CN103682023A - Led结构及其电极的形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种LED结构及其电极的形成方法，该LED结构包括：LED外延层；透明导电膜，覆盖所述LED外延层，该透明导电膜上具有一个或多个贯穿该透明导电膜的孔洞；焊盘，位于所述透明导电膜上并填充所述孔洞。本发明的焊盘填充透明导电膜中的孔洞，使得焊盘被固定在LED芯片表面，能够有效预防掉焊盘或掉电极。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电芯片技术领域，尤其涉及一种LED结构及其电极的形成方法。
背景技术
半导体发光二极管(LED)是新型的固态冷光源，其具有能效高、寿命长、体积小、电压低等诸多优点。LED广泛应用于人们的日常生活，例如交通红绿灯、车头灯、户外显示器、手机背光源、电器的指示灯、某些照明路灯等都广泛采用LED。尤其是在节能环保方面，LED灯相比普通白炽灯和荧光灯具有明显的优势，因此未来采用LED代替传统光源成为主要照明光源已经成为共识。
现有技术中的LED电极结构主要都采用多层金属叠加，一般的制作方法为蒸发方式，主要做在透明导电膜上。在蒸镀金属前通常需要进行表面清洗工艺，如果杂质未清洗洁净，则会导致金属与透明导电膜接触不良，最终导致产品存在掉电极的隐患。由于存在掉电极隐患的LED芯片表面及其光电参数均无明显异常体现，所以LED芯片厂商很难区分存在掉电极隐患的制品，容易将存在隐患的制品出货至LED封装客户端。
此类存在掉电极隐患的制品在LED封装过程中虽经历固晶、焊线、灌胶、测试等工艺过程，但在此过程中由于没有热应力的作用，掉电极的异常体现比例较低。通常，此类产品只有在LED行业终端做成成品使用过程中才会体现出明显的异常现象。由于LED芯片本身的发热特性，在热量传导的过程中导致胶体积聚热量，在胶体产生的热应力作用下，会将存在掉电极隐患的芯片中的金属电极从其透明导电膜表面拔离，导致最终终端产品异常体现为电压升高、闪烁、死灯等严重质量问题。可见，掉电极问题对终端产品的可靠性带来巨大的隐患，同时对LED企业的品牌效应也会带来严重的影响。所以此问题一直以来困扰着LED芯片制造、封装以及应用行业。
为了解决上述问题，有必要设计一种LED结构，能够预防掉电极，减少电极掉落率。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种LED结构及其电极的形成方法，能够有效预防掉电极问题，有利于提高产品的可靠性。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种LED结构，包括：
LED外延层；
透明导电膜，覆盖所述LED外延层，该透明导电膜上具有一个或多个贯穿该透明导电膜的孔洞；
焊盘，位于所述透明导电膜上并填充所述孔洞。
根据本发明的一个实施例，所述孔洞的形状为正方形、长方形、圆形、多边形其中一种或者任意组合。
根据本发明的一个实施例，所述孔洞的形状为圆形，其直径为1μm～100μm。
根据本发明的一个实施例，所述孔洞的数量为1～100个。
根据本发明的一个实施例，所述透明导电膜的材料为ITO、ZnO、AZO、FTO或TCO。
根据本发明的一个实施例，所述透明导电膜的厚度为30nm～500nm。
根据本发明的一个实施例，所述焊盘覆盖在所述透明导电膜上的部分的厚度为2～20μm。
根据本发明的一个实施例，所述LED外延层中的最上层是N型半导体层或P型半导体层，或者并列的N型半导体层和P型半导体层。
根据本发明的一个实施例，所述焊盘的材料为Ti、Al、Cr、Pt、Au中的一种或其任意组合。
本发明还提供了一种LED结构的电极形成方法，包括：
提供LED外延层；
在所述LED外延层的表面形成透明导电膜，该透明导电膜覆盖所述LED外延层；
刻蚀所述透明导电膜以在其中形成一个或多个孔洞；
在所述透明导电膜上形成焊盘，该焊盘还填充所述孔洞。
根据本发明的一个实施例，所述孔洞的形状为正方形、长方形、圆形、多边形其中一种或者任意组合。
根据本发明的一个实施例，所述孔洞的形状为圆形，其直径为1μm～100μm。
根据本发明的一个实施例，所述孔洞的数量为1～100个。
根据本发明的一个实施例，在所述透明导电膜上形成焊盘包括：
在所述透明导电膜的表面制作焊盘图形；
沉积焊盘金属，该焊盘金属填充所述孔洞并覆盖所述透明导电膜的表面；
