[发明专利]大功率倒装阵列LED芯片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种倒装阵列LED芯片及其制造方法，尤其涉及一种包括多量子阱有源区的GaN基倒装阵列蓝光LED芯片结构及其制造方法。

背景技术

白光LED具有亮度高、节能环保等优点，已经成为最有潜力的照明光源之一。白光LED的能耗仅为白炽灯的1/8，荧光灯的1/2，其寿命可长达10万小时。这对普通家庭明来说可谓“一劳永逸”，同时还可实现无汞化，回收容易等优点，对环境保护和节约能源具有重要意义。

目前制备大功率白光LED的方法主要是在蓝色或近紫外LED芯片上涂覆黄色荧光粉，通过混色得到白光。这种通过蓝光LED的得到白光的方法，构造简单、成本低廉、技术成熟度高，因此运用广泛。大多数5W以上的大功率白光LED是由大功率的蓝光LED芯片制成的。所以制造大功率蓝光LED芯片是制作大功率白光LED的基础。

但是，目前光取出效率低和散热能力差是大功率LED面临的主要技术瓶颈。传统结构的LED芯片光取出效率低主要受以下几个因素的影响：1）材料本身对光的吸收；2）p电极上键合焊点和引线对光的遮挡；3）材料的折射率不同，在界面上发生反射，而导致光不易从高折射率的GaN材料传至低折射率的外围空气。4）电流分布不均匀。在p电极下的部分电流密度大，发光强，老化快。而在p电极以外的区域电流密度小，发光弱，老化慢。

大功率LED一般工作在350mA电流下，散热对LED器件的性能和寿命至关重要。pn结的工作温度一般在110-120℃之间，但在设计中，应当考虑长期工作的情况下，pn结尽量保持在100℃左右，温度每升高10℃，光通量就会衰减1%，LED的发光波长就会漂移1-2nm。如果不能将芯片产生的热量及时的散出，将无法获得稳定的光输出和维持正常的器件寿命。对于GaN基的LED，其有源层在中心位置，远离散热体，蓝宝石衬底也是热的不良导体，散热的问题将更为严重。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种大功率倒装阵列LED芯片及其制造方法，能够有效提高大功率蓝光LED倒装芯片的发光效率和散热能力，以克服现有技术存在的发光效率低、散热差等不足。

本发明的大功率倒装阵列LED芯片包括衬底、n型半导体层、有源层、p型半导体层、电极层、绝缘层、外接金属层和钝化层，阵列LED芯片是由多个阵列单元构成阵列，其中相邻阵列单元都共用一个n型半导体层；所述阵列单元是蓝宝石衬底上方依次覆盖n型缓冲层、n型半导体层、有源层、p型半导体层、透明电极层、p电极层；相邻两个阵列单元之间是n电极；并且n电极和p电极层由绝缘层包覆；在绝缘层包覆的p电极层窗口上方覆盖外接金属散热层；且在外接金属散热层表面还有钝化层。

蓝宝石衬底的出光面处理为粗超化表面。

倒装LED芯片的n型半导体层和p型半导体层是由GaN、GaAs或AlGaN等半导体材料构成；其中n型层掺入的杂质是Si等材料，p型层掺入的杂质是Mg等材料。

倒装阵列LED芯片的有源层是单层的InGaN，或者是多层的InGaN层和GaN层，形成多量子阱层。

所有芯片阵列单元的n型半导体层是连通的，并且相邻两个阵列单元共用位于其间的n电极；n电极的材料包括Cu、Ti、Al、Ni或Au金属，采用其中单一金属或组合金属。

p电极层采用金属Ag或Al，并且完全覆盖每一个阵列单元的透明电极层；

外接金属散热层的材料包括Cu、Ti、Al、Ni或Au金属，采用其中单一金属或组合金属。

绝缘层和钝化层是由SiOx、SiNx或SiOxNy绝缘材料构成。

透明电极层采用金属薄膜Ni/Au或氧化铟锡（ITO）制作。

本发明的大功率倒装阵列LED芯片的制造方法，包括以下制造步骤：

步骤一、在蓝宝石衬底生长低掺杂的n型缓冲层，生长高掺杂的n型半导体层；

步骤二、生长有源层，生长为单层的InGaN，或者交替生长为多个周期的InGaN层和GaN层，形成多量子阱层；

步骤三、在步骤二的基础上生长p型半导体层；

步骤四、沉积透明电极层、p电极层；

步骤五、在步骤四的基础上进行光刻和刻蚀，露出n型层缓冲层，为n电极层的沉积做准备；

步骤六、沉积Cu、Ti、Al、Ni或Au，采用其中单一金属或组合金属，并进行光刻和刻蚀，形成n电极层；

步骤七、沉积绝缘层，并进行光刻和刻蚀，露出p电极层窗口，为进一步沉积p电极层的外接金属散热层准备；同时在芯片边沿露出n电极pad；