CN103594590A - 一种倒装发光二极管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种GaN基倒装发光二极管的制造方法，包括：提供承载基板（10）；在承载基板（10）上形成焊球或凸块电极（11）；提供倒装GaN基发光二极管结构，包括：提供蓝宝石衬底（1）；在蓝宝石衬底（1）上形成n型GaN层（2）；在n型GaN层（2）上形成有源层（3）；在有源层（3）上形成p型GaN层（4）；在p型GaN层（4）上形成n型电极（9）和p型电极（8）；在n型电极（9）和p型电极（8）之间形成隔离槽；在隔离槽侧壁上形成绝缘层（6）；在隔离槽中形成与n型电极（9）电连接的铜柱（5）；以及使承载基板（10）上的焊球或凸块电极（11）分别与n型电极（9）和p型电极（8）电连接。本发明提出的发光二极管能够大幅度提高发光效率以及产品良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种GaN基倒装发光二极管的制造方法。
背景技术
半导体发光二极管的优点在于发光强度高、光指向性强、能耗低、制造成本低廉等等，因此其应用日益广泛，特别是在照明方面有取代白炽灯和荧光灯的趋势。倒装（flip-chip）式发光二极管的优点是散热特性优良且发光效率较高。且近年来，为了提高发光二极管的亮度，开发了垂直结构的发光二极管，相对于正装结构，即平台（mesa）结构的发光二极管来说，垂直结构的发光二极管具有诸多优点。垂直结构发光二极管的两个电极分别处于发光二极管的两侧，电流几乎全部垂直流过半导体外延层，没有横向流动的电流，因此电流分布均匀，产生的热量相对较少。并且由于垂直结构的两个电极处于两侧，因此出光过程中不会受到同侧电极的阻挡，其出光效率更高。
现有较为常见的GaN基倒装发光二极管的结构是：蓝宝石衬底、形成于蓝宝石衬底上的n型GaN层、形成于n型GaN层上的有源层、形成于有源层上的p型GaN层，去除部分p型GaN层、有源层直至暴露n型GaN层表面，从而形成平台结构GaN发光二极管，且n型电极形成在暴露的n型GaN层上，而p型电极形成在p型GaN层上。将上述GaN基倒装发光二极管倒置设置在承载基板上，且n型电极和p型电极分别与承载基板上的焊球或凸块电极焊接，从而形成倒装发光二极管。有源层发出的光从蓝宝石衬底一侧发出。亦可在承载基板上设置光反射层以提高光反射率，或者将n型电极或p型电极形成为兼具反射功能的电极，从而提高光反射率。
但是上述平台结构倒装发光二极管存在的问题是，因为p型电极和n型电极由于平台结构之间的高度差而不处于同一平面上，因此p型电极和n型电极呈不对称设计，这很可能会导致后续焊接处理中，上述两个电极与承载基板上的相应焊球或凸块电极之间发生焊接失效，从而影响产品良率和电特性。且电极之间的面积和形状存在差异，则在焊接过程中会造成发光二极管芯片倾斜，从而导致产品良率降低。而采用平台结构倒装GaN基发光二极管存在的另一问题是，不能显著提高光反射性，即使将n型电极和p型电极形成为具有高反射功能的电极且在承载基板上进一步形成光反射结构，也会由于平台结构倒装GaN基发光二极管和承载基板之间的不紧密接合缺陷而导致不能提升光反射性，从而降低发光二极管的发光效率。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术的问题，提出了一种GaN基倒装发光二极管的制造方法。通过对该发光二极管的n型电极和p型电极的结构和设置进行改进，能够提升发光二极管的电特性，从而有效提高发光二极管的发光效率。
本发明提出的GaN基倒装发光二极管的制造方法包括：
提供承载基板（10）；
在承载基板（10）上形成焊球或凸块电极（11）；
提供倒装GaN基发光二极管结构，包括：
提供蓝宝石衬底（1）；
在蓝宝石衬底（1）上形成n型GaN层（2）；
在n型GaN层（2）上形成有源层（3）；
在有源层（3）上形成p型GaN层（4）；
在p型GaN层（4）上形成n型电极（9）和p型电极（8）；
在n型电极（9）和p型电极（8）之间形成隔离槽；
在隔离槽侧壁上形成绝缘层（6）；
在隔离槽中形成与n型电极（9）电连接的铜柱（5）；以及
使承载基板（10）上的焊球或凸块电极（11）分别与n型电极（9）和p型电极（8）电连接；特征在于：
