CN103022334B - 一种高压倒装led芯片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露了一种高压倒装LED芯片及其制造方法,所述LED芯片的制造方法在刻蚀外延层,形成电极孔洞阵列之后;利用激光切割外工艺切割外延层至衬底,形成隔离槽,隔离出发光单元;然后在P型氮化镓层上形成金属反射镜层;在金属反射镜层和电极孔洞阵列内形成绝缘层,在所述绝缘层中形成开口,露出电极孔洞阵列内的N型氮化镓和部分金属反射镜层;在开口中形成接触电极;将衬底通过接触电极与形成有电路的基板倒装焊接,形成倒装器件;切割所述倒装器件,形成由多个发光单元组成的高压倒装LED芯片。有着工艺简单,器件可靠性高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及LED制造技术领域,尤其涉及一种高压倒装LED芯片及其制造方法。
背景技术
发光二极管(LED,LightEmittingDiode)是一种半导体固体发光器件,其利用半导体PN结作为发光材料,可以将电转换为光。当半导体PN结的两端加上正向电压后,注入PN结中的电子和空穴发生复合,将过剩的能量以光子的形式释放出来。LED具有寿命长、功耗低的优点,随着技术的日渐成熟,LED的运用领域也越来越多元化,对LED芯片的功率和亮度的要求也越来越高。
目前,通过半导体集成工艺制备的高压LED芯片(HighVoltageLED,HVLED)作为高功率LED的解决方案,其将传统的大颗低压LED芯片分隔成多个发光单元之后串联而成,高压LED芯片所需要的驱动电流远低于大颗低压LED芯片,有着封装成本低、驱动电源效率高、线路损耗低等优势。并且可依据不同的输入电压的需求决定芯片中发光单元的数量和大小,进行对晶片的切割,便于实现客制化的服务。同时,往往为了提高发光效率,还同时使用倒装LED芯片的技术。
在申请号为201020520114.6和201010274676.1的中国专利申请公开的高压倒装LED芯片的制造方法中,其先分别完成LED发光单元部分的制造和基板端的制造,基板上有凸起的焊点或焊球等凸点结构,然后将两部分通过凸点焊接技术贴装在一起。由于其采用凸点焊接技术,无法克服凸点大小差异、焊接均匀性及平整性等等原因导致的良率问题,工艺复杂且可靠性低。
在申请号为201110296263.8的中国专利申请中,公开了另一种制作高压LED芯片的方法,其是采用ICP深刻蚀制作高压倒装LED芯片的发光单元间的隔离沟槽,然而其缺点是工艺耗时长、成本高,并且深沟槽刻蚀工艺需要高难度的高深宽比的制程技术,制程线宽受限,而一般的曝光技术及ICP刻蚀将会导致较宽的隔离沟道,牺牲了大量的发光面积。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压倒装LED芯片及其制造方法,该制作方法优化了高压倒装LED芯片的制造方法,一方面避免使用凸点焊接技术,提高了器件良率。
本发明的另一目的在于,利用激光切割技术来隔离发光单元,工艺简单,且可避免牺牲过多的发光面积。
为解决以上问题,本发明提供一种高压倒装LED芯片的制造方法,包括:
提供衬底,在衬底上形成外延层,所述外延层包括依次形成于衬底上的N型氮化镓层、多量子阱层和P型氮化镓层;
刻蚀所述外延层,形成电极孔洞阵列,所述电极孔洞阵列暴露出N型氮化镓层;
利用激光切割外工艺切割外延层至衬底,形成隔离槽,隔离出发光单元;
在所述P型氮化镓层上形成金属反射镜层;
在所述金属反射镜层和电极孔洞阵列内形成绝缘层,在所述绝缘层中形成开口,露出电极孔洞阵列内的N型氮化镓和部分金属反射镜层;
在所述开口中形成接触电极;
将衬底通过接触电极与形成有电路的基板倒装焊接,形成倒装器件;
切割所述倒装器件,形成由多个发光单元组成的高压倒装LED芯片。
可选的,所述激光切割工艺包括:在外延层上形成保护层,然后在保护层上旋涂保护液;激光切割所述外延层至衬底;利用化学试剂清洗所述外延层和衬底,去除所述保护层。
可选的,所述保护层为氧化硅层,厚度为100nm~10000nm。
可选的,所述清洗步骤使用的化学试剂为磷酸、硫酸或磷酸和硫酸的混合溶液,所述清洗步骤的温度为100℃~400℃,时间为5min~40min。
可选的,利用负胶剥离工艺在所述P型氮化镓层上形成金属反射镜层。
