一种含有反射层的LED倒装芯片的制作方法

本发明涉及半导体光电芯片技术领域，尤其涉及一种含有反射层的LED倒装芯片。

背景技术：

通常，通过用金属有机化学汽相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)或其它外延技术在蓝宝石、碳化硅或其它适当的衬底上外延地生长不同组成和掺杂剂浓度的半导体层的叠层来制造III族氮化物发光器件。该叠层常常包括用例如Si掺杂的在衬底上形成的一个或多个n型层、在形成于一个或多个n型层上的有源区中的一个或多个发光层、以及在有源区上形成的用例如Mg掺杂的一个或多个p型层。在n和p型区上形成电接触，常常将III族氮化物器件形成为倒置或倒装芯片器件，其中，在半导体结构的同一侧形成N和P接触两者，并且从与接触相对的半导体结构的那侧提取光。

常常使用银作为反射性p接触且已知其易受由机械应力、化学反应或电迁移引发的输运影响。例如，在图1A中，举例说明了具有银P接触的III族氮化物LED且在美国专利6,946,685中对其进行了描述。US 6,946,685教导了“银电极金属化在存在湿气和电场(诸如，例如由于在器件的接触处施加工作电压而逐渐产生的场)的情况下经受电化学迁移。银金属化到器件的PN结的电化学迁移导 致跨越结的交流旁路路径，其降低器件的效率。

图1A举例说明包括半导体结构的发光器件，该半导体结构包括在III-V族氮化物半导体的n型层120与III族氮化物半导体的P型层140之间的发光有源区130A；在p型层上沉积包括银金属的P电极160，并将n电极(图1A中未示出)与n型层耦合，提供了能够用来跨越所述电极施加电信号以引起来自有源区的光发射的手段，并且提供了用于防止银金属从p电极朝向有源区的电化学迁移的迁移阻挡层175，其中，迁移阻挡层175是导电防护片；导电防护片完全包围银，覆盖银金属p电极的边缘。而且，由金属构成的迁移阻挡层175通常为含有Ti或W的材料制成，然而Ti/W材料吸收可见光，所以覆盖Ag电极后露出的部分会形成″黑边″10吸收可见光，从而降低LED的光效。

在图1A所示的器件中，为了用导电防护片(迁移阻挡层175)密封银接触，首先从台面(mesa)的边缘对银进行回蚀刻，将反射性P电极160的边缘112与台面的边缘之间的带称为“黑边”10，因为其不是如银P电极160一样是反射性的，光被黑带吸收可能降低器件的效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于改善LED倒装芯片内部结构而提升LED的效率和亮度，提供一种含有反射层的LED倒装芯片。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种含有反射层的LED倒装芯片，包括衬底、N焊盘和P焊盘，所述衬底 自下至上依次层状叠加的设置有N型层、发光层、P型层、反射层和阻挡层，N型层、发光层、P型层、反射层和阻挡层采用蚀刻工艺露出衬底的上表面形成一沟槽，纵横设置的沟槽将衬底上的N型层、发光层、P型层、反射层和阻挡层分割成彼此相互绝缘独立的多个芯片；所述芯片表面形成贯穿阻挡层、反射层、P型层、发光层且与N型层连通的N电极孔，所述N电极孔内采用溅射或蒸镀工艺形成与N型层导电连接的N引线电极；所述芯片上层叠的阻挡层、反射层采用蒸镀及光刻工艺后与P型层上表面之间形成台阶；所述沟槽上侧外缘和N电极孔上侧外缘的P型层与阻挡层之间还采用溅射或蒸镀工艺形成环状布设的反射圈带，或者沟槽外缘和N电极孔外缘的P型层与阻挡层之间、以及N电极孔与N引线电极之间所形成的间隙中和整个沟槽内表面形成一体采用溅射或蒸镀工艺环状布设的反射圈带；所述P型层上侧的反射圈带和阻挡层包裹覆盖整个反射层四周侧壁面以及上表面；所述沟槽的表面、所述N电极孔与N引线电极之间所形成的间隙、N引线电极的上表面、反射圈带的外表面以及阻挡层的外表面采用溅射或喷涂工艺覆盖有一层便于相互绝缘的第一绝缘层，所述第一绝缘层上表面采用光刻和蚀刻技术开设有与N引线电极上表面贯通的N型接触孔，所述第一绝缘层上表面采用光刻和蚀刻技术还开设有与通过阻挡层和反射层与P型层上表面导通的P型接触孔；所述N焊盘通过第一绝缘层设置的N型接触孔与N引线电极导电连接，所述P焊盘通过第一绝缘层设置的P型接触孔与P型层导电连接，所述P焊盘与N焊盘之间采用印刷和电镀技术相互绝缘。

