一种高亮度GaN基共晶焊发光二极管的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种高亮度GaN基共晶焊发光二极管的制造方法，包括以下步骤：提供一衬底；在该衬底上生长LED外延层，自P型导电层向下刻蚀，贯穿P型导电层、发光层，直至刻蚀到N型导电层的某一层面，形成若干导电孔洞；在上述步骤3）之后获得的结构的LED外延层上形成导电薄膜层；在所述导电孔洞的侧壁以及导电薄膜层上形成绝缘层；然后在所述导电孔洞内以及绝缘层上形成金属电极并将该金属电极间隔形成正电极和负电极，所述负电极与所述导电薄膜层接触；减薄衬底或激光剥离衬底后倒装共晶焊该发光二极管。本发明有效的解决了正装LED芯片蓝宝石衬底散热差的缺点，又解决了传统覆晶LED芯片的工艺复杂问题，并进一步极大的提高了散热性能。
【专利说明】一种高亮度GaN基共晶焊发光二极管的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种发光二极管芯片的制备工艺，特别是涉及一种高亮度GaN基共晶 焊发光二极管的制造方法。
【背景技术】
[0002] 发光二极管（Light Emitting Diode,简称LED)是一种半导体发光器件，利用半导 体P-N结电致发光原理制成。LED具有能耗低，体积小、寿命长，稳定性好，响应快，发光波长 稳定等好的光电性能，目前已经在照明、家电、显示屏、指示灯等领域有很好的应用。
[0003] 传统的LED器件制备工艺已经日渐成熟，热阻高、光效低、封装后电极引线阻挡发 光、抗静电能力差成为了行业内的四大难题。倒装焊技术(传统的倒装焊LED芯片结构如图 14所示）是把一个LED芯片和一个基片结合在一起，芯片的电极引线做在芯片下面与基片 连在一起，封装过程中基片链接支架(或者导电基板)，LED发出的光线从正面发出，电极引 线不阻挡光线，量子阱层（MQW)更贴近基板有利于散热，可以缓解上述的难点。但是倒装焊 技术需要芯片和封装支架之间添加一个基板，基板的添加制备复杂，技术难点多，吸收光线 等缺点。
[0004] 传统的正装与覆晶GaN基LED器件结构如图15所示，传统的正装结构由于蓝宝石 (Sapphire)的厚度高达150um左右，极大的限制了器件的散热效果。覆晶结构由于Si的厚 度也在150um以上，也限制了器件的散热效果。
【发明内容】
[0005] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种商壳度GaN基共晶焊 发光二极管的制造方法，用于解决现有技术中LED器件热阻高、光效低、封装后电极引线阻 挡发光、抗静电能力差的问题。
[0006] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种1?壳度GaN基共晶焊发光_极 管的制造方法，该方法包括以下步骤：
[0007] 1)提供一衬底；
[0008] 2)在该衬底上生长LED外延层，所述LED外延层自下而上至少包括：N型导电层、 发光层以及P型导电层；
[0009] 3)自所述P型导电层向下刻蚀，贯穿P型导电层、发光层，直至刻蚀到N型导电层 的某一层面，形成若干导电孔洞；
[0010] 4)在上述步骤3)之后获得的结构的LED外延层上形成导电薄膜层；
[0011] 5)在所述导电孔洞的侧壁以及导电薄膜层上形成绝缘层；
[0012] 6)然后在所述导电孔洞内以及绝缘层上形成金属电极并将该金属电极间隔形成 正电极和负电极，所述负电极与所述导电薄膜层接触；
[0013] 7)减薄衬底或激光剥离衬底后倒装共晶焊该发光二极管。
[0014] 本发明的有效的解决了正装LED芯片蓝宝石衬底散热差的缺点，又解决了传统覆 晶LED芯片的工艺复杂问题，并进一步极大的提高了散热性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1显示为本发明实施例一中衬底结构示意图。
[0016] 图2显不为本发明实施例一中利用有机金属气相沉积技术在衬底上生长出GaN半 导体层的结构示意图。
[0017] 图3a显示为本发明实施例一利用光刻及刻蚀技术进行局部刻蚀，形成导电孔洞 的结构示意图。
[0018] 图3b显示为图3a的俯视图。
[0019] 图4显示为本发明实施例一利用镀膜技术在半导体层上蒸镀一层透明导电层，形 成透明导电层的结构示意图。
