專利名稱：一種氮化鎵基功率型led芯片制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化鎵基功率型LED芯片制作方法，屬半導(dǎo)體照明級(jí)功率型LED芯片制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)是一種利用載流子復(fù)合時(shí)釋放能量形成發(fā)光的半導(dǎo)體器件，具有效率高、壽命長(zhǎng)、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，以氮化鎵(GaN)基材料為主的高亮度LED發(fā)展非常迅猛，發(fā)光效率得到了極大的提高。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于戶外顯示屏、交通燈等工業(yè)與民用的各個(gè)方面，并有望取代傳統(tǒng)的節(jié)能燈、白熾燈產(chǎn)品等應(yīng)用于通用照明領(lǐng)域。要將氮化鎵基LED應(yīng)用于通用照明領(lǐng)域，必須大幅度地提高通過(guò)LED芯片發(fā)光區(qū)(PN結(jié))的電流以提高 LED芯片的發(fā)光強(qiáng)度，然后，LED芯片在大電流驅(qū)動(dòng)下，不僅提高芯片的光效，也同時(shí)轉(zhuǎn)化成為大量的熱能，如果散熱處理不好將使LED芯片的發(fā)光效率和使用壽命大幅降低，LED光源的優(yōu)勢(shì)消失。因此，要保證LED光源穩(wěn)定工作，其根本辦法就是改進(jìn)其散熱。傳統(tǒng)的GaN基功率型LED芯片主要分為正裝和倒裝結(jié)構(gòu)
正裝結(jié)構(gòu)的LED芯片在封裝時(shí)有外延的發(fā)光層朝上，P、N電極分別通過(guò)焊線與外部電路連通，使用簡(jiǎn)便。在正裝結(jié)構(gòu)中，LED芯片發(fā)光區(qū)的熱量主要通過(guò)藍(lán)寶石基板傳導(dǎo)出去，導(dǎo)熱路徑較長(zhǎng)，而且藍(lán)寶石的熱導(dǎo)系數(shù)很差，因此，正裝結(jié)構(gòu)的LED芯片熱阻大，熱量集聚于發(fā)光的PN結(jié)區(qū)，芯片的發(fā)光效率和壽命受到嚴(yán)重限制，因此正裝結(jié)構(gòu)的LED芯片在發(fā)光功率、效率和使用壽命等方面均不可能是最優(yōu)的，但由于使用簡(jiǎn)便、成本低，目前的大多數(shù)GaN 基LED芯片仍采用正裝結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的倒裝結(jié)構(gòu)芯片首先在LED芯片P、N電極上分別形成兩個(gè)金屬凸點(diǎn)；封裝使用時(shí)首先在一絕緣基板上制作獨(dú)立的P、N控制電路，然后將LED芯片電極上的金屬凸點(diǎn)與絕緣基板上的P、N電路分別對(duì)映起來(lái)，再用加熱共晶焊的方式形成芯片電極上金屬凸點(diǎn)與絕緣基板上P、N電路的連接。其優(yōu)點(diǎn)在于發(fā)光pn結(jié)的熱量可直接傳導(dǎo)給熱導(dǎo)系數(shù)較高的如硅、陶瓷等絕緣基板，散熱效果較好。然而，傳統(tǒng)的倒裝結(jié)構(gòu)在封裝使用時(shí)必須使LED芯片電極上的金屬凸點(diǎn)與絕緣基板上的P、N電路精確對(duì)映起來(lái)，這對(duì)封裝使用無(wú)疑具有巨大的難度；而且，在精確對(duì)映后再進(jìn)行加溫共晶焊，共晶材料必須熔化以使金屬凸點(diǎn)與基板電路相連，但共晶材料的熔化也會(huì)出現(xiàn)擴(kuò)張漫延，可能將基板上的P、N電路導(dǎo)通，使得整個(gè)器件報(bào)廢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種新型的GaN基功率型LED芯片制作方法，通過(guò)對(duì)芯片制作方法的改進(jìn)，使得本發(fā)明的芯片結(jié)構(gòu)不僅具有傳統(tǒng)正裝結(jié)構(gòu)LED芯片使用簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度地提高芯片的散熱效率，有效解決傳統(tǒng)GaN基藍(lán)光LED芯片結(jié)構(gòu)所存在的散熱困難問題，使其能應(yīng)用于制作大電流工作條件下的GaN基功率型LED芯片。