一种倒装LED芯片及其制作方法

技术领域

本发明涉及LED芯片技术领域，特别是涉及一种倒装LED芯片及其制作方法。

背景技术

蓝光LED的电压一般在2.5V～3.5V之间，而市电电压是220V，因此，高压芯片通过把LED芯片串并联之后，芯片电压提高，降低电压转换带来的损耗，同时在芯片端进行芯片的集成提高可靠性，芯片排布更密集，光强更集中。

现有的倒装高压芯片一般需要有三层电极结构，如图1所示，一层是接触层a，作用是跟外延层形成良好的欧姆接触；一层是连接层b，作用就是进行芯片间的串并连接；最后一层是用作焊接和散热的焊接层c。三层电极结构会造成电极之间存在高低差，在焊接以及散热的时候造成接触不良影响效果，此外，三层电极结构的生产成本高；此外，现有的电极结构通常采用锡合金，但倒装高压芯片焊接于镀有金或银的基板上，其主要是利用锡膏焊接，当基板被加热至适合的共晶温度时，基板上的金或银元素渗透到倒装高压芯片的电极结构，共晶固化并将倒装高压芯片焊于基板上，但锡膏具有很强的渗透性，在焊接过程中往往出现渗锡现象，严重影响芯片的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种减少电极层数，且提高电极层抗锡渗透性的倒装LED芯片及其制作方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种倒装LED芯片，包括衬底和设于所述衬底上的多个串联连接的GaN基外延层单元，所述 GaN基外延层单元包括设于所述衬底上的N型GaN层和设于所述N 型GaN层上的P型GaN层，所述P型GaN层镀设有P型电极层，所述N型GaN层镀设有N型电极层，相邻的两个所述GaN基外延层单元中，上一个所述GaN基外延层单元的所述N型电极层通过连接电极层与下一个所述GaN基外延层单元的所述P型电极层连接；所述P型电极层、所述连接电极层和所述N型电极层均包括从上至下依次设置的Ti金属层、Ni金属层或Ni合金层、Au金属层、以及SnAu基合金层，所述SnAu基合金层由n层Sn金属层和n层Au金属层周期性交错设置形成，其中，n≥6。

作为本发明的优选方案，所述P型电极层、所述N型电极层和所述连接电极层均成型于同一蒸镀工序中。

作为本发明的优选方案，相邻的所述GaN基外延层单元之间设有隔离沟槽，所述隔离沟槽内沉积有第一保护层；所述连接电极层覆盖于所述第一保护层的顶面，所述连接电极层的两端分别与所述P型电极层和所述N型电极层连接。

作为本发明的优选方案，所述P型GaN层的顶面镀设有ITO层，所述ITO层上镀设有Ag层。

作为本发明的优选方案，还包括包覆所述GaN基外延层单元的第二保护层，所述第二保护层分别设有使所述P型电极层外露的P型导电孔和使串联下的最后一个所述N型电极层外露的N型导电孔。

作为本发明的优选方案，所述Ti金属层的厚度为2000埃～3000 埃；所述Ni金属层或Ni合金层的厚度为1000埃～3000埃；所述Au 金属层的厚度为2000埃～3000埃；所述SnAu基合金层的厚度大于或等于3微米，所述SnAu基合金层中的每层Sn金属层的厚度为2000 埃～5000埃，所述SnAu基合金层中的每层Au金属层的厚度为2000 埃～5000埃。

同时，本发明还提供了该倒装LED芯片的制作方法，包括以下步骤：

(1)、制作外延层，利用MOCVD设备在衬底上依次生长N型GaN层、发光量子阱和P型GaN层，完成GaN基外延层的制作；

(2)、在所述GaN基外延层上镀设ITO层，然后对所述ITO层和所述GaN基外延层进行刻蚀，使所述N型GaN层外露出来且使所述 GaN基外延层形成多个相互隔离的GaN基外延层单元；

(3)、在所述ITO层的表面镀上Ag层；

(4)、在相邻的所述GaN基外延层单元的间隙内沉积第一保护层；

(5)、蒸镀电极层，分别在所述ITO层上蒸镀P型电极层，在所述N型GaN层上蒸镀N型电极层，在所述第一保护层上蒸镀连接电极层，其中所述连接电极层的两端分别与所述P型电极层和所述N型电极层连接；

