本发明涉及半导体技术领域，更具体地，涉及一种氮化镓基倒装结构发光器件及其制备方法。
背景技术：
发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)，由含镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成，发光二极管是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。随着半导体技术的不断发展，LED已经逐渐走进了千家万户，但是LED使用寿命仍然是大家所关注的重点，由于LED的长寿命与相配套的技术发展依然存在一些矛盾，人们认为没有必要过于追求其长寿命，所以想过载使用LED来降低每流明的价格，以普及LED照明，由此兴起倒装LED芯片。但是，芯片的过载使用要求其结构、甚至于相关的封装支架以及模组基板等都要有新的技术相适配，以克服大电流过载使用下的散热、光衰等一系列问题。
传统的倒装芯片(Flip Chip)技术，是在芯片的P极和N极下方用金线焊线机制作两个金丝球焊点，作为电极的引出机构，用金线来连接芯片外侧和Si底板，LED芯片通过凸点倒装连接到硅基上。这样大功率LED产生的热量不必经由芯片的蓝宝石衬底，而是直接传到热导率更高的硅或陶瓷衬底，再传到金属底座。目前，新一代的倒装LED芯片采用了p、n极的大面积多层加厚金属电极，采用了微电子领域中的双层布线技术，双层布线之间采用绝缘介质隔离。这些改进使LED芯片实现了无金线封装，降低了系统热阻，提高了LED芯片工作电流密度，并为芯片的COB或集成模组封装提供了便利。
然而LED芯片的双层布线工艺易引起LED漏电，降低了LED芯片制程中的良品率；芯片的侧壁需要先完全刻蚀出来，进行绝缘膜的钝化保护，否则裂片后N型GaN侧壁会暴露出来，没有绝缘层覆盖易引起漏电甚至短路。深刻蚀及绝缘膜钝化保护增大了芯片制造成本。因此，提供一种低漏电率、低成本的倒装LED芯片技术是本领域亟待解决的问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供了一种氮化镓基倒装结构发光器件及其制备方法，解决了现有技术中倒装LED漏电良率偏低、制造成本高的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提出一种氮化镓基倒装结构发光器件，包括：蓝宝石衬底、N型GaN层、多量子阱层、P型GaN层、P电极层、P焊接层、N电极层、N焊接层、电绝缘层及荧光胶体层；其中，
所述蓝宝石衬底作为基底；
所述N型GaN层，位于所述蓝宝石衬底上，且所述N型GaN层上远离所述蓝宝石衬底的一侧为台阶状，所述台阶朝向所述蓝宝石衬底下陷形成的台阶面为N型台阶面，所述台阶远离所述蓝宝石衬底突出形成的台阶面为P型台阶面，所述N型台阶面与所述P型台阶面之间的竖直台阶面为间隔台阶面；
所述多量子阱层，位于所述P型台阶面上；
所述P型GaN层，位于所述多量子阱层上，在所述P型GaN层上设置有P电极层；
所述P焊接层，位于所述P电极层上；
所述N电极层，位于所述N型台阶面上-；
所述N焊接层，位于所述N电极层上；
所述电绝缘层，位于所述N型GaN层的台阶面上，且所述电绝缘层覆盖所述P电极层、P型GaN层、多量子阱层及所述间隔台阶面；其中，所述P焊接层及N焊接层的外焊接头均露出所述电绝缘层；
所述荧光胶体层，包裹所述蓝宝石衬底及所述N型GaN层上未被所述电绝缘层覆盖的部分。
进一步地，其中，所述电绝缘层，由氧化硅、氧化钛、氧化钽、氮化硅、类金刚石薄膜中的一种制备而成，且为在可见光区具有高反射能力的多层介质薄膜。