本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明所述的一種GaN基功率型LED芯片制作方法如下
1、取一片通過(guò)MOCVD方法在蘭寶石基板上生長(zhǎng)有氮化鎵外延層的外延片，按所設(shè)計(jì)的芯片電極結(jié)構(gòu)采用干法刻蝕的手段有選擇性地刻蝕去除外延層中的P型層，裸露出N型外延層；
2、在外延片的P型外延區(qū)域利用真空鍍膜、圖形蝕刻、退火方法形成ITO擴(kuò)散層及其與 P型外延層的歐姆接觸，然后在ITO擴(kuò)散層上制作一層AL金屬層，形成表面反射鏡；
3、運(yùn)用激光打孔技術(shù)在裸露的N型外延區(qū)進(jìn)行打孔，孔深在SO-IOOum之間，孔的直徑在20-50um之間；
4、在裸露的N型外延區(qū)利用圖形蝕刻技術(shù)、真空鍍膜技術(shù)制作Cr金屬與N型區(qū)的歐姆接觸電極；Cr金屬材料在鍍膜的同時(shí)會(huì)沉淀至通孔的內(nèi)側(cè)面，形成N型區(qū)歐姆接觸金屬與孔內(nèi)材料的電流通路；
5、利用圖形蝕刻技術(shù)在已制作好N型歐姆接觸的電極的N型外延區(qū)域表面覆蓋作一絕緣保護(hù)層，保護(hù)層的厚度在10 — 30um 之間；
6、將外延片從蘭寶石基板面減薄至70-80um之間，從而使得本發(fā)明第3步中所打的孔成為連通基板表面與N型歐姆接觸電極的通孔；
7、在基板表面利用圖形蝕刻技術(shù)制作一層在通孔處有空白區(qū)域的光刻膠保護(hù)層，空白區(qū)域直徑在100— 200um之間，通孔位于空白區(qū)域內(nèi)切邊緣；
8、利用真空鍍膜技術(shù)在光刻膠保護(hù)層表面分別蒸鍍一層Ti，再蒸鍍一層Au，金屬材料在鍍膜的同時(shí)會(huì)沉淀至通孔的內(nèi)側(cè)面，加強(qiáng)通孔中的金屬厚度，形成基板表面與N型歐姆接觸電極的電流通路；
9、去除基板表面光刻膠保護(hù)層，其表面的金屬材料將一并去除，但空白區(qū)域的金屬材料將保留在基板表面形成焊線電極；
10、完成以上操作后，將外延片分割成單個(gè)的LED芯片，將有焊線電極的基板面朝上， 有AL反射鏡的發(fā)光層向下，即形成可直接應(yīng)用于封裝的LED芯片。上述方法中，在第5步制作好N型歐姆接觸電極的N型外延區(qū)域表面覆蓋著一絕緣保護(hù)層，此絕緣保護(hù)層的厚度在10—30um之間，材料可用紫外光固化的粘合膠；可采用旋轉(zhuǎn)涂覆后固化的方法制作。在第6步完成連通基板表面與N型歐姆接觸電極的通孔，該通孔內(nèi)有起導(dǎo)電性連通作用的金屬材料填充物；本發(fā)明所述的功率型LED芯片在使用時(shí)將具有外延層的一面向下，具有焊線電極的蘭寶石基板表面向上，利用通孔內(nèi)金屬材料實(shí)現(xiàn)外部電路與N型區(qū)的電流導(dǎo)通。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較的有益效果是
