专利名称：基于氮化物的半导体发光二极管的制作方法
技术领域：
本发明涉及基于氮化物的半导体发光二极管(LED)。在该基于氮化物的半导体LED中，当实施倒装芯片连接工艺(flip-chipbonding process)时，能防止芯片的发光区免受大于临界值的凸起焊球(bump ball)的过量加载的损坏。
背景技术：
由于基于氮化物的半导体如GaN等具有优异的物理和化学性能，所以它们被认为是发光二极管(例如发光二极管(LED)或激光二极管(LD))的基本材料。具体地，基于氮化物的半导体LED能产生蓝光或绿光以及紫外光，并且其亮度由于技术的发展而被快速地增加。因此，基于氮化物的半导体LED被应用于彩色(全色，full-color)显示面板、发光装置等。
基于氮化物的半导体LED由具有组成式为InXAlYGa1-X-YN(0≤X，0≤Y，X+Y≤1)的氮化物半导体材料制成，以便获得蓝光或绿光。
考虑到晶格匹配，基于氮化物的半导体晶体在用于生长单晶的基板如蓝宝石基板上进行生长。具体地，由于蓝宝石基板是电绝缘基板，所以最终的基于氮化物的半导体LED具有这样的结构，其中p电极和n电极均在相同的表面上形成。
因为这样的结构特性，基于氮化物的半导体LED以适于倒装结构的形式被积极地开发。
下文中，将参照图1和图2对传统基于氮化物的半导体LED进行详细描述。
图1是描述说明传统基于氮化物的半导体LED的连接工艺的示图。传统基于氮化物的半导体LED10包括安装在衬底(sub-mount)200上的基于氮化物的半导体LED。
基于氮化物的半导体LED包括蓝宝石基板101；发光结构，在该发光结构中，n型氮化物半导体层103、活性层(active layer)105、p型氮化物半导体层107被顺序地层压在蓝宝石基板101上；p电极110a，形成在p型氮化物半导体层107上；以及n电极110b，形成在n型氮化物半导体层103上。
在衬底200对应于基于氮化物的半导体LED的p电极110a和n电极110b的表面上，分别形成p型和n型引线图案201a和201b，以便与其电连接。这里，氮化物半导体LED的p电极110a和n电极110b与衬底的p型和n型引线图案201a和201b通过导电性凸起焊球300彼此电连接。
除了电连接至衬底的p型和n型引线图案201a和201b的p电极110a和n电极110b的部分之外，基于氮化物的半导体LED由保护膜所保护。
通常，倒装芯片连接工艺是利用导电性凸起焊球通过物理加载将衬底和基于氮化物的半导体LED加以电连接。在这样的倒装芯片连接工艺中，除非施加了大于临界值的加载，否则衬底和基于氮化物的半导体LED是分开的。因此，需要大于临界值的加载。
然而，在传统基于氮化物的半导体LED中，具有大于临界值加载的导电性凸起焊球300直接接触基于氮化物的半导体LED的p电极110a和n电极110b，即，连接焊盘，如图1所示。因此，当进行倒装芯片连接时，过量的压力施加到氮化物半导体LED上，从而损坏二极管的PN结或者损坏发光区。图2是示出了当进行倒装芯片连接时出现问题的照片，其示出了被导电性凸起焊球的过量加载损坏的发光区。
发明内容
本发明的一个优点在于提供了一种基于氮化物的半导体LED，在该半导体LED中，栅格形缓冲膜设置在基于氮化物的半导体LED的连接焊盘与凸起焊球之间的连接界面处，从而防止由凸起焊球的过量加载(大于临界值)所导致的二极管的PN结破坏或者发光区损坏。
本发明总的发明构思的其他方面和优点将在接下来的描述部分地阐述，并且部分地根据这些说明而显而易见，或通过总的发明构思的实施而被理解。
根据本发明的一个方面，通过凸起焊球倒装芯片连接在衬底的引线图案上的基于氮化物的半导体LED包括基板；发光结构，形成在基板上；电极，形成在发光结构上；保护膜，形成在所获得的具有在其中形成有电极的结构上，该保护膜暴露电极表面，该电极表面对应于通过凸起焊球连接至衬底的引线图案的部分；以及栅格形缓冲膜，形成在通过保护膜暴露的电极表面上。
根据本发明的另一方面，缓冲膜由基于陶瓷的材料形成。
根据本发明的进一步的方面，缓冲膜由SiO2和SiN中的任何一种形成。