进一步地，其中，所述电绝缘层，由氧化硅、氧化钛、氧化钽、氮化硅、类金刚石薄膜中大于或等于两种材料组合堆叠而成，且为在可见光区具有高反射能力的多层介质薄膜。
进一步地，其中，所述P焊接层与所述N焊接层相互间隔，且两者的间距大于40微米。
进一步地，其中，所述荧光胶体层是荧光粉与电绝缘的封装胶制备得到的电绝缘荧光胶体层。
进一步地，其中，所述荧光胶体层由荧光粉与硅胶及环氧树脂经过混合后固化成型制备。
进一步地，其中，
所述N焊接层朝向所述蓝宝石衬底投影形成N焊接层投影区；
所述P电极层朝向所述蓝宝石衬底投影形成的P电极层投影区；
所述N焊接层投影区与所述P电极层投影区不存在任何交叠。
另一方面，本发明还提供一种氮化镓基倒装结构发光器件的制备方法，包括：
取一生长于蓝宝石衬底上的GaN基LED外延片，所述的GaN基LED外延片由下至上至少包括：蓝宝石衬底、N型GaN层、多量子阱层、P型GaN层；
对所述GaN基LED外延片进行光刻、刻蚀、清洗，暴露出N型GaN层的上表面形成台阶状；所述台阶远离所述蓝宝石衬底突出形成的台阶面为P型台阶面，所述台阶朝向所述蓝宝石衬底下陷形成的台阶面为N型台阶面，所述N型台阶面与所述P型台阶面之间的竖直台阶面为间隔台阶面；
经过薄膜沉积、光刻、腐蚀、金属薄膜剥离及清洗处理，在所述P型GaN层上生长P电极层；在所述N型台阶面上生长N电极层；
经过薄膜沉积、光刻、刻蚀及清洗处理，在所述N型GaN层的台阶面上形成电绝缘层，且所述电绝缘层覆盖所述P电极层、P型GaN层、多量子阱层及所述间隔台阶面；其中，所述电绝缘层在所述P电极层和所述N电极层上分别开了窗口；
经过薄膜沉积、光刻及金属剥离处理，分别在所述P电极层的窗口中形成P焊接层，在所述N电极层的窗口中形成N焊接层；
经过蓝宝石衬底减薄和晶圆划裂处理，使得所述N型GaN层的未钝化表面暴露在所述电绝缘层之外；
通过配荧光胶、涂荧光胶、固化、切割及封装处理，在所述蓝宝石衬底及所述N型GaN层上包裹所述荧光胶形成荧光胶层，所述荧光胶层包裹所述蓝宝石衬底及所述N型GaN层上未被所述电绝缘层覆盖的部分；其中，所述荧光胶层完全覆盖了所述未钝化表面。
进一步地，其中，在所述P型GaN层上生长P电极层；在所述N型台阶面上生长N电极层，为：
经过20-300nm厚的ITO薄膜溅射沉积、光刻及腐蚀处理在所述P型GaN层上形成图形化的ITO透明电极层，所述透明电极层覆盖的区域小于所述P型GaN层台面的上表面，进行400-700℃的氮气气氛退火0.5-10min；
经过光刻、CrAu金属沉积及金属剥离处理，在所述透明电极层上形成金属叉指电极层；同时在所述N型GaN层上形成N电极层，所述N电极层覆盖的区域小于所述N型GaN基台面中的N型台阶面暴露的上表面区域；其中，所述CrAu金属的厚度为1-200/20-500nm。
进一步地，其中，分别在所述P电极层的窗口中形成P焊接层，在所述N电极层的窗口中形成N焊接层，为：
经过AlTiAu金属薄膜沉积、光刻及金属剥离处理，分别在所述P电极层的窗口中形成P焊接层，在所述N电极层的窗口中形成N焊接层，所述AlTiAu金属薄膜的厚度为20-5000/1-50/10-2000nm，所述P焊接层与N焊接层的间距为10-2000μm。
与现有技术相比，本发明提供的氮化镓基倒装结构发光器件及其制备方法，至少实现如下有益效果之一：
(1)本发明所述的氮化镓基倒装结构发光器件及其制备方法，在LED的电绝缘层对LED芯片部分侧壁及表面进行钝化和绝缘保护，防止芯片在进行封装焊接时漏电、短路，同时反射LED发出的光，减少光吸收，而且由于N焊接层的投影和P电极层的投影之间不存在交叠，P焊接层与N焊接层间距较大，改善了芯片的漏电良率。