[0020] 图5a显示为本发明实施例一使用0DR等设备在导电洞和透明导电层上形成高反 射层的结构示意图。
[0021] 图5b显示为图5a的俯视图。
[0022] 图6a显示为本发明实施例一利用光刻、蒸镀或者压印技术在导电洞以及导电薄 膜部分区域蒸镀金属电极的结构示意图。
[0023] 图6b显示为图6a的俯视图。
[0024] 图7显示为本发明实施例一利用研磨抛光技术将晶片衬底减薄后的结构示意图。
[0025] 图8显示为本发明实施例一产品倒装共晶焊。
[0026] 图9a显示为本发明实施例二使用蒸镀技术在P型导电层上表面蒸镀一层导电的 高反射材料薄膜的结构示意图。
[0027] 图9b为图9a的俯视图。
[0028] 图10a显示为本发明实施例二利用蒸镀、光刻等技术，在导电的高反射材料薄膜 表面部分区域和导电孔洞侧壁上覆盖一层绝缘薄膜的结构示意图。
[0029] 图10b为图10a的俯视图。
[0030] 图11a显示为本发明实施例二利用光亥lj、蒸镀或者压印技术在导电洞以及导电薄 膜部分区域蒸镀金属电极的结构示意图。
[0031] 图lib为图11a的俯视图。
[0032] 图12显示为本发明实施例二利用研磨抛光技术将晶片衬底减薄后的结构示意 图。
[0033] 图13显示为本发明实施例二产品倒装共晶焊的结构示意图。
[0034] 图14为传统的倒装焊LED芯片结构示意图。
[0035] 图15为传统的正装与覆晶GaN基LED器件结构示意图。
[0036] 元件标号说明
[0037] 101、201 衬底
[0038] 102,202 N 型导电层
[0039] 103,203 发光层
[0040] 104、204 P 型导电层
[0041] 105 透明导电薄膜
[0042] 106 不导电的高反射薄膜层
[0043] 1061 第一间隔
[0044] 107、207 金属电极
[0045] 1071、2071 正电极
[0046] 1072,2072 负电极
[0047] 200 第二间隔
[0048] 205 导电的高反射薄膜层
[0049] 206 绝缘薄膜
[0050] 100、210 导电孔洞
【具体实施方式】
[0051] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书 所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实 施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离 本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0052] 请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明 的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形 状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布 局型态也可能更为复杂。
[0053] -种高亮度GaN基共晶焊发光二极管的制造方法，该方法包括以下步骤：
[0054] 1)提供一种衬底，可为正反两个表面透光的双抛衬底，也可以为单抛衬底；该衬底 可为PSS图形衬底，也可以为平板衬底；
[0055] 2)在衬底上生长LED外延层，自下而上至少包括：N型导电层、发光层、P型导电层。 在所述衬底与所述N型导电层之间还可以包括缓冲层；
[0056] 3)刻蚀形成导电孔洞，所述导电孔洞贯穿P型导电层、发光层，刻蚀到N型导电层 的某一层面，露出N型导电层(例如N型GaN层）；导电孔洞的个数可为大于等于1的任一 整数，形状可为三角形、矩形、圆形、多边形等，导电孔洞的深度满足底端链接N型导电层即 可，面积可以按工艺要求设计；
[0057] 4)利用光刻技术，在指定区域生长导电薄膜(透明导电层)、高反射层薄膜层，形成 欧姆接触、键合层；导电薄膜的材料可为ΙΤΟ、ΑΖ0等导电薄膜。高反射层薄膜的材料可为 Si02、Ti02、Ag、Al等或者各材料之间的合理搭配；
[0058] 5)形成金属电极，隔离为正电极和负电极；金属电极材料可为Cr、Pt、Au、Ti、Al、 Sn等或者各材料之间的合理搭配。正负电极之间存在一段间隔（Gap)，形状可为矩形、多边 形、平行的曲线等，间隔（Gap)里可填充Si0 2等绝缘材料或者预留空档位置。与N型导电层 接触的电极不能与导电薄膜或者导电的高反射层接触；