(6)、在所述GaN基外延层上沉积第二保护层，在所述第二保护层上刻蚀出使所述P型电极层外露的P型导电孔和使串联下最后一个所述N型电极层外露的N型导电孔。

作为本发明的优选方案，在步骤(2)中，先在所述GaN基外延层上刻蚀N型台阶使所述N型GaN层外露出来，再在所述GaN基外延层上刻蚀隔离沟槽，将整个所述GaN基外延层划分为多个隔离的所述GaN基外延层单元。

作为本发明的优选方案，在步骤(4)中，所述第一保护层沉积于所述隔离沟槽内。

作为本发明的优选方案，所述第一保护层和所述第二保护层的材质为SiO

实施本发明提供的一种倒装LED芯片及其制作方法，与现有技术相比较，其有益效果在于：P型电极层、连接电极层和N型电极层上的Ti金属层形成良好的欧姆接触并粘附在GaN基外延层单元上；Ni 金属层或Ni合金层能够作为抗锡渗透的阻挡层；Au金属层用于连接 Ni金属层或Ni合金层与SnAu基合金层；SnAu基合金层作为焊接层，其为多周期结构能够避免锡膏向下渗透至芯片；通过Ti金属层、Ni金属层或Ni合金层、Au金属层、以及SnAu基合金层的复合设计，能够提高电极层的抗锡渗透性，且电极层的内部结构牢固；该电极层结构使P型电极层、连接型电极层和N型电极层有效地同时充当接触层以及焊接层电极，整个倒装LED芯片只需分别镀上一层P型电极层、连接电极层和N型电极层即可实现GaN基外延层单元的串联连接，从而减少电极层的设置，由于电极层数减少，因此生产的工步减少，成本减少，制程加快，同时正负电极之间的高低差减少，有利于后续的焊接以及芯片的散热。

附图说明

图1现在大功率倒装芯片的结构示意图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是P型电极层、连接电极层和N型电极层的结构示意图；

图4为采用本发明实施例的渗锡测试图；

图5为现有的大功率倒装芯片的渗锡测试图；

图6为采用本发明实施例的推力测试图；

图7为现有的大功率倒装芯片的推力测试图；

图中，1、衬底；2、GaN基外延层单元；21、N型GaN层；22、P型GaN层；23、P型电极层；231为Ti金属层；232为Ni金属层或 Ni合金层；233为Au金属层；234为SnAu基合金层；24、连接电极层；25、N型电极层；26、ITO层；27、Ag层；3、隔离沟槽；4、第一保护层；5、第二保护层；51、P型导电孔；52、N型导电孔；a、接触层；b、连接层；c、焊接层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，应当理解的是，除非另有明确的规定和限定，本发明中采用术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图2-3所示，本发明实施例优选实施例的一种倒装LED芯片，包括衬底1和设于衬底1上的多个串联连接的GaN基外延层单元2， GaN基外延层单元2包括设于衬底1上的N型GaN层21和设于N型 GaN层21上的P型GaN层22，P型GaN层22镀设有P型电极层23， N型GaN层21镀设有N型电极层25，相邻的两个GaN基外延层单元 2中，上一个GaN基外延层单元2的N型电极层25通过连接电极层 24与下一个GaN基外延层单元2的P型电极层23连接，P型电极层23、连接电极层24和N型电极层25均包括从上至下依次设置的Ti金属层231、Ni金属层或Ni合金层232、Au金属层233、以及SnAu基合金层234，SnAu基合金层234由n层Sn金属层和n层Au金属层周期性交错设置形成，其中，n≥6。

本发明的工作原理为：相邻的两个GaN基外延层单元2中，上一个GaN基外延层单元2的N型电极层25通过连接电极层24与下一个 GaN基外延层单元2的P型电极层23连接，实现GaN基外延层单元2 的串联连接，P型电极层23、连接电极层24和N型电极层25均包括从上至下依次设置的Ti金属层231、Ni金属层或Ni合金层232、Au 金属层233、以及SnAu基合金层234，Ti金属层231形成良好的欧姆接触并粘附在GaN基外延层单元2上；Ni金属层或Ni合金层232能够作为抗锡渗透的阻挡层；Au金属层233用于连接Ni金属层或Ni合金层232与SnAu基合金层234；SnAu基合金层234作为焊接层，其为多周期结构能够避免锡膏向下渗透至芯片；通过的复合设计，能够提高电极层的抗锡渗透性，且电极层的内部结构牢固；该电极层结构使P型电极层23、连接型电极层和N型电极层25有效地同时充当接触层以及焊接层电极，整个倒装LED芯片只需分别镀上一层P型电极层23、连接电极层24和N型电极层25即可实现GaN基外延层单元2 的串联连接，从而减少电极层的设置，由于电极层数减少，因此生产的工步减少，成本减少，制程加快，同时正负电极之间的高低差减少，有利于后续的焊接以及芯片的散热。

