outside; which is characterized in that the transparent conductive layer is deposited on a transparent insulating layer, a transparent insulating layer having a through passage, in a transparent insulating layer deposited on a metal reflective layer, a metal reflective layer is connected with the transparent conductive layer of the channel, in the exposed metal reflective layer and the n type the GaN layer are respectively arranged on the P electrode and N electrode. The invention can greatly improve the problem of uneven current expansion in the traditional flip chip structure, and does not affect the reflection effect of the metal reflection layer, and does not reduce the brightness of the chip.

【技术实现步骤摘要】
提升电流扩展均匀性的LED倒装芯片及其制作方法
本专利技术涉及一种提升电流扩展均匀性的LED倒装芯片及其制作方法，属于半导体

技术介绍
近年来，氮化镓（GaN）基发光二极管（LED）成为最受重视的光源技术，其中LED倒装芯片技术成为热点之一。与正装芯片相比，LED倒装芯片具有低电压、高亮度、高可靠性、高饱和电流密度等特点，具有极佳的发展前景。典型的LED倒装芯片示意图见图1。一般来说，倒装芯片结构自下而上分别是：蓝宝石衬底1、n型GaN层2、量子阱发光层3、p型GaN层4、透明导电层5、金属反射层6、电极（P电极和N电极）7。其中，n型GaN层2、量子阱发光层3、p型GaN层4属于GaN外延层，透明导电层5的作用是和p型GaN层4形成欧姆接触，通常的材料是ITO。而金属反射层6的材料主要是银或者铝，它的作用是将芯片内部的光经由金属反射层6反射后，从蓝宝石面出射。P电极、N电极分别是芯片的正、负极，需要说明的是，图1中电极仅是简易示意图，实际制作的电极出于封装的考虑，会使用更大的尺寸和复杂的多层结构。倒装芯片使用时，正面向下，将两个电极与下面的封装基板联接，光从GaN层发出后，经金属反射层6反射后从蓝宝石面出射。此倒装芯片结构可适用于各种GaN基LED芯片，包括绿光、蓝光、紫光及紫外芯片。然而这种运用金属反射层的倒装芯片在工作中，特别是大电流使用时，易造成电流扩展困难的现象。图2分析了芯片工作时电流拥堵的原因。当芯片工作时，电流从P电极流入，这里电流有两条路径到达N电极。路径A，电流从金属反射层6横向扩展，然后向下到达N电极；路径B，电流先向下达到n型GaN层2，然后横向扩展到达N电极。由于金属反射层6的电阻率远远小于n型GaN层2，很显然芯片工作时，电流会优先选择路径A。当芯片电流较小时，这种电流扩展非均匀性还不明显，但是当芯片注入大电流时，电流拥堵会非常显著，整个芯片的电流都大量集中于N电极周围，相比之下P电极周围的电流会非常弱。这造成的后果，一是由于电流扩展不够造成芯片发光区减少，导致芯片整体发光效率大幅降低，二是由于电流过于集中在N电极周围，造成这些区域发热量过大，局部过热导致芯片失效。因此，如何避免电流拥堵，提高芯片电流分布均匀性，是关系到此类倒装芯片发光亮度和使用寿命的关键技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种提升电流扩展均匀性的LED倒装芯片及其制作方法，能够大幅改善传统倒装芯片结构电流扩展不均匀的问题，并且不会影响金属反射层的反射效果，不会降低芯片亮度。按照本专利技术提供的技术方案，所述提升电流扩展均匀性的LED倒装芯片，包括衬底和设置于衬底上的GaN外延层，GaN外延层包括从下至上的n型GaN层、量子阱发光层、p型GaN层和透明导电层，n型GaN层部分暴露在外；其特征是：在所述透明导电层上沉积一层透明绝缘层，透明绝缘层上具有上下贯通的通道，在透明绝缘层上沉积金属反射层，金属反射层通过所述通道与透明导电层连接，在金属反射层和n型GaN层的暴露区上分别设有P电极和N电极。进一步的，所述衬底采用蓝宝石衬底。进一步的，所述透明绝缘层由多个不连续的图形组成。