CN103208570A

CN103208570A - 一种倒装led芯片及其制造方法

Info

Publication number: CN103208570A
Application number: CN2013100824670A
Authority: CN
Inventors: 武乐可
Original assignee: Enraytek Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: Enraytek Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2013-07-17

Abstract

本发明揭露了一种倒装LED芯片的结构及其制造方法，所述倒装LED芯片的制造方法，包括：提供衬底；在所述衬底的正面形成倒装LED结构；刻蚀所述衬底的背面以形成图形化衬底；对所述图形化衬底进行粗化工艺，以使所述图形化衬底的背面为粗糙表面。这样，最终在所述图形化衬底的背面形成了更大面积的经过粗化的出光面，提高倒装LED的出光效率。

Description

一种倒装LED芯片及其制造方法

技术领域

本发明涉及LED制造技术领域，尤其涉及一种倒装LED芯片及其制造方法。

背景技术

发光二极管（LED，Light Emitting Diode）是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光结构，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，对LED芯片的尺寸也有了进一步需求。

传统的正装结构的LED芯片结构P电极和N电极和发光区设置在同一侧，发光区射出的光部分将被电极和键合引线所吸收或遮挡，从而降低芯片的出光效率。同时这种结构结的热量通过衬底导出去，导热路径较长，并且衬底的热导系数比金属低，因此，这种正装结构的LED芯片热阻很大。总而言之，正装结构的LED芯片在功率、出光效率和热性能等方面并不能达到较优的效果。

因此，目前一般使用倒装芯片的技术来解决电流扩散层和电极对出光效率的影响。倒装芯片的实质是在传统工艺的基础上，将芯片的发光区与电极不设计在同一个面，将电极区面朝向基板进行贴装。由于倒装LED芯片的电极不在出光面上，因而减小了电极及引线对出射光的吸收，同时由于倒装芯片最终贴装在基板上，基板由散热更好的材质制成，能大大减小热效应的影响。

然而，由于倒装LED芯片的出光面为衬底，衬底的折射率往往较大，因此部分光在出射时会在衬底和空气界面上发生全反射，使得光出射率受到限制，影响倒装LED的工作效率。

发明内容

本发明提供一种倒装LED芯片及其制造方法，用以解决倒装LED芯片部分光在衬底和空气界面上发生全反射影响光出射率的问题，以提高LED的工作效率。

为解决以上问题，本发明提供一种倒装LED芯片的制造方法，包括：

提供衬底；

在所述衬底的正面形成倒装LED结构；

刻蚀所述衬底的背面以形成图形化衬底；

对所述图形化衬底进行粗化工艺，以使所述图形化衬底的背面为粗糙表面。

可选的，对所述图形化衬底进行粗化工艺的步骤包括：

在所述图形化衬底的背面形成金属层；

对所述金属层进行退火工艺，形成图形化的金属层；

以所述图形化的金属层为掩膜，对所述图形化衬底进行刻蚀工艺，以使所述图形化衬底的背面为粗糙表面；

去除所述图形化的金属层。

可选的，所述金属层的材质为Ag、Ti或Ni。

可选的，所述金属层的厚度为100nm-10000nm。

可选的，对所述金属层进行退火工艺是在N2、O2或空气氛围中进行的，退火工艺的温度为400℃-700℃。

可选的，对所述图形化衬底进行的刻蚀工艺为ICP刻蚀工艺。

可选的，在所述衬底的正面形成倒装LED结构的步骤包括：

在所述衬底上依次形成N型半导体层、多量子阱有源层和P型半导体层；

刻蚀所述N型半导体层、多量子阱有源层和P型半导体层，以形成暴露出所述N型半导体层的开口；

在所述开口中形成N型电极层，在所述P型半导体层上形成P型反射电极层；

在所述N型电极层和P型反射电极层部分表面形成绝缘层。

可选的，在所述衬底的正面形成倒装LED结构之后，刻蚀所述衬底的背面以形成图形化衬底之前，还包括对所述衬底进行减薄的步骤。

本发明的另一面提供一种倒装LED芯片，包括图形化衬底以及形成于所述图形化衬底正面的倒装LED结构，所述图形化衬底的背面为粗糙表面。

可选的，所述倒装LED结构包括：

依次形成于所述图形化衬底正面的N型半导体层、多量子阱有源层和P型半导体层；

形成于多量子阱有源层和P型半导体层中的暴露出所述N型半导体层的开口；

形成于所述开口中的N型电极层，形成于所述P型半导体层上的P型反射电极层；以及、

形成于所述N型电极层和P型反射电极层部分表面的绝缘层。

可选的，所述图形化衬底的图形均匀排布在所述图形化衬底的背面。

可选的，所述图形化衬底的材质为蓝宝石。

本发明提供一种倒装LED芯片及其制造方法，所述倒装LED芯片的制造方法先刻蚀衬底的背面形成图形化衬底，然后图形化衬底进行粗化工艺，以使所述图形化衬底的背面为粗糙表面，即，最终在衬底的背面形成了更大面积的经过粗化的出光面，提高倒装LED的出光效率。