可选的,所述金属反射镜层材质为Ni/Ag/Ti/Pt/Au、Ni/Al/Ti/Pt/Au、Ni/Ag/Ni/Au或Ni/Al/Ti/Au。
可选的,所述绝缘层材质为SiO2或Si3N4,厚度为100nm~1000nm。
可选的,所述接触电极为Au薄膜、Au/Sn薄膜或Sn焊膏。
可选的,利用共晶焊接或超声热压焊将衬底通过接触电极与形成有电路的基板倒装焊接。
根据本发明的另一面,还提供一种利用上述高压倒装LED芯片的制造方法制造的高压倒装LED芯片,包括:衬底、形成于所述衬底上的外延层所述外延层包括依次形成于衬底上的N型氮化镓层、多量子阱层和P型氮化镓层,所述外延层中形成有电极孔洞阵列,所述电极孔洞阵列暴露出N型氮化镓层;所述高压倒装LED芯片包括多个发光单元,所述发光单元之间由外延层中的隔离槽隔离开,所述P型氮化镓层上形成有金属反射镜层,金属反射镜层和电极孔洞阵列内形成有绝缘层,所述绝缘层中形成有开口,所述开口暴露出电极孔洞阵列内的N型氮化镓和部分P型氮化镓层上的金属反射镜层,所述开口中形成有接触电极,所述衬底通过接触电极与形成有电路的基板倒装焊接。
本发明提供一种高压倒装LED芯片及其制作方法,所述高压倒装LED芯片的制造方法对传统倒装芯片工艺进行了优化,避免使用凸点焊接技术而导致的良率问题,同时利用激光切割技术来形成隔离沟道,工艺简单且避免牺牲过多的发光面积,最终切割成需求的高压倒装LED芯片。
附图说明
图1为本发明实施例的高压倒装LED芯片的制造方法的流程图;
图2A~8A为本发明实施例的高压倒装LED芯片的制造方法各步骤的剖面结构示意图;
图3B~7B为本发明实施例的高压倒装LED芯片的制造方法各步骤的俯视结构示意图;
图8B为本发明实施例中基板电路俯视结构示意图。
具体实施方式
在背景技术中已经提及,现有的高压倒装LED芯片一方面由于使用了凸点焊接技术,而凸点焊接技术的有着其工艺缺陷,另一方面形成发光单元的隔离沟槽有着工艺局限,易牺牲大量发光面积。
为此,本发明提供一种高压倒装LED芯片的制造方法,所述高压倒装LED芯片的制造方法对现有的高压倒装LED芯片的工艺进行了优化,避免了凸点焊接技术,同时利用激光切割技术来隔离发光单元,工艺简单且避免牺牲过多的发光面积。
下面将结合附图对本发明进行更详细的描述,其中表示了本发明的优选实施例,应所述理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明,而仍然实现本发明的有利效果。因此,下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道,而并不作为对本发明的限制。
为了清楚,不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中,不详细描述公知的功能和结构,因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中,必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标,例如按照有关系统或有关商业的限制,由一个实施例改变为另一个实施例。另外,应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的,但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书,本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图1,其为本发明实施例提供的高压倒装LED芯片的制造方法的流程图,所述方法包括如下步骤:
步骤S31,提供衬底,在衬底上形成外延层,所述外延层包括依次形成于衬底上的N型氮化镓层、多量子阱层和P型氮化镓层;
步骤S32,刻蚀所述外延层,形成电极孔洞阵列,所述电极孔洞阵列暴露出N型氮化镓层;
步骤S33,利用激光切割外工艺切割外延层至衬底,形成隔离槽,隔离出发光单元;
步骤S34,在所述P型氮化镓层上形成金属反射镜层;
步骤S35,在所述金属反射镜层和电极孔洞阵列内形成绝缘层,在所述绝缘层中形成开口,露出电极孔洞阵列内的N型氮化镓和部分金属反射镜层;
步骤S36,在所述开口中形成接触电极;
步骤S37,将衬底通过接触电极与形成有电路的基板倒装焊接,形成倒装器件;
