一种简易odr结构的倒装氮化镓基发光二极管及其制备方法
【专利摘要】一种简易ODR结构的倒装氮化镓基发光二极管及其制备方法，涉及发光二极管生产技术领域。在采用DBR结构反射镜的倒装LED中，引入金属Ag作为金属焊盘材料，通过Ag/TiW/Pt/Au或Ni/Ag/TiW/Pt/Au来构成金属焊盘，令带有Ag的金属焊盘和DBR结构形成ODR结构，令大部分芯片发光面均有ODR结构。采用Ag焊盘的ODR结构来提升对不同角度的入射光的反射率，可以将反射率均值提高至95%以上，预计可以提高LED的亮度约1%。
【专利说明】
一种简易ODR结构的倒装氮化镓基发光二极管及其制备方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及发光二极管生产技术领域。
【背景技术】
[0002]发光二极管(Light Emitting D1de, LED)作为代替白炽灯和荧光灯的新一代环保光源，被广泛应用在照明、显示和背光等领域。与传统照明光源相比，LED具有效率高、能耗低、寿命长、无污染、体积小、色彩丰富等诸多优点。
[0003]常规的正装LED，光从ITO表面出射，ITO材料对出射光有吸收作用，会导致亮度的降低，同时蓝宝石衬底导热率低，散热差。而倒装结构LED通过将正装LED倒置封装，使得光从蓝宝石衬底出射，克服了传统结构中P电极和ITO对光的吸收和遮挡，并且利用了蓝宝石衬底折射率处于GaN折射率和空气折射率之间的特点，进一步提高了LED的出光效率。同时倒置封装的焊点可以作为芯片的散热通道，芯片工作时产生的热可以通过焊点传输至散热性能远尚于监宝石的基板(如Si基板)上散热，提尚了 LED的散热能力。
[0004]倒装LED的结构通常包括依次设置的衬底、N-GaN、有源区和P-GaN，通过刻蚀LED芯片形成台阶，将N-GaN裸露出来，在未刻蚀的P-GaN表面有P电极金属，在N-GaN的台阶面上有N电极金属，在P-GaN表面设置有反射镜结构，反射镜结构之上包覆有绝缘层，绝缘层之上是与电极金属接触的金属焊盘。
[0005]目前中国国内相关的倒装LED发明，如中国发明CN201510080456.8采用主流的Ag反射镜结构，但是Ag是不稳定的金属，容易氧化导致反射率下降，同时容易迀移形成漏电通道降低芯片良率；如中国发明专利CN201410274219.0采用ITO和DBR结构，DBR结构性能稳定，但是反射率不如Ag;再如中国发明专利CN201510080456.8采用的是Ag反射镜和DBR结构，在一定程度上增加了反射率。但是这些发明在芯片最外层的金属焊盘依然是采用常规的Cr/Al/Ti/Pt/Au或Ni/Al/Au或Cr/Pt/Au等金属，对不同角度的入射光的反射率均值在85%左右甚至更低。如何进一步的提高光反射，提升倒装LED的亮度，是亟需技术人员解决的问题。
【发明内容】
[000?]本发明的目的是提出一种可有效提尚LED壳度的简易ODR结构的倒装氣化嫁基发光二极管。
[0007]本发明包括衬底和设置在衬底上的N-GaN层，在N-GaN层上呈台阶状依次设置有源区、P-GaN层和电流扩展层，在电流扩展层上设置P电极，在台阶底部的N-GaN层上设置N电极，在背离衬底一侧的裸露N-GaN层、有源区、P-GaN层、电流扩展层、P电极和N电极表面分别设置DBR结构层;其特征在于在DBR结构层上方分别设置N极焊盘和P极焊盘，所述N极焊盘和P极焊盘为Ag/TiW/Pt/Au或Ni/Ag/TiW/Pt/Au;所述金属N极焊盘与N电极导电连接，所述金属P极焊盘与P电极导电连接。
[0008]本发明所述N极焊盘和P极焊盘的材料是相同的，或者为Ag/TiW/Pt/Au，或者为Ni/Ag/TiW/Pt/Au。