本發(fā)明的功率型LED芯片結(jié)構(gòu)在芯片制作過(guò)程中利用通孔中的金屬材料直接將LED的 N區(qū)歐姆接觸電極與基板表面的焊線電極相連，并利用絕緣保護(hù)層將芯片P、N電極隔離，在封裝使用時(shí)只需將LED芯片倒裝于支架，使得發(fā)光層下部起反射及散熱作用的金屬AL層與支架中的銀漿直接接觸，相比傳統(tǒng)的倒裝LED芯片，由于無(wú)需采用制作有電路的絕緣基板， 進(jìn)一步提高了芯片的導(dǎo)熱和散熱效率；同時(shí)，由于無(wú)需采用制作有電路的絕緣基板，節(jié)約了封裝成本。本發(fā)明中的LED芯片的P、N電極已經(jīng)通過(guò)絕緣保護(hù)層和通孔進(jìn)行隔離，故芯片在封裝使用過(guò)程中無(wú)需考慮與外部電路的對(duì)應(yīng)、共晶焊問題，使用方便，提高了芯片的適用性和封裝產(chǎn)品的成品率。與傳統(tǒng)正裝結(jié)構(gòu)LED芯片相比，本發(fā)明不僅解決了傳統(tǒng)正裝LED芯片所存在的導(dǎo)熱、散熱問題，而且P區(qū)電流可直接通過(guò)支架金屬導(dǎo)入，在封裝時(shí)只需進(jìn)行N區(qū)電極的焊線，減少了一半的焊線數(shù)量。一方面，本發(fā)明LED芯片結(jié)構(gòu)將發(fā)光PN結(jié)區(qū)靠近導(dǎo)熱材料，解決了傳統(tǒng)正裝結(jié)構(gòu)LED芯片所存在的導(dǎo)熱、散熱問題，同時(shí)無(wú)需考慮傳統(tǒng)倒裝結(jié)構(gòu)的電路對(duì)應(yīng)等問題，具有使用方便，節(jié)約成本，成品率高的特點(diǎn)；另一方面，由于本發(fā)明LED芯片結(jié)構(gòu)的N型歐姆接觸電極可以均勻分布于LED芯片的四周，不必像傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的LED芯片中P、N 電極必須分布于芯片兩側(cè)，解決了傳統(tǒng)LED芯片在發(fā)光過(guò)程中的電流、發(fā)光、散熱不均的問題。本發(fā)明適用于氮化鎵基功率型LED芯片的制備。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例中的制作流程圖2是本發(fā)明實(shí)施例中完成后的氮化鎵基功率型LED芯片結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中圖號(hào)表示1是基極焊線電極及通孔；2是蘭寶石基極；3是N型外延區(qū)；4是絕緣保護(hù)層；5是AL層反射鏡；6是ITO擴(kuò)散層；7是P型外延層；8是發(fā)光PN結(jié)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的具體實(shí)施方式
分別以白光功率型LED芯片和綠光功率型LED芯片的制備過(guò)程為例進(jìn)行詳細(xì)描述，參考圖1、圖2。具體實(shí)施例1
1，首先取一片通過(guò)MOCVD方法在蘭寶石基板上生長(zhǎng)有氮化鎵外延層的蘭光LED外延片，發(fā)光波長(zhǎng)約455nm，設(shè)計(jì)的單元芯片尺寸1mm2。按所設(shè)計(jì)的芯片電極結(jié)構(gòu)采用干法刻蝕的手段有選擇性地刻蝕去除外延層中的P型層，裸露出N型外延區(qū)(3)；
2、在外延片的P型外延區(qū)域利用真空鍍膜、圖形蝕刻、退火方法形成ITO擴(kuò)散層(6)及其與P型外延層(7)的歐姆接觸，然后在ITO擴(kuò)散層(6)上制作一層AL金屬層(5)，形成表面反射鏡；
3、運(yùn)用激光打孔技術(shù)在裸露的N型外延區(qū)(3)進(jìn)行打孔，孔深在SO-IOOum之間，孔的直徑在20-50um之間；
4、在裸露的N型外延區(qū)(3)利用圖形蝕刻技術(shù)、真空鍍膜技術(shù)制作Cr金屬與N型區(qū)的歐姆接觸電極。Cr金屬材料在鍍膜的同時(shí)會(huì)沉淀至通孔的內(nèi)側(cè)面，形成N型區(qū)歐姆接觸金屬與孔內(nèi)材料的電流通路；
5、利用圖形蝕刻技術(shù)在已制作好N型歐姆接觸的電極的N型外延區(qū)域表面覆蓋作一絕緣保護(hù)層，保護(hù)層的厚度在10 — 30 um之間；
6、將外延片從蘭寶石基板面減薄至70-80um之間，從而使得本發(fā)明第3步中所打的孔成為連通基板表面與N型歐姆接觸電極的通孔；
7、在基板表面利用圖形蝕刻技術(shù)制作一層在通孔處有空白區(qū)域的光刻膠保護(hù)層，空白區(qū)域直徑在100—200um之間，通孔位于空白區(qū)域內(nèi)切邊緣；