步骤S38,切割所述倒装器件,形成由多个发光单元组成的高压倒装LED芯片。
参照图2A,执行步骤S31,提供衬底101,在衬底上形成外延层131,所述外延层131包括依次形成于衬底上的N型氮化镓层102、多量子阱层103和P型氮化镓层104。本实施例中,所述衬底101为蓝宝石(Al2O3)衬底。当然,根据工艺需要,也可以选用其他适用于LED芯片制造的衬底,例如是尖晶石(MgAl2O4)、SiC、ZnS、ZnO或GaAs衬底。形成所述外延层131的方法为本领域技术人员所熟知的,在此不再赘述。
参照图3A和图3B,执行步骤S32,刻蚀所述外延层131,形成电极孔洞阵列105,所述电极孔洞阵列105暴露出N型氮化镓层102。电极孔洞阵列105的电极孔洞开口形状可以是矩形、圆形或正多边形,在此不作限制,本实施例中优选为正方形。电极孔洞按行列分布在外延层131中,在后续形成接触电极的步骤中是在电极孔洞中形成N电极。需要说明的是,各附图中只是示意性画出电极孔洞阵列105,并不意味着电极孔洞阵列105仅包括图示的电极孔洞数目,本领域技术人员可以根据电流分布的需求来调整电极孔洞的分布和数目。
参照图4A和4B,执行步骤S33,利用激光切割外工艺切割外延层131至衬底101,形成隔离槽109,隔离出发光单元121。具体的,在外延层上形成保护层,然后在保护层上旋涂保护液;激光切割所述外延层131至衬底101;之后利用化学试剂清洗所述外延层131和衬底101,然后去除所述保护层。其中保护液作用是减少保护层在激光划片过程中崩裂对器件良率造成影响。本实施例中保护层选为氧化硅,厚度为100nm~10000nm,用于在后续清洗的步骤中保护外延层,清洗所述外延层131和衬底101使用的化学试剂例如为磷酸、硫酸或磷酸和硫酸的混合溶液,清洗温度为100℃~400℃,清洗时间为5min~40min。利用化学试剂清洗所述外延层和衬底的目的是为了去除切割过程中留下的激光烧灼物,并且能提高芯片亮度。
参照图5A和图5B,执行步骤S34,在所述P型氮化镓层104上形成金属反射镜层106。优选利用负胶剥离工艺在所述P型氮化镓层104上形成金属反射镜层106。所述金属反射镜层106材质为Ni/Ag/Ti/Pt/Au、Ni/Al/Ti/Pt/Au、Ni/Ag/Ni/Au或Ni/Al/Ti/Au。金属反射镜层106采用多层金属以兼顾反射镜、电流扩散及散热性能。
参照图6A和图6B,执行步骤S35,在所述金属反射镜层106和电极孔洞阵列105内形成绝缘层107,并在所述绝缘层107中选择性形成开口107’,露出电极孔洞阵列105内的N型氮化镓102和部分金属反射镜层106。所述绝缘层107材质为SiO2或Si3N4,厚度为100nm~1000nm。
参照图7A和图7B,执行步骤S36,在所述开口107’中形成接触电极108。所述接触电极108为Au薄膜、Au/Sn薄膜或Sn焊膏。在电极孔洞阵列105内形成的接触电极为N电极,在金属反射镜层106上的开口107’中形成的接触电极为P电极。
参照图8A,执行步骤S37,将衬底101通过接触电极108与形成有电路122的基板123倒装焊接,形成倒装器件。焊接工艺为共晶焊接、超声热压焊或其它常见键合工艺。基板123上根据需求设计有电路122,将多个发光单元121连接起来,在后续的切割步骤后形成高压倒装LED芯片。例如,需要将4个发光单元121串联组成一个高压倒装LED芯片,则基板123对应的电路122可以是图8B所示的分布,一个发光单元的N电极通过电路122与下一个发光单元的P电极电连接,实现各个发光单元121的串联,然后在后续的切割步骤中按需求将高压倒装LED芯片切割出。当然,上述各附图仅示意出衬底101上很小的部分,可以理解在衬底101上实际形成有很多个发光单元121,本领域技术人员可以根据公知常识和产品需求设计基板上的电路,进行串并联的组合以及交流和直流调整,然后进行切割。
最后,执行步骤S38,切割所述倒装器件,形成由多个发光单元组成的高压倒装LED芯片。
