一种正装结构的LED芯片的制作方法

本发明涉及一种LED芯片制作技术领域，特别涉及一种正装结构的LED芯片。

背景技术：

LED芯片主要分为三种结构：倒装结构、正装结构和垂直结构，如图1所示，该LED芯片的P电极和N电极位于衬底的同一侧平面上，属于正装结构。正装结构LED芯片一般以蓝宝石作为衬底，并依次在衬底上生长缓冲层、N型层、多量子阱和P型层，由于N型层被多量子阱和P型层覆盖，所以需要去除覆盖在N型层上的多量子阱和P型层，分别在露出的P型层和N型层上生长出相应的P电极和N电极，这样就形成了一个在高台阶的P型层，在低台阶的N型层。再分别给两个台阶生长出P电极和N电极，通电正向导通使LED发光。

数码管用的芯片总体各项良率要求高，绝不允许有死灯现象，在其焊线的过程中，如果N电极焊点过大，容易接触到芯片的台阶，即PN结(量子阱)，从而容易漏电；亦或打偏打到台阶，也会漏电死灯。如何有效的解决此问题，一直是芯片生产的重点。

一直以来，电极的高度基本在1um左右厚，而台阶高度一般为1.4um左右，N电极高度低于台阶，打线时精度不够的情况下，焊点极易接触到台阶上的PN结，随后漏电死灯。为解决这一问题，通常会把电极做的比台阶高，但是电极的成分是Au，成本增加很多，得不偿失。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可以节约成本并且可以避免正装结构LED芯片N电极上的焊点接触到台阶PN节发生短路的正装结构的LED芯片及其制作方法。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

一种正装结构的LED芯片，包括衬底，所述衬底上表面设置有外延层，所述外延层包括由下至上依次设置的缓冲层、N型GaN层、多量子阱层和P型GaN层，所述P型GaN上设置有ITO导电层，在ITO导电层上设置有导电金属作为P电极；所述外延层通过刻蚀P型GaN层到达N型GaN层形成低台阶，所述低台阶上保留有一凸起的GaN小岛，GaN小岛上设置有N电极。

进一步，所述GaN小岛上端窄下端宽，侧面为一斜面。

进一步，所述斜面的坡度范围为72°±5°。

进一步，所述N电极完全覆盖GaN小岛。

进一步，所述GaN小岛的高度与P型GaN层的上表面高度相同。

进一步，所述N电极的上表面与P电极的上表面持平。

本发明的有益效果是：本发明采用的一种正装结构的LED芯片及其实现方法，通过保留低台阶上的P型GaN层和多量子阱层，获得一个凸起的GaN小岛，电极就会高出台阶许多，在不增加电极耗料的情况下，避免了N电极打线接触高台阶PN结导致漏电的问题；同时在N电极区域做一个GaN小岛，小岛高度跟台阶一样高，再在此基础上做电极，使得P电极和N电极可以采用同一技术制备，提高了焊线效率和良率，芯片可靠性大幅度提升。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