[0009]本发明在采用DBR结构反射镜的倒装LED中，引入金属Ag作为金属焊盘材料，通过Ag/TiW/Pt/Au或Ni/Ag/TiW/Pt/Au来构成金属焊盘，令带有Ag的金属焊盘和DBR结构形成ODR结构，同时为了保证本发明的简易ODR结构的效果，焊盘占芯片发光面积比应在50%?90%范围内，进一步优选的，N极焊盘和P极焊盘总面积占芯片发光面积的80%?90%，这样的结构令大部分芯片发光面均有ODR结构。常规的Cr/Al/Ti/Pt/Au焊盘对不同角度的入射光的反射率均值在85%左右，而采用Ag焊盘的ODR结构来提升对不同角度的入射光的反射率，可以将反射率均值提高至95%以上，预计可以提高LED的亮度约1%。
[0010]本发明提出通过Ag/TiW/Pt/Au或Ni/Ag/TiW/Pt/Au来制备金属焊盘，通过Ag和DBR结构形成ODR结构来提升对不同角度的入射光的反射率，采用Ag焊盘的ODR结构可以将反射率均值提高至95%以上，可以提高LED的亮度约1%。
[0011]另外，为了保证本产品的简易ODR结构的效果，令大部分芯片发光面均有ODR结构，本发明N极焊盘和P极焊盘总面积占芯片发光面积的50%?90%。
[0012]本发明另一目的是提出以上产品的制备方法，包括以下步骤:
1)在衬底上制作N-GaN层、有源区和P-GaN层的外延层；
2)在LED芯片上表面向下刻蚀，直至裸露出部分N-GaN层；
3)将ITO材料蒸镀于LED芯片上表面，光刻后通过化学腐蚀去除多余的部分，形成在P-GaN层表面的电流扩展层；
4)将N电极和P电极金属蒸镀于LED芯片上表面，通过剥离工艺去除多余部分，形成N电极层和P电极层；
5)将交替的高折射率材料层和低折射率材料层组成的DBR结构层蒸镀于LED芯片上表面，所述高折射率材料层为Ti0、Ti02、Ti305、Ta203中的至少任意一种，所述的低折射率材料层为Si02、SiNx、Al203中的至少任意一种，经刻蚀，裸露出N电极和P电极；
6)在芯片上表面先蒸镀或溅射48或附/^8，然后再蒸镀或溅射411、511、？(1、？丨、11、￥中的至少任意一种合金，经剥离形成P极焊盘和N极焊盘，并将各焊盘和相应的电极连接。
[0013]本发明工艺方便生产，制成的产品稳定性好。
[0014]所述步骤2)中，刻蚀后形成的N-GaN层台阶高度为10000A?16000A。该台阶高度目的是为了令N-GaN裸露出来，根据外延结构不同，表面P-GaN及有源区厚度在5000A?11OOOA范围内，因此令ICP刻蚀深度为1000A?16000A，形成该台阶。
[0015]所述步骤4)中P电极和N电极金属所选用的金属包括Ag、Al、Au、Cr、N1、Pd、Pt、T1、N1、评中的至少任意一种，厚度共计为1000A?30000A。
[0016]为了电极和焊盘之间良好的接触，所述步骤4)中P电极和N电极更优选的金属为Cr/Al/Ti/Pt/Au/T1
[0017]所述步骤5)中所述交替的高折射率材料层和低折射率材料层为2?30对Si02/Ti02组成的DBR结构，厚度共计3000?30000A。该材料和厚度选择的目的是为了令垂直入射光的反射率达到95%以上。
[0018]所述步骤6)中P极焊盘和N极焊盘总面积占芯片发光面积的50%?90%。
[0019]所述步骤6 )中P极焊盘和N极焊盘总面积占芯片发光面积的80%?90%。
[0020]本工艺通过Ag/TiW/Pt/Au或Ni/Ag/TiW/Pt/Au来制备金属焊盘，通过Ag和DBR结构形成ODR结构来提升对不同角度的入射光的反射率，采用Ag焊盘的ODR结构可以将反射率均值提高至95%以上，可以提高LED的亮度约1%。
[0021]另外，本工艺可以达到大部分芯片发光面均有ODR结构。
【附图说明】
[0022]图1为本发明的俯向视示图。
[0023]图2为图1中的A-A断面图。
[0024]图3为图1中的B-B断面图。
[0025]图4为本发明与常规芯片的不同角度反射率效果对比图。
【具体实施方式】
[0026]一、LED芯片生产工艺过程:
例1:
1、在衬底上制作外延层，主要包括依次设置的衬底上的N-GaN层、有源区和P-GaN层。
[0027]2、光刻后通过ICP工艺刻蚀LED芯片形成台阶，将N-GaN层裸露出来，台阶高度范围1000A?16000A。优选 14000A。
[0028]3、将厚度范围100A?3000A的ITO蒸镀于LED芯片上表面，光刻后通过化学腐蚀去除多余的部分，形成电流扩展层。优选ιιοοΑ。
