專利名稱：一種單電極led芯片結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，尤其是涉及一種大功率、高取光效率的單電極 LED芯片結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，藍(lán)光、綠光等發(fā)光二極管(LED)的基本結(jié)構(gòu)是在藍(lán)寶石襯底上外延生長(zhǎng) InGaN/GaN發(fā)光半導(dǎo)體材料，然后在外延層的上表面制作正/負(fù)電極用于注入電流使之將 電能轉(zhuǎn)換成光能。如圖-1所示，其是典型的藍(lán)光LED芯片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，該芯片主要 由三部分組成，藍(lán)寶石襯底11，外延層12，以及歐姆電極13 (包含p、 n兩個(gè)電極)，正極歐 姆電極是制作在P型GaN層上。為了改善電流注入的均勻性，通常需要在p型GaN層上先 沉積一層透明導(dǎo)電接觸層，負(fù)極歐姆電極是制作在n型GaN層上，這需要將部分p型GaN層 刻蝕去除。這種將兩個(gè)電極制作在同一側(cè)的器件結(jié)構(gòu)是因?yàn)樗{(lán)寶石襯底不導(dǎo)電，但是這種 結(jié)構(gòu)同時(shí)也局限了芯片表面發(fā)光區(qū)的面積，降低了芯片的發(fā)光效率。此外，藍(lán)寶石襯底的低 導(dǎo)熱性使之作為芯片與外界的散熱通道限制了芯片在大電流下的可靠性能，這是因?yàn)樗{(lán)寶 石襯底的導(dǎo)熱系數(shù)只有0. 4W/K. cm。散熱問(wèn)題也成為阻礙大功率LED芯片發(fā)展的主要問(wèn)題 之一，因?yàn)榱孔于宓陌l(fā)光效率會(huì)隨著量子阱溫度的上升而急劇降低。 為了解決散熱問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中是選擇導(dǎo)熱性能更優(yōu)良的襯底作為原始芯片材料 生長(zhǎng)的基座，如SiC作為GaN-基LED的襯底，其由于襯底是導(dǎo)電的，可以實(shí)現(xiàn)單電極結(jié)構(gòu)， 還克服了雙電極在表面阻擋出光的問(wèn)題，提高了出光效率。但是SiC襯底由于成本問(wèn)題始 終沒(méi)有被廣泛采用，目前藍(lán)寶石的成本只是SiC的1/10，優(yōu)勢(shì)明顯，仍然是GaN基LED生產(chǎn) 的主流。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的單電極LED散熱性差、取光效率不高的問(wèn) 題，提供一種大功率、高出光效率的單電極LED芯片結(jié)構(gòu)。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種單電極LED芯片結(jié)構(gòu)，該芯片為 倒裝結(jié)構(gòu)，其包括依次疊置在一起的n金屬電極層、藍(lán)寶石襯底粗化層、藍(lán)寶石襯底、外延 層、鈍化層、透明電極層及焊料層，其中所述的焊料層表面上通過(guò)光學(xué)鍍膜的方式形成有 DBR光學(xué)反射層，所述的焊料層底部設(shè)置有一高導(dǎo)電導(dǎo)熱基座層。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所述的單電極LED芯片單電極結(jié)構(gòu)LED芯片通過(guò)采 用高導(dǎo)熱導(dǎo)電基座取代高熱阻及絕緣的原襯底，使得芯片散熱能力顯著改善，由于LED外 延層的電-光轉(zhuǎn)換效率是隨著溫度的增加而降低，本實(shí)用新型的LED芯片在散熱性能上的 改善使得芯片可以在大電流下仍然維持較高的電-光轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)大功率高亮度；同時(shí) 本實(shí)用新型將芯片倒置，利用DBR光學(xué)反射層使得取光方向改道透明的藍(lán)寶石襯底，提高 了芯片的外量子效率，增加取光效率。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中LED的芯片結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的單電極芯片結(jié)構(gòu)剖面示意圖； 圖2a-h是本實(shí)用新型實(shí)施例的單電極芯片結(jié)構(gòu)制備過(guò)程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式為了使本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以