图1是本发明一种正装结构的LED芯片结构的俯视图；

图2是本发明一种正装结构的LED芯片结构的侧面示意图；

图中，1-N型GaN层、2-多量子阱层、3-P型GaN层、4-ITO导电层、5-P电极、6-N电极、7-GaN小岛、8-缓冲层、9衬底。

具体实施方式

参照图2，本发明的一种正装结构的LED芯片，

一种正装结构的LED芯片，在衬底表面依次附着缓冲层8、N型GaN层1、多量子阱层2、P型GaN层3和ITO导电层4，所述外延层通过刻蚀P型GaN层3到达N型GaN层1形成低台阶，相对应未被刻蚀的一侧为高台阶，在高台阶的ITO导电层4上设置有导电金属作为P电极5，位于低台阶上的N型GaN层1保留一凸起的GaN小岛7，该GaN小岛7从上至下包括P型GaN层3、多量子阱层2和N型GaN层1的一部分，芯片的N电极6生长在凸起的GaN小岛7上。本发明有别于现有正装结构的LED芯片之处在于：在进行ICP刻蚀的时候，在低台阶的N型GaN上3，保留了一个凸起的GaN小岛7，并在GaN小岛7上蒸镀N电极6。通过抬高N电极6的位置，避免了在N电极6上打线时会接触到高台阶多量子阱2的问题，提高了LED芯片的稳定性，同时通过GaN小岛7的方式来抬高位置，从而无需通过直接加高昂贵的N电极6(金)来实现，节省了LED生产成本，有利于清洁节能的LED照明设备向市场的推广。

进一步，所述GaN小岛7上端窄下端宽，侧面为一斜面。存在斜面的原因是刻蚀效果在垂直面上具有一定的差异。同时GaN小岛7的坡度也是一个必要的存在，如果GaN小岛7是完全垂直的，那么就会影响LED芯片的发光效率。

进一步，所述GaN小岛7的高度与P型GaN层3的上表面高度相同。由于GaN小岛7和高台阶在垂直上的结构只相差了一层ITO导电层4，所以二者高度可以近似看成相同。由于GaN小岛7的高度与台阶的高度相同，所以就能保证N电极6上焊线时不会再接触到高台阶的PN结，避免了LED芯片漏电故障。

进一步，所述N电极的上表面与P电极的上表面持平。由于N电极6高度与P电极5高度相同，因此在给N电极6与P电极5焊线的时候，相较于之前一高一低的结构更方便操作，同时且焊线效率更高，而且可以采用同一手段焊线，保证了二者焊线的一致性和稳定性。

作为上述实施例的优化，所述GaN小岛7坡度范围为72°±5°。根据发明人对本发明的长时间生产制作和研究发现，GaN小岛7坡度范围为72°±5°是具有最好的效果。如果坡度太小了就会导致蒸镀N电极6的时候，N电极6可能会附着到PN结上，也会影响LED芯片的发光效率。

进一步，所述N电极完全覆盖GaN小岛7。由于GaN小岛7的垂直结构从上到下依次是P型GaN层3、多量子阱层2，最低层才是N型GaN层1，所以为了保证LED芯片能够正常工作，要求LED芯片的N电极6完全覆盖在GaN小岛7表面生长。同时增加了N电极6与GaN小岛7的接触面积，使得N电极6的稳定性更好。

对于上述实施例，以下是本发明的一种正装结构的LED芯片的制作方法。

LED芯片的制作的第一步需要通过磊晶获得外延层，本实施例中以蓝宝石作为衬底9，蓝宝石衬底9有许多的优点：首先，蓝宝石衬底9的生产技术成熟、器件质量较好；其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。然后使GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底9上。外延工艺主要使用化学气相淀积(CVD)实现，本实施例采用的是目前最成熟的金属氧化物化学气相淀积法(MOCVD)来实现外延工艺。采用MOCVD设备首先在蓝宝石衬底9上生长一层薄薄的缓冲层(GaN和AlN),用于使蓝宝石衬底9表面光滑平整；然后在缓冲层上生长一层4um厚的N型GaN层1作为有源层提供辐射复合电子；紧接着又在N型GaN3上生长一层多量子阱层2，其成分是铟镓化合物和GaN，通过调节铟的组分达到调节波长的作用，提高发光效率；最后在多量子阱层2上生长P型GaN层3作为有源区提供辐射复合空穴。至此，外延工艺完成，获得了一个LED芯片的外延层。