[0029]4、将N电极和P电极金属蒸镀于LED芯片上表面，通过剥离工艺去除多余部分，形成N电极和P电极。为了电极和焊盘之间良好的接触，P电极和N电极金属所选用的金属包括Ag、Al、Au、Cr、N1、Pd、Pt、T1、N1、W中的一种或几种合金，厚度范围约为1000A?30000A。优选采用Cr/Al/Ti/Pt/Au/Ti共13500 A0
[0030]5、将交替的高折射率材料层和低折射率材料层组成的DBR结构层蒸镀于LED芯片上表面，所述高折射率材料层为Ti0、Ti02、Ti305、Ta203中的一种或多种组成，所述的低折射率材料层为Si02、SiNx、Al203中的一种或多种组成，厚度范围约3000?30000A，光刻后通过ICP刻蚀，裸露出N电极和P电极。优选采用15对Si02/Ti02组成的DBR结构，厚度约14000A。
[0031]6、先以Ag在芯片上表面蒸镀或溅射，然后再以Au、Sn、Pd、Pt、T1、W中的一种或几种合金蒸镀或溅射，厚度范围约1000A?30000A。，通过剥离工艺去除多余部分形成P极焊盘和N极焊盘，焊盘占芯片发光面积比应在50%?90%范围内，并通过步骤5中的DBR开孔将各焊盘和相应的电极连接。优选采用蒸镀形成的Ag/TiW/Pt/Au结构，厚度共10000A，P极焊盘和N极焊盘的总面积占芯片发光总面积的50%?90%，本例选用85%。
[0032]例2:
1、在衬底上制作外延层，主要包括依次设置的衬底上的N-GaN层、有源区和P-GaN层。
[0033]2、光刻后通过ICP工艺刻蚀LED芯片形成台阶，将N-GaN层裸露出来，台阶高度范围10000A?16000A。优选 14000A。
[0034]3、将厚度范围100A?3000A的ITO蒸镀于LED芯片上表面，光刻后通过化学腐蚀去除多余的部分，形成电流扩展层。优选ιιοοΑ。
[0035]4、将N电极和P电极金属蒸镀于LED芯片上表面，通过剥离工艺去除多余部分，形成N电极和P电极。为了电极和焊盘之间良好的接触，P电极和N电极金属所选用的金属包括Ag、八1^11、(>、附、？(1^11、附、1中的一种或几种合金，厚度范围约为100(^?30000A。优选采用Cr/Al/Ti/Pt/Au/Ti共13500 A。
[0036]5、将交替的高折射率材料层和低折射率材料层组成的DBR结构层蒸镀于LED芯片上表面，所述高折射率材料层为Ti0、Ti02、Ti305、Ta203中的一种或多种组成，所述的低折射率材料层为Si02、SiNx、Al203中的一种或多种组成，厚度范围约3000?30000A，光刻后通过ICP刻蚀，裸露出N电极和P电极。优选采用15对Si02/Ti02组成的DBR结构，厚度约14000A。
[0037]6、先以附/^8在芯片上表面蒸镀或溅射，然后再以六11、511、？(1^11、1中的一种或几种合金蒸镀或溅射，厚度范围约1000A?30000A，通过剥离工艺去除多余部分形成P极焊盘和N极焊盘，焊盘占芯片发光面积比应在50%?90%范围内，并通过步骤5中的DBR开孔将各焊盘和相应的电极连接。优选采用蒸镀形成的Ni/Ag/TiW/Pt/Au结构，厚度共10000A，其中Ni厚度I?10 A，用来保证焊盘中的Ag和金属电极的良好接触，但是Ni本身对光有一定的吸收作用，会降低约5%以内的反射率，P极焊盘和N极焊盘的总面积占芯片发光总面积的50%?90%，本例选用90%。
[0038]二、产品结构:
如图1、2、3所示，本发明在衬底1I上设置有N-GaN层102，在N-GaN层102上呈台阶状依次设置有源区103、P-GaN层104和电流扩展层105。
[0039]在电流扩展层105上设置P电极107，在台阶底部的N-GaN层102上设置N电极106。在背离衬底一侧的裸露N-GaN层102、有源区103、P-GaN层104、电流扩展层105、P电极107和N电极106表面分别设置DBR结构层108。
