9V GaN基高压LED芯片桥接电极的设计与制备

马介渊 周婷 殷榆婷 王凯雪

摘 要：本文提出的方案以不引起SiO2保护层侧壁的桥接电极发生断裂为前提，通过调整芯粒单元间深隔离槽保护层的厚度，来找到恰当的保护层厚度和桥接电极厚度组合，以确保芯片的桥接电极可靠并且不漏电。基于此，制备可应用于0.2～0.3W照明的9V HV LED芯片，并用微电流和工作电流检验芯片各单元的发光均匀性，以及验证桥接电极电气连接的可靠性。最后，将芯片封装成白光灯珠，并测量其光通量。

关键词：高压LED；保护层；桥接电极

中图分类号：TN312.8 文献标识码：A 文章编号：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

高压LED（HV LED）就是把一个芯片的外延层分割成数个独立的芯粒单元，并通过桥接电极互连而成的新型LED 芯片[1]。

这种设计避免了芯片间BIN内波长、电压、亮度、跨度等带来的一致性问题[2]。与传统LED功率芯片相比，此类高压LED芯片具有高电压、小电流的特点。同时，HV LED直接在芯片级就实现了微晶粒的串并联，使其能在低电流高电压下工作，并简化芯片固晶、键合数量，降低封装成本[3]。通常，HV LED芯片工艺包括深隔离槽（isolation）刻蚀、n-GaN台阶刻蚀、绝缘层沉积、ITO蒸镀和桥接电极蒸镀等多个工序。其中，桥接电极的制备是难点。

本文通过优化isolation的SiO2保护层（PA）的厚度，提升桥接电极对各芯粒单元电气连接的可靠性，并制备能用于0.2～0.3W照明的9V GaN基LED芯片。

1 实验

首先设计由3颗芯粒单元通过桥接电极连接而成的HV LED芯片（图1），芯片尺寸为10mil×30mil。实验在厚度为5μm的GaN LED外延片上进行，通过感应耦台等离子系统（ICP）刻蚀到PSS 基板上，形成倒梯形isolation，以确保PA层和桥接电极在图1中isolation侧壁（C区）的连续附着[4]；然后采用等离子增强化学气相沉积法（PECVD）沉积厚度分别为0.5μm、0.8μm和1.3μm的SiO2PA层，以避免p-GaN和n-GaN联通，使桥接电极短路，最终导致芯片失效；最后通过光刻、刻蚀、蒸镀、沉积、热处理、清洗、划片、研磨、测试和分选等多次工序后得到9V HV LED芯片成品。

2 结果与分析

PECVD制备PA层的条件为：在 300℃腔体温度下，以及450～500A/min的沉积速率。在此条件下，蒸镀桥接电极，利用SEM观察其C区的断面（图2），可知：PA越厚，对C区的包覆效果越好，即绝缘性约高，桥接电极漏电的可能性越小。

但是，在PA厚度为1.3μm时，会在D区出现如图3（a）所示的桥接电极断裂，这主要是因为BOE蚀刻SiO2 PA为各向同性的湿法蚀刻，从而导致D区PA侧壁过于“陡峭”，不利于桥接电极附着而“断裂”。实验最终选取0.8μm的PA，同时，将桥接电极厚度从2.5μm增大到5μm后，很好地解决了这个问题，如图3（b）所示。

开始用0.001mA微电流点亮9V HV LED 芯片，三颗芯粒单元均匀发光。随着电流持续增大，芯片亮度整体增大，但芯粒单元之间的亮度无差异，这说明桥接电极无漏电，电气连接的可靠性较高，如图4所示。

挑选主BIN分布的9V HV LED芯片，即：电压9.0～9.5V，亮度100～105mW，主波长为455～457.5nm，采用SMD2835支架进行白光封装，得到灯珠的平均电压为9.49V，光通量为36.2lm，即光效为130lm/W，处于0.3W照明应用LED的中高水平。

3 结 论

本文综合考虑了isolation侧壁的包覆效果和PA層侧壁对桥接电极“断裂”异常的影响，最终确定的方案为：采用PA厚度为0.8μm，桥接电极厚度为5μm，来制备尺寸为10mil×30mil的9V HV LED芯片。

该芯片在30mA电流以下点亮时，桥接电极无漏电，其对各芯粒单元的电气连接具有可靠性。另外，将该HV芯片封装在SMD2835支架上，白光光效可达130lm/W，可用于0.3W 照明应用中。

参考文献：

[1] 何建波，何亮，艾常涛，等.高压发光二极管（HV LED）室内照明应用浅析 [C]//第八届中国国际半导体照明论坛（大会/技术分会）论文集，2011-11.

[2] 徐兆青，孙广辉，刘晴.基于金属反射镜电极的高压LED芯片设计 [J].科技视界，2016（27）：170-171.

[3] 俞鑫，郭伟玲，樊星，等.51V GaN基高压LED的热分析 [J].发光学报，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.