专利名称：制备大功率led阵列的方法
技术领域：
本发明涉及大功率发光器件的制备；尤其涉及一种用晶片邦定方法制备基于 III-V族氮化物半导体材料的大功率发光二极管阵列的技术。所公开的方法提高了大功率 发光器件的良率。
背景技术：
发光二极管(LED)，一种电流通过时会发光的器件，在最近几十年来随着技术进步 用途愈加广泛。早期的LED应用主要局限于产品如指示灯及数字显示。今天，由于半导体 材料发展及制造工艺的技术突破，LED广泛应用于消费产品及商业用途，如交通灯、手电筒、 大型视频显示、车灯、出口标志等。LED与传统灯泡相比，发光亮度大，能源效率高。LED的每瓦发光效率更高，使用寿 命更长，不需要色彩过滤器即可发出彩色光，这些都降低成本并提高效率。体积小、散热少 的特点也扩展了 LED可应用的产品范围。在同样的电流密度及发光效率下，LED的功率与其发光区域的面积成正比。发光 区域面积越大，LED功率越高。典型的LED尺寸为300X300 μ m2。单个的大功率LED其尺 寸通常大于IX 1mm2。大量的技术应用于制备LED。其中晶片绑定是使用铟镓铝氮半导体材料生产高质 量LED的很有价值的技术。使用晶片邦定技术制备的尺寸为300Χ300μπι2的LED良率通 常在99. 9%之上。但是当晶片邦定技术用于生产尺寸大于1 X Imm2的大功率LED时，良率 通常降到80%。
发明内容
本发明的一个实施例提供了一种制备大功率发光二极管(LED)的方法。该方法包 括在生长衬底上刻蚀凹槽，从而在所述生长衬底上形成台面。该方法还包括在所述生长衬 底上的台面上制备铟镓铝氮(InGaAlN)LED多层结构，其中各个台面支撑独立的LED结构。 另外，该方法包括将所述多层结构与导电衬底进行邦定。该方法也包括去除生长衬底。该 方法包括在所述的InGaAlN多层结构上沉积一层钝化层和电极层，所述钝化层覆盖凹槽的 侧面和底部。该方法进一步包括形成导电通路以连接一定数量相邻的单个LED，使所述LED 由同一个电源同时供电，从而形成大功率LED阵列。在该实施例的一个变型中，所述凹槽的宽度为15-25 μ m。在该实施例的一个变型中，所述凹槽的宽度大约为20 μ m。在该实施例的一个变型中，所述所有凹槽宽度大致相同。在该实施例的一个变型中，所述凹槽的宽度有所区别。宽的凹槽划分LED阵列之 间的边界，窄的凹槽划分阵列中的单个LED。在该实施例的一个变型中，所述电极由金锗镍合金构成。在该实施例的一个变型中，所述钝化层由二氧化硅构成。
4
在该实施例的一个变型中，连接所述相邻的LED以形成导电通路，包括在所述相 邻的LED电极之间沉积一定图样的金属层，从而形成所述的导电通路。在该实施例的一个变型中，连接相邻的LED以形成导电通路，包括将导电线连接 至所述相邻LED的电极，再将导电线连接起来。
附图用于描述本发明的某些方面，它补充了文字说明，是说明书的一部分。参考附 图与本处给出的说明有助于更好地理解本发明。图中所示形状并不一定按比例绘制。图1图示了按照本发明的一个实施例制备大功率LED阵列的工艺流程图。图2A图示了本发明的一个实施例中的晶片局部上常规尺寸的LED被凹槽分割的 俯视图。图2B图示了本发明的一个实施例中的常规尺寸的LED被同样宽度的凹槽分割的 截面图。图2C图示了本发明的一个实施例中的常规尺寸的LED被不同宽度的凹槽分割的 截面图。图2D图示了本发明的一个实施例中的带有N型电极层及钝化层LED的截面图。图2E图示了根据本发明的一个实施例的方法制备的基于常规尺寸LED的大功率 LED阵列的截面图，其中多个LED聚集在一起并由同一个电源供电。图2F图示了本发明的一个实施例中的由9个用导线连接的常规尺寸LED组成的 大功率LED阵列的俯视图。图2G图示了按照本发明的一个实施例的包括了用导线将欧姆接触分别连接起来 的常规尺寸LED构成的大功率LED阵列的横截图。图2H图示了本发明的一个实施例中的由9个常规尺寸LED的N电极相互连接组 成的大功率LED阵列的俯视图。
