[发明专利]可控功率倒装阵列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基可控倒装阵列蓝光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。

目前，调节发光亮度的LED主要是通过以下几种方式：第一、单个LED芯片主要是控通过LED芯片的电流来调节发光亮度；第二、多个LED芯片的组合通过控制多个LED芯片的开关来调节发光亮度。但是由于每个LED芯片可能不是同一批次生产的电学性能和光学性能会有不同，通过以上的控制方法连接设计和电源驱动，组合芯片发光的协调性、一致性较差。

目前单色显示屏在户外广告和小型移动数码设备上都有应用，所以发展LED单色显示屏也有很广的应用前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种可控功率倒装阵列LED芯片，该芯片能有效调节大功率蓝光LED倒装芯片的发光亮度，还可作为单色显示屏使用，通过控制行列的扫描达到显示字符的目的；此外本发明还提供一种该芯片的制造方法，以克服现有技术存在的LED芯片发光亮度调节困难等不足。

本发明的可控功率倒装阵列LED芯片结构为：阵列LED芯片由多个阵列单元构成阵列，其中所有的阵列单元每一行的p电极层连接到一起，每一列的n电极层连接到一起，这样可以单独控制每个阵列单元发光；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；每一列阵列单元的n电极层连接在一起；并且全部n电极层和p电极层由绝缘层包覆；在绝缘层包覆的p电极层窗口上方的p电极连接金属层使每一行的p电极连接到一起。蓝宝石衬底的出光面为粗糙化表面，以提高出光率；在p电极连接金属层表面还有钝化层。芯片的p电极层采用光反射率较高的银或铝等金属来增加光反射，并且完全覆盖每一个阵列单元的透明电极层。

其中，LED芯片出光面为蓝宝石衬底，采用蓝宝石（Al₂O₃）；并对出光面进行有组织的表面粗糙化处理形成粗糙化表面，以减少出光表面对光的反射，提高出光率，改善LED的发光效率。

所述的n型半导体层和p型半导体层是由GaN、或GaAs、或AlGaN半导体材料构成；其中n型半导体层掺入的杂质是Si等材料，p型半导体层掺入的杂质是Mg等材料；有源层采用多层的InGaN层和GaN层，形成多量子阱层。

本发明的LED芯片由彼此相互独立的阵列单元构成阵列。但是每一列阵列单元n电极层是连接在一起的；n电极层的材料材料包括Cu、Ti、Al、Ni或Au金属，采用其中的单一金属或组合金属；p电极层采用对可见光反射率很高的金属Ag或Al，并且完全覆盖每一个阵列单元的透明电极层；

在绝缘层包覆的p电极层窗口上方的p电极连接金属层使每一行的p电极连接到一起；p电极连接金属层的材料包括Cu、Ti、Al、Ni或Au金属，采用其中的单一金属或组合金属。

绝缘层和钝化层是由SiO_x、SiN_x或SiO_xN_y等绝缘材料构成；透明电极层采用金属薄膜Ni/Au或氧化铟锡（ITO）制作。

本发明的可控功率倒装阵列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，再生长高掺杂的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，沉积透明电极层和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型缓冲层和芯片的隔离槽，为n电极的沉积做准备；

步骤六，沉积金属层，并进行光刻和刻蚀，形成每一行都连接到一起的n电极层；