CN102427107A - 一种大功率白光led倒装芯片及其制作方法 - Google Patents

一种大功率白光led倒装芯片及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大功率白光LED倒装芯片，包括N型电极区和P型电极区，N型电极区依次包括衬底、缓冲层、N型层以及绝缘薄膜，P型电极区依次包括衬底、缓冲层、N型层、N型分别限制层、有源区层、P型分别限制层、P型层、P型欧姆接触层、光反射层以及绝缘薄膜，P型电极的一端穿过所述绝缘薄膜与N型层连接，N型电极的一端面穿过绝缘薄膜与所述光反射层连接，N型电极为阶梯结构使得其与P型电极存在相同锡焊面，在衬底表面涂有荧光粉。本发明于蓝宝石衬底一面先利用隐形切割技术对外延片进行切割，再借助光子晶体技术对其表面进行粗化，接着利用匀胶方法在其表面涂布荧光粉，直接制成大功率白光LED芯片。

Description

一种大功率白光LED倒装芯片及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种LED芯片结构，尤其是涉及一种大功率白光LED倒装芯片。
背景技术
自从通过由蓝色LED芯片和荧光粉结合产生白光的方法问世以来，白光LED管的实现是首先利用半导体工艺做出蓝色的LED芯片，然后通过固晶方法把LED固定在载体上，再进行电极打线，接着把荧光粉涂在芯片表面，最后进行点胶、烘考等。为简化工艺流程，提高LED的出光效率，降低生产成本和提高产品良率，
发明内容
本发明设计了一种大功率白光LED倒装芯片，其解决的技术问题是现有倒装结构的LED芯片容易出现电极虚焊或脱焊以及芯片发光效率低的缺陷。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：
该大功率白光LED倒装芯片与现有倒装结构的LED芯片相比，具有以下有益效果：
(1)本发明在倒装芯片工艺制造技术的基础上，于蓝宝石衬底一面先利用隐形切割技术对外延片进行切割，再借助光子晶体技术对其表面进行粗化，或利用纳米技术对蓝宝石表面进行粗化以增加LED的出光效率，接着利用匀胶方法在其表面涂布荧光粉，切实可行地直接制成大功率白光LED芯片。
(2)本发明由于把LED芯片的N型电极和P型电极制作在同一表面上，增加了芯片倒装工艺的封装良率，避免了电极虚焊或脱焊的情形发生。
(3)本发明由于P型电极的第三部分与N型层连接的面积小于P型电极的第一部分与PCB板连接面积，因而减少制作n型欧姆接触的面积，增加发光区面积，以提高LED的发光效率。
附图说明
图1：本发明的外延结构图；
图2：本发明外延层表面形成电阻和发光二极管p型欧姆接触层后的示意；
图3：本发明涂布光刻胶后的示意图；
图4：本发明N型电极区域的分配示意图；
图5：本发明去除暴露部分p型层，有源区和部分n型层后的示意图；
图6：本发明去除光刻胶后的示意图；
图7：本发明制备绝缘介质膜后的示意图；
图8：本发明为打开P和N电极窗口涂布光刻胶的示意图；
图9：本发明光刻后的示意图；
图10：本发明为打开二极管的P和N型电极窗口而进行刻蚀后的示意图；
图11：本发明打开发光二极管P和N型电极窗口后的示意图；
图12：本发明为制备发光二极管的电极而涂胶后的示意图；
图13：本发明为制备发光二极管的电极而光刻后的示意图；
图14：本发明制备发光二极管焊接电极后的示意图；
图15：本发明倒装LED芯片示意图；
图16：本发明减薄、抛光后的示意图；
图17：本发明含有纳米技术制作的大功率白光LED倒装芯片示意图；
图18：本发明为制备光子晶体而涂布光刻胶后的示意图；
图19：本发明用ICP、RIE等方法刻蚀后的图形；
图20：本发明去除光刻胶后的示意图；
图21：本发明大功率白光LED倒装芯片的结构示意图。
附图标记说明：
1-衬底；2-缓冲层；3-N型层；4-N型分别限制层；5-有源区层；6-P型分别限制层；7-P型层；8-P型欧姆接触层；9-光反射层；10-光刻胶；11-N型电极区形成开口；12-N型电极形成区；13-绝缘介质膜；14-光刻胶；15-绝缘介质膜暴露部分；16-去除绝缘介质膜部分；17-P型电极区；18-N型电极区；19-光刻胶；20-金属合金层；21-P型电极；22-N型电极；25-纳米合成材料；26-光刻胶；27-荧光粉。
具体实施方式
下面结合图1至图21，对本发明做进一步说明：
如图1所示，利用MOCVD(或VPE、MBE、LPE等)技术在衬底(蓝宝石、GaAs、InP、ZnO等)上生长器件(如LED、LD等)结构，从1至8分别为衬底、缓冲层、n型层、n型分别限制层、有源区结构(量子阱或其它发光材料)、p型分别限制层和p型层及p型欧姆接触层。
如图2所示，通过蒸镀、溅射或其它薄膜制作方法，在外延层表面形成一层或多层薄膜(如ITO、银镜、镍金、合金或半金属等)，用于制作发光二极管的p型欧姆接触材料和光的反射层。
如图3所示，在高温(如300-550度)下退火，以形成金属、半金属或合金与半导体材料之间的欧姆接触。在图2结构的表面涂布光刻胶(正胶或负胶)，涂布速度在2500-5000转/分，并对涂布的光刻胶在适当的温度(90-100度)下，在烘箱里或铁板表面烘烤，烘烤时间分别为30分钟和2分钟。
