CN102903805A - 制作倒装高电压交直流发光二极管的方法 - Google Patents

Abstract

一种制作倒装高电压交直流发光二极管的方法，包括如下步骤：步骤1：在一上衬底上依次生长成核层、N型掺杂层、发光层和P型掺杂层；步骤2：在P型掺杂层的表面向下刻蚀，刻蚀深度到达上衬底的表面，形成相互绝缘的发光单元；步骤3：在P型掺杂层的表面向下刻蚀，刻蚀深度到达N型掺杂层内，形成台面；步骤4：在每一P型掺杂层上制作P电极；步骤5：在N型掺杂层的台面上制备N电极，形成LED芯片；步骤6：在一下衬底上生长一层绝缘层；步骤7：在绝缘层上制作金属层，形成倒装基板；步骤8：将LED芯片通过共晶键合的方法倒装在倒装基板上，所述LED芯片上的每一发光单元中的P电极与相邻发光单元中的N电极或P电极通过金属层电连接，完成制备。

Description

制作倒装高电压交直流发光二极管的方法

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别是指一种制作倒装高电压交直流发光二极管的方法。

背景技术

由于发光二极管具有节能、环保，寿命长等优点，在未来几年后，发光二极管有可能取代白炽灯、荧光灯等传统照明灯具，而进入千家万户。

目前，传统的发光二极管皆须以直流电作为驱动，因此在使用一般交流电作为电源供应的同时，必须附带整流变压器进行AC/DC转换。而应用上一直强调LED省电的特性，但在AC/DC转换的过程中，其实有高达15-30％的电力耗损，使用上依旧不具效率；直流驱动的LED产品需要与整流器一并使用，其寿命只有2万小时，但直流电驱动的LED产品的寿命却长达5-10万小时。因此，直流驱动的LED产品“一生”便需要多次更换整流器，若应用于固定照明装置上必定造成不便。

高电压交直流发光二极管无需额外的变压器、整流器或驱动电路，交流电网的交流电就可直接对其进行驱动，显著降低电路成本，也避免了电源变换过程中损失的能耗，属于集成化封装，节省成本。在照明灯具设计上，体积及重量都能较一般传统的发光二极管更具优势。另外，若多个LED发光单元串联连接，则每个发光单元通过的电流大小相同，

倒装高电压交直流发光二极管发光单元间的串并联在倒装基板上实现，散热性能提高，可靠性高。通过倒装基板上的布线，突破了正装产品中隔离单元间互连爬坡的工艺难点，改变衬底布线即可改变单元间串并联关系，实现不同参数，比正装简单及灵活。

传统倒装工艺采用倒装焊技术，必须将晶圆划裂得到单颗芯片，然后再进行倒装焊，效率低(参阅图1)。在高电压交直流芯片中有多个发光单元，金球大小限制了N电极的大小，有源区损失较大。利用共晶键合代替倒装焊植球，提高了生产效率，而且可以减小有源区面积的损失，进一步提高了器件散热性能和可靠性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种制作倒装高电压交直流发光二极管的方法，其是采用共晶键合技术，将LED芯片倒装在倒装基板上。本发明存在着明显的优势，大大提高了生产效率，减小了有源区面积的损失，进一步提高了器件散热性能和可靠性。

为达到上述目的，本发明提供一种制作倒装高电压交直流发光二极管的方法，包括如下步骤：

步骤1：在一上衬底上依次生长成核层、N型掺杂层、发光层和P型掺杂层；

步骤2：在P型掺杂层的表面向下刻蚀，刻蚀深度到达上衬底的表面，形成相互绝缘的发光单元；

步骤3：在P型掺杂层的表面向下刻蚀，刻蚀深度到达N型掺杂层内，形成台面；

步骤4：在每一P型掺杂层上制作P电极；

步骤5：在N型掺杂层的台面上制备N电极，形成LED芯片；

步骤6：在一下衬底上生长一层绝缘层；

步骤7：在绝缘层上制作金属层，形成倒装基板；

步骤8：将LED芯片通过共晶键合的方法倒装在倒装基板上，所述LED芯片上的每一发光单元中的P电极与相邻发光单元中的N电极或P电极通过金属层电连接，完成制备。

本发明提供与现有技术相比：具有芯片工艺仅在切割过程中增加了适当的处理，简单易操作，可以大大提高出光效率，使得发光二极管外量子效率提升，特别适合大尺寸功率型晶粒的制作。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明，其中：

图1是传统倒装高电压交直流发光二极管的结构示意图；

图2是本发明的第一实施例，为N电极加厚后共晶键合的倒装高电压交直流发光二极管的结构示意图；

图3是本发明的第二实施例，为N电极未加厚的共晶键合的倒装高电压交直流发光二极管的结构示意图；

图4是本发明第二实施例图3的LED芯片的俯视结构示意图。

具体实施方式

请参阅图2所示，本发明提供一种制作倒装高电压交直流发光二极管的方法，包括如下步骤：

步骤1：在一上衬底11上依次生长成核层12、N型掺杂层13、发光层14和P型掺杂层15，其中所述上衬底11为蓝宝石，成核层12、N型掺杂层13和P型掺杂层15的材料为氮化镓，所述发光层为InGaN/GaN的多量子阱结构；