n型电极（9）和p型电极（8）相对于隔离槽对称设置且n型电极（9）和p型电极（8）的面积相等，并且n型电极（9）和p型电极（8）与焊球或凸块电极（11）电连接的表面高度相同并处于同一表面上。
附图说明
图1是本发明的GaN基倒装发光二极管结构的截面图；
图2是图1中所示的GaN基倒装发光二极管结构的俯视图；
图3是将图1中所示的GaN基倒装发光二极管结构安装到承载基板上的截面图；
图4是去除光刻胶图案之后的部分GaN基倒装发光二极管结构的截面图。
具体实施方式
以下参考图1-4详细说明本发明的GaN基倒装发光二极管及其制造方法。为清楚起见，附图中所示的各个结构均未按比例绘制，且本发明并不限于图中所示结构。
1.GaN基倒装发光二极管结构和制造方法
如图1中所示，本发明的GaN基倒装发光二极管包括GaN基倒装发光二极管结构，该结构包括蓝宝石衬底1，用于生长GaN基外延层2-4，衬底1不限于蓝宝石衬底，且例如可以是ZnO衬底、玻璃衬底等透明衬底。蓝宝石衬底1上形成n型GaN层2，n型GaN层2上形成有源层3，有源层3上形成p型GaN层。
如图1-2中所示，在p型GaN层4上形成光刻胶（未示出），并对光刻胶进行显影、曝光等处理，从而形成光刻胶图案（未示出），该光刻胶图案在p型GaN层4的表面中轴线（参见图2中由虚线表示的对称线）两侧附近具有矩形开口，矩形开口的两长边平行表面中轴线并与表面中轴线相距相等的距离，即矩形开口的两长边相对于表面中轴线对称。矩形开口用于形成后续的隔离槽，而光刻胶图案的其他部分遮蔽后续要形成n型电极9和p型电极8的区域。利用光刻胶图案作为掩模，蚀刻p型GaN层4、有源层3以及n型GaN层2，从而形成隔离槽，隔离槽的底部位于n型GaN层2中，即隔离槽深入n型GaN层2中，隔离槽底部与n型GaN层2接触有源层3的表面之间的距离是50nm至100nm，优选70nm。且隔离槽在图2的俯视图中的两个长边也平行于对称轴并相对于对称轴对称。
随后，在隔离槽的底部和侧壁上形成绝缘层6，其可以是二氧化硅、氮化硅等等。而且光刻胶图案的矩形开口的侧壁上也形成了绝缘层6。
随后，在隔离槽中沉积金属Cu，使其填满隔离槽和光刻胶图案的矩形开口直至覆盖光刻胶图案的表面。随后，利用蚀刻、CMP等方法去除覆盖光刻胶图案的表面的金属Cu。随后，去除光刻胶图案，暴露出p型GaN层4，如图4中所示。由此形成了铜柱5，其突出于p型GaN层4的表面的高度为100nm至150nm，优选110nm，120nm，130nm，140nm，150nm。且铜柱5侧壁具有绝缘层6。
随后，在铜柱5左侧，即图2中所述的对称轴左侧沉积材料是AlCu合金的p型电极8，直至与铜柱5的表面相齐，或者首先沉积厚度大于铜柱5突出p型GaN层4的表面的高度的AlCu合金层，之后利用CMP或蚀刻等方法减薄AlCu合金层，直至其厚度与铜柱5突出p型GaN层4的表面的高度相同，由此形成p型电极8，p型电极8的厚度为100nm至150nm，优选110nm，120nm，130nm，140nm，150nm。
随后，在铜柱5右侧，即图2中所述的对称轴右侧沉积厚度为30nm至50nm的氧化铝绝缘层7，之后利用氧化铝绝缘层7作为蚀刻终止层，去除铜柱5位于图2中所述的对称轴右侧的一部分绝缘层6。随后沉积材料是AlCu合金的n型电极9，直至与铜柱5的表面相齐，由此形成n型电极9，n型电极9的厚度为70nm至100nm，优选75nm，80nm，85nm，90nm，100nm。这里需要注意的是，由于利用氧化铝绝缘层7作为蚀刻终止层而去除了铜柱5位于图2中所述的对称轴右侧的一部分绝缘层6，去除的部分绝缘层6的高度对应于n型电极9的厚度，即为70nm至100nm。因此后续形成的n型电极9直接与铜柱5接触，从而形成n型电极9至铜柱5至n型GaN层的导电通路，使得n型电极9通过铜柱5与n型GaN层电连接。
至此，形成了GaN基倒装发光二极管结构，其中如图2中所示，n型电极9和p型电极8相对于对称轴对称，而由于隔离槽的也相对于对称轴对称，因此n型电极9和p型电极8相对于隔离槽对称，且n型电极9和p型电极8的形状相同且面积相等。n型电极9和p型电极8的总面积占p型GaN层4的表面积的70％-90％，优选75％，80％，85％。且隔离槽占p型GaN层4的表面积的10％－30％，优选15％，20％，25％。
2.承载基板与GaN基倒装发光二极管结构之间的连接