8、利用真空鍍膜技術(shù)在光刻膠保護(hù)層表面分別蒸鍍一層Ti，再蒸鍍一層Au，金屬材料在鍍膜的同時(shí)會(huì)沉淀至通孔的內(nèi)側(cè)面，加強(qiáng)通孔中的金屬厚度，形成基板表面與N型歐姆接觸電極的電流通路；
9，去除基板表面光刻膠保護(hù)層，其表面的金屬材料將一并去除，但空白區(qū)域的金屬材料將保留在基板表面形成焊線電極；10、完成以上操作后，將外延片分割成單個(gè)的LED芯片，將有焊線電極的基板面朝上， 有AL反射鏡的發(fā)光層向下，即形成可直接應(yīng)用于半導(dǎo)體照明的白光功率型LED芯片。
具體實(shí)施例2:
1、取一片通過(guò)MOCVD方法在蘭寶石基板上生長(zhǎng)有氮化鎵外延層的綠光外延片，波長(zhǎng)約 525nm，設(shè)計(jì)的單元芯片尺寸1mm2，按所設(shè)計(jì)的芯片電極結(jié)構(gòu)采用干法刻蝕的手段有選擇性地刻蝕去除外延層中的P型層，裸露出N型外延區(qū)(3)；
2、在外延片的P型外延區(qū)域利用真空鍍膜、圖形蝕刻、退火方法形成ITO擴(kuò)散層(6)及其與P型外延層(7)的歐姆接觸，然后在ITO擴(kuò)散層(6)上制作一層AL金屬層(5)，形成表面反射鏡；
3、運(yùn)用激光打孔技術(shù)在裸露的N型外延區(qū)(3)進(jìn)行打孔，孔深在SO-IOOum之間，孔的直徑在20-50um之間；
4、在裸露的N型外延區(qū)(3)利用圖形蝕刻技術(shù)、真空鍍膜技術(shù)制作Cr金屬與N型區(qū)的歐姆接觸電極。Cr金屬材料在鍍膜的同時(shí)會(huì)沉淀至通孔的內(nèi)側(cè)面，形成N型區(qū)歐姆接觸金屬與孔內(nèi)材料的電流通路，為了加強(qiáng)通孔子內(nèi)的金屬厚度，在制作完Cr鍍膜后再在通孔內(nèi)填充銀漿導(dǎo)電材料，然后進(jìn)行銀漿的固化。；
5、利用圖形蝕刻技術(shù)在已制作好N型歐姆接觸的電極的N型外延區(qū)域表面覆蓋作一絕緣保護(hù)層，保護(hù)層的厚度在10 — 30 um之間；
6、將外延片從蘭寶石基板面減薄至70-80um之間，從而使得本發(fā)明第3步中所打的孔成為連通基板表面與N型歐姆接觸電極的通孔；
7、在基板表面利用圖形蝕刻技術(shù)制作一層在通孔處有空白區(qū)域的光刻膠保護(hù)層，空白區(qū)域直徑在100—200um之間，通孔位于空白區(qū)域內(nèi)切邊緣；
8、利用真空鍍膜技術(shù)在光刻膠保護(hù)層表面分別蒸鍍一層Ti，再蒸鍍一層Au，金屬材料在鍍膜的同時(shí)會(huì)沉淀至通孔內(nèi)，形成基板表面與N型歐姆接觸電極的電流通路；
9，去除基板表面光刻膠保護(hù)層，其表面的金屬材料將一并去除，但空白區(qū)域的金屬材料將保留在基板表面形成焊線電極；
10、完成以上操作后，將外延片分割成單個(gè)的LED芯片，將有焊線電極的基板面朝上， 有AL反射鏡的發(fā)光層向下，即形成可直接應(yīng)用于封裝的綠光功率型LED芯片。
權(quán)利要求
1.一種氮化鎵基功率型LED芯片制作方法，其特征在于，所述方法為(1)取一片通過(guò)MOCVD方法在蘭寶石基板上生長(zhǎng)有氮化鎵外延層的外延片，按所設(shè)計(jì)的芯片電極結(jié)構(gòu)采用干法刻蝕的手段有選擇性地刻蝕去除外延層中的P型層，裸露出N型外延層；(2)在外延片的P型外延區(qū)域利用真空鍍膜、圖形蝕刻、退火方法形成ITO擴(kuò)散層及其與P型外延層的歐姆接觸，然后在ITO擴(kuò)散層上制作一層AL金屬層，形成表面反射鏡；(3)運(yùn)用激光打孔技術(shù)在裸露的N型外延區(qū)進(jìn)行打孔，孔深在SO-IOOum之間，孔的直徑在20-50um之間；(4)在裸露的N型外延區(qū)利用圖形蝕刻技術(shù)、真空鍍膜技術(shù)制作Cr金屬與N型區(qū)的歐姆接觸電極；Cr金屬材料在鍍膜的同時(shí)會(huì)沉淀至通孔的內(nèi)側(cè)面，形成N型區(qū)歐姆接觸金屬與孔內(nèi)材料的電流通路；(5)利用圖形蝕刻技術(shù)在已制作好N型歐姆接觸的電極的N型外延區(qū)域表面覆蓋著一絕緣保護(hù)層；(6)將外延片從蘭寶石基板面減薄至70-80um之間，從而使得本發(fā)明第3步中所打的孔成為連通基板表面與N型歐姆接觸電極的通孔；(7)在基板表面利用圖形蝕刻技術(shù)制作一層在通孔處有空白區(qū)域的光刻膠保護(hù)層，空白區(qū)域直徑在100— 