CN101315964A - 氮化镓基发光二极管芯片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
氮化镓基发光二极管芯片及其制造方法，其特征在于：在欧姆接触层的透明电极上有孔，孔底部为P型氮化镓，P电极金属经孔直接与P型氮化镓接触。本发明有部分P电极金属通过上述孔与P型氮化镓直接附着，而另一部分P电极金属与透明电极附着，这样极大提高P电极的附着力，防止电极翘起、改善Vf升高和P电极电流分布，提高产品品质。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管芯片，更具体地涉及以蓝宝石为衬底的氮化镓基发光二极管芯片的P电极及其制造方法。
背景技术
氮化镓基发光二极管是一种将电能高效率转化为光能的发光器件，其纵向结构包含蓝宝石衬底、缓冲层、N型氮化镓、多量子阱、P型氮化镓、透明电极(电流扩散层)、P电极、N电极、钝化层。
目前通常在P型氮化镓上蒸镀镍/金、氧化铟锡或镍/金/氧化铟锡等，再经过退火合金化来制作欧姆接触的透明电极，在此欧姆接触层再蒸镀钛/铝等形成P电极压焊点是行业内一种比较普遍的制程，此电极制作工艺成熟，后道封装打线方便，与常规硅工艺兼容。为了使发光二极管获得高亮度，必须使电流均匀分散到电极表面，因此需要增加P电极在纵、横方向上的分布，形成翅膀状电极；此外，P电极因为有一定的厚度，如果其面积过大，必然影响芯片光线的透出，因此翅膀状电极必然会做得细且长，但太长的电极金属在后续封装时由于环氧树脂固化时的应力以及使用过程中芯片的发热，易造成翅膀状电极端头及边缘翘起，影响其在透明电极上的附着；另一方面由于P电极处于整个芯片最高处，钛/铝与合金后的镍/金结合力一般，因此在后续减薄、分选工序，在多次倒膜操作中，也易造成电极翘起，引起正向工作电压(Vf)升高，造成芯片良率下降以及产品存在质量隐患。
发明内容
本发明目的在于克服现有制程的上述不足，提供一种有效的氮化镓基发光二极管芯片及其制造方法，以提高制程良率及消除后续封装中存在的质量隐患。
本发明的技术方案是：一种氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于：在欧姆接触层的透明电极上有孔，孔底部为P型氮化镓，P电极金属经孔直接与P型氮化镓接触。
如上所述的氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于：其P电极形状为翅膀状电极，P电极金属经孔直接与P型氮化镓接触的部位，在P电极的细长区的边缘和端点以及大面积焊盘区的周边。
如上所述的氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于：所述的孔为若干个长方形孔、多边形孔、不规则形状的孔或圆孔。
如上所述的氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于：在大面积焊盘区的周边有多个均布的孔。
如上所述的氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于：在透明电极上大面积焊盘区的圆孔，其边界为圆形，边界内区域分布有多个长条形孔。
针对芯片制程中和目前封装中存在的Vf升高问题，主要原因是P电极翘起，而电极翘起多发生在电极边缘、电极的细长区端点以及大面积焊盘区，因镍/金透明电极与P型氮化镓有很好的附着力，这两者已经形成良好的欧姆接触。电极翘起的部位多在P电极金属钛/铝与镍/金(或铂或氧化铟锡)的接触面上，具体部位在P电极的边缘上。考虑到P电极钛/铝电极层与P型氮化镓有着良好的结合力，透明电极的厚度小于100
在镍/金的透明电极上，蚀刻出适当大小的孔，孔底部即为P型氮化镓，由于在LED发光时，孔区域并不发光，因此需要控制孔的大小，以免影响发光面积。这样淀积钛/铝电极层时，P电极钛/铝经孔直接与P型氮化镓接触，这样增加了P电极钛/铝金属与底层欧姆接触层及P型氮化镓的结合力，而且P电极金属厚度(约20000
)远大于(镍/金)透明电极厚度(约100
)，因而并不影响P电极的表面平整度，对后续的打线区打线、封装没有任何不良影响。
本发明的氮化镓基发光二极管芯片的制造方法，其特征在于：在蓝宝石衬底的P型氮化镓表面上蒸镀形成透明电极后，光刻、腐蚀透明电极，使透明电极生成孔，这些孔的底部即为P型氮化镓表面；在有孔的透明电极层上制作翅膀状P电极，P电极金属经孔直接与P型氮化镓接触。
如上所述的氮化镓基发光二极管芯片的制造方法，其特征在于：P电极金属经孔直接与P型氮化镓接触的部位，在P电极的细长区的边缘和端点以及大面积焊盘区的周边。
如上所述的氮化镓基发光二极管芯片的制造方法，其特征在于：所述的孔为若干个长方形孔、多边形孔、不规则形状的孔或圆孔。