下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí) 施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。 如圖2所示，本實(shí)用新型的實(shí)施例涉及一種單電極LED芯片結(jié)構(gòu)，該芯片為倒裝結(jié) 構(gòu)，其包括依次疊置在一起的n金屬電極層21、藍(lán)寶石襯底粗化層22、藍(lán)寶石襯底23、外延 層24、鈍化層25、透明電極層26及焊料層28，其中所述的焊料層28表面上通過(guò)光學(xué)鍍膜 的方式形成有DBR光學(xué)反射層27，所述的焊料層28底部設(shè)置有一高導(dǎo)電導(dǎo)熱基座層28。本 實(shí)用新型實(shí)施例所述的高導(dǎo)熱基座29的底部設(shè)置有一背金屬層210。 本實(shí)用新型實(shí)施例所述的單電極LED芯片結(jié)構(gòu)分別采用的材料是背金層210，它 可以是Au， Ag， Al， GeAu， AuBe等金屬或合金，；導(dǎo)熱導(dǎo)電基座29，它可以是金屬Cu， CuW合 金，AuAl， Si， GaAs， InP， A1N，金剛石，鎳鐵合金，鎳，它的厚度范圍是在50 500微米內(nèi); 焊料層28，它可以是銦(In)，銦合金，Cu，金錫焊料，鉛錫焊料，銀漿，導(dǎo)電膠等；DBR光學(xué)反 射薄膜27，它可以是Si02， Ti02， Zn0等光學(xué)薄膜，采用蒸發(fā)，濺射，涂布等光學(xué)鍍膜方式交替 蒸鍍而成；P型透明接觸層26，采用Ni/Au， Pt， WSi， W， IT0等等透明導(dǎo)電結(jié)構(gòu)；改善電流擴(kuò) 展的鈍化層25，它可以是Si02， Si3N4， SiNy0x等透明鈍化材料采用蒸發(fā)，濺射，等離子體化學(xué) 反應(yīng)，涂布等薄膜制備方法及上述材料制作；藍(lán)寶石襯底23，厚度范圍在10 50微米內(nèi)， 采用化學(xué)及機(jī)械方法(包括但不限于)減薄至所需厚度，采用干法或濕法刻蝕開(kāi)電極窗口， 采用濕法或干法刻蝕方法形成表面粗化圖樣；LED芯片n型GaN金屬電極21，它可以是Ti/ Al/Ti/Au， Cr/Ni/Al， Cr/Ni/Au等等多層金屬結(jié)構(gòu)。 如圖2a-2h所示，其為本實(shí)用新型實(shí)施例的單電極芯片結(jié)構(gòu)制作過(guò)程圖 1)改善電流擴(kuò)展鈍化層25制備采用蒸發(fā)，濺射，等離子體化學(xué)反應(yīng)，涂布等薄膜
制備方法.此時(shí)LED圓片包含鈍化層25，外延層24，藍(lán)寶石襯底23，如圖2a所示； 2)p型透明電極層26制備采用蒸發(fā)，濺射，電鍍或其他薄膜制備方法.此時(shí)LED
圓片包含P型透明電極層26，鈍化層25，外延層24，藍(lán)寶石襯底23，如圖2b所示； 3)DRB光學(xué)反射層27制備采用蒸發(fā)，濺射，涂布，等離子體化學(xué)反應(yīng)等光學(xué)薄膜
制備方式.此時(shí)LED圓片包含DBR光學(xué)反射層27， p型透明電極層26，鈍化層25，外延層
24，藍(lán)寶石襯底23，如圖2c所示； 4)焊料層或預(yù)鍍層28制備采用蒸發(fā)，濺射，電鍍，刷涂或其他薄膜制備方法.此 時(shí)LED圓片包含焊料層或預(yù)鍍層28， DBR光學(xué)反射層27， p型透明電極層26，鈍化層25，外 延層24，藍(lán)寶石襯底23，如圖2d所示； 5)高導(dǎo)電導(dǎo)熱基座29制備采用蒸發(fā)，濺射，電鍍，刷涂，鍵合或其他薄膜制備方 法.此時(shí)LED芯片包含高導(dǎo)電導(dǎo)熱基座29，焊料層或預(yù)鍍層28，DBR光學(xué)反射層27，p型透 明電極層26，鈍化層 ，外延層24，藍(lán)寶石襯底23，如圖2e所示；[0019] 6)背金層210制備采用蒸發(fā)，濺射，電鍍，刷涂或其他薄膜制備方法.此時(shí)LED芯 片包含背金層210，導(dǎo)電導(dǎo)熱基座29，焊料層或預(yù)鍍層28，DBR光學(xué)反射層27，p型透明電極 層26，鈍化層25，外延層24，藍(lán)寶石襯底23，如圖2f所示； 7)藍(lán)寶石襯底23的減薄，如圖2g所示，通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨的方法將藍(lán)寶石襯底 35減薄到目標(biāo)厚度，本實(shí)施例為10-50微米； 8)采用丙酮清洗減薄后的藍(lán)寶石襯底23表面，去除表面臟污； 9)采用干法或濕法刻蝕藍(lán)寶石襯底23，開(kāi)n型金屬電極的圖形窗口及表面粗化圖