[0040]在DBR结构层108上方分别设置N极焊盘109和P极焊盘110，金属N极焊盘109与N电极106导电连接，金属P极焊盘110与P电极107导电连接。
[0041 ] N极焊盘109和P极焊盘110的材料是相同的，或者为Ag/TiW/Pt/Au，或者为Ni/Ag/TiW/Pt/Au。
[0042]三、产品性能:
本发明采用Ag后的不同角度反射率大大超过采用Cr/Al/Ti/Pt/Au结构的产品，从原有的85%提升至95%，对比如附图4所示。
【主权项】
1.一种简易ODR结构的倒装氮化镓基发光二极管，包括衬底和设置在衬底上的N-GaN层，在N-GaN层上呈台阶状依次设置有源区、P-GaN层和电流扩展层，在电流扩展层上设置P电极，在台阶底部的N-GaN层上设置N电极，在背离衬底一侧的裸露N-GaN层、有源区、P-GaN层、电流扩展层、P电极和N电极表面分别设置DBR结构层;其特征在于在DBR结构层上方分别设置N极焊盘和P极焊盘，所述N极焊盘和P极焊盘为Ag/TiW/Pt/Au或Ni/Ag/TiW/Pt/Au;所述金属N极焊盘与N电极导电连接，所述金属P极焊盘与P电极导电连接。2.根据权利要求1所述简易ODR结构的倒装氮化镓基发光二极管，其特征在于:N极焊盘和P极焊盘总面积占芯片发光面积的50%?90%。3.根据权利要求2所述简易ODR结构的倒装氮化镓基发光二极管，其特征在于:N极焊盘和P极焊盘总面积占芯片发光面积的80%?90%。4.如权利要求1所述简易ODR结构的倒装氮化镓基发光二极管的制备方法，其特征在于包括以下步骤: I)在衬底上制作N-GaN层、有源区和P-GaN层的外延层； 2)在LED芯片上表面向下刻蚀，直至裸露出部分N-GaN层； 3)将ITO材料蒸镀于LED芯片上表面，光刻后通过化学腐蚀去除多余的部分，形成在P-GaN层表面的电流扩展层； 4)将N电极和P电极金属蒸镀于LED芯片上表面，通过剥离工艺去除多余部分，形成N电极层和P电极层； 5)将交替的高折射率材料层和低折射率材料层组成的DBR结构层蒸镀于LED芯片上表面，所述高折射率材料层为Ti0、Ti02、Ti305、Ta203中的至少任意一种，所述的低折射率材料层为Si02、SiNx、Al203中的至少任意一种，经刻蚀，裸露出N电极和P电极； 6)在芯片上表面先蒸镀或溅射Ag或Ni/Ag，然后再蒸镀或溅射Au、Sn、Pd、Pt、T1、W中的至少任意一种合金，经剥离形成P极焊盘和N极焊盘，并将各焊盘和相应的电极连接。5.根据权利要求4所述简易ODR结构的倒装氮化镓基发光二极管的制备方法，其特征在于所述步骤2)中，刻蚀后形成的N-GaN层台阶高度为10000A?16000A。6.根据权利要求4所述简易ODR结构的倒装氮化镓基发光二极管的制备方法，其特征在于所述步骤4)中P电极和N电极金属所选用的金属包括Ag、Al、Au、Cr、N1、Pd、Pt、T1、N1、W中的至少任意一种，厚度共计为1000A?30000A。7.根据权利要求4所述简易ODR结构的倒装氮化镓基发光二极管的制备方法，其特征在于所述步骤4)中P电极和N电极金属所选用的金属为Cr/Al/Ti/Pt/Au/Ti。8.根据权利要求4所述简易ODR结构的倒装氮化镓基发光二极管的制备方法，其特征在于所述步骤5)中所述交替的高折射率材料层和低折射率材料层为2?30对Si02/Ti02组成的DBR结构，厚度共计3000~30000A。9.根据权利要求4所述简易ODR结构的倒装氮化镓基发光二极管的制备方法，其特征在于所述步骤6)中P极焊盘和N极焊盘总面积占芯片发光面积的50%?90%。10.根据权利要求9所述简易ODR结构的倒装氮化镓基发光二极管的制备方法，其特征在于所述步骤6)中P极焊盘和N极焊盘总面积占芯片发光面积的80%?90%。
【文档编号】H01L33/36GK106098893SQ201610461104
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】周弘毅, 张永, 陈凯轩, 李俊贤, 刘英策, 陈亮, 魏振东, 李小平, 吴奇隆, 蔡立鹤, 邬新根, 黄新茂
【申请人】厦门乾照光电股份有限公司