CN100414722C - 利用倒装焊技术制作氮化镓基发光二极管管芯的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用倒装焊技术制作氮化镓基发光二极管管芯的方法，包括：1)在蓝宝石绝缘衬底上利用金属化学有机气相沉积方法外延生长N型氮化镓层、发光有源区和P型氮化镓层的发光二极管结构；2)在步骤1)的基础上设计发光二极管的管芯尺寸，在设计好的管芯的P型氮化镓层上制备具有高反射率的P型欧姆接触电极；3)将蓝宝石绝缘衬底从背面用研磨的方法或离子减薄技术将其减薄；4)利用切割法或划片法的管芯分割技术沿设计好的管芯的分割道将外延片上的管芯分割成单个管芯；5)在支撑体上制备N型欧姆接触电极和与P型层相对应的倒装焊金属焊料层及其引线电极；6)最后利用倒装焊技术将管芯倒装焊到具有N型欧姆接触电极和与P型层相对应的倒装焊金属焊料层及其引线电极的支撑体上。

Description

利用倒装焊技术制作氮化镓基发光二极管管芯的方法

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别是指利用倒装焊技术制作氮化镓基发光二极管管芯的方法。

背景技术

III-V族氮化镓(GaN)基化合物半导体及其量子阱结构发光二极管(LED)具有高可靠性、高效率、长寿命、全固体化、耗电少等优点，在大屏幕显示、交通灯信息指示及一般的光显示和指示领域具有巨大的应用市场，特别是氮化镓基紫光或蓝光发光二极管与荧光粉结合可以制成白光二极管，在照明领域具有潜在的应用市场，有望将来取代现在的白炽灯和荧光灯，成为21世纪的绿色照明光源。为了适应未来的照明要求，利用倒装焊技术制作氮化镓发光二极管管芯，可以增加热传导，增大工作电流，提高发光强度，降低生产成本。现在一般采用的倒装焊技术制作氮化镓基发光二极管管芯的方法是，利用刻蚀的方法形成N型电极的接触区域，然后制备P型和N型欧姆接触电极，接着在P型和N型欧姆接触电极区域制备铟柱，并在支撑体上制备相应的铟柱，最后将管芯倒装焊到支撑体上。这种制备方法需要刻蚀N型台面，并且散热面积小，影响了管芯的工作性能和寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用倒装技术制备氮化镓基发光二极管管芯的新方法，这种方法可以简化制作工艺，增大有效发光面积和散热面积，提高热的传导速率，使管芯可以在更大电流下工作，提高管芯的性能和寿命。

本发明一种利用倒装焊技术制作氮化镓基发光二极管管芯的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在蓝宝石绝缘衬底上利用金属化学有机气相沉积方法外延生长N型氮化镓层、发光有源区和P型氮化镓层的发光二极管结构；

2)在步骤1)的基础上设计发光二极管的管芯尺寸，在设计好的管芯的P型氮化镓层上制备具有高反射率的P型欧姆接触电极，并在整个电极区域制备倒装金属焊料；

3)将蓝宝石绝缘衬底从背面用研磨的方法或离子减薄技术将其减薄到70μm到150μm之间；

4)利用切割法或划片法等管芯分割技术沿设计好的管芯的分割道将外延片上的管芯分割成单个管芯；

5)在支撑体上制备N型欧姆接触电极和与P型层相对应的倒装焊金属焊料层及其N型和P型电极引线，并根据设计要求将支撑体从背面减薄并切割成适合单个管芯倒装焊的单个支撑体；

6)最后利用倒装焊技术将管芯倒装焊到具有N型欧姆接触电极和与P型层相对应的倒装焊金属焊料层及其N型和P型电极引线的支撑体上，使整个P型欧姆接触电极的金属焊料与支撑体上的金属焊料层接触，N型欧姆接触电极与发光二极管管芯的N型氮化镓层的侧面接触。其中N型欧姆接触电极为为钛、铝、铬、钛铝合金、钛铬合金、铝铬合金、铟、铟锡合金、金锡合金中的一种，其厚度为1-100微米之间。其中管芯倒装焊的支撑体为高阻硅材料或者氧化铍材料或者氮化铝材料。

附图说明

为了进一步说明本发明的内容，以下结合实施例对本发明做一详细的描述，其中：

图1是本发明的利用倒装技术制备的氮化镓基发光二极管管芯的剖面图；

图2是本发明的管芯支撑体的俯视图。

具体实施方式

利用氮化镓基发光二极管外延结构的N型层侧向作为N型欧姆接触电极的接触区域，P型层面制作高反射率的欧姆接触电极层和金属焊料层，然后利用倒装技术将二极管的管芯倒装焊到具有N型欧姆接触电极金属和与P型层面相对应的金属焊料及其N型和P型引线电极的高热导率的支撑体上，形成一个倒装的氮化镓基发光二极管管芯。该方法适用于蓝宝石绝缘衬底上外延生长的氮化镓基发光二极管结构的管芯的制作。

首先请参阅图1所示，本发明一种利用倒装焊技术制作氮化镓基发光二极管管芯的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在蓝宝石绝缘衬底10上利用金属化学有机气相沉积方法外延生长氮化镓(GaN)N型接触层11、发光有源区12和P型氮化镓层13的发光二极管结构；

