CN103887218A - 一种GaN基白光倒装芯片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提提供一种不受生长衬底限制的GaN基白光倒装芯片的制备方法。本发明采用两次衬底转移工艺，解除了GaN基倒装芯片对生长衬底的限制，同时将半导体多层结构固定在掺了荧光粉的透明永久支撑基板上，从而得到直接发白光的GaN基LED倒装芯片，能大幅降低封装成本及提高封装良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体发光器件的制备工艺。更具体而言，本发明涉及采用两次衬底转移工艺制备GaN基白光倒装芯片的方法。
背景技术
GaN基LED倒装芯片由于其电流扩散均匀，散热好的特点，使其可以在较大的电流密度下工作，而且发光效率基本不受影响。此外还具有封装工艺简单，直接共晶焊封装，不需要焊线的优点。目前越多越多的科研人员致力于LED倒装芯片的研究，各大LED公司都相继推出了倒装芯片产品。目前所有商业化的GaN基LED倒装芯片产品都不能直接发出白光，如果要做成发出白光的芯片，需要在芯片封装时涂覆荧光粉。LED倒装芯片对衬底的要求是必须透明、不吸光，主流的透明衬底是蓝宝石和碳化硅。硅衬底由于具备制造工艺成熟，可以做大尺寸且成本相对低廉的特点，目前已经被公认为是除蓝宝石和碳化硅之外的可以用于生长GaN基LED的衬底之一。但是硅衬底不透光，硅上生长的GaN基LED如果直接做成倒装芯片的话，其所发出来的光基本上全部被硅衬底吸收，因此不能享受倒装芯片电流扩散均匀、散热好、封装工艺简单的优势。本发明不但解决了GaN基LED倒装芯片对生长衬底的限制，而且可以使其直接发出白光。
发明内容
本发明要解决的技术问题是GaN基LED倒装芯片不能直接发出白光，以及其对生长衬底的限制。
为解决上述技术问题，本发明提出一种GaN基白光倒装芯片的制备方法，包括以下步骤：在生长衬底上依次生长缓冲层、n型GaN层、活性层、p型GaN层，形成GaN基半导体多层结构；在所述半导体多层结构上制备P、N电极，所述P、N电极在半导体多层结构的同一侧，且通过不导电的介质膜隔离开；在所述半导体多层结构上涂第一胶，与第一临时基板进行固化；将所述生长衬底剥离掉；在剥离后暴露的半导体多层结构表面涂第二胶，与永久支撑基板结合；去掉第一临时基板和第一胶；其中所述永久支撑基板为掺了荧光粉的陶瓷或玻璃透明基板。
作为本发明的优选方案，其中所述生长衬底为硅、蓝宝石、SiC中的任意一种。
作为本发明的优选方案，其中所述半导体多层结构上还蒸镀有导电反射复合金属层，并对所述导电反射复合金属层进行合金处理，合金温度为300-600℃。
作为本发明的优选方案，其中所述第一胶为一种高温环氧树脂改性胶或邦定胶或UV胶
作为本发明的优选方案，其中所述第一胶的固化后邵氏硬度80—100D，耐温度范围-25—300℃，拉弯强度 80--120MPa，压缩强度200—300MPa。
作为本发明的优选方案，其中所述第一胶的厚度为50-500微米，固化温度为80-160℃，固化时间为30-120分钟。
作为本发明的优选方案，所述第一基板的材质为硅、蓝宝石、玻璃或陶瓷中的任意一种。
作为本发明的优选方案，所述衬底剥离的方法为湿法腐蚀、机械研磨、激光剥离中的一种或多种。
作为本发明的优选方案，在所述剥离后暴露的半导体多层结构表面涂第二胶之前，对其做粗化处理。
作为本发明的优选方案，其中所述第二胶为硅胶、UV胶、环氧树脂改性胶中的任意一种。
作为本发明的优选方案，其中所述第二胶的耐温范围-55－+200℃，拉伸强度60 -100MPa，拉弯强度105-200MPa。
作为本发明的优选方案，其中所述第二胶的厚度为5-30微米，固化温度120—180℃，固化时间10—60分钟。
作为本发明的优选方案，其中所述结合方式为加热固化、UV光固化中的任意一种。
本发明的有益效果如下：
本发明采用两次转移外延层的方法，解除了GaN基倒装芯片对生长衬底的限制，任何衬底生长的GaN外延层，均可以做成倒装芯片；同时将半导体多层结构固定在掺了荧光粉的透明永久支撑基板上，使倒装芯片直接发出白光。这样可以降低封装成本、提高封装良率。
附图说明