附图说明

图1为本发明实施例的倒装LED芯片的制造方法的流程图；

图2A～2F为本发明实施例的倒装LED芯片的制造方法的各步骤的剖面结构示意图。

具体实施方式

在背景技术中已经提及，现有的倒装LED芯片光在出射时会有部分的光在衬底和空气界面上发生全反射，使得光出射率受到限制，影响了LED的工作效率。为了解决这一问题，本发明提供一种倒装LED芯片及其制造方法，在衬底背面形成图形提高出光面积，并对衬底背面进行粗化形成粗糙的表面结构，提高倒装LED的光出射率。

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，其为本发明实施例中倒装LED芯片制造方法的流程图，所述方法包括如下步骤：

步骤S31，提供衬底；

步骤S32，在所述衬底的正面形成倒装LED结构；

步骤S33，刻蚀所述衬底的背面以形成图形化衬底；

步骤S34，对所述图形化衬底进行粗化工艺，以使所述图形化衬底的背面为粗糙表面。

该方法的核心思想在于，形成图形化衬底，以提高出光面积，对所述图形化衬底进行粗化工艺，以使所述图形化衬底的背面为粗糙表面，从而减小全反射的概率，这样可以得到了更大面积的表面粗糙的出光面，使得倒装LED的光出射率提高。

具体参照图2A，首先执行步骤S31，提供衬底101；然后执行步骤S32，在所述衬底101的正面形成倒装LED结构。本实例中，所述衬底101为蓝宝石（Al₂O₃）衬底。在所述衬底101的正面形成倒装LED结构的步骤包括：在衬底101上依次形成N型半导体层102、多量子阱有源层103和P型半导体层104；然后刻蚀所述N型半导体层102、多量子阱有源层103和P型半导体层104，以形成暴露出所述N型半导体层102的开口；接着在所述开口中形成N型电极层105，在所述P型半导体层104上形成P型反射电极层106，所述P型反射电极层106能将LED发出的向衬底101方向反射；接下来在所述N型电极层105和P型反射电极层106部分表面形成绝缘层107。在衬底上形成倒装LED结构是本领域技术人员常用的技术手段和公知常识，本发明也并未对该步骤进行改进，在此不再赘述其具体过程和具体工艺参数。

参照图2B至图2C，执行步骤S33，刻蚀所述衬底101的背面以形成图形化衬底101’。较佳的，在所述衬底101的正面形成倒装LED结构之后，刻蚀所述衬底101的背面以形成图形化衬底101’之前，还包括对所述衬底101减薄的步骤，这样一方面便于后续切割和封装工艺的顺利进行，另一方面可以提衬底101的导热能力。参考图2B，先在所述衬底101的背面形成掩膜层，并图形化所述掩膜层，形成图形化的掩膜层108。本实施例中所述掩膜层为光刻胶，利用光刻的工艺将所述掩膜层图形化。优选的，所述图形化的掩膜层108的图形均匀分布在所述图形化的掩膜层108中，这样在后续步骤中在衬底背面形成的图形108’也是均匀排布的。参照图2C，然后以所述图形化的掩膜层108为掩膜，对所述衬底101进行刻蚀工艺，在所述衬底的背面形成图形108’，以形成图形化衬底101’，并去除所述图形化的掩膜层108。本领域技术人员可根据具体的工艺来选择刻蚀方式，比如用湿法或干法刻蚀来实现将图形化衬底108的图案转移到衬底101上的目的。本实施例中选用湿法刻蚀工艺，由于湿法刻蚀的各项同性的特点，形成的图形108’的边沿形成弧形的轮廓。由于在所述衬底101的背面形成了图形，增加了光出射面的面积，减小了光在出射面发生全反射的概率。

参照图2D至2F，执行步骤S34，对所述图形化衬底101’进行粗化工艺，以使所述图形化衬底101’的背面为粗糙表面110。

优选的，对所述图形化衬底101’的背面进行粗化工艺的步骤包括：在所述图形化衬底101’的背面形成金属层109；对所述金属层109进行退火工艺，形成图形化的金属层109’；以图形化的金属层109’为掩膜，对所述图形化衬底101’进行刻蚀工艺，以形成粗糙表面110；然后去除所述图形化的金属层109’。粗糙的表面结构110能进一步减小光在出射面发生全反射的概率，从而提高光出射率，达到提高倒装LED工作效率的目的。

