CN102231421A - 发光二极管封装结构的制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种发光二极管封装结构的制作方法，包括以下步骤：在绝缘衬底上利用金属有机物气相外延的方法依次生长n型层、有源层和p型层；光刻在p型层上面的一侧向下到达n型层的表面形成第一台面，在另一侧向下刻蚀到达绝缘衬底的表面，形成第二台面；在第一、二台面上制作导电通孔并填充导电金属；在靠近第二台面的一侧并覆盖部分p型层的上表面，制作绝缘层；在绝缘层上并覆盖绝缘层制作p电极；在第一台面上的导电通孔上制作n电极；将绝缘衬底减薄；在绝缘衬底的背面的两侧分别制作第一背电极和第二背电极，以上得到器件的基底；在器件的基底上封装一光学元件，完成基底上器件的制作；采用机械方式将基底上器件切割成独立的器件。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别是指利用晶圆级原位封装技术制备发光二极管封装结构的制作方法。
背景技术
目前发光二极管的制备工艺一般分为材料外延、芯片工艺、芯片封装三个主要的步骤。半导体器件封装的基本功能就是将微小尺寸的芯片电极连接到尺寸相对较大的电极结构上，以方便实际使用。
发光二极管封装工艺一般都要使用某种基板、管壳或者支架，将发光二极管芯片通过某种方式粘结在该基板、管壳或者支架上，然后通过金丝球焊工艺将芯片上部的电极连接到基板、管壳或者支架上的相应电极上以实现电连接，最后通过某种方式在该基板、管壳或者支架上使用透明封装材料加以密封或者覆盖，有时也将该透明材料形成某种宏观形状以提高光提取效率，也有使用相应的具有荧光功能的材料进行密封或者覆盖，以实现专门的用途，专利US2010267174A1、US2005151142A1、CN201081157Y、CN201074776Y、US2008089064A1、CN201074776Y、CN101222012A、CN101409266A、CN10137137B、CN101060116B、EP2270889A2中分别描述了各种封装形式及其专门的用途。随着技术的进步，外延与芯片工艺在发光二极管成本中所占的比例相对降低，而封装步骤由于耗费材料和工艺步骤较多且技术含量较低，其成本难以降低。因此发光二极管封装的集成化、小型化是一个发展的趋势，目前已有一些发光二极管的晶圆级封装方法被公布基本上都是利用某种其它类型的晶圆(如硅片、陶瓷片等)作为基板支撑发光二极管芯片，如采钰科技的AlN基板上的发光二极管封装形式。一些芯片尺度的发光二极管封装(日月光半导体制造股份有限公司ZL200610108560.4，中国台湾晶元光电股份有限公司US20100163907A1)也被公开，但是均仍需要多次转移衬底或多个衬底，其材料成本和工艺成本仍然较高。目前绝大多数发光二极管均使用上述各种方法封装。
发明内容
本发明的目的是提供一种发光二极管封装结构的制作方法，其可整合发光二极管的芯片制备工艺和芯片封装工艺，利用芯片本身的衬底作为封装基板，简化发光二极管的工艺路径，降低全工艺成本，提供最小的发光二极管封装体积，最少的全工艺步骤，降低器件封装热阻，实现对发光二极管电学和光学性能更好的控制，并具有简单、成本低等优点。
本发明提供一种发光二极管封装结构的制作方法，包括以下步骤：
1)在绝缘衬底上利用金属有机物气相外延的方法依次生长n型层、有源层和p型层，形成外延层；
2)采用光刻工艺在p型层上面的一侧向下刻蚀，刻蚀深度到达n型层的表面形成第一台面，在p型层上面的另一侧向下刻蚀，刻蚀深度到达绝缘衬底的表面，形成第二台面；
3)在第一台面及第二台面上制作导电通孔，在导电通孔内填充导电金属；
4)在靠近第二台面外延层的一侧并覆盖部分p型层的上表面，制作绝缘层；
5)在绝缘层上并覆盖绝缘层制作p电极，该p电极覆盖部分p型层，并与导电通孔中的导电金属连接；
6)在第一台面上的导电通孔上制作n电极，该n电极与导电通孔中的导电金属连接；
7)将绝缘衬底减薄；
8)在减薄后的绝缘衬底的背面的两侧分别制作第一背电极和第二背电极，该第一背电极和第二背电极分别通过导电通孔中的导电金属与p电极和n电极连接，以上得到器件的基底；
9)在器件的基底上封装一光学元件，完成基底上器件的制作；
10)采用机械方式将基底上器件切割成独立的器件。
其中所述外延结构中的n型层和p型层为正置或颠倒。
其中绝缘衬底的材料为蓝宝石或碳化硅或氮化铝。
其中n型层的材料为n型氮化镓。
其中有源层的材料为氮化镓材料制作的量子阱结构。
其中p型层的材料为p型氮化镓。
其中隔离层的材料为氧化硅或氮化硅。
其中p电极、n电极、第一背电极和第二背电极为导电金属。
其中光学元件为树脂、硅胶或玻璃，或及其组合。
附图说明
为了说明本方法的具体内容，以下结合具体实施例，附图详细说明，其中：
图1是本发明中采用绝缘衬底的发光二极管原位封装结构剖面图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明提供一种发光二极管封装结构的制作方法，包括以下步骤：
在一绝缘衬底11上利用金属有机物气相外延的方法依次生长n型层12、有源层13和p型层14，形成外延层；其中绝缘衬底11的材料为蓝宝石或碳化硅或氮化铝；其中所述外延结构中的n型层12和p型层14为正置或颠倒。其中n型层12的材料为n型氮化镓，其中有源层13的材料为氮化镓材料制作的量子阱结构，其中p型层14的材料为p型氮化镓。