根据本发明的又一方面，缓冲膜由与保护膜相同的材料形成。
本发明总的发明构思的这些和/或其他方面及优点将通过以下结合附图对具体实施方式
的描述而变得显而易见并更易于理解，附图中图1是描述说明了传统基于氮化物的半导体LED的连接工艺的示图；图2是示出了当实施根据现有技术的倒装芯片连接工艺时出现问题的照片；图3是示出了当实施根据本发明的基于氮化物的半导体LED的倒装芯片连接工艺时在连接焊盘上形成栅格形缓冲膜的示图；图4是描述说明了相应于图3所示缓冲膜的栅格密度的改变，基于氮化物的半导体LED的变化的示图；图5是示出了相应于图4所示变化的操作电压的对比示图；
图6是示出了相应于图4所示变化的冲模剪切值(die shearvalue)的对比示图；图7是示出了相应于图4所示变化的亮度特性的对比示图。
具体实施例方式
以下将详细参照本发明总的发明构思的具体实施方式
、在附图中描述说明的实施例，其中，在全文中相同的附图标号表示相同的元件。以下将通过参照附图描述具体实施方式
以解释本发明总的发明构思。
在下文中，将参照附图对根据本发明的具体实施方式
的基于氮化物的半导体LED进行详细描述。
首先，参照图3，对根据本发明的具体实施方式
的基于氮化物的半导体LED进行描述。图3是示出了在根据本发明的基于氮化物的半导体LED的进行倒装芯片连接时在连接焊盘上形成栅格形缓冲膜的示图。
如图3所示，根据本发明的基于氮化物的半导体LED通过导电性凸起焊球300倒装芯片连接在衬底200的引线图案201a和201b上，该引线图案由导电性半导体材料形成。
更具体地，基于氮化物的半导体LED具有发光结构，其中缓冲层(未示出)、n型氮化物半导体层103、活性层105、以及p型氮化物半导体107被顺序地层压在蓝宝石基板101上。
优选地，基板101由包括蓝宝石的透明材料形成。除了蓝宝石外，基板101还可以由氧化锌(ZnO)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、和氮化铝(AlN)形成。
由GaN形成的缓冲层(未示出)可以省略。
n型或p型氮化物半导体层103或107由用导电杂质掺杂的GaN层或GaN/AlGaN层形成，并且活性层105由InGaN/GaN层构成的多量子势阱(multi-well quantum well)结构形成。
活性层105和p型氮化物半导体层107的部分通过平台蚀刻(mesa-etching)除去，以便使n型氮化物半导体层103被部分地暴露。
在通过平台蚀刻暴露的n型氮化物半导体层103的预定部分上，形成n电极110b，以用作电极和连接层。这里，n电极110b由Cr/Au形成，并且取决于工艺特性，分开的连接焊盘(未示出)可以设置在n电极110b上。
在p型氮化物半导体层107上，用于增大电流扩散效应的透明电极109被形成。透明电极109可以由导电金属氧化物如ITO(氧化铟锡)形成。另外，如果金属薄膜相对于LED的发光波长具有高透过率，则透明电极109也可以由具有高导电性和低接触电阻的金属薄膜形成。
p电极110a形成在透明电极109上以便用作电极和连接层。这里，p电极110a由Cr/Au形成，并且取决于工艺特性，分开的连接焊盘(未示出)可以设置在p电极110a上。
在所得到的其中形成有p电极110a和n电极110b的结构上，形成保护膜120，以便阻止p电极110a和n电极110b彼此电连接。保护膜120暴露p电极110a和n电极110b的部分，其中p电极110a和n电极110b通过导电性凸起焊球300分别连接至衬底200的引线图案201a和201b。
在通过保护膜120暴露的p电极110a和n电极110b的表面上，设置缓冲膜130以便缓冲由导电性凸起焊球300的加载(大于临界值)所产生的应力。
如图3所示，根据本发明的缓冲膜130被形成为栅格形状。因此，能更有效地缓冲由凸起焊球300的加载(大于临界值)所产生的应力，同时凸起焊球的连接面积增大，从而提高连接剪切应力(冲模剪切力)。