[0059] 6)减薄衬底，或者激光剥离衬底；减薄衬底可使用研磨、抛光等工序；
[0060] 7)倒装共晶焊芯片。
[0061] 实施例一
[0062] 如图1所示，提供一透光衬底101 (图形化衬底或平板衬底均可)，如图2所示使用 MOCVD工艺生长外延层，该外延层自下向上一次包括N型GaN层102、发光层MQW103、P型 GaN层104。在所述衬底与所述N型导电层之间还可以包括缓冲层(未图示)。
[0063] 下一步，如图3a_图3b所示，利用光刻、刻蚀等技术，刻蚀若干导电孔洞100,要求 刻蚀贯穿P型GaN层104以及发光层MQW103,直至刻蚀到N型GaN层102内的部分区域。 形成的导电孔洞数量可以为大于等于1的任何一个整数数值，刻蚀导电孔洞的横截面形状 可以为矩形、圆形等任意形状，面积可以按工艺要求设定。本实施例中，附图及以下说明按 9个圆形导电孔洞解释。
[0064] 下一步，如图4所示，利用镀膜（E-beam、sputter等)、光刻、腐蚀(湿法腐蚀或者干 法刻蚀等)等工艺技术在P型GaN层104上表面沉积一层透明导电薄膜105 (例如ΙΤ0/ΑΖ0 等)，起到均匀分布电流的作用。
[0065] 下一步，如图5a所示，利用蒸镀(可采用ODR、PECVD等设备)、光刻、腐蚀等技术在 该透明导电薄膜105上表面以及所述导电孔洞100的侧壁上沉积一层不导电的高反射薄膜 层106,该高反射薄膜层106中设有第一间隔1061，其将高反射薄膜层106分割为独立的两 部分。该高反射薄膜层106起到的作用有两个，其一是绝缘层作用，预防导电孔洞中N型 GaN层102、发光层MQW103、P型GaN层104各层之间相互连通导致漏电；其二是高反射层作 用，可以把入射到倒装芯片底部和导电孔洞侧壁的光尽可能全部的发射回去，提高出光效 率，很大程度上提高了芯片的外量子效率。该步骤之后获得的结构的俯视图请参阅图5b所 示。所述不导电的高反射材料为0DR/DBR蒸镀的Si02/Ti02或者W/Ti/Pt复合材料等。
[0066] 下一步，如图6a_6b所示，利用光刻、蒸镀、剥离或者压印等方法，在所述导电孔洞 100内以及所述高反射薄膜层106上表面覆盖一层Cr/Pt/Au或Au/Sn等具有良导性的金属 电极107。本实施例中，所述金属电极107采用第二间隔200的方式隔离为正电极1071和 负电极1072 ;本实施例中，所述负电极贯穿所述第一间隔1061与透明导电薄膜105接触。 金属电极材料可为Cr、Pt、Au、Ti、Al、Sn等或者各材料之间的合理搭配。正负电极之间存 在的第二间隔（Gap)200的形状可为矩形、多边形、平行的曲线等，所述第二间隔（Gap)里可 填充Si0 2等绝缘材料或者预留空档位置。与N型导电层接触的电极不能与导电薄膜或者 导电的高反射层接触。
[0067] 后续可能的处理方向有激光剥离衬底或者物理研磨衬底到一定的厚度(如图7所 示)，使产品出光光程尽可能短。后续也可以将N型GaN层1022或者衬底101的表面进行 粗化或者图形化等，提1?芯片的壳度。
[0068] 最后，如图8所示，该芯片倒装并共晶焊。该技术属于本领域的公知常识，再此不 再赘述。
[0069] 实施例二
[0070] 实施例二形成导电孔洞之前的结构和工艺与实施例一相同，如图9a_9b所示，衬 底201上依次形成N型GaN层202、发光层MQW2032)、P型GaN层204。利用光刻、刻蚀等技 术，刻蚀若干导电孔洞210,要求刻蚀贯穿P型GaN层104以及发光层MQW103,直至刻蚀到 N型GaN层102内的部分区域。形成的导电孔洞数量可以为大于等于1的任何一个整数数 值，刻蚀导电孔洞的横截面形状可以为矩形、圆形等任意形状，面积可以按工艺要求设定。 本实施例中，附图及以下说明按9个圆形导电孔洞解释。
[0071] 不同之处在于：如图9a所示，利用蒸镀技术在P型GaN层204上表面蒸镀一层导 电的高反射材料薄膜205 (如Ag、Al等)。高反射材料薄膜205起到的作用有两个：其一， 导电薄膜，可以使该层注入均匀分布的电流；其二，高反射层薄膜将入射到芯片底部的光线 尽可能全部的反射回去，从芯片表面出光，极大的提高出光效率。
[0072] 下一步，如图10a-10b所示，利用蒸镀、光刻等技术，在导电的高反射材料薄膜205 上表面部分区域和导电孔洞210侧壁上覆盖一层绝缘薄膜206 (如5102等)。所述绝缘薄 膜206的作用是防止导电孔洞210中N型GaN层202、发光层MQW2032)、P型GaN层204各 层之间有导电物质导通导致漏电，同时隔断两个电极之间绝缘。