200um之間，通孔位于空白區(qū)域內(nèi)切邊緣；(8)利用真空鍍膜技術(shù)在光刻膠保護(hù)層表面分別蒸鍍一層Ti，再蒸鍍一層Au，金屬材料在鍍膜的同時(shí)會(huì)沉淀至通孔的內(nèi)側(cè)面，加強(qiáng)通孔中的金屬厚度，形成基板表面與N型歐姆接觸電極的電流通路；(9)去除基板表面光刻膠保護(hù)層，其表面的金屬材料將一并去除，但空白區(qū)域的金屬材料將保留在基板表面形成焊線電極；(10)完成以上操作后，將外延片分割成單個(gè)的LED芯片，將有焊線電極的基板面朝上， 有AL反射鏡的發(fā)光層向下，即形成可直接應(yīng)用于封裝的LED芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鎵基功率型LED芯片制作方法，其特征在于，所述在制作好N型歐姆接觸電極的N型外延區(qū)域表面覆蓋著一絕緣保護(hù)層，此絕緣保護(hù)層的厚度在10 — 30um之間，材料為紫外光固化粘合劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鎵基功率型LED芯片制作方法，其特征在于，所述連通基板表面與N型歐姆接觸電極的通孔，所述通孔內(nèi)有起導(dǎo)電連通作用的金屬材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鎵基功率型LED芯片制作方法，其特征在于，所述芯片在使用時(shí)將具有外延層的一面向下，具有焊線電極的蘭寶石基板表面向上，利用通孔內(nèi)金屬材料實(shí)現(xiàn)外部電路與N型區(qū)的電流導(dǎo)通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鎵基功率型LED芯片制作方法，其特征在于，所述連通基板表面與N型歐姆接觸電極的通孔內(nèi)部可以采用金屬填充物，從而加強(qiáng)通孔內(nèi)金屬材料的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能。
全文摘要
一種氮化鎵基功率型LED芯片制作方法，該方法利用刻蝕、真空蒸鍍等技術(shù)在外延層上分別制作好P型歐姆接觸及AL層反射鏡，并利用激光打孔技術(shù)在裸露的N型外延層區(qū)域打孔，然后制作好N型區(qū)的歐姆接觸，同時(shí)在孔內(nèi)沉淀好金屬材料，再利用絕緣材料保護(hù)N型區(qū)域，實(shí)現(xiàn)N型區(qū)與P型區(qū)的隔離；將外延片減薄，使得所打的孔成為連通蘭寶石基板與N型區(qū)的通孔，并在基板表面制作焊線電極。由于本發(fā)明方法將發(fā)光PN結(jié)區(qū)靠近導(dǎo)熱材料，解決了傳統(tǒng)正裝結(jié)構(gòu)LED芯片所存在的導(dǎo)熱、散熱問題，同時(shí)無(wú)需考慮傳統(tǒng)倒裝結(jié)構(gòu)的電路對(duì)應(yīng)等問題，具有使用方便，節(jié)約成本，成品率高的特點(diǎn)。本發(fā)明適用于氮化鎵基功率型LED芯片的制備。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102214746SQ20111015723
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月13日
發(fā)明者萬(wàn)義朋, 萬(wàn)金平, 任強(qiáng), 何民華 申請(qǐng)人:江西聯(lián)創(chuàng)光電科技股份有限公司