蓝宝石衬底单电极led芯片结构及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种蓝宝石衬底单电极LED芯片结构及其制备方法，属于半导体技术领域。
【背景技术】
[0002]随着外延及芯片技术的提升，LED器件性能逐渐提升，器件尺寸也逐步缩小，正装芯片采用引线键合工艺封装，受制于引线键合工艺的精度和工艺极限要求，芯片的正负电极无法无限制缩小，器件尺寸越小电极所占面积比越大，严重制约了小尺寸芯片的光萃取率。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种蓝宝石衬底单电极LED芯片结构及其制备方法，大幅度减少电极面积占比，有效提尚芯片的光萃取率。
[0004]按照本发明提供的技术方案，所述蓝宝石衬底单电极LED芯片结构，包括蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底上生长外延结构层，外延结构层包括U-GaN层、N-GaN层、MQW层和P-GaN层，MQff层和P-GaN层部分刻蚀露出N-GaN层，在P-GaN层上设置ITO层，在ITO层上设置正电极；其特征是:在所述蓝宝石衬底的侧面设置负电极。
[0005]进一步的，所述负电极位于蓝宝石衬底的一个侧面或多个侧面或者多个侧边处的斜槽中。
[0006]进一步的，所述斜槽由N-GaN层的上表面延伸至蓝宝石衬底的下表面，该斜槽为一个圆锥形孔的一半或1/4。
[0007]进一步的，所述斜槽由N-GaN层的上表面延伸至蓝宝石衬底中。
[0008]进一步的，在所述斜槽的侧壁覆盖I?5 μ m厚的金属层形成负电极。
[0009]所述蓝宝石衬底单电极LED芯片结构的制备方法，其特征是，采用以下工艺步骤:
(1)在蓝宝石衬底上生长外延结构层，外延结构层包含=U-GaN层、N-GaN层、MQW层和P-GaN 层；
(2)通过刻蚀将P-GaN层和MQW层部分去除，使N-GaN层暴露出来；
(3)通过激光在外延结构层表面烧蚀出锥型圆孔，锥形圆孔由N-GaN层的上表面延伸至蓝宝石衬底的下表面；
(4)通过高温混合强酸在200?300°C条件下，将锥形圆孔内壁的熔渣去除，处理时间为10?20min，形成光滑的侧壁表面；所述混合强酸采用质量百分浓度90%以上的浓硫酸和质量百分浓度70%以上的浓磷酸，浓磷酸和浓硫酸的体积比为1:1?1:3 ;
(5)通过电子束蒸镀或磁控溅射方式，使锥形圆孔侧壁覆盖I?5μπι厚的金属层；
(6)采用常规工艺制作ITO层、正电极以及研磨、切割工艺，得到独立的LED芯片，切割时沿着锥型圆孔进行切割，从而在芯片的侧面形成负电极。
[0010]所述步骤(3)中，锥型圆孔的孔径为10?50 μm、深度为50?200 μm。
[0011]所述蓝宝石衬底单电极LED芯片结构的制备方法，其特征是，采用以下工艺步骤:
(1)在蓝宝石衬底上生长外延结构层，外延结构层包含=U-GaN层、N-GaN层、MQW层和P-GaN 层；
(2)通过刻蚀将P-GaN层和MQW层部分去除，使N-GaN层暴露出来；
(3)通过激光在芯片切割道位置形成V型沟槽，V型沟槽由N-GaN层的上表面延伸至蓝宝石衬底中；
(4)通过高温混合强酸在200?300°C条件下，将V型沟槽内壁的熔渣去除，处理时间为10?20min，形成光滑的侧壁表面；所述混合强酸采用质量百分浓度90%以上的浓硫酸和质量百分浓度70%以上的浓磷酸，浓磷酸和浓硫酸的体积比为1:1?1:3 ;
(5)通过电子束蒸镀或磁控溅射方式，使V型沟槽侧壁覆盖I?5μπι厚的金属层；
(6)采用常规工艺制作ITO层、正电极以及研磨、切割工艺，得到独立的LED芯片，切割时沿着芯片切割道进行，从而在芯片的侧面形成负电极。
[0012]所述步骤(3)中V型沟槽的宽度为10?20 μπκ深度为20?50 μπι。
[0013]本发明所述蓝宝石衬底单电极LED芯片结构及其制备方法，通过特殊工艺方法将芯片负极制作在器件侧壁，正面只需设计正极即可，大幅度减少电极面积占比，有效提高芯片的光萃取率。
【附图说明】
[0014]图1为本发明所述蓝宝石衬底单电极LED芯片结构的第一种实施方式的示意图。
[0015]图2为本发明所述蓝宝石衬底单电极LED芯片结构的第二种实施方式的示意图。
[0016]图3为本发明所述蓝宝石衬底单电极LED芯片结构的第三种实施方式的示意图。
[0017]图4为本发明所述蓝宝石衬底单电极LED芯片结构的第四种实施方式的示意图。
[0018]图5为本发明所述蓝宝石衬底单电极LED芯片结构的第五种实施方式的示意图。
[0019]图6为本发明所述蓝宝石衬底单电极LED芯片结构的第六种实施方式的示意图。
[0020]图7为实施例一中所述LED芯片结构的剖面图。
[0021]图8为实施例一中采用激光烧蚀外延片形成锥型圆孔的示意图。
[0022]图9为图8所示锥型圆孔的剖面图。
[0023]图10为实施例二中所述LED芯片结构的剖面图。
[0024]图11为实施例二中采用激光在芯片切割道形成V型沟通的示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
[0026]实施例一:
如图1?图3、图7所不，本发明所述蓝宝石衬底单电极LED芯片结构包括蓝宝石衬底1，在蓝宝石衬底I上生长外延结构层，外延结构层包括U-GaN层2、N-GaN层3、MQW层4和P-GaN层5，MQW层4和P-GaN层5部分刻蚀露出N-GaN层3，在P-GaN层5上设置ITO层9，在ITO层9上设置正电极6 ;在所述蓝宝石衬底I的一个侧面(如图1所示)、多个侧面(如图2所示)或者多个侧边(如图3所示)处分别设置斜槽7，斜槽7由N-GaN层3的上表面延伸至蓝宝石衬底I的下表面，该斜槽7为一个圆锥形孔的一半或1/4 ;在所述斜槽7的侧壁覆盖I?5 μ m厚的金属层形成负电极8。
[0027]所述蓝宝石衬底单电极LED芯片结构的制备方法，采用以下工艺步骤:
(1)通过MOCVD设备在蓝宝石衬底I上生长常规LED外延结构层，外延结构层包含:U-GaN 层 2、N-GaN 层 3、MQW 层 4 和 P-GaN 层 5 ；
(2)通过光刻技术，将台阶图形转移到外延片上，通过等离子刻蚀技术将刻蚀区域的P-GaN层5和MQW层4去除，使N-GaN层3暴露出来；
(3)如图8、图9所示，通过355nm激光在外延结构层表面烧蚀出孔径10?50μ m、深度50?200 μπι的锥型圆孔，锥形圆孔由N-GaN层3的上表面延伸至蓝宝石衬底I的下表面；
(4)通过高温混合强酸在200?300°C条件下，将锥形圆孔内壁的熔渣去除，处理时间为10?20min，形成光滑的侧壁表面；所述混合强酸采用质量百分浓度90%以上的浓硫酸和质量百分浓度70%以上的浓磷酸，浓磷酸和浓硫酸的体积比为1:1?1:3 ;
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