如上所述的氮化镓基发光二极管芯片的制造方法，其特征在于：在P电极的边缘、顶端位置，在透明电极上蚀刻出长方形、多边形孔或不规则形状的孔，孔边缘超出P电极边沿1～20μm，长方形孔边长为5～40μm；圆孔在大面积焊盘区，圆孔直径在40～90μm，并在圆孔周围蚀刻出多个长方形孔。
上述的P电极金属是钛/铝或铬/铂/金，透明电极材料是镍/金、铂或氧化铟锡。
本工艺与现有工艺比较，有如下优点：
本发明提出了一种氮化镓基发光二极管芯片的制作方法，在不改变现有制程的情况，仅改变透明电极腐蚀用的光刻版，从而极大地提高了P电极的附着力，促进电流均匀分散到透明电极表面，提升整体发光效率，因而明显的改善产品品质。
本发明就是在P电极的边缘、顶端等位置处，在镍/金(或铂或氧化铟锡)透明电极上蚀刻出多个长方形(多边形)孔，孔边缘超出P电极边沿1～20μm，长方形孔边长为5～40μm，在打线区对应的透明电极上蚀刻出较打线区小10～30μm，即圆形孔直径在40～90μm，并在圆孔周围蚀刻出多个长方形孔，同时需要保证P电极与底部镍/金透明电极有够的接触面积，以保证电流有足够导电面积从P电极传输到镍/金透明电极上；另一方面由于直接接触P型氮化镓的P电极钛/铝(或铬/铂/金)与P型氮化镓没有形成欧姆接触，因此并不能引导电流直接至P型氮化镓，电流必须由P电极经镍/金透明电极传输至P型氮化镓，这样使P型氮化镓的电流分布更为均匀。
附图说明
图1，现有技术中氮化镓基发光二极管芯片纵向结构。
图2，现有技术中氮化镓基发光二极管芯片横向结构。
图3，本发明实施例的氮化镓基发光二极管芯片纵向结构。
图4，是图3中镍/金蚀刻孔的横向结构。
图5，本发明实施例的氮化镓基发光二极管芯片横向结构。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做详细的描述。
图1中标记的说明：1-蓝宝石衬底，2-N型氮化镓，3-多量子阱，4-P型氮化镓，5-镍/金透明电极，6-N电极，7-P电极。
图3中标记的说明：8-P电极，9-N电极。
图4中标记的说明：10-长方形孔，11-圆孔。
参照图3。本发明实施例的氮化镓基发光二极管芯片，其P电极8的形状为翅膀状电极，其特征在于：在镍/金(或铂或氧化铟锡)透明电极5上有孔，孔底部为P型氮化镓4，P电极8钛/铝(或铬/铂/金)金属经孔直接与P型氮化镓4接触。
参见图4。在镍/金透明电极5上的孔，有P电极的细长区端点的长方形孔10和大面积焊盘区的圆孔11，圆孔11的周边也均布有长方形孔10，P电极8钛/铝经长方形孔10和圆孔11直接与P型氮化镓4接触。本实施例中的圆孔11实际上是中间为条形孔边界为圆形的孔，这是由于直接接触P型氮化镓4的P电极8钛/铝与P型氮化镓4没有形成欧姆接触，因此并不能引导电流直接至P型氮化镓4，电流必须由P电极8经镍/金透明电极5传输至P型氮化镓4，这样使P型氮化镓4的电流分布更为均匀。
本发明的P电极8的形状可以是圆形、长条形、翅膀状或其他形状，当为增加P电极在纵、横方向上的分布，形成本实施例中翅膀状电极时，本发明的孔结构就显得特别的有价值，它可以有效的克服细长型P电极边缘和端头的翘起。
参照图3、图4、图5的结构，本发明的制造方法为：
在蓝宝石衬底1上外延生长缓冲层、N型氮化镓2、多量子阱3、P型氮化镓4。进行隔离光刻、干法蚀刻形成N型氮化镓9台面；蒸镀镍/金透明电极5(其中镍层厚度为5～50
金层厚度为20～100
)，用改版光刻版进行光刻，湿法腐蚀镍/金，使镍/金生成若干个长方形10和圆孔11，这些孔的底部即为P型氮化镓4表面，并在氧气气氛上进行合金化，最终形成了P型氮化镓4上的透明电极5，这层透明电极不同于常规工艺形成的透明电极的是，其不是一层完整的薄膜，其上分布多个长方形孔10和圆孔11；制作N电极9，并在氮气气氛上进行合金化；制作P电极8，光刻、蒸镀钛/铝(其中钛层厚度为200～1000
铝层厚度为10000～40000
)、电极剥离，这样就有部分P电极8的钛/铝金属直接与P型氮化镓4接触；制作钝化层；将圆片进行减薄、划片、裂片、测试、分选。
根据以上发明构想，采取如下步骤：
1.在蓝宝石衬底1上外延生长缓冲层、N型氮化镓2、多量子阱3、P型氮化镓4；
2.进行隔离光刻、干法蚀刻形成N区氮化镓9台面；
3.蒸镀镍/金透明电极5，光刻，腐蚀镍/金，使镍/金生成若干个长方形孔10和圆孔11，这些孔的底部即为P型氮化镓4表面；
4.制作N电极9；
5.制作P电极8，光刻、蒸镀电极金属层，电极剥离；
6.制作钝化层；
将圆片进行减薄、划片、裂片、测试、分选。
尽管已经描述了本发明的具体实施例，但是本领域技术人员可以认识到，在不背离本发明构思的所限定的原则和精神的前提下，可以对实施例做出更改，总的发明构思的范围由权利要求及其等同物所限定。只要具有本发明的宗旨，也包括在本发明的范围中。