具体的，首先参照图2E，在所述图形化衬底的背面形成金属层109，所述金属层109的材质为Ag、Ti或Ni，本实施例中，所述金属层109的材质为Ag。所述金属层109的厚度优选为100nm-10000nm。可以用蒸镀的工艺来形成所述金属层109。参照图2F，然后对所述金属层109进行退火工艺，形成图形化的金属层109’。优选的，对所述金属层109进行退火工艺是在N2、O2或空气氛围中进行的，退火工艺的温度优选为400℃-700℃。在退火工艺的作用下所述金属层109发生Oswald ripening效应（奥斯瓦尔德熟化效应）自组装，从而形成图形化的金属层109’。参照图2F，以图形化的金属层109’为掩膜，对所述图形化衬底101’进行刻蚀工艺，使所述图形化衬底101’的背面为粗糙表面110，优选的，对所述图形化衬底101’进行的刻蚀工艺为ICP刻蚀工艺。然后利用王水去除所述图形化的金属层109’。

为图示更清楚，以上附图中仅仅图示出一个倒装LED芯片制作过程的示意图，可以理解的是，在实际生产中在衬底上形成多个倒装LED结构，后续经过裂片封装等本领域人员的常用手段最终形成单颗的倒装LED。

本发明的另一面，提供一种由上述方法制造的倒装LED芯片，参考图2F，所述倒装LED芯片包括：

图形化衬底101’以及形成于所述图形化衬底101’正面的倒装LED结构；所述图形化衬底101’的背面为粗糙表面。

其中，形成于所述图形化衬底的正面的倒装LED结构包括：依次形成于所述图形化衬底101正面的N型半导体层102、多量子阱有源层103和P型半导体层104；形成于多量子阱有源层和P型半导体层中的暴露出所述N型半导体层的开口；形成于所述开口中的N型电极层105，形成于所述P型半导体层上的P型反射电极层106；以及，形成于所述N型电极层105和P型反射电极层106部分表面的绝缘层107。

这样，从有源层发出的光在所述图形化衬底101’背面的粗糙表面110上散射，增加了光出射率，并且所述图形化衬底101’背面的图形增加了出光面的面积，进一步提高了倒装LED的出光效率。

综上所述，本发明所提供的倒装LED芯片的结构及其制造方法，所述倒装LED芯片的制造方法形成图形化衬底，以提高出光面积，对所述图形化衬底进行粗化工艺，以使所述图形化衬底的背面为粗糙表面，从而减小全反射的概率，这样最终得到更大面积的表面粗糙的出光面，使得倒装LED的光出射率提高。

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

1.一种倒装LED芯片的制造方法，包括：

提供衬底；

在所述衬底的正面形成倒装LED结构；

刻蚀所述衬底的背面以形成图形化衬底；

2.如权利要求1所述的倒装LED芯片的制造方法，其特征在于，对所述图形化衬底进行粗化工艺的步骤包括：

在所述图形化衬底的背面形成金属层；

对所述金属层进行退火工艺，形成图形化的金属层；

去除所述图形化的金属层。

3.如权利要求2所述的倒装LED芯片的制造方法，其特征在于，所述金属层的材质为Ag、Ti或Ni。

4.如权利要求2所述的倒装LED芯片的制造方法，其特征在于，所述金属层的厚度为100nm-10000nm。

5.如权利要求2所述的倒装LED芯片的制造方法，其特征在于，对所述金属层进行退火工艺是在N2、O2或空气氛围中进行的，退火工艺的温度为400℃-700℃。

6.如权利要求2所述的倒装LED芯片的制造方法，其特征在于，对所述图形化衬底进行的刻蚀工艺为ICP刻蚀工艺。

7.如权利要求1所述的倒装LED芯片的制造方法，其特征在于，在所述衬底的正面形成倒装LED结构的步骤包括：

在所述N型电极层和P型反射电极层部分表面形成绝缘层。

8.如权利要求1所述的倒装LED芯片的制造方法，其特征在于，在所述衬底的正面形成倒装LED结构之后，刻蚀所述衬底的背面以形成图形化衬底之前，还包括对所述衬底进行减薄的步骤。

9.一种倒装LED芯片，其特征在于，包括图形化衬底以及形成于所述图形化衬底正面的倒装LED结构，所述图形化衬底的背面为粗糙表面。

10.如权利要求9所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述倒装LED结构包括：

形成于所述N型电极层和P型反射电极层部分表面的绝缘层。

11.如权利要求9所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述图形化衬底的图形均匀排布在所述图形化衬底的背面。

12.如权利要求9所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述图形化衬底的材质为蓝宝石。