倒装led芯片及其制备方法
【专利摘要】本发明提出了一种倒装LED芯片及其制备方法，提出的倒装LED芯片的制备方法具有免打线、散热性能好、电压低、亮度高、易封装等优势；相比较于其他倒装芯片，无需制备反射层、阻挡层、N链接层，使用设有图案的隔离层兼做反射层的作用，不需要制作面积大、厚度厚的PN焊接盘，制备方法简单，成本低。
【专利说明】倒装LED芯片及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及LED制造领域，尤其涉及一种倒装LED芯片及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在传统的正装结构LED芯片中，P型GaN掺杂困难导致空穴载流子浓度低下和不易长厚而导致电流不易扩散，当前普遍采用在P型GaN表面制备超薄金属薄膜或ITO薄膜的方法使电流得以均匀扩散。但是金属薄膜电极层会吸收部分光，降低出光效率。如果将金属薄膜电极层厚度减薄反过来又限制电流扩散层在P型GaN层表面实现均匀和可靠的电流扩散。ITO透光率虽然高达90%，但电导率却不及金属，电流的扩散效果亦有限。而且正装结构的电极和引线做到出光面，工作时会挡住部分光线。因此，这种P型接触结构制约了LED芯片的工作电流大小。另一方面，正装结构LED芯片的PN结热量通过蓝宝石衬底导出，鉴于蓝宝石的导热系数很低，对大尺寸的功率型芯片来说导热路径较长，正装结构LED芯片的热阻较大，工作电流也受到限制。
[0003]为了克服正装LED芯片的上述不足，业界提出一种倒装LED芯片(Flip chip)结构，如图1所示，包括蓝宝石衬底20、外延层30焊接层40。在进行封装时首先制备具有适合共晶焊接的大尺寸倒装LED芯片，同时制备相应尺寸的散热载基板10，并在其上制作共晶焊接电极的金导电层和引出导电层，例如超声波金丝球焊点U。然后，利用共晶焊接设备将大尺寸倒装LED芯片与散热载基板10通过超声波金丝球焊点11焊接在一起。在这种结构中，光从蓝宝石衬底发出。由于光不从电流扩散层出射，这样不透光的电流扩散层可以加厚，可以均匀倒装LED芯片的电流密度分布。同时这种结构还可以将PN结的热量直接通过金导电层或金属凸点导给热导系数比蓝宝石高3?5倍的的硅衬底，散热效果更优；而且在PN结与P电极之间增加了一个光反射层，又消除了电极和引线的挡光，因此这种结构具有电、光、热等方面较优的特性。由于其兼顾出光效率高和散热性好的优点，目前国内外多家公司开始加大对Flip-chip的研发投入。
[0004]新型倒装LED芯片制作方法是在LED芯片表面制备出两个面积大、厚度厚的PN电极盘以替代先前贴片支架上的超声波金丝球焊点，可以不需要散热基板直接共晶焊后使用。但是该方法需要反射层Ag、阻挡层(Barrier layer)、N链接层(Connect layer)的引入，此外电极(AuSn)面积的扩大和厚度增厚，会导致倒装LED芯片需要更多的制作工序、更多的贵金属，成本远远高于正装芯片。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种倒装LED芯片及其制备方法，可直接封装在相应的平面基板上，此外无需制备反射层、阻挡层及N链接层，制备方法简单，成本低。
[0006]为了实现上述目的，本发明提出了一种倒装LED芯片的制备方法，包括步骤:
[0007]提供衬底，在所述衬底上依次形成N型GaN、量子阱层及P型GaN ;
[0008]依次刻蚀所述P型GaN和量子阱层，形成电极平台，所述电极平台暴露出所述N型GaN ；
[0009]在所述P型GaN上形成透明导电层；
[0010]在所述透明导电层的表面形成设有图案的隔离层，所述隔离层的图案暴露出部分所述透明导电层，所述隔离层覆盖所述电极平台处的透明导电层、P型GaN和量子阱层的侧壁；
[0011]在所述图案的隔离层上形成P电极，所述P电极通过图案与所述透明导电层相连，在所述N型GaN及部分隔离层的表面形成N电极。
[0012]进一步的，在所述的倒装LED芯片的制备方法中，所述透明导电层的材质为ΙΤ0、AZO、ZnO或NiAu，采用电子束或溅射方式蒸镀形成。
[0013]进一步的，在所述的倒装LED芯片的制备方法中，所述设有图案的隔离层为分布布拉格反射镜，为S12和Ti3O5不同折射率材料的叠层，叠层范围为I?31层。
[0014]进一步的，在所述的倒装LED芯片的制备方法中，所述P电极和N电极采用蒸镀或派射方式形成，材质为Au或Sn并搭配Cr、Al、Ti或Pt。
