[發明專利]用于GaN基半導體LED芯片的絕緣結構及其制造工藝

有效

• 申請號: 201310420019.7
• 申請日: 2013-09-14
• 公開（公告）號: CN103489887A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 張帆;吳永勝
• 申請（專利權）人: 江蘇新廣聯科技股份有限公司
• 主分類號: H01L27/15
• 分類號: H01L27/15;H01L33/44;H01L33/00
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所 32104
• 代理人: 曹祖良

技術領域

本發明涉及一種高壓LED芯片的絕緣結構，尤其是一種用于GaN基半導體LED芯片的絕緣結構及其制造工藝。

背景技術

高電壓LED的特點是將多個發光單元集成在一顆LED芯片內，此類芯片只使用一套PN電極接口來為全部的發光單元供電，在使用時其驅動電壓一般是普通LED芯片的數倍或數十倍。如圖1所示，為現有高電壓LED芯片內的單個發光單元的結構圖，其中1a為P型氮化鎵，2a是量子阱，3a是N型氮化鎵，4a是襯底，5a是電流擴展層，6a是P型電極金屬，7a是N型電極金屬。上述高電壓LED具備：封裝成本低、光效較高、下游（封裝及燈具生產過程）使用方便、驅動電路設計簡單、驅動電路功耗減少等優點。

制造高電壓LED芯片的核心技術是多個發光單元的集成，多發光單元的集成關鍵技術在于：1、內部導線連接技術；2、單元間與單元間、單元與導線間、導線與導線間的絕緣技術。當多個發光單元集成時，需要使用導線將各個發光單元集成在一起，這時各個導電物質間必須使用絕緣帶隔離，否則會發生LED被短路的問題。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種用于GaN基半導體LED芯片的絕緣結構及其制造工藝，該絕緣結構可以完好地隔離各個導電物質，工藝實施便利、成本較低、工藝可靠度高、生產良率高。

按照本發明提供的技術方案，所述用于GaN基半導體LED芯片的絕緣結構，包括襯底，在襯底上設置多個發光單元，其特征是：所述發光單元之間由刻蝕形成的絕緣帶分隔，在發光單元的表面和絕緣帶的表面設置SiO₂絕緣層；所述發光單元的P型金屬電極和N型金屬電極的上部裸露出SiO₂絕緣層的上表面，發光單元的P型金屬電極和相鄰發光單元的N型金屬電極通過金屬導線連接。

所述發光單元包括位于襯底表面的外延片，外延片從下至上依次為N型氮化鎵層、量子阱和P型氮化鎵層，在外延片上設置電流擴展層，在電流擴展層上設置P型金屬電極，在外延片的N型氮化鎵層上設置N型金屬電極。

所述襯底為藍寶石襯底或SiC襯底。

所述用于GaN基半導體LED芯片的絕緣結構的制造工藝，其特征是，包括以下步驟：

（1）在LED芯片的外延片表面沉積SiO₂層，沉積溫度為200~400℃，SiO₂層的沉積厚度為20~10000nm；

（2）在步驟（1）沉積的SiO₂層的表面涂一層光刻膠得到掩膜層，然后采用掩膜版光刻、曝光、顯影在掩膜層上形成刻蝕窗口；根據掩膜層上的刻蝕窗口，使用等離子刻蝕機在外延片上刻蝕形成絕緣帶，絕緣帶由外延片的上表面延伸至襯底的上表面；刻蝕后去除掩膜層，即得到刻蝕出絕緣帶的外延片；

（3）在步驟（2）處理后的LED芯片的外延片表面沉積SiO₂，得到覆蓋在外延片表面和絕緣帶表面的SiO₂絕緣層；

（4）在SiO₂絕緣層上采用SiO₂蝕刻液在P型金屬電極和N型金屬電極處刻蝕出開口，在開口處采用金屬蒸鍍機制作金屬導線，即完成LED芯片的絕緣結構。

所述步驟（2）中，刻蝕絕緣帶的刻蝕氣體為氯氣和三氯化硼，體積比為10:1，真空度為0.4Pa，功率為280W。

所述步驟（4）中，SiO₂蝕刻液為質量比為1:4的氫氟酸和氟化銨的混合溶液，氫氟酸的質量百分濃度為20~60%，氟化銨的質量百分濃度為20~70%。

所述步驟（4）中，金屬蒸鍍機制作金屬導線的真空度為10^－4Pa，金屬導線的材質為金或鉑。

本發明適合于集成式GaN基LED芯片或高電壓GaN基LED芯片；在外延片部分進行蝕刻，刻蝕后各發光單元之間只有襯底部分互相連接，在各發光單元之間形成了絕緣帶；在外延片上生長SiO₂，按照高電壓LED芯片的設計圖形進行光刻圖形轉移之后，使用SiO₂蝕刻液按照設計圖形去除多余的SiO₂，未去除的SiO₂即作為絕緣層保留在外延片表面，該SiO₂絕緣層與外延片以上的各個電路結構之間，起到絕緣作用。

附圖說明

圖1為現有高電壓LED芯片內的單個發光單元的結構圖。

圖2為本發明所述LED芯片的絕緣結構的結構示意圖。