对所述焊盘金属进行剥离工艺以形成所述焊盘。
根据本发明的一个实施例，所述焊盘金属的沉积方法为电子束蒸发。
根据本发明的一个实施例，所述透明导电膜的材料为ITO、ZnO、AZO、FTO或TCO。
根据本发明的一个实施例，所述透明导电膜的厚度为30nm～500nm。
根据本发明的一个实施例，所述透明导电膜的形成方法为蒸发或溅射。
根据本发明的一个实施例，所述焊盘覆盖在所述透明导电膜上的部分的厚度为2～20μm。
根据本发明的一个实施例，所述LED外延层中的最上层是N型半导体层或P型半导体层，或者并列的N型半导体层和P型半导体层。
根据本发明的一个实施例，所述焊盘的材料为Ti、Al、Cr、Pt、Au中的一种或其任意组合。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明实施例的LED结构中，透明导电膜上具有贯穿的孔洞，焊盘位于透明导电膜上并填充该孔洞，其中，焊盘填充在孔洞中大部分起到类似于铆钉的固定作用，将焊盘位于透明导电膜上的部分被非常可靠地固定在芯片表面，从而能够有效预防焊盘脱落。该焊盘位于透明导电上的部分可以作为LED的电极或者可以和LED的电极相连，因此，本发明实施例的方案可以有效预防掉电极的问题。
附图说明
图1是本发明实施例的LED结构的电极的形成方法的流程示意图；
图2至图7是本发明第一实施例的电极形成方法中各步骤对应的剖面结构示意图和俯视图；
图8至图13是本发明第二实施例的电极形成方法中各步骤对应的剖面结构示意图和俯视图；
图14至图19是本发明第三实施例的电极形成方法中各步骤对应的剖面结构示意图和俯视图。
具体实施方式
参考图1，本发明的LED结构的电极的形成方法包括如下步骤：
步骤S11，提供LED外延层；
步骤S12，在所述LED外延层的表面形成透明导电膜，该透明导电膜覆盖所述LED外延层；
步骤S13，刻蚀所述透明导电膜以在其中形成一个或多个孔洞；
步骤S14，在所述透明导电膜上形成焊盘，该焊盘还填充所述孔洞
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
第一实施例
参考图2和图3，其中图3是图2的俯视图。提供LED外延层21，并在该LED外延层21的表面形成透明导电膜22。
其中，LED外延层21自下而上可以包括衬底、金属层、金属反射镜层、p-GaN层、发光层、n-GaN层，但并不限于此。
透明导电膜22的材料可以是ITO、ZnO、AZO、FTO或TCO，其形成方法例如可以是物理气相沉积（PVD）或化学气相沉积（CVD）。
参考图4和图5，其中图5是图4的俯视图。通过光刻和刻蚀工艺在透明导电膜22上形成一个或多个孔洞26，孔洞26的底部暴露出LED外延层21的上表面。
其中，透明导电膜的材料可以是ITO、ZnO、AZO、FTO或TCO，其厚度例如可以是30nm～500nm。
孔洞26的形状并没有严格限制，例如可以是正方形、长方形、圆形、多边形其中一种或者任意组合，优选为直径1μm～100μm的圆形。孔洞26的数量也没有严格的限制，优选为1～100个。
参考图6和图7，其中图7是图6的俯视图。在透明导电膜22上形成焊盘25，该焊盘25还一并填充透明导电膜22中的孔洞。焊盘25的形成过程可以包括光刻、PVD等工艺。
焊盘25覆盖在透明导电膜22上的部分的厚度可以为2～20μm，焊盘25的材料可以是Ti、Al、Cr、Pt、Au中的一种或其任意组合。
其中，焊盘25位于透明导电膜22表面上的部分可以作为电极或者与电极相连，而焊盘25位于孔洞中的部分可以作为固定连接部件，起到类似于铆钉的固定作用，将整个焊盘25非常可靠地固定在整个LED结构的表面，预防脱落。
至此，第一实施例形成的LED结构如图6和图7所示，包括：LED外延层21，其最上层为N型半导体层或P型半导体层；透明导电膜22，覆盖LED外延层21的表面，而且透明导电膜22上具有多个贯穿的孔洞；焊盘25，位于透明导电膜22上并且填充透明导电膜22中的孔洞。
第二实施例
参考图8和图9，其中图9是图8的俯视图。提供LED外延层31，该LED外延层31可以是将要做电极的平面结构LED芯片的外延层。该LED外延层31自下而上可以包括衬底、金属层、金属反射镜层、p-GaN层、发光层、n-GaN层，但并不限于此。本实施例中，LED外延层31最上层是n-GaN层，为N型半导体层，但是本领域技术人员应当理解，其最上层也可以是P型半导体层，例如将p-GaN层和n-GaN层的位置互换，使得p-GaN层在最上层。另外，关于LED外延层31的结构和形成方法，还可以采用现有技术中其他适当的结构和方法。