[0015]进一步的，本发明还提出了一种倒装LED芯片，采用如上文所述的制备方法形成，包括:
[0016]衬底、N型GaN、量子阱层、P型GaN、透明导电层、设有图案的隔离层、P电极和N电极，其中，所述N型GaN、量子阱层、P型GaN和透明导电层依次堆叠形成在所述衬底的表面，所述N型GaN设有电极平台，所述电极平台暴露出所述N型GaN的表面和量子阱层、P型GaN及透明导电层的侧壁，所述设有图案的隔离层形成在所述量子阱层、P型GaN及透明导电层的侧壁及透明导电层的表面，并由图案暴露出所述透明导电层，所述P电极形成在所述设有图案的隔离层上并与暴露出的透明导电层相连，所述N电极形成在N型GaN的表面并覆盖部分设有图案的隔离层。
[0017]进一步的，在所述的倒装LED芯片中，所述倒装LED芯片的长宽比范围为1:1?5:1。
[0018]进一步的，在所述的倒装LED芯片中，所述P电极和N电极的俯视图为圆形或多边形。
[0019]与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在:提出的倒装LED芯片的制备方法具有免打线、散热性能好、电压低、亮度高、易封装等优势；相比较于其他倒装芯片，无需制备反射层、阻挡层、N链接层，使用设有图案的隔离层兼做反射层的作用，不需要制作面积大、厚度厚的PN焊接盘，制备方法简单，成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为现有技术中倒装LED芯片的结构示意图；
[0021]图2为本发明一实施例中倒装LED芯片的制备方法的流程图；
[0022]图3至图7为本发明一实施例中倒装LED芯片制备过程中的剖面示意图；
[0023]图8至图11为本发明一实施例中倒装LED芯片制备过程中的俯视图。
【具体实施方式】
[0024]下面将结合示意图对本发明的倒装LED芯片及其制备方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
[0025]为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
[0026]在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0027]请参考图2，在本实施例中，提出了一种倒装LED芯片的制备方法，包括步骤:
[0028]SlOO:提供衬底，在所述衬底上依次形成N型GaN、量子阱层及P型GaN ;
[0029]S200:依次刻蚀所述P型GaN和量子阱层，形成电极平台，所述电极平台暴露出所述N型GaN ;
[0030]S300:在所述P型GaN上形成透明导电层；
[0031]S400:在所述透明导电层的表面形成设有图案的隔离层，所述隔离层的图案暴露出部分所述透明导电层，所述隔离层覆盖所述电极平台处的透明导电层、P型GaN和量子阱层的侧壁；
[0032]S500:在所述图案的隔离层上形成P电极，所述P电极通过图案与所述透明导电层相连，在所述N型GaN及部分隔离层的表面形成N电极。
[0033]具体的，请参考图3，在步骤SlOO中，衬底100可以为蓝宝石衬底，在衬底100上依次形成N型GaN210、量子阱层220及P型GaN230。
[0034]请结合图4和图8，在步骤S200中，采用ICP或RIE设备进行干法刻蚀，依次刻蚀所述P型GaN230和量子阱层220，形成电极平台，所述电极平台暴露出所述N型GaN210。
[0035]接着，请参考图5和图9，在所述P型GaN230上形成透明导电层300，所述透明导电层300的材质为ΙΤ0、AZO、ZnO或NiAu，采用电子束或溅射方式蒸镀形成。
[0036]接着，请参考图6和图10，在所述透明导电层300的表面形成设有图案的隔离层400，所述隔离层400的图案暴露出部分所述透明导电层300，形成第一通孔410，用于后续形成P电极，所述隔离层400覆盖所述电极平台处的透明导电层300、P型GaN230和量子阱层220的侧壁，即暴露出电极平台上的N型GaN210，形成第二通孔420，用于后续形成N电极。在本实施例中，所述设有图案的隔离层400为分布布拉格反射镜(DBR)，为S12和Ti3O5不同折射率材料的叠层，叠层范围为I?31层，例如是10层。
[0037]接着，请参考图7和图11，在所述图案的隔离层400上形成P电极510，所述P电极510通过图案与所述透明导电层300相连，在所述N型GaN210及部分隔离层400的表面形成N电极520。所述P电极510和N电极520采用蒸镀或溅射方式形成，材质为Au或Sn并搭配Cr、Al、Ti或Pt。