采用光刻工艺在p型层14上面的一侧向下刻蚀，刻蚀深度到达n型层12的表面形成第一台面121，在p型层14上面的另一侧向下刻蚀，刻蚀深度到达绝缘衬底11的表面，形成第二台面112；该p型层14的刻蚀方法为干法刻蚀或湿法腐蚀；
在第一台面121及第二台面112上制作导电通孔111，在导电通孔111内制作导电金属；该导电通孔111可以为圆孔或槽；该导电通孔111的加工方法为激光打孔或干法刻蚀或光学辅助湿法腐蚀；该导电通孔111的数量不限；该导电通孔111内填充金属的方法为等离子体溅射或电子束蒸发或化学镀或电化学镀或机械填充；
在靠近第二台面112外延层的一侧并覆盖部分p型层14的上表面，制作绝缘层15；其中隔离层15的材料为氧化硅或氮化硅；该绝缘层15的制作方法为电子数蒸发或PECVD或离子溅射；
在绝缘层15上并覆盖绝缘层15制作p电极16，该p电极16覆盖部分p型层14，并与导电通孔111中的导电金属连接；该p电极16与p型层14形成欧姆接触，并在p型层14上形成良好电流扩展；
在第一台面121上的导电通孔111上制作n电极17，该n电极17与导电通孔111中的导电金属连接；该n电极17与n型层12形成欧姆接触，并在n型层12上形成良好电流扩展；
其中p电极16、n电极17包含导电金属。
在器件的基底上封装一光学元件20。其中光学元件20为树脂、硅胶、玻璃或其他透明材料单独或组合而成；其中光学元件20可以起到对器件的支撑作用；其中光学元件20可以起到对器件的保护作用防止水汽、有害气体或灰尘侵入作用；其中光学元件20可以起到提高器件发光效率作用；其中光学元件20可以起到荧光转换作用；其中光学元件20可以起到调节外部光场分布作用。
将绝缘衬底11减薄，由于光学元件20的存在，衬底可以比常规工艺更薄，因而器件可以具有更低的热阻；
在减薄后的绝缘衬底11的背面两侧分别制作第一背电极18和第二背电极19，该第一背电极18和第二背电极19分别通过导电通孔111中的导电金属与p电极16和n电极17连接，以上得到器件的基底；其中第一背电极18和第二背电极19为导电金属；其中所述第一背电极18和第二背电极19为具有易焊接性的金属或合金，便于将本封装结构焊接于其他电路结构中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种发光二极管封装结构的制作方法，包括以下步骤：
1)在绝缘衬底上利用金属有机物气相外延的方法依次生长n型层、有源层和p型层，形成外延层；
2)采用光刻工艺在p型层上面的一侧向下刻蚀，刻蚀深度到达n型层的表面形成第一台面，在p型层上面的另一侧向下刻蚀，刻蚀深度到达绝缘衬底的表面，形成第二台面；
3)在第一台面及第二台面上制作导电通孔，在导电通孔内填充导电金属；
4)在靠近第二台面外延层的一侧并覆盖部分p型层的上表面，制作绝缘层；
5)在绝缘层上并覆盖绝缘层制作p电极，该p电极覆盖部分p型层，并与导电通孔中的导电金属连接；
6)在第一台面上的导电通孔上制作n电极，该n电极与导电通孔中的导电金属连接；
7)将绝缘衬底减薄；
8)在减薄后的绝缘衬底的背面的两侧分别制作第一背电极和第二背电极，该第一背电极和第二背电极分别通过导电通孔中的导电金属与p电极和n电极连接，以上得到器件的基底；
9)在器件的基底上封装一光学元件，完成基底上器件的制作；
10)采用机械方式将基底上器件切割成独立的器件。
2.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构的制作方法，其中所述外延结构中的n型层和p型层为正置或颠倒。
3.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构的制作方法，其中绝缘衬底的材料为蓝宝石或碳化硅或氮化铝。
4.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构的制作方法，其中n型层的材料为n型氮化镓。
5.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构的制作方法，其中有源层的材料为氮化镓材料制作的量子阱结构。
6.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构的制作方法，其中p型层的材料为p型氮化镓。
7.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构的制作方法，其中隔离层的材料为氧化硅或氮化硅。
8.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构的制作方法，其中p电极、n电极、第一背电极和第二背电极为导电金属。
9.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构的制作方法，其中光学元件为树脂、硅胶或玻璃，或及其组合。
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