[发明专利]一种LED芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体发光器件技术领域，具体涉及一种LED芯片及其制备方法。

背景技术

半导体发光器件作为重要的固态半导体器件，可以将电能有效地转化成各种颜色的光以输出，而且作为固态半导体器件，不需考虑器件烧毁的问题，另外具有优良的驱动特征，例如抗干扰以及重复开关更加耐久。发光二极管(LED)已经被广泛应用于各种光源。特别是近些年，发光二极管作为取代白炽灯及节能灯的下一代光源越来越引起重视，其具有更长寿命，更低能耗等有优势。就发光二极管技术发展而言，目前最重要的课题是开发具有高光效的和高良率的LED芯片结构和制造工艺。

发光二极管从器件结构上可以分为传统水平结构，倒装结构和垂直结构，比较而言，倒装结构的LED芯片可以提供更大的出光面积，更好的散热效率和更简单的焊接制程，在中功率和大功率应用市场上展示出不错的前景。除了倒装芯片，高压芯片凭借其极低的工作电流和较高的工作电压，有效简化了电源端的设计和制程，显示出了不错的市场竞争力，其中高压倒装LED芯片，作为一种通过级联方式，串联多个倒装LED芯片在同一基底上制造而成的高性能LED高压芯片，极大简化了LED的封装制程，提升了发光效率，也是现在市场上急需的半导体照明产品。

然而在倒装LED芯片，高压传统LED芯片和高压倒装LED芯片的制造过程中，绝缘保护层的沉积方式主要是共形沉积，这样的制造得到的绝缘保护层往往与器件表面保持着相似的形貌，而绝缘保护层的沉积方法多依靠于磁控溅射等物理式沉积方法，因此在沉积的各方向一致性上往往不能保证。特别是在倒装LED芯片，高压传统LED芯片和高压倒装LED芯片的结构中，有比较深的绝缘边界(Isolation)和绝缘沟道(Trench)，使得芯片表面纵向台阶的大约在6到10个微米之间。所以在这些芯片的制造过程中，绝缘保护层的沉积和之后的薄膜沉积都会存在均匀性和一致性的问题，是影响芯片可靠性的一个重要原因。

目前典型的倒装结构LED如图1，蓝宝石基底130上面是外延层堆包括N型外延层131，P型外延层133，以及中间夹层多量子阱层132。通常是在P型外延层133表面直接形成多层膜堆，包括P型欧姆接触层和电流扩散层140，绝缘保护层10和金属导电层20，其中P型欧姆接触层140用与P型外延层131形成良好欧姆接触。绝缘反射层21将从量子阱发出的光反射到N型外延层131射出使其正向出光，通常是具有较高反射率。其中绝缘保护层10既存在于LED的N型外延层和P型外延层之间，也存在于LED的芯片与芯片之间，而绝缘保护层的厚度通常在1微米以内，因此芯片表面的纵向高低落差相对于薄膜厚度而言非常明显，使得绝缘保护层10的沉积很难有特别高的均匀性和一致连续性，并且对于之后绝缘反射层21的沉积和成膜质量也会产生影响，从而影响器件的可靠性和发光效率。

传统的高压LED芯片结构如图2所示，与倒装LED芯片不同，传统LED芯片没有反射层。高压传统LED芯片是将两个或多个传统的LED芯片由金属连接层30串联起来。在高压芯片中，绝缘保护层10会完全的覆盖在串联芯片之间的绝缘沟道之中，与倒装LED芯片相似，绝缘保护层10的厚度远小于绝缘沟道深度，因此由于芯片表面的纵向高低落差，绝缘保护层10的薄膜均匀性和一致连续性在依靠物理方法沉积的时候会受到影响。虽然高压传统LED芯片没有反射层，但在绝缘沟道上的绝缘保护层10上面需要沉积一层金属连接层30串联相邻的LED芯片。金属连接层30的厚度也远小于绝缘沟道的纵向深度，因此金属连接层30的均匀性和一致性也会受到影响，从而影响器件的可靠性和发光效率。

普通的高压倒装LED芯片的结构如图3，因为高压倒装LED芯片在绝缘保护层10的上面既要在绝缘沟道上的绝缘保护层10上面需要沉积一层金属连接层30串联相邻的LED芯片，又要在绝缘保护层10和金属连接层30上沉积绝缘反射层21，所以高压倒装LED芯片会受到表面纵向台阶差异所引起的薄膜沉积质量的影响，从而导致绝缘保护层10，金属连接层30和绝缘反射层21三层薄膜的均匀性和一致连续性受到影响，从而影响器件的可靠性和发光效率。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种提高可靠性和发光效率的LED芯片及其制备方法。