如图4所示，利用曝光、显影技术，形成N型电极区形成开口11。
如图5所示，利用干刻(ICP或RIE等)或化学腐蚀方法，把暴露部分的p型材料、有源区和部分n型材料去除并且形成N型电极形成区12。
如图6所示，用去胶液去除光刻胶10。
如图7所示，利用PECVD或其它镀膜技术，在图7所示的结构表面制备一层绝缘介质膜13，厚度在100-500nm之间。
如图8所示，在图形7的表面涂布光刻胶14。涂布速度在2500-5000转/分，并对涂布的光刻胶在适当的温度(90-100度)下，在烘箱里或铁板表面烘烤，烘烤时间分别为30分钟和2分钟。
如图9所示，利用曝光、显影方法，制备上下两个绝缘介质膜暴露部分15用于将来P电极和N电极的形成。
如图10所示，利用干刻(ICP或RIE等)或化学腐蚀方法，把上下两个绝缘介质膜暴露部分15去除，形成两个去除绝缘介质膜部分16。
如图11所示，用去胶液去除图10表面的光刻胶14。
如图12所示，为制备发光二极管P型电极的焊接电极和N型电极的欧姆接触电极，对图11所示的结构表面涂布光刻胶19，涂布速度在2500-5000转/分，并对涂布的光刻胶在适当的温度(90-100度)下，在烘箱里或铁板表面烘烤，烘烤时间分别为30分钟和2分钟。
如图13所示，利用曝光、显影方法，制作P型电极区17和N型电极区18。
如图14所示，利用蒸度或溅射技术制作n型材料的欧姆接触层和焊接用金属层。
如图15所示，利用剥离或其它去膜方法，去除光刻胶19及其上方的金属层，清洗后再甩干。
如图16所示，对金属层进行合金形成金属合金层20。合金温度在200-400度之间。同时利用减薄、抛光技术把完成制作电极的外延片减薄和使表面平整化。
附图17所示，利用隐形切割技术，按照设计芯片的尺寸大小对外延片的衬底1或蓝宝石一面进行切割。利用气相沉积法在出光的衬底1或蓝宝石表面合成透明的纳米合成材料25。
如图18所示，在出光的蓝宝石表面涂布光刻胶26。
如图19所示，通过光刻或Stepper等暴光、显影技术将光刻胶26切割出多个凹孔。
如图20所示，利用ICP、RIE或其它刻蚀技术对凹孔下方的衬底1或蓝宝石进行刻蚀，其深度大于0.5微米。
如图21所示，用去胶液去除图20表面的光刻胶26后，利用涂胶方法把配制好的荧光粉27液均匀地涂布在有图形的蓝宝石表面。然后在100-180度的烘箱内进行烘烤，时间为10分钟-1个小时。
最后利用裂片机把外延片分割成独立的白光芯片。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种大功率白光LED倒装芯片，包括N型电极区(18)和P型电极区(17)，N型电极区(18)依次包括衬底(1)、缓冲层(2)、N型层(3)以及绝缘薄膜(13)，P型电极区(17)依次包括衬底(1)、缓冲层(2)、N型层(3)、N型分别限制层(4)、有源区层(5)、P型分别限制层(6)、P型层(7)、P型欧姆接触层(8)、光反射层(9)以及绝缘薄膜(13)，P型电极(21)的一端穿过所述绝缘薄膜(13)与所述N型层(3)连接，N型电极(22)的一端面穿过所述绝缘薄膜(13)与所述光反射层(9)连接，N型电极(22)为阶梯结构使得其与P型电极(21)存在相同锡焊面，其特征在于：在所述衬底(1)表面涂有荧光粉(27)。
2.根据权利要求1所述大功率白光LED倒装芯片，其特征在于：所述衬底(1)通过刻蚀形成多个凹孔，所述凹孔中填有荧光粉(27)。
3.根据权利要求1或2所述大功率白光LED倒装芯片，其特征在于：所述衬底(1)合成透明的纳米合成材料(25)。
4.根据权利要求2所述大功率白光LED倒装芯片，其特征在于：所述P型电极(21)一端与N型层(3)连接面积小于所述P型电极(22)另一端与PCB板(27)的连接面积。
5.根据权利要求1或2或3所述大功率白光LED倒装芯片，其特征在于：所述绝缘薄膜(13)的厚度在100nm-500nm之间。
6.一种权利要求1至5所述大功率白光LED倒装芯片的制作方法，包括以下步骤：
步骤1、形成N型电极形成区(12)；
步骤2、形成绝缘介质膜(13)；
步骤3、形成P型电极区(17)和N型电极区(18)；
步骤4、制作形成P型电极(21)和N型电极(22)，其中N型电极(22)为阶梯结构，N型电极(22)的下端穿过所述绝缘介质膜(13)与所述N型层(3)连接，N型电极(22)的上端向P型电极(21)的位置延伸，并且上端的N型电极(22)与P型电极(21)存在相同高度的共同锡焊面；
步骤5、在所述衬底(1)表面涂有荧光粉(27)；
步骤6、利用裂片机把外延片分割成独立的白光芯片。
7.根据权利要求6所述大功率白光LED倒装芯片的制作方法，其特征在于：步骤5中利用隐形切割技术，按照设计芯片的尺寸大小对外延片的衬底(1)一面进行切割。
8.根据权利要求7所述大功率白光LED倒装芯片的制作方法，其特征在于：步骤5中利用涂胶方法把配制好的荧光粉液均匀地涂布在有凹孔的衬底(1)表面，然后在100-180摄氏度的烘箱内进行烘烤，时间为10分钟-1个小时。
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