本发明还提供了采用上述方法制造出的LED芯片,参照图8A,包括:衬底101、形成于所述衬底101上的外延层131,外延层131包括依次形成于衬底101上的N型氮化镓层102、多量子阱层103和P型氮化镓层104,所述外延层中形成有电极孔洞阵列,所述电极孔洞阵列暴露出N型氮化镓层102;所述高压倒装LED芯片包括多个发光单元121,所述发光单元121之间由外延层131中的隔离槽隔离开,所述P型氮化镓104层上形成有金属反射镜层106,金属反射镜层106和电极孔洞阵列内形成有绝缘层107,所述绝缘层107中形成有开口,所述开口暴露出电极孔洞阵列内的N型氮化镓102和部分金属反射镜层106,所述开口中形成有接触电极108,所述衬底101通过接触电极108与形成有电路122的基板123倒装焊接。
这种结构,基板和衬底两部分焊接键合时没有使用到凸点焊接技术,避免了由此产生的工艺复杂和良率问题,同时利用激光切割技术来隔离发光单元,工艺简单且避免牺牲过多的发光面积。
综上所述,本发明所提供一种高压倒装LED芯片的结构及其制造方法,所述LED芯片的制造方法对传统倒装芯片工艺进行了优化,避免使用凸点焊接技术而导致的良率问题,并且利用激光切割技术来形成隔离沟道,工艺简单且避免牺牲过多的发光面积,最终切割成需求的高压倒装LED芯片。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种高压倒装LED芯片的制造方法,包括:
提供衬底,在所述衬底上形成外延层,所述外延层包括依次形成于衬底上的N型氮化镓层、多量子阱层和P型氮化镓层;
刻蚀所述外延层,形成电极孔洞阵列,所述电极孔洞阵列暴露出所述N型氮化镓层;
利用激光切割工艺切割外延层至衬底,形成隔离槽,隔离出发光单元;
在所述P型氮化镓层上形成金属反射镜层;
在所述金属反射镜层和电极孔洞阵列内形成绝缘层,并在所述绝缘层中形成开口,露出电极孔洞阵列内的N型氮化镓和部分金属反射镜层;
在所述开口中形成接触电极,所述电极孔洞阵列内形成的所述接触电极为N电极,所述金属反射镜层上的开口中形成的所述接触电极为P电极;
将所述衬底通过接触电极与形成有电路的基板倒装焊接,形成倒装器件;
切割所述倒装器件,形成由多个发光单元组成的高压倒装LED芯片,一个所述发光单元的N电极通过电路与下一个所述发光单元的P电极电连接,实现各个发光单元的串联;
其中,所述激光切割工艺包括:
在所述外延层上形成保护层;
在所述保护层上旋涂保护液;
激光切割所述外延层至衬底;
利用化学试剂清洗所述外延层和衬底;
去除所述保护层。
2.如权利要求1所述的高压倒装LED芯片的制造方法,其特征在于:所述保护层为氧化硅层,厚度为100nm~10000nm。
3.如权利要求1所述的高压倒装LED芯片的制造方法,其特征在于:所述清洗步骤使用的化学试剂为磷酸溶液、硫酸溶液或磷酸和硫酸的混合溶液,所述清洗步骤的温度为100℃~400℃,时间为5min~40min。
4.如权利要求1所述的高压倒装LED芯片的制造方法,其特征在于:利用负胶剥离工艺在所述P型氮化镓层上形成金属反射镜层。
5.如权利要求1所述的高压倒装LED芯片的制造方法,其特征在于:所述金属反射镜层材质为Ni/Ag/Ti/Pt/Au、Ni/Al/Ti/Pt/Au、Ni/Ag/Ni/Au或Ni/Al/Ti/Au。
6.如权利要求1所述的高压倒装LED芯片的制造方法,其特征在于:所述绝缘层材质为SiO2或Si3N4,厚度为100nm~1000nm。
7.如权利要求1所述的高压倒装LED芯片的制造方法,其特征在于:所述接触电极为Au薄膜、Au/Sn薄膜或Sn焊膏。
8.如权利要求1所述的高压倒装LED芯片的制造方法,其特征在于:利用共晶焊接或超声热压焊将衬底通过接触电极与形成有电路的基板倒装焊接。
9.利用权利要求1所述高压倒装LED芯片的制造方法制造的高压倒装LED芯片,包括:衬底、形成于所述衬底上的外延层,所述外延层包括依次形成于衬底上的N型氮化镓层、多量子阱层和P型氮化镓层,其特征在于:所述外延层中形成有电极孔洞阵列,所述电极孔洞阵列暴露出N型氮化镓层;所述高压倒装LED芯片包括多个发光单元,所述发光单元之间由外延层中的隔离槽隔离开,所述P型氮化镓层上形成有金属反射镜层,金属反射镜层和电极孔洞阵列内形成有绝缘层,所述绝缘层中形成有开口,所述开口暴露出电极孔洞阵列内的N型氮化镓和部分P型氮化镓层上的金属反射镜层,所述开口中形成有接触电极,所述衬底通过接触电极与形成有电路的基板倒装焊接。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160113 Termination date: 20201221 |