CN102903815A

CN102903815A - 侧面粗化的倒装发光二极管及其制作方法

Info

Publication number: CN102903815A
Application number: CN2012103805535A
Authority: CN
Inventors: 田婷; 谢海忠; 张逸韵; 王兵; 杨华; 李璟; 伊晓燕; 王国宏
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2012-10-09
Filing date: 2012-10-09
Publication date: 2013-01-30

Abstract

一种侧面粗化的倒装发光二极管及其制作方法，其中侧面粗化的倒装发光二极管，包括：一上衬底和依次在上衬底上生长的成核层和电子注入层，该电子注入层的一侧形成一台面；一发光层生长在电子注入层上；一空穴注入层生长在发光层上；一P电极制作在空穴注入层上；一N电极制作在电子注入层的台面上，形成LED芯片；一下衬底；一绝缘层生长在下衬底上；一P线电极制作在绝缘层上面的一侧；一N线电极制作在绝缘层上面的另一侧，形成倒装基板；该LED芯片的P电极与倒装基板的P线电极通过金属焊球连接；该LED芯片的N电极与倒装基板的N线电极通过金属焊球连接。可以大大提高出光效率，使得发光二极管外量子效率提升，特别适合大尺寸功率型晶粒的制作。

Description

侧面粗化的倒装发光二极管及其制作方法

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别是指一种侧面粗化的倒装发光二极管及其制作方法。

背景技术

由于发光二极管具有节能、环保，寿命长等优点，在未来几年后，发光二极管有可能取代白炽灯、荧光灯等传统照明灯具，而进入千家万户。

目前，传统的发光二极管的正装结构芯片，电极位于芯片的出光面上，且由于p-GaN层的导电性能差，一般须在p-GaN层表面引入电流扩展层，而电流扩展层和电极均会吸收部分光而降低发光二极管的光效。同时由于正装结构的散热性差，且很难实现多芯片集成。为了克服正装芯片的这些不足，美国Lumileds公司发明了倒装芯片。但是由于衬底材料的折射率与空气还存在一定的差距，在逃逸界面处发生的光全反射效应，使得发光二极管器件的光提取受到非常大的限制。T.Fujii，Y.Gao等人在Appl.Phys.Lett.84(2004)855.提出了氮化镓基发光二极管表面粗化技术来提高发光二极管的提取效率。在此之后，表面粗化是常用的提高发光二极管光提取效率的关键技术。但是，之前的表面粗化技术主要集中在p型氮化镓表面粗化、氧化铟锡透明导电层表面粗化、蓝宝石衬底背面粗化、氮化镓外延层的侧面粗化等，并没有涉及到对发光二极管蓝宝石衬底侧壁出光面的粗化处理。

本技术采用激光加工技术，将倒装发光二极管蓝宝石衬底的侧面进行处理，获得了粗糙的蓝宝石侧面结构，大大提高了发光二极管的提取效率。本技术存在着明显的优势，使工艺工序大大优化，而且使生产周期和成本大幅下降。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种侧面粗化的倒装发光二极管及其制作方法，其是在发光二极管芯片工艺制作中，对氮化镓基发光二极管衬底的侧壁粗化的方法，可以大大提高出光效率，使得发光二极管外量子效率提升，特别适合大尺寸功率型晶粒的制作。

为达到上述目的，本发明提供一种侧面粗化的倒装发光二极管，包括：

一上衬底和依次在衬底上生长的一成核层和电子注入层，该电子注入层的一侧形成一台面；

一发光层，该发光层生长在电子注入层上；

一空穴注入层，该空穴注入层生长在发光层上；

一P电极，该P电极制作在空穴注入层上；

一N电极，该N电极制作在电子注入层的台面上，形成LED芯片；

一下衬底；

一绝缘层，该绝缘层生长在下衬底上；

一P线电极，该P线电极制作在绝缘层上面的一侧；

一N线电极，该N线电极制作在绝缘层上面的另一侧，形成倒装基板；

该LED芯片的P电极与倒装基板的P线电极通过金属焊球连接；该LED芯片的N电极与倒装基板的N线电极通过金属焊球连接。

本发明还提供一种侧面粗化的倒装发光二极管的制作方法，包括如下步骤：

步骤1：在一上衬底的侧面进行粗化处理，形成连续的粗化表面或不连续的粗化表面；

步骤2：在上衬底上采用MOCVD方法依次生长成核层、电子注入层、发光层和空穴注入层；

步骤3：在空穴注入层上面的一侧向下刻蚀，刻蚀深度到达电子注入层内，形成台面；

步骤4：在空穴注入层上面未刻蚀的一侧制作P电极；

步骤5：在电子注入层的台面上制备N电极，形成LED芯片；

步骤6：在一下衬底上生长一层绝缘层；

步骤7：在绝缘层上制作P线电极和N线电极，形成倒装基板；

步骤8：将LED芯片通过倒装焊或键合的方法倒装在倒装基板上，所述LED芯片的P电极与倒装基板的P线电极通过金属焊球连接；该LED芯片的N电极与倒装基板的N线电极通过金属焊球连接，完成制备。

