9V GaN基高壓LED芯片橋接電極的設(shè)計與制備

馬介淵 周婷 殷榆婷 王凱雪

摘 要：本文提出的方案以不引起SiO2保護(hù)層側(cè)壁的橋接電極發(fā)生斷裂為前提，通過調(diào)整芯粒單元間深隔離槽保護(hù)層的厚度，來找到恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)層厚度和橋接電極厚度組合，以確保芯片的橋接電極可靠并且不漏電。基于此，制備可應(yīng)用于0.2～0.3W照明的9V HV LED芯片，并用微電流和工作電流檢驗芯片各單元的發(fā)光均勻性，以及驗證橋接電極電氣連接的可靠性。最后，將芯片封裝成白光燈珠，并測量其光通量。

關(guān)鍵詞：高壓LED；保護(hù)層；橋接電極

中圖分類號：TN312.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）02-0052-03

Design and Fabrication of Bridging Electrodes of 9V GaN Based High Voltage LED Chip

MA Jieyuan1，ZHOU Ting2，YIN Yuting1，WANG Kaixue3

（1. Xi'an BIO-pharmaceutical Incubator Co.，Ltd.，Xi'an 710077，China；2. Beilin District of Xi'an Creative Industry Development Co.，Ltd.，Xi'an 710068，China；3. Zhongxing Telecommunication Equipment Corporation，Xi'an 710119，China）

Abstract：The proposed scheme on the premise of not breaking the bridging electrodes on the sidewalls of SiO2 protective layer，this paper studied the appropriate thickness of the combination of protective layer and bridging electrode by adjusting the thickness of the protective layer in the deep isolation trench between the core unit cells，and to ensure that the bridge electrodes of the chip are reliable without leakaging. Based on this，a 9V HV LED chip that could be applied to 0.2 ～ 0.3W illumination was prepared. Micro-current and operating current were used to test the luminous uniformity of each units of the chip，and to verify the reliability of the bridge electrode electrical connection. After that，the chips were packaged into white light beads， whose luminous was tested at last.

Keywords：high voltage （HV） LED；passivation （PA） layer；bridge electrode

0 引 言

高壓LED（HV LED）就是把一個芯片的外延層分割成數(shù)個獨立的芯粒單元，并通過橋接電極互連而成的新型LED 芯片[1]。

這種設(shè)計避免了芯片間BIN內(nèi)波長、電壓、亮度、跨度等帶來的一致性問題[2]。與傳統(tǒng)LED功率芯片相比，此類高壓LED芯片具有高電壓、小電流的特點。同時，HV LED直接在芯片級就實現(xiàn)了微晶粒的串并聯(lián)，使其能在低電流高電壓下工作，并簡化芯片固晶、鍵合數(shù)量，降低封裝成本[3]。通常，HV LED芯片工藝包括深隔離槽（isolation）刻蝕、n-GaN臺階刻蝕、絕緣層沉積、ITO蒸鍍和橋接電極蒸鍍等多個工序。其中，橋接電極的制備是難點。

本文通過優(yōu)化isolation的SiO2保護(hù)層（PA）的厚度，提升橋接電極對各芯粒單元電氣連接的可靠性，并制備能用于0.2～0.3W照明的9V GaN基LED芯片。

1 實驗

首先設(shè)計由3顆芯粒單元通過橋接電極連接而成的HV LED芯片（圖1），芯片尺寸為10mil×30mil。實驗在厚度為5μm的GaN LED外延片上進(jìn)行，通過感應(yīng)耦臺等離子系統(tǒng)（ICP）刻蝕到PSS 基板上，形成倒梯形isolation，以確保PA層和橋接電極在圖1中isolation側(cè)壁（C區(qū)）的連續(xù)附著[4]；然后采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法（PECVD）沉積厚度分別為0.5μm、0.8μm和1.3μm的SiO2PA層，以避免p-GaN和n-GaN聯(lián)通，使橋接電極短路，最終導(dǎo)致芯片失效；最后通過光刻、刻蝕、蒸鍍、沉積、熱處理、清洗、劃片、研磨、測試和分選等多次工序后得到9V HV LED芯片成品。

2 結(jié)果與分析

PECVD制備PA層的條件為：在 300℃腔體溫度下，以及450～500A/min的沉積速率。在此條件下，蒸鍍橋接電極，利用SEM觀察其C區(qū)的斷面（圖2），可知：PA越厚，對C區(qū)的包覆效果越好，即絕緣性約高，橋接電極漏電的可能性越小。

但是，在PA厚度為1.3μm時，會在D區(qū)出現(xiàn)如圖3（a）所示的橋接電極斷裂，這主要是因為BOE蝕刻SiO2 PA為各向同性的濕法蝕刻，從而導(dǎo)致D區(qū)PA側(cè)壁過于“陡峭”，不利于橋接電極附著而“斷裂”。實驗最終選取0.8μm的PA，同時，將橋接電極厚度從2.5μm增大到5μm后，很好地解決了這個問題，如圖3（b）所示。

開始用0.001mA微電流點亮9V HV LED 芯片，三顆芯粒單元均勻發(fā)光。隨著電流持續(xù)增大，芯片亮度整體增大，但芯粒單元之間的亮度無差異，這說明橋接電極無漏電，電氣連接的可靠性較高，如圖4所示。

挑選主BIN分布的9V HV LED芯片，即：電壓9.0～9.5V，亮度100～105mW，主波長為455～457.5nm，采用SMD2835支架進(jìn)行白光封裝，得到燈珠的平均電壓為9.49V，光通量為36.2lm，即光效為130lm/W，處于0.3W照明應(yīng)用LED的中高水平。

3 結(jié) 論

本文綜合考慮了isolation側(cè)壁的包覆效果和PA層側(cè)壁對橋接電極“斷裂”異常的影響，最終確定的方案為：采用PA厚度為0.8μm，橋接電極厚度為5μm，來制備尺寸為10mil×30mil的9V HV LED芯片。

該芯片在30mA電流以下點亮?xí)r，橋接電極無漏電，其對各芯粒單元的電氣連接具有可靠性。另外，將該HV芯片封裝在SMD2835支架上，白光光效可達(dá)130lm/W，可用于0.3W 照明應(yīng)用中。

參考文獻(xiàn)：

[1] 何建波，何亮，艾常濤，等.高壓發(fā)光二極管（HV LED）室內(nèi)照明應(yīng)用淺析 [C]//第八屆中國國際半導(dǎo)體照明論壇（大會/技術(shù)分會）論文集，2011-11.

[2] 徐兆青，孫廣輝，劉晴.基于金屬反射鏡電極的高壓LED芯片設(shè)計 [J].科技視界，2016（27）：170-171.

[3] 俞鑫，郭偉玲，樊星，等.51V GaN基高壓LED的熱分析 [J].發(fā)光學(xué)報，2014，35（2）：213-217.

[4] Shengjun Zhou，Bin Cao，Sheng Liu. Optimized icp etching process for fabrication of oblique gan sidewall and its application in led [J].Applied Physics A，2011，105（2）：369-377.