[发明专利]一种3D通孔超结构LED芯片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硅基3D通孔超结构LED芯片及其制备方法，包括在外延衬底上依次生长n‑GaN层、InGaN/GaN多量子阱层和p‑GaN层，接着制备反射镜层和反射镜保护层，并进行开孔，然后制备绝缘层，再制备填充孔内的N金属电极及键合层金属；接着剥离生长衬底，进行MESA沟道和PA层的制备；其后制备P电极金属，最终形成完整的硅基垂直3D打孔结构LED芯片的制备。该3D通孔超结构除了完美继承垂直线形结构的优点之外，还将线形结构的2D电流扩展能力转化为3D电流扩展能力，使其电流分布均匀性得到大幅提升，光效大幅提升。

技术领域

本发明涉及LED制造技术领域，尤其涉及一种3D通孔超结构LED芯片及其制备方法。

背景技术

随着LED在照明领域的逐步应用，市场对白光LED光效的要求越来越高，目前LED市场涌现的GaN基垂直线形结构LED芯片，因其具有单面出光，良好的散热能力，能够承受大电流注入，成本为正装结构的几分之一等一系列优势，正在逐步替代蓝宝石基水平结构LED芯片，成为大功率LED市场的首选品。但垂直线形结构LED同样具有其缺点，其一，由于其N电极置于出光面，存在严重的电极挡光问题；其二，位于电极线下的电流扩展层(CBL)制造的电流扩展能力属于2D层面，未能在整个外延层形成良好均匀的电流扩展能力，其次，相邻CBL线间距超过200um，2D层面的电流扩展宽度也不够长；其三，电流扩展能力不足不能够满足其在超电流下驱动的条件。而3D通孔超结构芯片是采用光刻配合干法刻蚀的方法在外延片p-GaN表面进行打孔，孔一直延伸至n-GaN，在孔内沉积金属电极。因此，孔周围是一个3D层面的电流扩展，远优于垂直线形结构的2D电流扩展；其次，孔的直径约为10～60um，远小于线形结构n-GaN表面相邻电极线之间大约200um的宽度，分布均匀的孔能够提升n-GaN表面的2D电流扩展能力；所以，3D通孔超结构除了完美继承垂直线形结构的优点之外，还将线形结构的2D电流扩展能力转化为3D电流扩展能力，使其电流分布均匀性得到大幅提升，光效大幅提升。其二，优异的电流扩展能力能够给通孔结构芯片带来优秀的超电流驱动能力，超电流驱动LED照明已成为发展趋势，未来将有更多领域将要应用大功率LED照明，如车用照明，商用照明，路灯照明，智能家居照明等等。因此，超驱动照明具有强大的市场发展前景和潜力。

虽然3D通孔超结构LED芯片在拥有如此多的优点，但是，依然存在以下缺陷：p电极金属与n电极金属绝缘性问题；孔制程中的光刻工艺的图形对准问题；保护层金属实际保护效果与应力调控问题；孔侧壁防漏电保护问题；孔径、孔形状、孔间距及分布设计等难题。因此解决上述难题是实现3D通孔超结构LED芯片制备的必由之路，也是实现大功率，超驱动LED照明技术的必由之路。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种3D通孔超结构LED芯片，其不仅能继承垂直线形结构的优点，还能将线形结构的2D电流扩展能力转化为3D电流扩展能力，大幅提升垂直线形结构的电流扩展能力，进而大幅提升出光效率及超电流驱动能力。

本发明的目的之二在于提供一种3D通孔超结构LED芯片的制备方法，流程简单，成品率高，适合工业化生产，具有很好的应用前景。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种3D通孔超结构LED芯片，包括依次层叠的第二绝缘层、n-GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、p-GaN层、反射镜层、反射镜保护层、第一绝缘层、第一键合层、第二键合层、键合衬底和背金层；

所述反射镜层上设置有第一开孔和第二开孔，所述第二开孔位于所述反射镜层的边缘；

所述反射镜保护层设置在所述反射镜层上并覆盖所述第一开孔的底部和侧壁，以及覆盖所述第二开孔的底部和侧壁；所述反射镜保护层上设置有第三开孔和走道，所述第三开孔与所述第一开孔上下贯通，所述走道周向环设在所述反射镜保护层上并穿过所述第二开孔；