一種高壓芯片led結構及其制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于半導體光電芯片制造領域，尤其涉及一種高壓芯片LED結構及其制作 方法。
【背景技術】
[0002] 自從20世紀90年代初商業化以來，經過二十幾年的發展，GaN基LED已被廣泛應 用于戶內外顯示屏、投影顯示用照明光源、背光源、景觀亮化照明、廣告、交通指示等領域， 并被譽為二十一世紀最有競爭力的新一代固體光源。然而對于半導體發光器件LED來說， 要代替傳統光源，進入高端照明領域，必須考慮三個因素：一是發光亮度及發光均勻性的提 升，二是器件良率和可靠性的提升，三是生產成本的降低。
[0003] 近年來，在政府各種政策的激勵和推動下，各種為提高LED發光亮度的技術應運 而生，例如圖形化襯底技術、阻擋層技術、擴展輔助層技術、側壁粗化技術、DBR技術、優化電 極結構、在襯底或透明導電膜上制作二維光子晶體等。其中圖形化襯底技術最具成效，在 2010年到2012年間，前后出現的錐狀結構的干法圖形化襯底和金字塔形狀的濕法圖形化 襯底完全取代了表面平坦的藍寶石襯底成為LED芯片的主流襯底，使LED的晶體結構和發 光亮度都得到了革命性的提高；阻擋層技術也能使LED器件的發光亮度提高5-10個百分 點；然而亮度的提升是照明用半導體發光器件LED永無止境的追求，甚至各種提高LED發光 亮度的技術的并用也趕不上時代的進步對LED發光亮度的需求。
[0004] 隨著半導體集成技術的高速發展，一種稱為高壓芯片的LED結構應運而生，此種 結構的LED-般是在發光半導體層形成后，通過光刻刻蝕工藝在所述發光半導體層上形成 隔離槽，再在隔離槽內填充絕緣材料，最后在各絕緣分離的發光半導體層上制作電極并形 成串聯結構；此種結構的LED能夠滿足現階段某些照明領域對LED發光亮度之需求，然而 要同時滿足人們對發光均勻性以及器件良率和可靠性的需求，贏得人們對LED照明光源的 信賴和忠誠，將阻擋層技術和/或擴展輔助層技術結合于高壓芯片技術中勢在必行；如何 在降低LED生產成本或至少在不增加LED現有生產成本的基礎上實現上述方案是非常重要 的。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種提高高壓芯片LED可靠性和抗擊穿能力且能同時降 低其生產成本的LED結構及其制作方法。
[0006] 為了解決上述問題，本發明提供一種高壓芯片LED結構制作方法，包括：
[0007] 提供一襯底；
[0008] 在所述襯底上形成發光半導體層，所述發光半導體層包括依次層疊的N型半導體 層、有源層和P型半導體層；
[0009] 刻蝕所述發光半導體層形成若干階梯型通孔，所述階梯型通孔包括凹槽以及與所 述凹槽連通的隔離槽，所述凹槽暴露所述N型半導體層的表面，所述隔離槽暴露所述襯底 的表面，所述階梯型通孔將發光半導體層分割成若干分離的獨立發光半導體層；
[0010] 通過PECVD工藝在所述發光半導體層上、所述凹槽底部暴露出的N型發光半導體 層和所述隔離槽底部暴露出的襯底上形成絕緣薄膜防護層；
[0011] 通過PECVD工藝射頻產生富氧等離子體以對所述階梯型通孔的側壁進行等離子 體處理；
[0012] 通過PECVD工藝在所述絕緣薄膜防護層上繼續沉積絕緣材料，直至填滿所述階梯 型通孔；
[0013] 去除部分所述絕緣材料，僅保留所述隔離槽內以及所述P型發光半導體層靠近隔 離槽的邊緣的絕緣材料形成隔離層；
[0014] 在每個獨立發光半導體層上形成P焊盤，在每個獨立發光半導體層的階梯型通孔 內形成N焊盤，并將部分相鄰的獨立發光半導體層的N焊盤和P焊盤電連接形成串聯結構； 以及
[0015] 在所述獨立發光半導體層所有暴露的表面上形成鈍化保護層，所述鈍化保護層具 有暴露所述串聯結構中為首的獨立發光半導體層上的P焊盤和為尾的獨立發光半導體層 上的N焊盤的引線孔。
[0016] 可選的，在所述的高壓芯片LED結構制作方法中，所述富氧等離子體是笑氣等離 子體。
[0017] 可選的，在所述的高壓芯片LED結構制作方法中，通過動態刻蝕工藝在所述發光 半導體層中形成隔離槽，所述動態刻蝕工藝包括：