所述提升LED倒装芯片电流扩展均匀性的制作方法，其特征是，包括以下步骤：（1）在衬底上完成GaN外延层的生长，GaN外延层从下至上为n型GaN层、量子阱发光层、p型GaN层、透明导电层；将n型GaN层暴露出来，并在p型GaN层上制备透明导电层；（2）在透明导电层上沉积一层透明绝缘层；（3）对透明绝缘层进行刻蚀在透明绝缘层上制作贯通上下的通道，使透明绝缘层形成不连续的图形；（4）在上述不连续的透明绝缘层上沉积金属反射层，金属反射层通过所述通道与透明导电层连接；（5）最在金属反射层上和n型GaN层暴露区上分别制作P电极和N电极。进一步的，所述衬底采用蓝宝石衬底。进一步的，所述透明绝缘层的材料采用SiO2。本专利技术所述提升电流扩展均匀性的LED倒装芯片及其制作方法，能够大幅改善传统倒装芯片结构电流扩展不均匀的问题，并且不会影响金属反射层的反射效果，不会降低芯片亮度。附图说明图1为GaN基LED倒装芯片的结构示意图。图2为倒装芯片电流扩展示意图。图3a-图3e为GaN基LED倒装芯片的制作流程图，其中：图3a为在蓝宝石衬底上生长GaN外延层的示意图。图3b为在透明导电层上沉积透明绝缘层的示意图。图3c为透明绝缘层制成成不连续图形的示意图。图3d为在透明绝缘层上沉积金属反射层的示意图。图3e为形成P电极和N电极的示意图。附图标记说明：1-蓝宝石衬底、2-n型GaN层、3-量子阱发光层、4-p型GaN层、5-透明导电层、6-金属反射层、7-电极、8-透明绝缘层。具体实施方式下面结合具体附图对本专利技术作进一步说明。由图2分析可知，为改善电流扩展均匀性，需要匹配路径A（P区）和路径B（N区）的电阻值，两者的电阻值越接近，则电流扩展越均匀。由于路径A电阻远小于路径B，因此有两个方向可以考量，第一是降低路径B电阻，这要求对n型GaN进行重掺杂，降低n型GaN电阻值，然而n型引入过量掺杂原子（硅原子），会导致n型GaN晶体质量变差，过多位错密度直接降低芯片发光效率。第二条路是提高路径A电阻，使电流在P区横向扩展困难，本专利技术即是基于此设计的。本专利技术所述提升电流扩展均匀性的LED倒装芯片的制作方法，具体步骤如下：（1）首先在蓝宝石衬底1上完成GaN外延层的生长，通过选择性刻蚀将n型GaN层2暴露，并在p型GaN层4上制备透明导电层5；至此倒装芯片的结构如图3a所示从下至上为蓝宝石衬底1、n型GaN层2、量子阱发光层3、p型GaN层4、透明导电层5；（2）如图3b所示，在透明导电层5上沉积一层透明绝缘层8，透明绝缘层8的材料可以采用SiO2；（3）通过半导体光刻及刻蚀工艺，将透明绝缘层8制作成不连续的图形，如图3c所示；（4）在上述不连续的透明绝缘层8上沉积金属反射层6，如图3d所示；（5）最终通过半导体光刻和刻蚀工艺，在金属反射层6上和n型GaN层2暴露区上，分别形成P电极和N电极。本专利技术所述提升LED倒装芯片电流扩展均匀性的制作方法，采用在金属反射层内部制作不连续的透明绝缘层图形，由于透明绝缘层的存在，使电流在金属反射层的横向扩展受到一定抑制，迫使电流向下进入N区，从而大幅改善传统倒装芯片结构电流扩展不均匀的问题。同时，由于该绝缘层为透明材料，并不会影响金属反射层的反射效果，因而不会降低芯片亮度。本专利技术的技术操作简便易行，为解决倒装芯片工作时电流拥堵提供了一种新的技术方案，对GaN倒装芯片提高出光效率和芯片寿命提供一种切实可行的方案。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提升电流扩展均匀性的LED倒装芯片，包括衬底和设置于衬底上的GaN外延层，GaN外延层包括从下至上的n型GaN层（2）、量子阱发光层（3）、p型GaN层（4）和透明导电层（5），n型GaN层（2）部分暴露在外；其特征是：在所述透明导电层（5）上沉积一层透明绝缘层（8），透明绝缘层（8）上具有上下贯通的通道，在透明绝缘层（8）上沉积金属反射层（6），金属反射层（6）通过所述通道与透明导电层（5）连接，在金属反射层（6）和n型GaN层（2）的暴露区上分别设有P电极和N电极。

【技术特征摘要】
1.一种提升电流扩展均匀性的LED倒装芯片，包括衬底和设置于衬底上的GaN外延层，GaN外延层包括从下至上的n型GaN层（2）、量子阱发光层（3）、p型GaN层（4）和透明导电层（5），n型GaN层（2）部分暴露在外；其特征是：在所述透明导电层（5）上沉积一层透明绝缘层（8），透明绝缘层（8）上具有上下贯通的通道，在透明绝缘层（8）上沉积金属反射层（6），金属反射层（6）通过所述通道与透明导电层（5）连接，在金属反射层（6）和n型GaN层（2）的暴露区上分别设有P电极和N电极。2.如权利要求1所述的提升电流扩展均匀性的LED倒装芯片，其特征是：所述衬底采用蓝宝石衬底（1）。3.如权利要求1所述的提升电流扩展均匀性的LED倒装芯片，其特征是：所述透明绝缘层（8）由多个不连续的图形组成。4.一种提升LED倒装芯片电流扩展均匀性的制作方法，其特征是，包括以下步骤：（1）在衬...

【专利技术属性】
技术研发人员：华斌，张秀敏，闫晓密，黄慧诗，
申请(专利权)人：江苏新广联半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32