(2)本发明所述的氮化镓基倒装结构发光器件及其制备方法，在芯片外侧包裹的荧光胶体作用下，能够包裹N型GaN层的未钝化表面，防止LED芯片进行封装焊接时出现漏电和短路，省去了深槽刻蚀和钝化工艺，降低了器件制造成本。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例中所述的氮化镓基倒装结构发光器件的结构示意图。
图2为本发明实施例中制备氮化镓基倒装结构发光器件的方法的流程示意图；
图3为本发明实施例中在蓝宝石衬底上生长N型GaN层、多量子阱层及N型GaN层得到的LED外延片的结构示意图。
图4为本发明实施例中刻蚀N型GaN层得到的LED外延片阵列排布的结构示意图；
图5为本发明实施例中刻蚀N型GaN层得到的LED外延片的结构示意图。
图6为本发明实施例中形成P电极层和N电极层后的GaN基LED外延片的结构示意图。
图7为图6中GaN基LED外延片的俯视图；
图8为本发明实施例中形成电绝缘层后的GaN基LED外延片的结构示意图。
图9为图8中GaN基LED外延片的俯视图；
图10为本发明实施例中生长焊接层后的GaN基LED外延片的结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1为本实施例所述的氮化镓基倒装结构发光器件的结构示意图。该氮化镓基倒装结构发光器件包括：蓝宝石衬底101、N型GaN层102、多量子阱层103、P型GaN层104、P电极层105、P焊接层106、N电极层107、N焊接层108、电绝缘层109及荧光胶体层110。其中，蓝宝石衬底101作为LED器件的基底。
在蓝宝石衬底101上是N型GaN层102，且N型GaN层102上远离蓝宝石衬底的一侧为台阶状，台阶朝向蓝宝石衬底下陷形成的台阶面为N型台阶面121，台阶远离蓝宝石衬底突出形成的台阶面为P型台阶面122，N型台阶面121与P型台阶面122之间的竖直台阶面为间隔台阶面123。
在P型台阶面122上设置有多量子阱层103，多量子阱层103上是P型GaN层104，在P型GaN层104上设置有P电极层105，P电极层105上设置有P焊接层106；在N型台阶面上121上是N电极层107，在N电极层107上设置有N焊接层108。
电绝缘层109位于N型GaN层102的台阶面上，且电绝缘层109覆盖P电极层105、P型GaN层104、多量子阱层103及间隔台阶面123；其中，P焊接层106及N焊接层108的外焊接头均露出电绝缘层109；荧光胶体层110，包裹蓝宝石衬底101及N型GaN层102上未被电绝缘层覆盖的部分。
在一些可选的实施例中，P电极层105包含接触层和叉指电极层，接触层可以是ITO透明电极，ITO覆盖的区域略小于P型GaN层上表面区域，所述P型GaN层上表面是P型GaN层上远离蓝宝石衬底的一面。叉指电极层一般是细线条形状的金属材料，放置于接触层之上，叉指电极层有利于改善LED的电流扩展能力。
在一些可选的实施例中，电绝缘层109可以由氧化硅、氧化钛、氧化钽、氮化硅、类金刚石薄膜中的一种或几种材料组合堆叠制备而成，且为在可见光区具有高反射能力的多层介质薄膜。
在另一些可选的实施例中，P焊接层106与所述N焊接层108相互间隔，且两者的间距大于40微米。
在另一些可选的实施例中，荧光胶体层110是荧光粉与电绝缘的封装胶制备得到的电绝缘荧光胶体层。可选地，荧光胶体层由荧光粉与硅胶或环氧树脂经过混合后固化成型制备。
在另一些可选的实施例中，N焊接层108朝向蓝宝石衬底投影形成N焊接层投影区；P电极层106朝向蓝宝石衬底投影形成的P电极层投影区；N焊接层投影区与P电极层投影区不存在任何交叠，有利于提高LED芯片的漏电良率。