[0018] 步驟一：所述襯底相對靜止于刻蝕機臺的反應腔體內，采用感應耦合等離子體對 發光半導體層執行刻蝕工藝；
[0019] 步驟二：終止感應耦合等離子體刻蝕工藝，所述襯底發生對稱性運動；
[0020] 重復上述步驟一和步驟二直至形成所述隔離槽。
[0021] 可選的，在所述的高壓芯片LED結構制作方法中，形成隔離層之后，在所述P型發 光半導體層的部分區域上形成阻擋層。
[0022] 可選的，在所述的高壓芯片LED結構制作方法中，形成阻擋層的同時還在所述P型 外延層上形成陣列排布的擴展輔助層。
[0023] 可選的，在所述的高壓芯片LED結構制作方法中，形成阻擋層之后，在所述P型發 光半導體層和阻擋層上形成擴展電極。
[0024] 可選的，在所述的高壓芯片LED結構制作方法中，所述擴展電極通過蒸發、光刻和 刻蝕工藝形成。
[0025] 本發明還提供一種高壓芯片LED結構，包括：
[0026]襯底；
[0027] 形成于所述襯底上的發光半導體層，所述發光半導體層包括依次層疊的N型發光 半導體層、有源層和P型發光半導體層；
[0028] 形成于所述發光半導體層中的若干階梯型通孔，所述階梯型通孔包括凹槽以及與 所述凹槽連通的隔離槽，所述凹槽暴露所述N型發光半導體層的表面，所述隔離槽暴露所 述襯底的表面，所述階梯型通孔將發光半導體層分割成若干分離的獨立發光半導體層；
[0029] 形成于每個獨立發光半導體層的隔離槽內并覆蓋相鄰的獨立發光半導體層的P 型發光半導體層邊緣的隔離層；
[0030] 形成于每個獨立發光半導體層上的P焊盤，形成于每個獨立發光半導體層的階梯 型通孔內的N焊盤，部分相鄰的獨立發光半導體層的N焊盤和P焊盤電連接形成串聯結構； 以及
[0031] 形成于所述獨立發光半導體層所有暴露的表面上的鈍化保護層，所述鈍化保護層 具有暴露所述串聯結構中為首的獨立發光半導體層上的P焊盤和為尾的獨立發光半導體 層上的N焊盤的引線孔。
[0032] 可選的，在所述的高壓芯片LED結構中，還包括形成于所述P型發光半導體層上的 阻擋層。
[0033] 可選的，在所述的高壓芯片LED結構中，還包括形成于所述P型外延層上陣列排布 的擴展輔助層。
[0034] 可選的，在所述的高壓芯片LED結構中，還包括形成于所述P型發光半導體層上并 覆蓋所述阻擋層的擴展電極。
[0035] 與現有技術相比，本發明提供的高壓芯片LED結構及其制作方法具有以下優點：
[0036] 1、通過三步PECVD生長法在隔離槽內形成隔離層，其間對階梯型通孔的側壁進行 了等離子體處理，中和掉暴露出來的P型發光半導體層、N型發光半導體層和有源層上的化 學懸掛鍵，從而解決擊穿的問題；并且，通過絕緣薄膜防護層保護P型發光半導體層的表面 和凹槽內暴露的N型發光半導體層的表面，使其免受后續第二步所述的富氧等離子體的損 傷，有利于提尚LED器件良率和可靠性。
[0037] 2、本發明通過動態刻蝕工藝形成隔離槽，解決了常規刻蝕工藝刻蝕均勻性不足導 致芯片因短路而失效的問題。
[0038] 3、本發明在P型外延層與擴展電極之間設置阻擋層和擴展輔助層，解決了 LED芯 片發光亮度和發光均勻性的問題。
[0039] 4、由于本發明通過三步PECVD生長法在隔離槽內形成隔離層的方案解決了 LED 器件良率和可靠性的問題，使得本發明可以通過常規蒸發方式在隔離層形成后制作擴展電 極，所以無需價格昂貴的濺射設備形成擴展電極，降低了高壓LED芯片的生產成本。
[0040] 5、各個獨立發光半導體的第一電極和第二電極可以根據需求在形成獨立發光半 導體第一電極和第二電極的同時通過電極連接層電連接，即形成任意顆數的串聯結構，形 成串聯結構的獨立發光半導體層無需再進行單獨測試、單獨切割、單獨封裝，降低了成本； 并且，由于各個發光半導體層可以在形成電極的同時形成串聯結構，所以本發明所提供的 LED結構能夠在較大電壓下工作。
【附圖說明】
[0041] 參照附圖，根據下面的詳細描述，可以更加清楚地理解本發明。為了清楚起見，圖 中各個層的相對厚度以及特定區的相對尺寸并沒有按比例繪制。在附圖中：
[0042] 圖1A至圖1K是本發明實施例一提供的高壓芯片LED結構的制作過程中的剖面示 意圖；
[0043] 圖2是