可控功率倒装阵列LED芯片及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种可控功率倒装阵列LED芯片及其制造方法。可控功率倒装阵列LED芯片为：阵列LED芯片由多个阵列单元构成阵列，其中所有的阵列单元每一行的p电极层（10）连接，每一列的n电极层（5）连接；所述阵列单元是蓝宝石衬底（2）上方依次覆盖n型缓冲层（3）、n型半导体层（6）、有源层（7）、p型半导体层（8）、透明电极层（9）、p电极层（10）；所有的n电极层（5）和p电极层（10）由绝缘层（4）包覆；其中每一行的p电极层（10）通过p电极层（10）窗口上方的p电极连接金属层（11）连接；在p电极连接金属层（11）表面还有钝化层（12）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种倒装阵列LED芯片及其制造方法，尤其涉及一种包括多量子阱有源区的GaN基可控倒装阵列蓝光LED芯片结构及其制造方法。
技术介绍
白光LED具有亮度高、节能环保等优点，已经成为最有潜力的照明光源之一。白光 LED的能耗仅为白炽灯的1/8，荧光灯的1/2，其寿命可长达10万小时。这对普通家庭明来说可谓“一劳永逸”，同时还可实现无汞化，回收容易等优点，对环境保护和节约能源具有重要意义。目前制备大功率白光LED的方法主要是在蓝色或近紫外LED芯片上涂覆黄色荧光粉，通过混色得到白光。这种通过蓝光LED的得到白光的方法，构造简单、成本低廉、技术成熟度高，因此运用广泛。大多数5W以上的大功率白光LED是由大功率的蓝光LED芯片制成的。所以制造大功率蓝光LED芯片是制作大功率白光LED的基础。目前，调节发光亮度的LED主要是通过以下几种方式第一、单个LED芯片主要是控通过LED芯片的电流来调节发光亮度；第二、多个LED芯片的组合通过控制多个LED芯片的开关来调节发光亮度。但是由于每个LED芯片可能不是同一批次生产的电学性能和光学性能会有不同，通过以上的控制方法连接设计和电源驱动，组合芯片发光的协调性、一致性较差。目前单色显示屏在户外广告和小型移动数码设备上都有应用，所以发展LED单色显示屏也有很广的应用前景。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提供一种可控功率倒装阵列LED芯片，该芯片能有效调节大功率蓝光LED倒装芯片的发光亮度，还可作为单色显示屏使用，通过控制行列的扫描达到显示字符的目的；此外本专利技术还提供一种该芯片的制造方法，以克服现有技术存在的LED芯片发光亮度调节困难等不足。本专利技术的可控功率倒装阵列LED芯片结构为阵列LED芯片由多个阵列单元构成阵列，其中所有的阵列单元每一行的P电极层连接到一起，每一列的η电极层连接到一起， 这样可以单独控制每个阵列单元发光；所述阵列单元是蓝宝石衬底上方依次覆盖η型缓冲层、η型半导体层、有源层、ρ型半导体层、透明电极层、ρ电极层；每一列阵列单元的η电极层连接在一起；并且全部η电极层和P电极层由绝缘层包覆；在绝缘层包覆的P电极层窗口上方的P电极连接金属层使每一行的P电极连接到一起。蓝宝石衬底的出光面为粗糙化表面，以提高出光率；在P电极连接金属层表面还有钝化层。芯片的P电极层采用光反射率较高的银或铝等金属来增加光反射，并且完全覆盖每一个阵列单元的透明电极层。其中，LED芯片出光面为蓝宝石衬底，采用蓝宝石(Al2O3)；并对出光面进行有组织的表面粗糙化处理形成粗糙化表面，以减少出光表面对光的反射，提高出光率，改善LED的发光效率。所述的η型半导体层和ρ型半导体层是由GaN、或GaAs、或AlGaN半导体材料构成； 其中η型半导体层掺入的杂质是Si等材料，ρ型半导体层掺入的杂质是Mg等材料；有源层采用多层的InGaN层和GaN层，形成多量子阱层。本专利技术的LED芯片由彼此相互独立的阵列单元构成阵列。但是每一列阵列单元η 电极层是连接在一起的；η电极层的材料材料包括Cu、Ti、Al、M或Au金属，采用其中的单一金属或组合金属；P电极层采用对可见光反射率很高的金属^Vg或Al，并且完全覆盖每一个阵列单元的透明电极层；在绝缘层包覆的P电极层窗口上方的P电极连接金属层使每一行的P电极连接到一起；P电极连接金属层的材料包括Cu、Ti、Al、Ni或Au金属，采用其中的单一金属或组合金 jM ο绝缘层和钝化层是由SiOx、SiNx或SiOxNy等绝缘材料构成；透明电极层采用金属薄膜Ni/Au或氧化铟锡(ITO)制作。