形22，如圖2h所示； 10)n型金屬電極的制備，采用熱蒸發(fā)，電子束蒸發(fā)，濺射，電鍍，刷涂或其他薄膜制 備方法.此時(shí)LED芯片包含背金層210，高導(dǎo)電導(dǎo)熱基座29，焊料層或預(yù)鍍層28， Dm 光學(xué) 反射層27，p型透明電極層26，鈍化層25，外延層24，藍(lán)寶石襯底23，藍(lán)寶石表面粗化22，n 型金屬電極21 ，單電極LED芯片制作完成，如圖2所示。 本實(shí)用新型的實(shí)施例所述的單引線結(jié)構(gòu)LED減少LED發(fā)光面上的焊點(diǎn)數(shù)目，從而 增加發(fā)光面積，提高芯片的取光效率。 此外通過(guò)的兩個(gè)電極分布在LED外延層的兩側(cè)，采用改善電流擴(kuò)展的鈍化層結(jié) 構(gòu)，增加P型電極面積使得電流能夠垂直通過(guò)LED外延層并均勻分布，消除了電流由于分布 不均導(dǎo)致的發(fā)光不均勻的現(xiàn)象，提高了芯片的發(fā)光效率。 以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本 實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種單電極LED芯片結(jié)構(gòu)，該芯片為倒裝結(jié)構(gòu)，其包括依次疊置在一起的n金屬電極層、藍(lán)寶石襯底粗化層、藍(lán)寶石襯底、外延層、鈍化層、透明電極層及焊料層，其特征在于所述的焊料層表面上通過(guò)光學(xué)鍍膜的方式形成有DBR光學(xué)反射層，所述的焊料層底部設(shè)置有一高導(dǎo)熱基座層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單電極LED芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的高導(dǎo)熱基座的底 部設(shè)置有一背金屬層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單電極LED芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的藍(lán)寶石襯底的厚 度為10-50微米。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單電極LED芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的高導(dǎo)熱基座的厚 度為50-500微米。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種單電極LED芯片結(jié)構(gòu)，包括n金屬電極層、藍(lán)寶石襯底粗化層、藍(lán)寶石襯底、外延層、鈍化層、透明電極層及焊料層，所述的焊料層表面上通過(guò)光學(xué)鍍膜的方式形成有DBR光學(xué)反射層，所述的焊料層底部設(shè)置有一高導(dǎo)電導(dǎo)熱基座層；本實(shí)用新型所述的單電極LED芯片通過(guò)采用高導(dǎo)熱導(dǎo)電基座取代高熱阻及絕緣的原襯底，使得芯片散熱能力顯著改善，由于量子阱的電-光轉(zhuǎn)換效率是隨著溫度的增加而降低，LED芯片在散熱性能上的改善使得芯片可以在大電流下仍然維持較高的電-光轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)大功率高亮度；同時(shí)本實(shí)用新型將芯片倒置，利用DBR光學(xué)反射層使得取光方向改道透明的藍(lán)寶石襯底，提高了芯片的外量子效率，增加取光效率。
文檔編號(hào)H01L33/00GK201450017SQ20082023568
公開(kāi)日2010年5月5日 申請(qǐng)日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者吳大可, 張坤, 朱國(guó)雄 申請(qǐng)人:世紀(jì)晶源科技有限公司