本发明提供与现有技术相比：具有芯片工艺仅在切割过程中增加了适当的处理，简单易操作，可以大大提高出光效率，使得发光二极管外量子效率提升，特别适合大尺寸功率型晶粒的制作。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明，其中：

图1是本发明的第一实施例的结构示意图，显示上衬底侧面经粗化后的图形为三角形结构；

图2是本发明的第二实施例，显示上衬底侧面的图形为圆形结构；

图3是本发明的第三实施例，显示上衬底侧面的图形为不连续结构；

图4是本发明的第四实施例，显示上衬底侧面的图形为连续结构；

图5是本发明的第五实施例，显示上衬底侧面的图形为连续结构，衬底为倒梯形；

图6是本发明的第六实施例，显示上衬底侧面的图形为不连续结构，上衬底为半圆形或半球形；

图7是本发明的制备流程图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种侧面粗化的倒装发光二极管，包括：

一上衬底11和依次在上衬底11上生长的一成核层12和电子注入层13，该电子注入层13的一侧形成一台面131，所述电子注入层13的台面131的深度小于电子注入层13的厚度，所述上衬底11的材料为蓝宝石、Si、SiC、GaAs或玻璃，该上衬底11的侧面为连续的粗化表面或不连续的粗化表面，该上衬底11的形状为矩形、梯形、半圆形或半球形，所述粗化的侧面压制了发光二极管器件内部光线的全反射效应，提高了器件的光提取效率；

一发光层14，该发光层14生长在电子注入层13上，所述发光层为多量子阱结构；

一空穴注入层15，该空穴注入层15生长在发光层14上，其中成核层12、电子注入层13、发光层14和空穴注入层15的材料为GaN；

一P电极16，该P电极16制作在空穴注入层15上，所述P电极选自于包括镍(Ni)/银(Ag)/铂(Pt)/金(Au)、镍(Ni)/银(Ag)/金(Au)、镍(Ni)/银(Ag)/镍(Ni)/金(Au)、钛(Ti)/铝(Al)/钛(Ti)/金(Au)、钛(Ti)/银(Ag)/钛(Ti)/金(Au)、铝(Al)/银(Ag)/金(Au)、铝(Al)/钛(Ti)/金(Au)等金属反射镜材料群组中的一种材料；

一N电极17，该N电极17制作在电子注入层13的台面131上，形成LED芯片100；

一下衬底23，所述下衬底23的材料为硅片、陶瓷、线路板或金属板，其散热性能好，且容易实现多芯片集成；

一绝缘层22，该绝缘层22为二氧化硅层或氮化硅层，防止P线电极20与N线电极21之间短路，生长在下衬底23上；

一P线电极20，该P线电极20制作在绝缘层22上面的一侧；

一N线电极21，该N线电极21制作在绝缘层22上面的另一侧，形成倒装基板200；

该LED芯片100的P电极16与倒装基板200的P线电极20通过金属焊球18连接；该LED芯片100的N电极17与倒装基板200的N线电极21通过金属焊球18连接。

参阅图2是本发明的第二实施例，显示上衬底侧面的图形为圆形结构。

参阅图3是本发明的第三实施例，显示上衬底侧面的图形为不连续结构。

参阅图4是本发明的第四实施例，显示上衬底侧面的图形为连续结构。

参阅图5是本发明的第五实施例，显示上衬底侧面的图形为连续结构，衬底为倒梯形。

参阅图6是本发明的第六实施例，显示上衬底侧面的图形为不连续结构，上衬底为半圆形或半球形。

请参阅图图7，并结合参阅图1所示。本发明还提供一种侧面粗化的倒装发光二极管的制作方法，包括如下步骤：

步骤1：在一上衬底11的侧面进行粗化处理，形成连续的粗化表面或不连续的粗化表面，所述上衬底11的侧面粗化，是用激光在上衬底11的侧表面形成诱导形状，经腐蚀液腐蚀出三角形(参阅图1)、圆形(参阅图2)、菱形或多边形的粗化表面，所述粗化表面为连续的粗化表面(参阅图4)或不连续的粗化表面(参阅图3)，上衬底11的材料为蓝宝石、Si、SiC、GaAs或玻璃，该上衬底11的形状为矩形、梯形(参阅图5)、半圆形或半球形(参阅图6)；