步骤2：利用感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀在P型掺杂层15的表面向下刻蚀，刻蚀深度到达上衬底11的表面，或者激光划槽至上衬底11的表面，形成相互绝缘的发光单元；

步骤3：利用ICP干法刻蚀在P型掺杂层15的表面向下刻蚀，刻蚀深度到达N型掺杂层13内，形成台面131；

步骤4：在每一P型掺杂层15上制作P电极16，该P电极16为金属反射镜，其材料为镍/银/铂/金、镍/银/金、镍/银/镍/金、钛/铝/钛/金、钛/银/钛/金、铝/银/金或铝/钛/金；

步骤5：在N型掺杂层13的台面131上制备N电极17，使得N电极和P电极处于一个平面内，形成LED芯片100；

步骤6：在一下衬底21上生长一层绝缘层20，所述下衬底为硅片、陶瓷、线路板或金属板，其散热性能好，且容易实现多芯片集成，其中绝缘层的材料为二氧化硅或氮化硅；

步骤7：在绝缘层20上制作金属层19，形成倒装基板200，其中金属层19的材料为钛/金、镍/金、铬/铂/金、镍/银/镍/金或金锡合金；

步骤8：将LED芯片100通过共晶键合的方法倒装在倒装基板200上，所述LED芯片100上的每一发光单元的P电极16与相邻发光单元中的N电极17或P电极16通过金属层19实现电连接，并通过倒装基板上不同的金属布线实现不同的串联和并联，完成制备。

实施例一

请参阅图2为本发明的第一实施例，本发明提供一种制作倒装高电压交直流发光二极管的方法，包括以下步骤：

步骤1：在蓝宝石衬底上依次外延生长成核层12、N型掺杂层13、发光层14和P型掺杂层15；

步骤2：将外延结构激光划槽至蓝宝石衬底11，形成隔离深槽，实现各个发光单元之间的隔离；

步骤3：用光刻方法制作掩膜，将外延结构利用感应耦合等离子体ICP设备干法刻蚀至N型掺杂层，形成台面131；

步骤4：经过光刻、电子束蒸发等工艺制备P型金属电极16，随后在台面上制备N型加厚电极17；

步骤5：在倒装基板21上制备一层SiO2绝缘层，然后在SiO2绝缘层上形成金属线层19；

步骤6：将LED芯片通过共晶键合的方法倒装在倒装基板上，LED芯片上每个发光单元的P极和N极分别与衬底上的金属层实现电连接，并通过倒装基板上不同的金属布线实现不同的串联和并联。

实施例二

请参阅图3和图4所示为本发明第二实施例，第二实施例与第一实施例基本相同，不同之处为：N电极制备在N型掺杂层台面和与P电极下的P型掺杂层隔离开的P型掺杂层上。

以上实例仅供说明本发明只用，而非对本发明的限制，本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换或变化；因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。

Claims (10)

1.一种制作倒装高电压交直流发光二极管的方法，包括如下步骤：

步骤1：在一上衬底上依次生长成核层、N型掺杂层、发光层和P型掺杂层；

步骤2：在P型掺杂层的表面向下刻蚀，刻蚀深度到达上衬底的表面，形成相互绝缘的发光单元；

步骤3：在P型掺杂层的表面向下刻蚀，刻蚀深度到达N型掺杂层内，形成台面；

步骤4：在每一P型掺杂层上制作P电极；

步骤5：在N型掺杂层的台面上制备N电极，形成LED芯片；

步骤6：在一下衬底上生长一层绝缘层；

步骤7：在绝缘层上制作金属层，形成倒装基板；

步骤8：将LED芯片通过共晶键合的方法倒装在倒装基板上，所述LED芯片上的每一发光单元中的P电极与相邻发光单元中的N电极或P电极通过金属层电连接，完成制备。

2.如权利要求1所述的制作倒装高电压交直流发光二极管的方法，其中所述LED芯片上衬底的材料为蓝宝石。

3.如权利要求1所述的制作倒装高电压交直流发光二极管的方法，其中所述下衬底的材料为硅片、陶瓷、线路板或金属板。

4.如权利要求1所述的制作倒装高电压交直流发光二极管的方法，其中所述下成核层、N型掺杂层和P型掺杂层的材料为氮化镓。

5.如权利要求1所述的制作倒装高电压交直流发光二极管的方法，其中所述发光层的材料为InGaN/GaN。

6.如权利要求1所述的制作倒装高电压交直流发光二极管的方法，其中所述绝缘层的材料为二氧化硅或氮化硅。

7.如权利要求1所述的制作倒装高电压交直流发光二极管的方法，其中所述P电极的材料为镍/银/铂/金、镍/银/金、镍/银/镍/金、钛/铝/钛/金、钛/银/钛/金、铝/银/金或铝/钛/金。

8.如权利要求1所述的制作倒装高电压交直流发光二极管的方法，其中所述金属层的材料为钛/金、镍/金、铬/铂/金、镍/银/镍/金或金锡合金。

9.如权利要求1所述的制作倒装高电压交直流发光二极管的方法，其中步骤2所述刻蚀为干法刻蚀或激光划槽。

10.如权利要求1所述的制作倒装高电压交直流发光二极管的方法，其中步骤3所述刻蚀为干法刻蚀。

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