具体实施例方式给出以下描述，以使得本领域技术人员可以制造并使用本发明，且它们是在具体 应用及其需求的背景下提供的。公开实施例的多种变型对于本领域技术人员来说是显而易 见的，且在不偏离发明范围的前提下，这里限定的一般原理可以应用于其他实施例和应用 中。因此，本发明并不限于给出的实施例，而是与所附权利要求的最大范围一致。本发明的实施例提供一种利用晶片邦定技术制备大功率LED阵列的方法，该方法 不会降低器件良率。一般来说，增大LED的发光面积能够提高其亮度。但是，本发明提供了 一种利用常规尺寸LED并联制备大功率LED阵列的方法，而不是制备单个具有大发光区域 的LED。该LED阵列的良率近似于常规尺寸器件的良率。图1图示了按照本发明公开的方法制备大功率LED阵列的工艺流程图。其制造 过程包括首先在生长衬底上刻蚀出十字形凹槽，从而在所述生长衬底上形成台面(步骤 110)。然后在所述生长硅衬底上的每个台面上制备铟镓铝氮(InGaAlN)LED多层结构(步 骤120)。接下来在所述多层结构上沉积一层金属邦定层，准备另一覆有金属邦定层的导电 衬底，并与所述多层结构进行压焊。晶片邦定后，之前在生长衬底单个台面上制备的LED结构，现在呈阵列状定位在导电衬底上(步骤130)。随后利用湿法刻蚀去除生长衬底(步骤 140)。接着在LED上沉积一层钝化层和电极层(步骤150)。形成导电通路，将一定数量的 常规尺寸LED连接在一起，从而形成大功率LED阵列(步骤160)。图2A图示了部分生长衬底200上常规尺寸的LED被凹槽分割的俯视图。如图2A 所示，生长衬底200上刻蚀出预订宽度的十字形凹槽220，从而形成了用于制备LED的台面。 晶片邦定后，初始生长衬底上形成的间隔仍然保留在LED结构之间，从而形成发光区域相 互独立的常规尺寸LED 210阵列。在一个实施例中，多个LED结构连接在一起，形成了大功率LED阵列。LED器件的 相互独立使得阵列结构成为可能。一定数量(例如9)的相邻常规尺寸LED 210形成一个大 功率LED阵列240。注十字形凹槽220可能有不同或相同的宽度和深度。此外，凹槽220 必须足够宽，以确保两个独立台面上的LED结构不会相连。实际所需的凹槽深度和宽度可 能有LED多层结构的厚度决定。在一个实施例中，十字形凹槽具有不同的宽度(例如，部分宽部分窄)。窄的凹槽 分割单个常规尺寸的LED，宽的凹槽分割大功率LED阵列。每个LED阵列的尺寸，以及相应 的十字形凹槽图案，由预定的单个LED阵列功率输出决定。图2B图示了常规尺寸的LED被同样宽度的凹槽分割的横截图。图2B中凹槽220 具有同样的宽度。更进一步的，如图2C所示，常规尺寸的LED可能有不同宽度的凹槽分割。 图2C中凹槽220比凹槽222窄。宽凹槽222划分LED阵列之间的边界，窄凹槽220分割阵 列中的单个LED。图2D图示了带有N型电极层及钝化层LED的横截图。注意在此实施例中，假定N 型层比P型层先制备在生长衬底上，晶片邦定后多层结构被倒置，N型层朝上，P型层与导电 衬底进行邦定。根据步骤150，在LED结构邦定至导电衬底215之后，生长钝化层240以覆 盖凹槽220的底部和侧面，接着在LED结构顶部生长N型电极230。所制备的LED预先进行 图形化或光刻处理，预留出电极区域，再生长可由二氧化硅构成的钝化层240。完成后暴露 出电极区域，可选择性的沉积电极。图2E-2G对应步骤160。