之后，在LED外延层31的表面沉积透明导电膜32，例如可以通过电子束蒸发在LED外延层31表面沉积ITO，其厚度可以是30nm～500nm，作为一个非限制性的例子，本实施例中ITO的厚度为300nm。
作为一个优选的实施例，在形成透明导电膜32之后，还可以通过退火技术使其与LED外延层31的最上层形成欧姆接触，并且退火还能够增强透明导电膜32与LED外延层31的最上层之间的粘附性。
参考图10和图11，其中图11是图10的俯视图。在透明导电膜32中形成多个孔洞36，该孔洞36贯穿透明导电膜32，换言之，孔洞36的底部暴露出LED外延层31的表面。
例如，可以通过匀胶、光刻、显影、坚膜等光刻工艺，在透明导电膜32的表面将要形成焊盘的区域形成直径为5μm的圆形孔洞36，其数量例如为4个，4个孔洞36呈正方形排列。之后，对透明导电膜32进行刻蚀，例如，对于材料为ITO的透明导电膜32，可以使用HCl进行腐蚀，使得孔洞36底部的LED外延层31暴露出来。
参考图12和图13，图13是图12的俯视图.在透明导电膜32上形成焊盘33，该焊盘33填充透明导电膜32中的孔洞。
进一步而言，焊盘33的形成过程可以包括：通过光刻工艺在透明导电膜32的表面制作焊盘图形；之后沉积焊盘金属，例如采用电子束蒸发的方式依次沉积Ti和Al，其中Ti的厚度例如为20nm，Al的厚度例如为2000nm；之后再通过剥离（lift-off）工艺形成焊盘33。
至此，本实施例形成的LED结构如图12和图13所示，包括：LED外延层31，其最上层为N型半导体层或P型半导体层；透明导电膜32，覆盖LED外延层31的表面，而且透明导电膜32上具有多个贯穿的孔洞；焊盘33，位于透明导电膜32上并且填充透明导电膜32中的孔洞。
实施例三
参考图14和图15，其中图15是图14的俯视图。首先提供LED外延层41，该LED外延层41自下而上可以包括衬底、金属层、金属反射镜层、n-GaN层、发光层、p-GaN层，但并不限于此。其中，外延层31的表面具有贯穿p-GaN层和发光层的台阶，该台阶的底部暴露出n-GaN层，使得p-GaN和n-GaN并列地暴露出来。
之后，在LED外延层41的表面，也就是p-GaN和n-GaN的表面沉积透明导电膜42。例如，可以通过溅射的方式形成100nm厚的AZO薄膜。
作为一个优选的实施例，在形成透明导电膜42之后，可以通过退火技术使其与p-GaN、n-GaN形成欧姆接触，并且退火能够增强AZO与p-GaN、n-GaN之间的粘附性。
参考图16和图17，其中图17是图16的俯视图。在透明导电膜42中形成多个孔洞46，该孔洞46贯穿透明导电膜42，也就是孔洞46的底部暴露出LED外延层41的表面。
例如，可以通过匀胶、光刻、显影、坚膜等光刻工艺，在AZO薄膜42表面形成图形，再采用HCl将p-GaN和n-GaN上的AZO薄膜42隔离开来，隔离分割后的AZO薄膜42分别位于p-GaN和n-GaN上，并在p-GaN和n-GaN上的AZO薄膜42上分别形成4个直径为55μm的圆形孔洞46。
参考图18和图19，图19是图18的俯视图。在AZO薄膜42上形成焊盘43和焊盘44，其中焊盘43位于n-GaN层上并填充AZO薄膜42中的孔洞，焊盘44位于p-GaN层上并填充AZO薄膜42中的孔洞。焊盘43与n-GaN层接触，作为阴极焊盘；焊盘44与p-GaN层接触，作为阳极焊盘。
进一步而言，焊盘43和焊盘44的形成过程可以包括：通过光刻工艺在AZO薄膜42表面制作焊盘图形；之后沉积焊盘金属，例如采用电子束蒸发的方式依次沉积Cr、Pt和Au，其中Cr的厚度为20nm，Pt的厚度为20nm，Au的厚度为2000nm；之后再经过剥离（lift-off）工艺形成焊盘43和焊盘44。
至此，本实施例形成的LED结构如图18和图19所示，包括：LED外延层41，其最上层为并列的N型半导体层和P型半导体层；透明导电膜42，覆盖LED外延层41的表面，而且透明导电膜42上具有多个贯穿的孔洞；焊盘43和焊盘44，位于透明导电膜42上并且填充透明导电膜42中的孔洞。