缓冲模130的栅格密度可以根据基于氮化物的半导体LED特性和工艺特性进行调整。图4是示出了相应于图3所示缓冲膜的栅格密度的变化，基于氮化物的半导体LED的变化的示图。在图4中，栅格密度分别用100％、70％、50％以及30％表示。
下文中，将参照图5至图7对根据本发明的设置有栅格形缓冲膜的基于氮化物的半导体LED进行详细描述。
图5是示出了对应于图4所示变化的操作电压的对比示图，图6是示出了对应于图4所示变化的冲模剪切值的对比示图，而图7是示出了对应于图4所示变化的亮度特性的对比示图。
参照图5，能够发现，与设置有栅格密度为70％、50％以及30％的缓冲膜的本发明的基于氮化物的半导体LED的操作电压(Vf)相比，栅格密度为100％的传统基于氮化物的半导体LED的操作电压(Vf)非常不稳定。因而，当操作电压(Vf)变得不稳定时，泄漏电流和接触电阻增大，从而降低二极管的性能和可靠性。然而，在本发明的基于氮化物的半导体LED中，操作电压稳定，这使得可以防止上述问题。
参照图6，能够发现，设置有栅格形缓冲膜的本发明的基于氮化物的半导体LED的冲模剪切力，即，基于氮化物的半导体LED与衬底之间的连接剪切应力(bonding shear stress)比传统基于氮化物的半导体LED(其没有设置缓冲模并且其栅格密度为100％)的剪切应力高得多。具体地，随着栅格密度逐渐变小(从70％至30％)，连接剪切应力变大。因此，优选形成缓冲膜以具有较小的栅格密度。
参照图7，能够发现，基于由栅格形缓冲膜光扩散的本发明基于氮化物的半导体LED的亮度大于没有设置缓冲膜的传统基于氮化物的半导体LED的亮度。
如上所述，由于栅格形缓冲膜的栅格密度变小，可以确保优异的操作电压和连接剪切应力。然而，当栅格密度极小时，暴露的p电极和n电极的面积变得小于用于在导线连接时将电功率施加到接下来的LED芯片上的导线的截面积。因而，驱动电压可增大。
因此，优选形成根据本发明的栅格形缓冲膜，以使缓冲膜的栅格密度不小于导线的截面积。
根据上述的本发明，栅格形缓冲膜被设置在基于氮化物的半导体LED的电极与凸起焊球之间的连接界面上。因此，可以防止基于氮化物的半导体LED免受由凸起焊球的过量加载(大于临界值)所导致的损坏。
另外，基于氮化物的半导体LED的操作电压、亮度、以及连接剪切应力可通过栅格形缓冲膜增强。
因此，可以提高基于氮化物的半导体LED的性能和可靠性。
尽管已经示出和描述了本发明总的发明构思的一些具体实施方式
，但是本领域的技术人员应该理解，在不背离本发明总的发明构思的原则和精神的条件下可以对这些具体实施方式
作出变化，本发明总的发明构思的范围由所附的权利要求书及其等同物所限定。
权利要求
1.一种基于氮化物的半导体发光二极管(LED)，其通过凸起焊球倒装芯片连接在衬底的引线图案上，所述基于氮化物的半导体发光二极管包括基板；发光结构，形成在所述基板上；电极，形成在所述发光结构上；保护膜，形成在所获得的具有在其中形成有所述电极的所述结构上，所述保护膜暴露所述电极表面，其中所述电极表面对应于通过所述凸起焊球连接至所述衬底的所述引线图案的部分；以及栅格形缓冲膜，形成在通过所述保护膜暴露的所述电极表面上。
2.根据权利要求1所述的基于氮化物的发光二极管，其中，所述缓冲膜由基于陶瓷的材料形成。
3.根据权利要求2所述的基于氮化物的发光二极管，其中，所述缓冲膜由SiO2和SiN中的任何一种形成。
4.根据权利要求1所述的基于氮化物的发光二极管，其中，所述缓冲膜由与所述保护膜相同的材料形成。
全文摘要
本发明涉及基于氮化物的半导体LED，其通过凸起焊球倒装芯片连接在衬底的引线图案上，包括基板；形成在基板上的发光结构；形成在发光结构上的电极；保护膜，其形成在所获得的具有在其中形成有电极的结构上，该保护膜暴露电极表面，该电极表面对应于通过凸起焊球连接至衬底的引线图案的部分；以及栅格形缓冲膜，其形成在通过保护膜暴露的电极表面上。
文档编号H01L23/488GK1953223SQ20061015029
公开日2007年4月25日 申请日期2006年10月17日 优先权日2005年10月17日
发明者李赫民, 申贤秀, 金昌完, 金容天 申请人:三星电机株式会社