郝惠蓮+劉宏波

摘 要：基于傳統(tǒng)的氮化鎵二極管倒裝芯片技術(shù)，針對導(dǎo)電層吸收光和電極墊遮光而導(dǎo)致的發(fā)光亮度低的問題，本文主要介紹了氮化鎵發(fā)光二極管中一種新型倒裝芯片結(jié)構(gòu)及其制造工藝。該倒裝芯片結(jié)構(gòu)及新工藝的引入，可以有效增強(qiáng)光子的吸收，從而提高倒裝芯片的發(fā)光亮度。

關(guān)鍵詞：氮化鎵；發(fā)光二極管；倒裝芯片

近年來，氮化鎵（GaN）發(fā)光二極管（LED）照明由于具有節(jié)能、高亮度等優(yōu)點(diǎn)而越來越受到世界各國的重視，被稱為取代傳統(tǒng)照明的新一代光源。作為LED照明的核心，LED芯片的制造技術(shù)很大程度上決定了未來LED在照明領(lǐng)域的應(yīng)用前景。倒裝LED芯片由于比正裝芯片具有更大的優(yōu)勢，日益受到消費(fèi)市場的更大關(guān)注。

倒裝LED芯片是在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上，將芯片的發(fā)光區(qū)和電極區(qū)不設(shè)計(jì)在同一個(gè)平面。傳統(tǒng)正裝結(jié)構(gòu)的LED芯片，一般需要在P-GaN上鍍一層半透明的導(dǎo)電層使電流分布更均勻，而這一導(dǎo)電層會(huì)對LED發(fā)出的光進(jìn)行部分吸收，而且P電極會(huì)遮擋住部分光，這就限制了LED芯片的出光效率。而采用倒裝結(jié)構(gòu)的LED芯片，不但可以同時(shí)避開P電極上導(dǎo)電層吸收光和電極墊遮光的問題，還可以通過在P-GaN表面設(shè)置低歐姆接觸的反光層來將往下的光線引導(dǎo)向上，這樣可同時(shí)降低驅(qū)動(dòng)電壓及提高光強(qiáng)。同時(shí)倒裝芯片采用金屬和基板直接鍵合，熱傳導(dǎo)明顯優(yōu)于正裝芯片，有效地改善了散熱問題。

本文就為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種新型倒裝LED芯片結(jié)構(gòu)及其制作方法。該方案采用反射率高的結(jié)構(gòu)作為絕緣層，既可以起到很好的絕緣作用，同時(shí)具有很高的反射率，能將從側(cè)壁發(fā)出的光子有效地反射回去，從而提升倒裝芯片的發(fā)光亮度。

新型倒裝LED芯片結(jié)構(gòu)，包括藍(lán)寶石襯底、外延結(jié)構(gòu)層、絕緣層和接觸金屬層，藍(lán)層上的部分區(qū)域裸露，形成P區(qū)電極槽，接觸金屬層包括互不接觸的P區(qū)接觸金屬寶石襯底上表面生長有外延結(jié)構(gòu)層，由下至上依次包括N-GaN層和P-GaN層，并使反光和N區(qū)接觸金屬，分別設(shè)置于P區(qū)電極槽和N區(qū)電極槽。絕緣層由兩種不同折射率的光學(xué)材料層相互周期性間隔形成，每個(gè)光學(xué)材料層的厚度為其入射中心波長的1/4。兩種不同折射率的光學(xué)材料層為SiO2和Ti3O5，一般SiO2的厚度最好控制在600nm，Ti3O5的厚度控制在1000nm。絕緣層覆蓋N區(qū)電極槽的側(cè)壁，N區(qū)電極槽的底部距離P-GaN層上表面的距離為1～2μm。接觸金屬層的P區(qū)接觸金屬和N區(qū)接觸金屬均為分層設(shè)置的導(dǎo)電性強(qiáng)的金屬，具體可以采用Cr/Pt/Au，這三者的厚度可以是10nm/100nm/2000nm。黏附金屬層可采用Cr、Ni或Ti，對其厚度需要控制在一個(gè)較薄的范圍內(nèi)，以避免過多地吸光，導(dǎo)致反射率降低，一般控制為1～10nm，反射金屬層可采用Al或Ag，為了保證光子的反射率，對其厚度有一定要求，一般在50～1000nm。

在藍(lán)寶石襯底上依次生長出包括N-GaN層、量子阱層和P-GaN層的外延結(jié)構(gòu)層，并蝕刻出N區(qū)電極槽；在P區(qū)電極槽和N區(qū)電極槽內(nèi)分別設(shè)置互不接觸的P區(qū)接觸金屬和N區(qū)接觸金屬，形成接觸金屬層。在蒸鍍時(shí)，首先在P-GaN層表面蒸鍍一層用于增強(qiáng)黏附性的黏附金屬層，然后在該黏附金屬層上蒸鍍反射金屬層。

利用MOCVD設(shè)備在藍(lán)寶石襯底上生長出包括N-GaN層21、量子阱層22和P-GaN層的外延結(jié)構(gòu)層。N-GaN層、量子阱層和P-GaN層由下至上依次采用正膠光刻外延結(jié)構(gòu)層，利用感應(yīng)耦合等離子蝕刻機(jī)或者反應(yīng)離子蝕刻機(jī)進(jìn)行蝕刻，蝕刻至N-GaN層，形成N區(qū)電極槽，N區(qū)電極槽的底部距離P-GaN層上表面的距離為1～2μm。用正膠光刻出反光層的附著位置，然后用金屬蒸發(fā)臺(tái)或磁控濺射設(shè)備在N-GaN層的表面依次蒸鍍兩層金屬作為反光層，其中第一層為黏附金屬層，第二層為反射金屬層。黏附金屬層通常采用Cu、Ni或Ti等金屬，其目的是增強(qiáng)反射金屬層與N-GaN層的黏附性，厚度一般不會(huì)太厚，因?yàn)樘袢菀孜?。反射金屬層一般采用反射率高的金屬如Al或Ag等，反射金屬層一般較厚，其目的是保證光子的反射率，典型厚度為5～100nm，其目的是將向反光層發(fā)射的光子更好地反射回去，使得光子從藍(lán)寶石襯底的一面發(fā)射出去，以提升芯片的出光效率。

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