优选地，所述衬底为蓝宝石衬底，所述N型层为N型氮化镓层，所述P型层为P型氮化镓层。

优选地，所述芯片表面设置有一个N电极孔或均匀分布有至少两个N电极 孔。

优选地，所述N引线电极为圆柱形状或条柱形状。

优选地，所述反射圈带为具有绝缘性质的布拉格反射层DBR。

优选地，所述反射圈带采用Al、Ti、Cr、Au、Cu中一种材料或其中至少两种以上反射率较高的金属或其合金制成。

本发明的有益效果是：

本发明提供的LED倒装芯片，在反射层表面沉积阻挡层，由于阻挡层和N引线电极均采用不吸光的材料并且能够有效地阻止从反射层的金属材料迁移，且反射圈带设置于阻挡层下方及反射层的侧壁，反射圈带将发光层出光反射回芯片内部，不但有效避免了“黑边”问题，而且减少了光的吸收，提升LED倒装芯片发光效率和亮度。

【附图说明】

图1A为现有技术中的LED倒装芯片结构示意图；

图1为本发明LED倒装芯片制备N型层、发光层和P型层后的结构示意图；

图2A为本发明在图1基础上制备反射圈带后的结构示意图；

图2B为图2A的俯视结构示意图；

图2C为本发明在图2A基础上制备反射层和阻挡层后的结构示意图；

图3为本发明在图2C基础上制备沟槽和N电极孔后的结构示意图；

图4为本发明在图3基础上制备N引线电极后的结构示意图；

图5为本发明在图4基础上制备第一绝缘层后的结构示意图；

图6为本发明在图5基础上制备N型接触孔和P型接触孔后的结构示意图；

图6A为图6的俯视结构示意图；

图7为本发明在图6基础上制备N焊盘和P焊盘后的结构示意图；

图7A为图7的俯视结构示意图；

图8A为本发明在图1基础上制备沟槽和N电极孔后的结构示意图；

图8B为本发明在图8A基础上制备反射圈带后的结构示意图；

图8C为本发明在图8B基础上制备反射层和阻挡层后的结构示意图；

图8D为本发明在图8C基础上制备N引线电极后的结构示意图；

图8E为本发明在图8D基础上制备第一绝缘层及N型接触孔和P型接触孔后的结构示意图；

图8F为本发明在图8E基础上制备N焊盘和P焊盘后的结构示意图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。

实施例一

一种含有反射层的LED倒装芯片，如图1、图2A至图2C、图3至图6、图6A、图7和图7A所示，包括蓝宝石衬底1、N焊盘26和P焊盘27，所述蓝 宝石衬底自下至上依次层状叠加的设置有N型氮化镓层11、发光层12、P型氮化镓层13、反射层15和阻挡层14，所述阻挡层14采用Ti、W、Ni、Pt、Cr、Au中一种材料或其中至少两种以上的合金制成，N型氮化镓层11、发光层12、P型氮化镓层13、反射层15和阻挡层14采用蚀刻工艺露出蓝宝石衬底1的上表面形成一沟槽3，纵横设置的沟槽3将蓝宝石衬底1上的N型氮化镓层11、发光层12、P型氮化镓层13、反射层15和阻挡层14分割成彼此相互绝缘独立的多个芯片；每个芯片表面形成多个均匀分布贯穿阻挡层14、反射层15、P型氮化镓层13、发光层12且与N型氮化镓层11连通的N电极孔4，所述N电极孔4内采用溅射或蒸镀工艺形成与N型氮化镓层11导电连接的圆柱形N引线电极32。

继续如图1、图2A至图2C、图3至图6、图6A、图7和图7A所示，所述芯片上层叠的阻挡层14、反射层15采用蒸镀及光刻工艺后与P型氮化镓层13上表面之间形成台阶140；所述沟槽上侧外缘和N电极孔上侧外缘的P型氮化镓层13与阻挡层14之间还采用溅射或蒸镀工艺形成环状布设的反射圈带151；所述P型氮化镓层13上侧的反射圈带151和阻挡层14包裹覆盖整个反射层四周侧壁面以及上表面，即阻挡层14覆盖反射层15的外露上表面及反射层15的侧壁9，阻挡层沿着反射层侧壁9形成阻挡侧壁141，反射圈带151设置于P型氮化镓层13与阻挡侧壁141之间。