Claims (9)
1、一种氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于：在欧姆接触层的透明电极上有孔，孔底部为P型氮化镓，P电极金属经孔直接与P型氮化镓接触。
2、如权利要求1所述的氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于：其P电极形状为翅膀状电极，P电极金属经孔直接与P型氮化镓接触的部位，在P电极的细长区的边缘和端点以及大面积焊盘区的周边。
3、如权利要求2所述的氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于：所述的孔为若干个长方形孔、多边形孔、不规则形状的孔或圆孔。
4、如权利要求2所述的氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于：在大面积焊盘区的周边有多个均布的孔。
5、如权利要求2或4所述的氮化镓基发光二极管芯片，其特征在于：在透明电极上大面积焊盘区的圆孔，其边界为圆形，边界内区域分布有多个长条形孔。
6、氮化镓基发光二极管芯片的制造方法，其特征在于：在蓝宝石衬底的P型氮化镓表面上蒸镀形成透明电极后，光刻、腐蚀透明电极，或剥离透明电极，使透明电极生成孔，这些孔的底部即为P型氮化镓表面；在有孔的透明电极层上制作翅膀状P电极，P电极金属经孔直接与P型氮化镓接触。
7、如权利要求6所述的氮化镓基发光二极管芯片的制造方法，其特征在于：P电极金属经孔直接与P型氮化镓接触的部位，在P电极的细长区的边缘和端点以及大面积焊盘区的周边。
8、如权利要求7所述的氮化镓基发光二极管芯片的制造方法，其特征在于：所述的孔为若干个长方形孔、多边形孔、不规则形状的孔或圆孔。
9、如权利要求6或7或8所述的氮化镓基发光二极管芯片的制造方法，其特征在于：在P电极的边缘、顶端位置，在透明电极上蚀刻出长方形、多边形孔或不规则形状的孔，孔边缘超出P电极边沿1～20μm，长方形孔边长为5～40μm；圆孔在大面积焊盘区，圆孔直径在40～90μm，并在圆孔周围蚀刻出多个长方形孔。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Owner name: HC SEMITEK CORPORATION Free format text: FORMER NAME: HUACAN PHOTOELECTRIC CO., LTD., WUHAN |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 430223 Binhu Road, East Lake New Technology Development Zone, Hubei, China, No. 8, No. Patentee after: HC SEMITEK Corp. Address before: 430223 Binhu Road, East Lake New Technology Development Zone, Hubei, China, No. 8, No. Patentee before: Wuhan HC SemiTek Co.,Ltd. |
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| DD01 | Delivery of document by public notice | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Yang Chunyan Document name: Notification of Passing Examination on Formalities |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20191227 Address after: 215600 Huacan photoelectric (Suzhou) Co., Ltd., CHENFENG Road, Zhangjiagang Economic Development Zone, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee after: HC SEMITEK (SUZHOU) Co.,Ltd. Address before: 430223 No. 8, Binhu Road, East Lake New Technology Development Zone, Wuhan, Hubei Patentee before: HC SEMITEK Corp. |