图2E图示了根据本发明公开的方法制备的基于常规尺寸 LED的大功率LED阵列的横截图，其中多个LED聚集在一起并由同一个电源供电。在此实施 例中，细线260连接了两相邻的常规尺寸LED的N型电极232和234，可形成导电通路连接 导电衬底上的一定数量(例如9)的常规尺寸LED，从而使阵列中各个LED并联并由同一电 源供电。假定每个LED的P型层及导电衬底215之间形成欧姆接触，作为阵列中所有LED共 用的P电极。此外，除了用焊线连接相邻的两个LED之外，还可以在生长电极时同时在相邻 两个LED的电极间形成金属导电通路。钝化层能够有效的将LED侧面与金属分隔开来。图 2F图示了由9个用导电线连接的常规尺寸LED组成的大功率LED阵列的俯视图。封装时， 一个或多个LED电极与外部电压源相连，而且阵列中的LED可以用不同的布线方式连接。图2G图示了包括常规尺寸LED的大功率LED阵列的横截图，其中常规尺寸LED的 欧姆接触分别与导电线相连。除了图2F所示布线方式外，用单独连接至外部电压源的导线 262与一定数量的常规尺寸LED连接，也可以形成并联电路，组成大功率LED阵列。图2H图 示了由9个由N型电极连接的常规尺寸LED组成的大功率LED阵列的俯视图。更进一步的，一个阵列中的LED电极可以在沉积过程中彼此连接。也就是说，晶片和LED器件可被图形化，使得电极材料沉积时单个LED电极与另一 LED电极相连。这种图 形化沉积的电极材料可以在一个阵列中的所有LED间形成导电通路，从而避免后续的LED 间的焊线。注上述实施例中所描述的3X3阵列结构仅为例证，其他阵列结构，如3X4， 4X4，4X5，5X5等等也是可行的。以下的示范应用进一步说明了本发明的实施例。使用化学气相沉积方法制备常 规尺寸LED。制备过程包括以下步骤首先，对硅生长衬底进行图形化处理及刻槽。在本 发明一实施例中，凹槽宽约20 μ m。结果在生长衬底上形成台面。接着在生长衬底上制备 InxGayAl1^N多层结构，其中每个台面支撑独立的LED结构。随后在多层结构及另一导电 硅衬底上分别沉积一层金属邦定层，例如金。然后倒置多层结构并与导电硅衬底进行邦定。 在300°C或低于300°C的温度下，应用600公斤的作用力，在预定时间段内进行邦定。邦定 结构包括夹在生长衬底及导电衬底之间的多个LED器件。然后将所述邦定结构放入由氢氟 酸、硝酸及醋酸组成的溶液中，直至硅衬底被去除。应注意的是，导电衬底不会被湿法刻蚀 液腐蚀，因此仍与结构邦定在一起。应注意的是，移除生长衬底后，凹槽仍然保留并分隔LED，从而形成发光区域相互 分离的LED阵列。在一个实施例中，有两种不同宽度的凹槽。两个相邻的宽凹槽之间有两 个窄凹槽。该图案形成了包含9个常规尺寸LED的大功率LED阵列。随后形成金锗镍合金构成的N型电极层和二氧化硅构成的钝化层。最后，钝化层 上形成的细金属导电通路将单个阵列中两两相邻的常规尺寸LED连接起来。布线方式如图 2F所示，9个LED并联。常规尺寸LED的顶部形成一个或多个N型电极，作为大功率LED阵 列的负极。导电衬底作为大功率LED阵列的正极。接着沿宽凹槽对晶片进行切割，分割LED 阵列。更进一步的，LED结构可直接制备在图形化的导电衬底上，省去了晶片邦定的步骤。本发明通过给出不同实施例详尽地进行描述，并用不同的例子来说明本发明，其 目的在于帮助实施本发明的不同特征或组成。它们并非旨在将本发明的应用限制于所给出 的描述。在不偏离本发明精神实质的前提下，可以对本发明的特征或组成进行修改，但修改 仍与所附权利要求范围一致。
权利要求