步骤2：在上衬底11上采用MOCVD方法依次生长成核层12、电子注入层13、发光层14和空穴注入层15，所述成核层12、电子注入层13、发光层14和空穴注入层15的材料为GaN；

步骤3：在空穴注入层15上面的一侧利用感应耦合等离子ICP进行干法刻蚀，刻蚀深度到达电子注入层13内，形成台面131，所述电子注入层13的台面131的深度小于电子注入层13的厚度；

步骤4：在空穴注入层15上面未刻蚀的一侧制作P电极16，所述P电极选自于包括镍(Ni)/银(Ag)/铂(Pt)/金(Au)、镍(Ni)/银(Ag)/金(Au)、镍(Ni)/银(Ag)/镍(Ni)/金(Au)、钛(Ti)/铝(Al)/钛(Ti)/金(Au)、钛(Ti)/银(Ag)/钛(Ti)/金(Au)、铝(Al)/银(Ag)/金(Au)、铝(Al)/钛(Ti)/金(Au)等金属反射镜材料群组中的一种材料；；

步骤5：在电子注入层13的台面131上制备N电极17，形成LED芯片100；

步骤6：在一下衬底23上生长一层绝缘层22，该绝缘层22为二氧化硅层或氮化硅层，防止P线电极20与N线电极21之间短路，所述下衬底23的材料为硅片、陶瓷、线路板或金属板，所述材料散热性能好，并且易于实现多芯片集成；

步骤7：在绝缘层22上制作P线电极20和N线电极21，形成倒装基板200；

步骤8：将LED芯片100通过倒装焊或键合的方法倒装在倒装基板200上，所述LED芯片100的P电极16与倒装基板200的P线电极20通过金属焊球18连接；该LED芯片100的N电极17与倒装基板200的N线电极21通过金属焊球18连接，完成制备。

以上实例仅供说明本发明只用，而非对本发明的限制，本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换或变化；因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。

Claims

1.一种侧面粗化的倒装发光二极管，包括：

一上衬底和依次在上衬底上生长的一成核层和电子注入层，该电子注入层的一侧形成一台面；

一发光层，该发光层生长在电子注入层上；

一空穴注入层，该空穴注入层生长在发光层上；

一P电极，该P电极制作在空穴注入层上；

一下衬底；

一绝缘层，该绝缘层生长在下衬底上；

一P线电极，该P线电极制作在绝缘层上面的一侧；

2.根据权利要求1所述的侧面粗化的倒装发光二极管，其中上衬底的侧面为连续的粗化表面或不连续的粗化表面。

3.根据权利要求2所述的侧面粗化的倒装发光二极管，其中上衬底的材料为蓝宝石、Si、SiC、GaAs或玻璃，该上衬底的形状为矩形、梯形、半圆形或半球形。

4.根据权利要求1所述的侧面粗化的倒装发光二极管，其中下衬底的材料为硅片、陶瓷、线路板或金属板。

5.根据权利要求1所述的侧面粗化的倒装发光二极管，其中所述电子注入层的台面的深度小于电子注入层的厚度。

6.一种侧面粗化的倒装发光二极管的制作方法，包括如下步骤：

步骤4：在空穴注入层上面未刻蚀的一侧制作P电极；

步骤5：在电子注入层的台面上制备N电极，形成LED芯片；

步骤6：在一下衬底上生长一层绝缘层；

步骤7：在绝缘层上制作P线电极和N线电极，形成倒装基板；

7.根据权利要求6所述的侧面粗化的倒装发光二极管的制作方法，其中所述电子注入层的台面的深度小于电子注入层的厚度。

8.根据权利要求6所述的侧面粗化的倒装发光二极管的制作方法，其中所述下衬底的材料为硅片、陶瓷、线路板或金属板。

9.根据权利要求6所述的侧面结构的倒装发光二极管的制作方法，其中所述上衬底的侧面粗化，是用激光在上衬底的侧表面形成诱导形状，经腐蚀液腐蚀出三角形、菱形、圆形或多边形的粗化表面，所述粗化表面为连续的粗化表面或不连续的粗化表面。

10.根据权利要求9所述的侧面粗化的倒装发光二极管的制作方法，其中上衬底的材料为蓝宝石、Si、SiC、GaAs或玻璃，该上衬底的形状为矩形、梯形、半圆形或半球形。