本专利技术的可控功率倒装阵列LED芯片的制造方法，包括以下制造步骤步骤一，在蓝宝石衬底生长低掺杂的η型缓冲层，再生长高掺杂的η型半导体层； 步骤二，生长有源层，生长为单层的hGaN，或者交替生长为多个周期的hGaN层和GaN 层，形成多量子阱层；步骤三，在步骤二的基础上生长P型半导体层； 步骤四，沉积透明电极层和P电极层；步骤五，在步骤四的基础上进行光刻和刻蚀，露出η型缓冲层和芯片的隔离槽，为η电极的沉积做准备；步骤六，沉积金属层，并进行光刻和刻蚀，形成每一行都连接到一起的η电极层； 步骤七，沉积绝缘层，并进行光刻和刻蚀，露出P电极层窗口，为沉积P电极层窗口上方的P电极连接金属层做准备；同时在芯片边沿露出η电极pad，以供外电路连接；步骤八，沉积Cu、Ti、Al、Ni或Au金属，采用其中的单一金属或组合金属，并进行光刻和刻蚀，形成每一列阵列单元都连接在一起的P电极连接金属层和η电极外接pad，以供外电路连接；步骤九，沉积钝化层，并进行光刻和刻蚀，露出P电极pad和η电极pad，以供外电路连接；步骤十，对蓝宝石衬底进行减薄，并对蓝宝石的出光面进行有组织的粗糙化处理，形成粗糙化表面。步骤一到步骤三采用MOCVD (金属有机化合物汽相沉积)工艺制备，或者采用MBE (分子束外延)方法制备。步骤五采用湿刻工艺，采用ICP (增强等离子刻蚀)方法、或者RIE (反应离子刻蚀) 方法，或者采用该两种方法的组合。步骤四、步骤六和步骤七采用磁控溅射或电子束蒸发的方法生长透明电极层和ρ 电极层步骤七采用PECVD (等离子增强化学汽相沉积)工艺生长绝缘层和钝化层；步骤十采用CMP (化学机械抛光)工艺设备将蓝宝石衬底减薄。步骤一、在蓝宝石衬底上采用MOCVD方法先生长低掺杂Si的η型GaN缓冲层，再生长高掺杂Si的η型GaN接触层；即用TMGa (三甲基镓)、NH3 (氨)和硅源SiH4 (硅烷)在 570°C下生长2 μ m厚的低掺杂Si的n-GaN缓冲层；再生长20nm的高掺杂Si的η型GaN接触层；步骤二、采用MOCVD方法生长有源层。交替生长多个周期的InGaN层和GaN层，形成多量子讲一MQW层。具体过程为1、通入铟源TMh(三甲基铟)生长3nm厚的InGaN ；2、去掉铟源，通入硅烷(SiH4)生长20nm厚的n-GaN；3、重复过程1、2多次，就生长出InGaN/GaN多量子阱；步骤三、在MQW有源层顶部，采用MOCVD方法生长ρ型半导体层，即通入TMGa (三甲基镓)、NH3 (氨)和Cp2Mg (二茂镁)，生长IOOnm厚的ρ型半导体层；步骤四、经过清洗之后用磁控溅射的方法在P型半导体层上沉积一层ITO透明导电薄膜作为透明电极层，在透明电极层上溅镀沉积Ag或Al金属形成ρ电极层；透明电极层的厚度为500nm，ρ电极层的厚度为120nm ；步骤五、在步骤四的基础上涂光刻胶，掩膜，光刻，进行刻蚀，露出η型缓冲层和芯片的隔离槽，为η电极的沉积做好准备；步骤六、用磁控溅射沉积Cu/Au (铜/金)，沉积金属的厚度为120nm ；形成η电极层，并进行光刻和刻蚀，形成每一行都连接到一起的η电极；步骤七、采用PECVD (等离子增强化学汽相沉积)生长S^2绝缘层，并进行光刻和刻蚀， 露出P电极窗口，为进一步沉积P电极层窗口上方的P电极连接金属层做准备；同时在芯片边沿露出η电极pad，以供外电路连接；步骤八、用磁控溅射沉积Cu/Au (铜/金)等金属组成的ρ电极的连接金属电极层，该层厚90-150 μ m,并进行光刻和刻蚀，形成每一列阵列单元都连接在一起的ρ电极连接金属和η电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种可控功率倒装阵列ＬＥＤ芯片，其特征在于：阵列ＬＥＤ芯片由多个阵列单元构成阵列，其中所有的阵列单元每一行的ｐ电极层（１０）连接，每一列的ｎ电极层（５）连接；所述每个阵列单元的结构是蓝宝石衬底（２）上方依次覆盖ｎ型缓冲层（３）、ｎ型半导体层（６）、有源层（７）、ｐ型半导体层（８）、透明电极层（９）、ｐ电极层（１０）；所有的ｎ电极层（５）和ｐ电极层（１０）由绝缘层（４）包覆；其中每一行的ｐ电极层（１０）通过ｐ电极层（１０）窗口上方的ｐ电极连接金属层（１１）连接；在ｐ电极连接金属层（１１）表面还有钝化层（１２）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓朝勇，杨利忠，李绪诚，张荣芬，许铖，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：52