由上，与现有技术相比，本发明的技术方案在透明导电膜上形成贯穿的孔洞，位于透明导电膜上的焊盘一并填充该孔洞，利用类似于铆钉的固定原理，将焊盘非常可靠地固定在芯片表面，预防焊盘或电极脱落。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，只是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单的修改、等同的变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (21)
1.一种LED结构，其特征在于，包括：
LED外延层；
透明导电膜，覆盖所述LED外延层，该透明导电膜上具有一个或多个贯穿该透明导电膜的孔洞；
焊盘，位于所述透明导电膜上并填充所述孔洞。
2.根据权利要求1所述的LED结构，其特征在于，所述孔洞的形状为正方形、长方形、圆形、多边形其中一种或者任意组合。
3.根据权利要求1所述的LED结构，其特征在于，所述孔洞的形状为圆形，其直径为1μm～100μm。
4.根据权利要求1所述的LED结构，其特征在于，所述孔洞的数量为1～100个。
5.根据权利要求1所述的LED结构，其特征在于，所述透明导电膜的材料为ITO、ZnO、AZO、FTO或TCO。
6.根据权利要求1所述的LED结构，其特征在于，所述透明导电膜的厚度为30nm～500nm。
7.根据权利要求1所述的LED结构，其特征在于，所述焊盘覆盖在所述透明导电膜上的部分的厚度为2～20μm。
8.根据权利要求1所述的LED结构，其特征在于，所述LED外延层中的最上层是N型半导体层或P型半导体层，或者并列的N型半导体层和P型半导体层。
9.根据权利要求1所述的LED结构，其特征在于，所述焊盘的材料为Ti、Al、Cr、Pt、Au中的一种或其任意组合。
10.一种LED结构的电极的形成方法，其特征在于，包括：
提供LED外延层；
在所述LED外延层的表面形成透明导电膜，该透明导电膜覆盖所述LED外延层；
刻蚀所述透明导电膜以在其中形成一个或多个孔洞；
在所述透明导电膜上形成焊盘，该焊盘还填充所述孔洞。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述孔洞的形状为正方形、长方形、圆形、多边形其中一种或者任意组合。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述孔洞的形状为圆形，其直径为1μm～100μm。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述孔洞的数量为1～100个。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述透明导电膜上形成焊盘包括：
在所述透明导电膜的表面制作焊盘图形；
沉积焊盘金属，该焊盘金属填充所述孔洞并覆盖所述透明导电膜的表面；
对所述焊盘金属进行剥离工艺以形成所述焊盘。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述焊盘金属的沉积方法为电子束蒸发。
16.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述透明导电膜的材料为ITO、ZnO、AZO、FTO或TCO。
17.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述透明导电膜的厚度为30nm～500nm。
18.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述透明导电膜的形成方法为蒸发或溅射。
19.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述焊盘覆盖在所述透明导电膜上的部分的厚度为2～20μm。
20.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述LED外延层中的最上层是N型半导体层或P型半导体层，或者并列的N型半导体层和P型半导体层。
21.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述焊盘的材料为Ti、Al、Cr、Pt、Au中的一种或其任意组合。
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