2)在步骤1)的基础上设计发光二极管的管芯尺寸，在设计好的管芯的P型氮化镓层13上制备具有高反射率的P型欧姆接触电极14，并在整个电极区域制备倒装金属焊料15；

3)将蓝宝石等绝缘衬底10从背面用研磨的方法或离子减薄技术将其减薄到70μm到150μm之间；

4)利用切割法或划片法等管芯分割技术沿设计好的管芯的分割道将外延片上的管芯分割成单个管芯；

5)在高热导率的支撑体18上制备N型欧姆接触电极17和与P型层相对应的倒装焊金属焊料层16及其N型和P型电极引线20和21，并根据设计要求将支撑体从背面减薄并切割成适合单个管芯倒装焊的单个支撑体18，其中N型欧姆接触电极17为钛、铝，铬及其合金或者铟或铟锡合金或者金锡合金，其厚度为1-100微米之间；

6)最后利用倒装焊技术将管芯倒装焊到具有N型欧姆接触电极17和与P型层相对应的倒装焊金属焊料层16及其N型和P型电极引线20和21的热导率高的支撑体18上，使整个P型欧姆接触电极上金属焊料层15与支撑体18上的金属焊料层16接触，其中管芯倒装焊的支撑体18为不导电的硅材料或者氧化铍或者氮化铝等高热导率的材料。

在电极设计和倒装焊过程中，N型接触电极会与GaNP型层13边缘接触，但不与P型层欧姆接触电极14接触，由于GaNP型层13电阻大，不会造成氮化镓基发光二极管的P-N结短路而影响发光二极管的性能，这样就形成了一个倒装的氮化镓基发光二极管管芯。

利用氮化镓基发光二极管外延结构的N型层的侧面作为N型欧姆接触电极接触区域，省去了传统管芯制作工艺中的利用刻蚀方法形成N型接触区域的步骤。

这种方法适用于任意尺寸大小和任意形状的氮化镓基发光二极管管芯的制作。

利用倒装焊技术制作氮化镓基发光二极管管芯的过程是，在蓝宝石衬底10上利用MOCVD方法外延生长N型GaN层11，发光有源区12和P型GaN接触层13；管芯的形状设计成正方形，尺寸为1mm×1mm，然后根据设计的管芯图形和尺寸在P型GaN层13上利用蒸发的方法制备0.2微米厚的金属银(Ag)，并且在300摄氏度合金5分钟形成具有高反射率的P型欧姆接触电极14，然后在其上蒸发0.5微米的倒装焊料金属铟(In)15，将蓝宝石衬底10从背面用研磨的方法将其减薄到100μm；利用激光划片技术沿设计好的管芯的分割道将外延片上的管芯分割成单个管芯；再参阅图2所示，在高阻硅衬底18上利用蒸发方法制备3微米厚和30微米宽的铝(Al)N型欧姆接触电极17及0.5微米厚与P型层相对应的倒装焊料金属In16和1.5微米厚的P型和N型电极引线20和21，然后从高阻硅衬底18背面将其减薄到100μm并切割成适合一个管芯倒装焊的单个支撑体；最后将管芯利用倒装焊技术倒装焊到支撑体18上。这样就形成了一个完整的倒装的氮化镓基发光二极管管芯。

本发明提供了一种利用倒装技术制备氮化镓基发光二极管的新方法，这种方法可以简化氮化镓基发光二极管管芯的制作工艺，增大有效发光面积和散热面积，提高热传导速率，使管芯在更大电流下工作，提高管芯的性能和寿命。

Claims (3)

1. 一种利用倒装焊技术制作氮化镓基发光二极管管芯的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在蓝宝石绝缘衬底上利用金属化学有机气相沉积方法外延生长N型氮化镓层、发光有源区和P型氮化镓层的发光二极管结构；

2)在步骤1)的基础上设计发光二极管的管芯尺寸，在设计好的管芯的P型氮化镓层上制备P型欧姆接触电极，并在整个电极区域制备倒装金属焊料；

3)将蓝宝石绝缘衬底从背面用研磨的方法或离子减薄技术将其减薄到70μm到150μm之间；

4)利用切割法或划片法管芯分割技术沿设计好的管芯的分割道将发光二极管结构上的管芯分割成单个管芯；

5)在支撑体上制备N型欧姆接触电极和与P型层相对应的倒装焊金属焊料层及其N型和P型电极引线，并根据设计要求将支撑体从背面减薄并切割成适合单个管芯倒装焊的单个支撑体；

6)最后利用倒装焊技术将管芯倒装焊到具有N型欧姆接触电极和与P型层相对应的倒装焊金属焊料层及其N型和P型电极引线的支撑体上，使整个P型欧姆接触电极的金属焊料与支撑体上的金属焊料层接触，N型欧姆接触电极与发光二极管管芯的N型氮化镓层的侧面接触。

2. 根据权利要求1所述的利用倒装焊技术制作氮化镓基发光二极管管芯的方法，其特征在于，其中N型欧姆接触电极为钛、铝、铬、钛铝合金、钛铬合金、铝铬合金、铟、铟锡合金、金锡合金中的一种，其厚度为1-100微米之间。

3. 根据权利要求1所述的利用倒装焊技术制作氮化镓基发光二极管管芯的方法，其特征在于，其中管芯倒装焊的支撑体为绝缘体上的硅或者氧化铍或者氮化铝。

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