[0038]在本实施例的另一方面，还提出了一种倒装LED芯片，采用如上文所述的制备方法形成，包括:
[0039]衬底100、N型GaN210、量子阱层220、P型GaN230、透明导电层300、设有图案的隔离层400,P电极510和N电极520，其中，所述N型GaN210、量子阱层220,P型GaN230和透明导电层300依次堆叠形成在所述衬底100的表面，所述N型GaN210设有电极平台，所述电极平台暴露出所述N型GaN210的表面和量子阱层220、P型GaN230及透明导电层300的侧壁，所述设有图案的隔离层400形成在所述量子阱层220、P型GaN230及透明导电层300的侧壁及透明导电层300的表面，并由图案暴露出所述透明导电层300，所述P电极510形成在所述设有图案的隔离层400上并与暴露出的透明导电层300相连，所述N电极520形成在N型GaN210的表面并覆盖部分设有图案的隔离层400。
[0040]其中，在本实施例中，所述倒装LED芯片的长宽比范围为1:1?5:1，例如是1:3。所述P电极510和N电极520的俯视图为圆形或多边形等，例如是方形。
[0041]综上，在本发明实施例提供的倒装LED芯片及其制备方法中，提出的倒装LED芯片的制备方法具有免打线、散热性能好、电压低、亮度高、易封装等优势；相比较于其他倒装芯片，无需制备反射层、阻挡层、N链接层，使用设有图案的隔离层兼做反射层的作用，不需要制作面积大、厚度厚的PN焊接盘，制备方法简单，成本低。
[0042]上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属【技术领域】的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种倒装LED芯片的制备方法，其特征在于，包括步骤: 提供衬底，在所述衬底上依次形成N型GaN、量子阱层及P型GaN ; 依次刻蚀所述P型GaN和量子阱层，形成电极平台，所述电极平台暴露出所述N型GaN; 在所述P型GaN上形成透明导电层； 在所述透明导电层的表面形成设有图案的隔离层，所述隔离层的图案暴露出部分所述透明导电层，所述隔离层覆盖所述电极平台处的透明导电层、P型GaN和量子阱层的侧壁； 在所述图案的隔离层上形成P电极，所述P电极通过图案与所述透明导电层相连，在所述N型GaN及部分隔离层的表面形成N电极。
2.如权利要求1所述的倒装LED芯片的制备方法，其特征在于，所述透明导电层的材质为ITO、AZO、ZnO或NiAu，采用电子束或溅射方式蒸镀形成。
3.如权利要求1所述的倒装LED芯片的制备方法，其特征在于，所述设有图案的隔离层为分布布拉格反射镜，为S12和Ti3O5不同折射率材料的叠层，叠层范围为I?31层。
4.如权利要求1所述的倒装LED芯片的制备方法，其特征在于，所述P电极和N电极采用蒸镀或派射方式形成，材质为Au或Sn并搭配Cr、Al、Ti或Pt。
5.一种倒装LED芯片，其特征在于，采用如权利要求1至4中任一项所述的制备方法形成，包括: 衬底、N型GaN、量子阱层、P型GaN、透明导电层、设有图案的隔离层、P电极和N电极，其中，所述N型GaN、量子阱层、P型GaN和透明导电层依次堆叠形成在所述衬底的表面，所述N型GaN设有电极平台，所述电极平台暴露出所述N型GaN的表面和量子阱层、P型GaN及透明导电层的侧壁，所述设有图案的隔离层形成在所述量子阱层、P型GaN及透明导电层的侧壁及透明导电层的表面，并由图案暴露出所述透明导电层，所述P电极形成在所述设有图案的隔离层上并与暴露出的透明导电层相连，所述N电极形成在N型GaN的表面并覆盖部分设有图案的隔离层。
6.如权利要求5所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述倒装LED芯片的长宽比范围为1:1 ?5:1。
7.如权利要求5所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述P电极和N电极的俯视图为圆形或多边形。
【文档编号】H01L33/48GK104269486SQ201410468375
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2014年9月15日
【发明者】李智勇, 徐惠文, 张宇, 李起鸣 申请人:映瑞光电科技(上海)有限公司