如图2所示，为本实施例中制备上述氮化镓基倒装结构发光器件的方法的流程示意图，该方法包括如下步骤：
步骤201、取一生长于蓝宝石衬底上的GaN基LED外延片，所述的GaN基LED外延片由下至上至少包括：蓝宝石衬底、N型GaN层、多量子阱层、P型GaN层；
步骤202、对GaN基LED外延片进行光刻、刻蚀、清洗，暴露出N型GaN层的上表面形成台阶状；台阶远离所述蓝宝石衬底突出形成的台阶面为P型台阶面，所述台阶朝向所述蓝宝石衬底下陷形成的台阶面为N型台阶面，N型台阶面与P型台阶面之间的竖直台阶面为间隔台阶面；
对GaN基LED外延片进行常规的紫外光刻工艺形成刻蚀掩膜图形，然后进行ICP刻蚀，刻蚀到N型GaN层，刻蚀深度约1微米，然后进行掩膜清洗，就形成按照阵列排列的GaN基LED台面，阵列周期由光刻图形的周期决定，约300*600微米。N型GaN层的上表面被暴露出来。
步骤203、在P型GaN层上生长P电极层在N型台阶面上生长N电极层；
通过常规的70nm厚的ITO薄膜溅射沉积、光刻、腐蚀等工艺在P型GaN层上形成图形化的ITO透明电极层，透明电极层覆盖的区域略小于GaN基LED台面的上表面，然后进行500度氮气气氛退火10min，可改善ITO的接触性能；然后经过光刻，CrAu金属沉积，金属lift-off等工艺，在透明电极层上形成金属叉指电极层，同时也会在N型GaN层上形成N电极层60，N电极层60覆盖的区域小于GaN基LED台面中的N型GaN暴露的上表面区域，CrAu金属的厚度大约为10/300nm。
步骤204、经过薄膜沉积、光刻、刻蚀及清洗处理，在N型GaN层的台阶面上形成电绝缘层，且电绝缘层覆盖所述P电极层、P型GaN层、多量子阱层及间隔台阶面；其中，电绝缘层在P电极层和N电极层上分别开了窗口；
先设计出在可见光区高反射的介质膜系厚度参数，然后依据设计进行常规的介质薄膜沉积形成电绝缘层。通过光刻、刻蚀、清洗工艺对电绝缘层进行图形化，使电绝缘层在P电极层和N电极层上分别开窗口。
步骤205、经过薄膜沉积、光刻及金属剥离处理，分别在P电极层的窗口中形成P焊接层，在N电极层的窗口中形成N焊接层；
通过常规的AlTiAu金属薄膜沉积、光刻、金属lift-off工艺分别在P电极层之上的窗口中形成P焊接层，在N电极层之上的窗口中形成第N焊接层，AlTiAu金属薄膜的厚度大为2000/30/1000nm，P焊接层51与N焊接层的间距为200微米。经过蓝宝石衬底减薄后形成所谓chip on wafer的GaN基LED芯片晶圆，晶圆的总厚度约为160微米。对晶圆进行蓝宝石背面的激光划片，然后进行裂片，N型GaN层被解理隔开，N型GaN层的未钝化表面暴露在外，从而形成倒装LED芯片。
步骤206、经过蓝宝石衬底减薄和晶圆划裂处理，使得N型GaN层的未钝化表面暴露在电绝缘层之外；
步骤207、通过配荧光胶、涂荧光胶、固化、切割及封装处理，在蓝宝石衬底及N型GaN层上包裹荧光胶形成荧光胶层，荧光胶层包裹蓝宝石衬底及N型GaN层上未被电绝缘层覆盖的部分；其中，荧光胶层完全覆盖了所述未钝化表面。
通过配胶、涂胶、固化、切割等CSP封装工艺，在倒装LED芯片的侧面和底面包裹荧光胶层。CSP封装可由LED封装邻域的代工厂完成，具体细节在此不作赘述，此处特别指出的是经过CSP封装后荧光粉层80完全覆盖了未钝化表面，形成倒装LED发光器件。
如图3所示，为本实施例中在蓝宝石衬底101上生长N型GaN层102、多量子阱层103及N型GaN层104后得到的LED外延片的结构示意图。
结合图3和图4，图4为本实施例中对GaN基LED外延片进行常规的光刻，刻蚀、清洗处理后，暴露N型GaN层的上表面形成由GaN基LED台面排列而成阵列的结构示意图，如图5所示，为图4中单个GaN基LED台面横截面的结构示意图，为了简单起见，后续的示意图都只画出单个GaN基LED台面上的结构变化，不再说明。