首先，提供承载基板10，其上形成焊球或凸块电极11，之后将GaN倒装发光二极管结构焊接在承载基板10上，其中n型电极9和p型电极8分别与相应的焊球或凸块电极11焊接，从而形成GaN基倒装发光二极管。且由于n型电极9和p型电极8的材料是AlCu，因此能提供光反射功能，且由于n型电极9和p型电极8的总面积占到p型GaN层4的表面积的70％-90％，因此能将大部分光反射向蓝宝石衬底1一侧，从而提高发光效率。又由于n型电极9和p型电极8的形状相同且面积相等，并且与焊球或凸块电极（11）电连接的表面高度相同并处于同一表面上，因此能在焊接过程中不会造成发光二极管芯片倾斜，从而提高产品良率。
至此，上述描述已经详细的说明了本发明的GaN倒装发光二极管的结构和制造方法，相对于现有方法制得的发光二极管，本发明提出的发光二极管能够大幅度提高发光效率以及产品良率。前文描述的实施例仅仅只是本发明的优选实施例，其并非用于限定本发明。本领域技术人员在不脱离本发明精神的前提下，可对本发明做任何的修改，而本发明的保护范围由所附的权利要求来限定。
Claims (6)
1.一种GaN基倒装发光二极管的制造方法，包括：
提供承载基板（10）；
在承载基板（10）上形成焊球或凸块电极（11）；
提供倒装GaN基发光二极管结构，包括：
提供蓝宝石衬底（1）；
在蓝宝石衬底（1）上形成n型GaN层（2）；
在n型GaN层（2）上形成有源层（3）；
在有源层（3）上形成p型GaN层（4）；
在p型GaN层（4）上形成n型电极（9）和p型电极（8）；
在n型电极（9）和p型电极（8）之间形成隔离槽；
在隔离槽侧壁上形成绝缘层（6）；
在隔离槽中形成与n型电极（9）电连接的铜柱（5）；以及
使承载基板（10）上的焊球或凸块电极（11）分别与n型电极（9）和p型电极（8）电连接。
2.根据权利要求1所述的GaN基倒装发光二极管的制造方法，特征在于：在隔离槽中形成铜柱（5）的步骤包括：
在p型GaN层（4）上形成光刻胶；
对光刻胶进行显影、曝光等处理，从而形成具有矩形开口的光刻胶图案；
利用光刻胶图案作为掩模，蚀刻p型GaN层（4）、有源层（3）以及n型GaN层（2），从而形成隔离槽，隔离槽的底部位于n型GaN层2中且与n型GaN层（2）接触有源层（3）的表面之间的距离是50nm至100nm；
在隔离槽的底部和侧壁上形成绝缘层（6），而且光刻胶图案的矩形开口的侧壁上也形成了绝缘层（6）；
在隔离槽中沉积金属Cu，使其填满隔离槽和光刻胶图案的矩形开口直至覆盖光刻胶图案的表面；随后去除覆盖光刻胶图案的表面的金属Cu；
去除光刻胶图案，暴露出p型GaN层（4），并由此形成铜柱（5），其突出于p型GaN层（4）的表面的高度为100nm至150nm，优选110nm，120nm，130nm，140nm，150nm，且铜柱5侧壁具有绝缘层（6）。
3.根据权利要求2所述的GaN基倒装发光二极管的制造方法，特征在于：形成n型电极（9）的步骤包括：
沉积厚度为30nm至50nm的氧化铝绝缘层（7）；
利用氧化铝绝缘层（7）作为蚀刻终止层，去除铜柱（5）侧壁上的一部分绝缘层（6）；
沉积材料是AlCu合金的n型电极（9），直至与铜柱（5）的表面相齐，n型电极（9）的厚度为70nm至100nm，优选75nm，80nm，85nm，90nm，100nm，且去除的部分绝缘层（6）的高度为70nm至100nm。
4.根据权利要求3所述的GaN基倒装发光二极管的制造方法，特征在于：n型电极（9）直接与铜柱（5）接触，从而形成n型电极（9）至n型GaN层（2）的导电通路，使得n型电极（9）通过铜柱（5）与n型GaN层（2）电连接。
5.根据权利要求4所述的GaN基倒装发光二极管的制造方法，特征在于：
n型电极（9）和p型电极（8）相对于隔离槽对称设置且n型电极（9）和p型电极（8）的面积相等，并且n型电极（9）和p型电极（8）与焊球或凸块电极（11）电连接的表面高度相同并处于同一表面上。
6.根据权利要求5所述的GaN基倒装发光二极管的制造方法，特征在于：n型电极（9）和p型电极（8）的总面积占p型GaN层（4）的表面积的70％-90％，且隔离槽占p型GaN层（4）的表面积的10％－30％。
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