继续如图1、图2A至图2C、图3至图6、图6A、图7和图7A所示，在沟槽3的表面、N电极孔4与N引线电极32之间所形成的间隙、N引线电极32的上表面、反射圈带151的外表面以及阻挡层14的外表面采用溅射或喷涂工艺覆盖有一层便于相互绝缘的第一绝缘层16，在第一绝缘层16上表面采用光刻和 蚀刻技术开设有与N引线电极32上表面贯通的N型接触孔6，在第一绝缘层上表面采用光刻和蚀刻技术还开设有与通过阻挡层14和反射层15与P型氮化镓层13上表面导通的P型接触孔5；其中，N焊盘26通过第一绝缘层16上设置的N型接触孔6与N引线电极32导电连接，P焊盘27通过第一绝缘层16上设置的P型接触孔5与P型氮化镓层13导电连接，且P焊盘27与N焊盘26之间采用印刷和电镀技术相互绝缘。

其中，反射圈带为采用Al、Ti、Cr、Au、Cu中一种材料或其中至少两种以上反射率较高的金属或其合金制成且具有绝缘性质的布拉格反射层DBR，即反射圈带采用分布式布拉格反射镜的设计结构，就可达到本发明的设计效果。

该实施例的含有反射层的LED倒装芯片的制备方法，如图1、图2A至图2C、图3至图6、图6A、图7和图7A所示，包括以下步骤：

步骤一，如图1所示，在蓝宝石衬底1上，通过金属有机化合物化学气相沉淀方法(简称MOCVD，全称Metal-organic Chemical Vapor Deposition)，在蓝宝石衬底1的上表面上生长外延层，所述外延层生长过程依次为：在蓝宝石衬底1表面生长N型氮化镓层11，在N型氮化镓层11上生长发光层12，在发光层12上生长P型氮化镓层13；

步骤二，如图2A和所示，采用蒸镀及光刻工艺，在P型氮化镓层13上侧对应的待加工沟槽3外缘和待加工N电极孔4外缘同时形成环状布设的反射圈带151；然后，如图2C所示，再采用蒸镀及光刻工艺，在P型氮化镓层13和反射圈带151的上表面依次覆盖反射层15和阻挡层14，所述反射层15采用铝、银中一种 材料或两者制成的合金材料，阻挡层14采用不吸光并且能够有效地阻止反射层的金属材料迁移的材料制成；

步骤三，如图2C所示，通过采用蒸镀及光刻工艺，在层叠的阻挡层14、反射圈带151与P型氮化镓层13上表面之间形成台阶140，其中，所述P型氮化镓层13上侧的反射圈带151和阻挡层14包裹覆盖整个反射层15四周侧壁面以及上表面；

步骤四，如图3所示，通过对外延层采用ICP蚀刻工艺，在所述外延层形成沟槽3，所述沟槽3露出蓝宝石衬底1的表面，使蓝宝石衬底1上的外延层形成彼此相互绝缘独立的芯片，同时对芯片进行刻蚀，在所述芯片表面形成贯穿P型氮化镓层13、发光层12、直到停留在N型氮化镓层11表面上的N电极孔4，N电极孔4的数量为多个并且在芯片表面均匀分布；

步骤五，如图4所示，通过溅射或蒸镀工艺，在N电极孔4内形成圆柱形N引线电极32，所述N引线电极32与N型氮化镓层11电连接形成欧姆接触；

步骤六，如图5所示，在芯片沟槽3的表面、N电极孔4与N引线电极32之间所形成的间隙、以及阻挡层14和反射圈带151的表面，采用溅射或喷涂工艺覆盖有一层厚度为1um～2.5um便于相互绝缘的第一绝缘层16，该第一绝缘层16采用氮化铝、二氧化硅、氮化硅、三氧化二铝、布拉格反射层DBR、硅胶、树脂或丙烯酸之其一制成；

步骤七，如图6和图6A所示，采用光刻和蚀刻技术在第一绝缘层表面打孔，在第一绝缘层16表面分别刻蚀出N型接触孔6与P型接触孔5，其中，N型接触孔6与N引线电极32表面相连通，P型接触孔5通过阻挡层14和反射层15与P型氮化镓层13上表面导通，在芯片表面均匀分布有多个N型接触孔6和多个P型接 触孔5；

步骤八，在第一绝缘层16的表面上，通过印刷和电镀技术制造相互绝缘的N焊盘26与P焊盘27，其中，N焊盘26通过N型接触孔6与N引线电极32电连接，P焊盘27通过P型接触孔5与P型氮化镓层13电连接，至此，完成整个LED倒装芯片的加工制造。