LED芯片的制作的第二步需要绘制版图并制作掩膜版，掩膜版用于在第一次光刻(MESA)中提供本发明结构的初步轮廓。

如图2所示，从LED芯片的制作的第三步开始就是实现本发明的关键步骤，也是本发明的一个创新点和改进点。首先需要将第一步获取的外延层表面进行清洗，除去多余的杂质；然后蒸镀一层ITO导电层4，即氧化铟锡，ITO作为纳米铟锡金属氧化物，具有很好的导电性和透明性，因此又称为透明导电层，可以切断对人体有害的电子辐射，如紫外线和远红外线。接着利用第二步中制作好的掩膜版，做第一次光刻，为MESA光刻,光刻机会将掩膜版的形状刻画在外延层的表面，做出切割道以及GaN小岛7图形。

LED芯片的制作的第四步，首先是刻蚀，通常是在MESA光刻工艺之后进行。通过刻蚀，在光刻工艺之后，将想要的图形留在外延片上，刻蚀是最终的和最主要的图形转移工艺。在刻蚀过程中，有图形的光刻胶层(或掩膜层)将不受到腐蚀源显著的侵蚀或刻蚀，可作为掩蔽膜，保护外延片上的部分特殊区域，而未被光刻胶保护的区域，则被选择性的刻蚀掉。本实施例选择ICP刻蚀工艺，即感应耦合等离子体(ICP)刻蚀。ICP刻蚀采用侧壁钝化技术，沉积与刻蚀交替进行，各向异性刻蚀效果好，在精确控制线宽的下能刻蚀出高深宽比形貌。

接着进行第二次光刻，ITO光刻；ITO光刻目的是为了在第三步的ITO导电层4之上确定P电极5的位置，同时在做ITO光刻时将GaN小岛7上表面的ITO导电层4全部腐蚀掉。依次包括甩胶、前烘、曝光、显影、坚膜等步骤。然后进行在芯片的表面生长一层二氧化硅，二氧化硅的作用是给外延层的外表面做一个绝缘保护。

LED芯片的制作的第五步，首先是进行第三次光刻,即PAD光刻，其作用是在外延层的二氧化硅层上漏出电极区域。接着通过镀膜做电极，依次包括蒸发、剥离、合金等步骤，所述蒸发为在芯片表面镀上一层或多层金属(金、镍、铝等)，置于高温真空下，将熔化的金属蒸着在芯片上；所述剥离为去掉发光区域的金；所述合金是使蒸镀过程中的多层金属分子间更加紧密结合，减少接触电阻。这样就得到了两个电极，P电极5置位于P型GaN1的ITO层上，即高台阶上；而N电极6则是设置在GaN小岛7上，并且由于GaN小岛7从上到下依次是P型GaN层3、多量子阱2，然后最底层才是N型GaN层1,所以N电极6的金膜应当全部覆盖在GaN小岛7上，这样才能保证P型GaN层3和N型GaN层1之间的电性导通。最后再通过退火减薄等工艺就得到了一个LED芯片的裸片，经过封装之后就可以得到市面上售卖的LED芯片。

对于上述实施例的LED芯片的制作的第一步到第五步，其中LED芯片的制作的第三步中第一次光刻(MESA)，可以增加曝光，使线条在允许的情况下变粗，这样GaN小岛7的斜面坡度会变小，电极粘附性稳定性增加；一般地小岛的坡度在72°±5°为最适合的范围。由于ICP刻蚀的原因，P型GaN层3所处的高台阶也会存在一定的坡度，无法实现完全的垂直。

对于上述实施例的LED芯片的制作的第一步到第五步，其中LED芯片的制作的第五步中的蒸镀电极的工艺，应当控制N电极6的上表面与P电极5的上表面持平，且至少高出台阶1um，保证焊线可靠性。由于P型GaN层3所处的高台阶上多镀了一层ITO导电层4，所以P电极5和N电极6的高度会有轻微的区别，但是很小。而且保证至少高出台阶1um，这样在打线的时候就不会将N电极6上的焊线接触到高台阶的多量子阱2，同时由于两个电极的高度几乎一致，所以在焊线的时候就可以方便于焊线，同时保证焊线的稳定性和可靠性。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。