结合图3-6所示，图6为形成P电极层和N电极层后的GaN基LED外延片的结构示意图，图4和图5中的GaN基LED外延片，通过常规的薄膜沉积、光刻、腐蚀、金属薄膜的剥离(lift-off)、清洗等半导体工艺处理，在P型GaN层上形成P电极层，对P电极层进行退火处理，降低P电极层与P型GaN层的接触电阻，P电极层覆盖的区域略小于GaN基LED台面的上表面。同样在N型GaN层上形成N电极层，N电极层覆盖的区域小于GaN基LED台面中的N型GaN暴露的上表面区域。图7为图6中GaN基LED外延片的俯视图。
结合图3-9所示，图8为形成电绝缘层后的GaN基LED外延片的结构示意图，图6中的GaN基LED外延片，通过常规的薄膜沉积、光刻、刻蚀、清洗处理，在P电极层、GaN基LED台面上形成电绝缘层。电绝缘层在P电极层和N电极层上分别开了窗口111，如图9中所示，图9为图8中GaN基LED外延片的俯视图，图9中阴影部分是未被电绝缘层覆盖的区域。
结合图3-10所示，图10为生长焊接层后的GaN基LED外延片的结构示意图，如图10所示，通过常规的薄膜沉积、光刻、金属lift-off工艺处理，分别在P电极层之上的窗口中形成P焊接层，在N电极层之上的窗口中形成第N焊接层。经过蓝宝石衬底减薄和晶圆划裂后，N型GaN层的未钝化表面暴露在外，从而形成如图10所示的倒装LED芯片。
结合图1和3-10所示，图1为生长荧光胶体层后的GaN基LED外延片的结构示意图，通过配胶、涂胶、固化、切割等CSP封装工艺，在倒装LED芯片的侧面和底面包裹荧光胶层，荧光粉层完全覆盖了未钝化表面，形成图1所示的倒装LED发光器件，荧光粉层完全覆盖了未钝化表面的目的是保证倒装LED发光器件在后续焊接到电路板时不易发生焊膏流动到未钝化表面造成的LED芯片短路。
参照图1，根据上述方法制备得到的发光器件包括蓝宝石衬底；在蓝宝石衬底上的N型GaN层，N型GaN层由GaN缓冲层、非故意掺杂GaN层、掺硅的GaN层顺序叠加组成；在所述的N型GaN层上的InGaN/GaN多量子阱层；在所述的多量子阱层上的P型GaN层；在所述的P型GaN层上的P电极层，P电极层由70nm的ITO层、CrAu金属叉指电极层组成；在所述的P电极层上的P焊接层，在所述的N型GaN层上的N电极层，在N电极层上的N焊接层，P焊接层与N焊接层均由AlTiAu金属层组成；电绝缘层覆盖所述的P电极层(50)、P型GaN层、多量子阱层的剩余未被覆盖的表面，以及所述的N型GaN层和N电极层的部分表面，电绝缘层由12对46nm厚的氧化钛膜与78nm厚的氧化硅膜周期排列组成的高反射膜系组成；荧光胶体至少包裹所述的蓝宝石衬底、N型GaN层剩余未被包裹的表面，荧光胶体由封装硅胶与YAG荧光粉混合固化而成。
通过上述实施例可知，本发明的氮化镓基倒装结构发光器件及其制备方法，达到了如下的有益效果：
(1)本发明所述的氮化镓基倒装结构发光器件及其制备方法，在LED的电绝缘层对LED芯片部分侧壁及表面进行钝化和绝缘保护，防止芯片在进行封装焊接时漏电、短路，同时反射LED发出的光，减少光吸收，而且由于N焊接层的投影和P电极层的投影之间不存在交叠，P焊接层与N焊接层间距较大，改善了芯片的漏电良率。
(2)本发明所述的氮化镓基倒装结构发光器件及其制备方法，在芯片外侧包裹的荧光胶体作用下，能够包裹N型GaN层的未钝化表面，防止LED芯片进行封装焊接时出现漏电和短路，省去了深槽刻蚀和钝化工艺，降低了器件制造成本。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。