其中，所述反射圈带151采用Al、Ti、Cr、Au、Cu中一种材料或其中至少两种以上反射率较高的金属或其合金制成且具有绝缘性质的布拉格反射层DBR，P焊盘26和N焊盘27均采用铝、镍、钛、铂金、金中一种材料制成且厚度均为0.5um～2um，所述P焊盘与N焊盘之间的间隔为等于或大于150um。

实施例二

如图8A至图8F所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，在沟槽3外缘和N电极孔4外缘的P型氮化镓层13与阻挡层14之间、和N电极孔4与N引线电极32之间所形成的间隙中、以及整个沟槽3内表面形成一体采用溅射或蒸镀工艺环状布设的反射圈带1511，再在反射圈带1511之上加工第一绝缘层16；其中，反射圈带1511为具有绝缘性质的布拉格反射层DBR，通过反射圈带1511替代实施例一中的一部分绝缘层，简化生产工艺。

该实施例的含有反射层的LED倒装芯片的制备方法，如图1、图8A至图8F所示，包括以下步骤：

步骤一，如图1所示，在蓝宝石衬底1上，通过金属有机化合物化学气相沉淀方法，在蓝宝石衬底1的上表面上生长外延层，所述外延层生长过程依次为：在蓝宝石衬底1表面生长N型氮化镓层11，在N型氮化镓层11上生长发光层12，在发光层12上生长P型氮化镓层13；

步骤二，如图8A所示，通过对外延层采用ICP蚀刻工艺，在所述外延层形成沟槽3，所述沟槽3露出蓝宝石衬底1的表面，使蓝宝石衬底1上的外延层形成彼此相互绝缘独立的芯片，同时对芯片进行刻蚀，在所述芯片表面形成贯穿P型氮化镓层13、发光层12、直到停留在N型氮化镓层11表面上的N电极孔4，N电极孔4的数量为多个并且在芯片表面均匀分布；

步骤三，如图8B所示，采用蒸镀及光刻工艺，在沟槽3外缘、N电极孔4外缘、N电极孔4与N引线电极32之间所形成的间隙中、以及整个沟槽3内表面形成一体环状布设的反射圈带1511，该反射圈带1511为具有绝缘性质的布拉格反射层DBR；

步骤四，如图8C所示，通过溅射或蒸镀工艺，在具有反射圈带1511的N电极孔4内形成圆柱形N引线电极32，所述N引线电极32与N型氮化镓层11电连接形成欧姆接触；

步骤五，如图8D所示，通过蒸镀及光刻工艺，覆盖P型氮化镓层13上表面和反射圈带1511部分上表面形成反射层15；再通过蒸镀及光刻工艺，覆盖反射层15上表面和反射圈带1511部分上表面形成阻挡层14；所述反射层采用铝、银中一种材料或两者制成的合金材料，阻挡层采用不吸光并且能够有效地阻止反射层的金属材料迁移的材料制成；其中，在层叠的阻挡层、反射圈带与P型氮化镓层上表面之间形成台阶140，所述P型氮化镓层13上侧的反射圈带1511和阻挡层14包裹覆盖整个反射层15四周侧壁面以及上表面；

步骤六，在芯片沟槽3的表面、以及阻挡层14和反射圈带1511的表面，采用溅射或喷涂工艺覆盖有一层厚度为1um～2.5um便于相互绝缘的第一绝缘层16，所述第一绝缘层采用氮化铝、二氧化硅、氮化硅、三氧化二铝、布拉格反 射层DBR、硅胶、树脂或丙烯酸之其一制成；

步骤七，采用光刻和蚀刻技术在第一绝缘层16表面打孔，在第一绝缘层16表面分别刻蚀出N型接触孔6与P型接触孔5，其中，N型接触孔与N引线电极表面相连通，P型接触孔通过阻挡层和反射层与P型氮化镓层上表面导通，所述芯片表面均匀分布有多个N型接触孔和多个P型接触孔；

步骤八，在第一绝缘层16的表面上，通过印刷和电镀技术制造相互绝缘的N焊盘26与P焊盘27，其中，N焊盘通过N型接触孔与N引线电极电连接，P焊盘通过P型接触孔与P型氮化镓层电连接，至此，完成整个LED倒装芯片的加工制造。

其中，P焊盘26和N焊盘27均采用铝、镍、钛、铂金、金中一种材料制成且厚度均为0.5um～2um，所述P焊盘与N焊盘之间的间隔为等于或大于150um。

以上所述实施例只是为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，除了具体实施例中列举的情况外；凡依本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。