[0073] 下一步，如图lla-llb所示，利用光刻、蒸镀或者压印等其他技术在导电孔洞210 以及高反射材料薄膜205 (导电薄膜）部分区域蒸镀金属电极207。本实施例中，所述金属 电极207间隔为两部分，形成正电极2071和负电极2072。所述负电极2071与导电的高反 射材料薄膜205接触。
[0074] 后续可能的处理有激光剥离衬底或者物理研磨衬底到一定的厚度(如图12所示)， 使产品出光光程尽可能短。后续也可对N型GaN层202或者衬底的表面进行粗化或者图形 化等，提1?芯片的壳度。最后，如图13所不，倒装并共晶焊。
[0075] 本发明通过优化倒装薄膜芯片（Thin-Film Flip-Chip)的设计，使得芯片与封装 支架(或基板)之间可以摆脱掉基底的链接，芯片直接封装在支架(或基板)上，制备简单；同 时将芯片直接封装，芯片发光层（MQW)更接近封装支架(或基板）的良导热层，更有利于芯片 的散热。通过对各个波长、入射角度皆可形成高反射率的全向反射镜（0DR)，极大的提高了 器件的发光效率；在导热通道上0DR的厚度只有0. 9um，封装使用共晶焊的方式，通过若干 微米的金锡合金直接与封装的Cu基座相通，极大的提高了散热效率，有效的改善了大功率 器件的热特性，从而有效提高LED器件的散热能力、发光效率与寿命。并通过多孔N电极刻 蚀区破坏了器件波导效应，通过0DR同时起到绝缘及高反射提高器件发光效率的特性。
[0076] 如表1所示：
【权利要求】
1. 一种高亮度GaN基共晶焊发光二极管的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步 骤： 1) 提供一衬底； 2) 在该衬底上生长LED外延层，所述LED外延层自下而上至少包括：N型导电层、发光 层以及P型导电层； 3) 自所述P型导电层向下刻蚀，贯穿P型导电层、发光层，直至刻蚀到N型导电层的某 一层面，形成若干导电孔洞； 4) 在上述步骤3)之后获得的结构的LED外延层上形成导电薄膜层； 5) 在所述导电孔洞的侧壁以及导电薄膜层上形成绝缘层； 6) 然后在所述导电孔洞内以及绝缘层上形成金属电极并将该金属电极间隔形成正电 极和负电极，所述负电极与所述导电薄膜层接触； 7) 减薄衬底或激光剥离衬底后倒装共晶焊该发光二极管。
2. 根据权利要求1所述的高亮度GaN基共晶焊发光二极管的制造方法，其特征在于： 所述导电薄膜层为透明导电层或导电的高反射材料薄膜层。
3. 根据权利要求2所述的高亮度GaN基共晶焊发光二极管的制造方法，其特征在于： 所述导电的高反射材料薄膜层材料为Ag或A1。
4. 根据权利要求2所述的高亮度GaN基共晶焊发光二极管的制造方法，其特征在于： 所述导电薄膜层为透明导电层时，所述绝缘层为不导电的高反射材料薄膜层。
5. 根据权利要求4所述的高亮度GaN基共晶焊发光二极管的制造方法，其特征在于： 所述不导电的高反射材料为ODR/DBR蒸镀的Si02/Ti02或者W/Ti/Pt复合材料。
6. 根据权利要求1所述的高亮度GaN基共晶焊发光二极管的制造方法，其特征在于： 所述衬底为正反两个表面透光的双抛衬底、单抛衬底、PSS图形衬底或平板衬底中的任意一 种。
7. 根据权利要求1所述的高亮度GaN基共晶焊发光二极管的制造方法，其特征在于： 所述导电孔洞的横截面为三角形、矩形、圆形或多边形。
8. 根据权利要求1所述的1?壳度GaN基共晶焊发光_极管的制造方法，其特征在于： 所述透明导电层的材料为ITO或AZO。
9. 根据权利要求1所述的高亮度GaN基共晶焊发光二极管的制造方法，其特征在于： 所述金属电极的材料为Cr、Pt、Au、Ti、Al或Sn。
10. 根据权利要求1所述的高亮度GaN基共晶焊发光二极管的制造方法，其特征在于： 所述正电极和负电极之间存在一段间隔，所述间隔里填充绝缘材料或者预留空档位置。
【文档编号】H01L33/64GK104064634SQ201310096118
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年3月22日 优先权日:2013年3月22日
【发明者】李智勇, 齐胜利, 郝茂盛, 马艳红, 陈朋, 朱秀山, 吕振兴, 阮怀权 申请人:上海蓝光科技有限公司