示例性的，P型电极层23、N型电极层25和连接电极层24均成型于同一蒸镀工序中，由于P型电极层23、N型电极层25和连接电极层24的结构相同，因此在同一蒸镀工序中成型有助于提高生产效率。

示例性的，相邻的GaN基外延层单元2之间设有隔离沟槽3，隔离沟槽3内沉积有第一保护层4，连接电极层24覆盖于第一保护层4 的顶面，连接电极层24的两端分别与P型电极层23和N型电极层25 连接，便于连接电极层24的镀设，第一保护层4起到绝缘作用，避免连接电极层24将相邻的GaN基外延层单元2的N型GaN层21导通。

示例性的，P型GaN层22的顶面镀设有ITO层26，ITO层26上镀设有Ag层27，由于倒装高压芯片是背面出光，因此增加连接高反射率的Ag层27能提高亮度，同时还能提升连接的可靠性。

示例性的，所述Ti金属层的厚度为2000埃～3000埃；所述Ni金属层或Ni合金层的厚度为1000埃～3000埃；所述Au金属层的厚度为2000埃～3000埃；所述SnAu基合金层的厚度大于或等于3微米，所述SnAu基合金层中的每层Sn金属层的厚度为2000埃～5000埃，所述SnAu基合金层中的每层Au金属层的厚度为2000埃～5000埃。经多次实验证明，如图4所示，芯片焊接后在250℃环境下加热12小时后无渗锡现象，电极层抗锡渗透性效果好；而采用现有芯片，如图5所示，芯片焊接后在250℃环境下加热12小时后出现渗锡现象。而且本发明实施例提供的芯片焊接后，经推力测试，如图6所示，其断裂位置为芯片，而非电极处断裂，断裂层为芯片内部结构，由此可见，本发明的电极层的内部结构牢固，而采用现有芯片，芯片焊接后，经推力测试，如图7所示，断裂位置为电极，该电极内部结构相对不牢固。

示例性的，本发明还包括包覆GaN基外延层单元2的第二保护层 5，对GaN基外延层单元2进行保护，第二保护层5分别设有使P型电极层23外露的P型导电孔51和使串联下的最后一个N型电极层25 外露的N型导电孔52，便于P型电极层23和N型电极层25与电源连接，同时有助于GaN基外延层单元2的散热。

基于上面各项内容的倒装LED芯片的制作方法，包括以下步骤：

(1)、制作外延层，利用MOCVD设备在衬底1上依次生长N型 GaN层21、发光量子阱和P型GaN层22，完成GaN基外延层的制作；

(2)、在GaN基外延层上镀设ITO层26，然后对GaN基外延层进行刻蚀，使N型GaN层21外露出来且使GaN基外延层形成多个隔离的GaN基外延层单元2；

(3)、在ITO层26的表面镀上Ag层27；

(4)、在相邻的GaN基外延层单元2的间隙内沉积第一保护层4；

(5)、蒸镀电极层，分别在所述ITO层26上蒸镀P型电极层23，在所述N型GaN层21上蒸镀N型电极层25，在所述第一保护层4上蒸镀连接电极层24，其中所述连接电极层24的两端分别与所述P型电极层23和所述N型电极层25连接；

(6)在GaN基外延层上沉积第二保护层5，在第二保护层5上刻蚀出使P型电极层23外露的P型导电孔51和使串联下最后一个N型电极层25外露的N型导电孔52。

示例性的，在步骤(2)中，先在GaN基外延层上刻蚀N型台阶使N型GaN层21外露出来，再在GaN基外延层上刻蚀隔离沟槽3，将整个GaN基外延层划分为多个隔离的GaN基外延层单元2。

示例性的，在步骤(4)中，第一保护层4沉积于隔离沟槽内3，便于第一保护层3的沉积。

示例性的，第一保护层3和所述第二保护层5的材质为SiO

综上，本发明的倒装LED芯片能减少电极层数的设置，从而减少生产工序，提高效率，降低成本，同时能减少正负电极之间的高低差，有利于后续的焊接以及芯片的散热；并有效提高电极层的抗锡渗透性，且电极层的内部结构牢固。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。