一种制备大功率发光二极管(LED)的方法，该方法包括在生长衬底上刻蚀凹槽，从而在所述生长衬底上形成台面；在所述生长衬底上的台面上制备铟镓铝氮(InGaAlN)LED多层结构，其中各个台面支撑独立的LED结构；将所述多层结构与导电衬底进行邦定；去除生长衬底；在所述的InGaAlN多层结构上沉积一层钝化层和电极层，所述钝化层覆盖凹槽的侧面和底部；形成导电通路以连接多个相邻的单个LED，使所述LED由同一个电源同时供电，从而形成大功率LED阵列。
2.根据权利要求1所述的制备大功率LED阵列的方法，其特征在于所述凹槽的宽度为 15-25 μ m0
3.根据权利要求1所述的制备大功率LED阵列的方法，其特征在于所述凹槽的宽度约 为 20 μ m。
4.根据权利要求1所述的制备大功率LED阵列的方法，其特征在于所述凹槽宽度大致 相同。
5.根据权利要求1所述的制备大功率LED阵列的方法，其特征在于所述凹槽的宽度有 所区别；宽的凹槽划分LED阵列之间的边界；窄的凹槽划分阵列中的单个LED。
6.根据权利要求1所述的制备大功率LED阵列的方法，其特征在于所述电极由金锗镍 合金构成。
7.根据权利要求1所述的制备大功率LED阵列的方法，其特征在于所述钝化层由二氧 化硅构成。
8.根据权利要求1所述的制备大功率LED阵列的方法，其特征在于在相邻的LED电极 之间沉积一层金属层，从而形成连接相邻LED的导电通路。
9.根据权利要求1所述的制备大功率LED阵列的方法，其特征在于将导电线连接至所 述相邻LED的电极，再将导电线连接起来，形成导电通路连接相邻的LED。
10.一种半导体发光器件，包括由一共同导电衬底支撑并连接的多个LED器件；所述每个LED器件由一个或多个凹槽分隔开；所述每个LED器件包括多层结构上的电极；所述凹槽覆盖了一层钝化层；至少一个导电通路连接相邻LED的电极，使得所述多个 LED器件由同一电源供电并同时发光，形成大功率LED阵列。
11.根据权利要求10所述的半导体发光器件，其特征在于所述凹槽的宽度为 15-25 μ m0
12.根据权利要求10所述的半导体发光器件，其特征在于所述凹槽的宽度约为20μ m。
13.根据权利要求10所述的半导体发光器件，其特征在于所述凹槽宽度大致相同。
14.根据权利要求10所述的半导体发光器件，其特征在于所述凹槽的宽度有所区别；宽的凹槽划分LED阵列之间的边界；窄的凹槽划分阵列中的单个LED。
15.根据权利要求10所述的半导体发光器件，其特征在于所述电极由金锗镍合金构成。
16.根据权利要求10所述的半导体发光器件，其特征在于所述钝化层由二氧化硅构成。
17.根据权利要求10所述的半导体发光器件，其特征在于在相邻的LED电极之间按预 定图案沉积一层金属层，从而形成连接相邻LED的导电通路。
18.根据权利要求10所述的半导体发光器件，其特征在于将导电线连接至所述相邻 LED的电极，再将导电线连接起来，形成导电通路连接相邻的LED。
全文摘要
本发明公开了一种制备大功率发光二极管(LED)的方法。该方法包括在生长衬底上刻蚀凹槽，从而在所述生长衬底上形成台面；然后在所述生长衬底上的台面上制备铟镓铝氮(InGaAlN)LED多层结构，其中各个台面支撑独立的LED结构；然后将所述多层结构与导电衬底进行邦定；去除生长衬底；随后在所述的InGaAlN多层结构上沉积一层钝化层和电极层，所述钝化层覆盖凹槽的侧面和底部；形成导电通路以连接一定数量相邻的单个LED，使所述LED由同一个电源同时供电，从而形成大功率LED阵列。
文档编号H01L33/44GK101919075SQ200880128209
公开日2010年12月15日 申请日期2008年3月25日 优先权日2008年3月25日
发明者刘军林, 江风益, 汤英文, 王立 申请人:晶能光电(江西)有限公司