图1a-1g为本发明一个实施例的制造过程的示意图。
图2a-2g为本发明另一个实施例的制造过程的示意图。
图中标识说明：
硅衬底101，n型GaN层102，活性层103，p型GaN层104，Ag层105，多层金属膜106，介质膜107，P电极108，N电极109，第一胶110，第一临时基板111，第二胶112，永久支撑基板113。
蓝宝石衬底201，n型GaN层202，活性层203，p型GaN层204，Ag层205，多层金属膜206，介质膜207，P电极208，N电极209，第一胶210，第一临时基板211，第二胶212，永久支撑基板213。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明提出一种GaN基白光倒装芯片的制备方法，包括以下步骤：在生长衬底上依次生长缓冲层、n型GaN层、活性层、p型GaN层，形成GaN基半导体多层结构；在所述半导体多层结构上制备P、N电极，所述P、N电极在半导体多层结构的同一侧，且通过不导电的介质膜隔离开；在所述半导体多层结构上涂第一胶，与第一临时基板进行固化；将所述生长衬底剥离掉；在剥离后暴露的半导体多层结构表面涂第二胶，与永久支撑基板结合；去掉第一临时基板和第一胶；其中所述永久支撑基板为掺了荧光粉的陶瓷或玻璃透明基板。
具体实施例1
如图1a所示，在MOCVD中在硅衬底101上依次生长缓冲层、n型GaN层102、活性层103、p型GaN层104，形成GaN基半导体多层结构。如图1b所示，在p型GaN层104表面沉积一层Ag层105作为反射金属层。用ICP法刻蚀半导体多层结构至暴露n型GaN层102，形成N电极孔。在Ag层105的表面蒸镀Al/Ti/Au多层金属膜106，并在400℃对所述多层金属膜106进行合金处理。在多层金属膜106的部分表面及N电极孔的侧壁沉积一层介质膜107，在暴露出的多层金属膜106上制备P电极108，然后在N电极孔内沉积Al并将多个N电极孔连接起来形成N电极109，并且P电极108和N电极109之间由介质膜107隔开。如图1c所示，在P电极108，N电极109和介质膜107上涂第一胶110，第一胶110为一种高温环氧树脂改性胶，其固化后邵氏硬度在80—100D，耐温度范围-25—300℃，拉弯强度80—120MPa，压缩强度200—300Mpa，厚度为300微米，与第一临时蓝宝石基板111粘结在一起，在100℃温度下进行固化60分钟。如图1d所示，用湿法腐蚀方法把硅衬底101剥离掉。如图1e所示，用KOH腐蚀液对暴露出的GaN基半导体多层结构做粗化处理。如图1f所示，在粗化了GaN上涂第二胶硅胶112，然后再与永久基板113即掺了荧光粉的玻璃基板粘结，于150℃温度下进行固化30分钟。如图1g所示，用有机溶剂将第一胶110溶解掉，同时第一临时基板111自动脱开。
具体实施例2
如图2a所示，在MOCVD中在蓝宝石衬底201上依次生长缓冲层、n型GaN层202、活性层203、p型GaN层204，形成GaN基半导体多层结构。如图2b所示，在p型GaN层204表面沉积一层Ag层205作为反射金属层。用ICP法刻蚀半导体多层结构至暴露n型GaN层202，形成N电极孔。在Ag层205的表面蒸镀Al/Ti/Au多层金属膜206，并在400℃对所述多层金属膜206进行合金处理。在多层金属膜206的部分表面及N电极孔的侧壁沉积一层介质膜207，在暴露出的多层金属膜206上制备P电极208，然后在N电极孔内沉积Al并将多个N电极孔连接起来形成N电极209，并且P电极208和N电极209之间由介质膜207隔开。如图2c所示，在P电极208，N电极209和介质膜207上涂第一胶210，第一胶210为一种高温环氧树脂改性胶，其固化后邵氏硬度在80—100D，耐温度范围-25—300℃，拉弯强度80—120MPa，压缩强度200—300Mpa，厚度为300微米，与第一临时硅基板211粘结在一起，在100℃温度下进行固化60分钟。如图2d所示，对蓝宝石衬底201进行减薄和抛光处理之后，采用激光剥离方法去除蓝宝石衬底201。如图2e所示，用KOH腐蚀液对暴露出的GaN基半导体多层结构做粗化处理。如图2f所示，在粗化了GaN上涂第二胶硅胶212，然后再与永久基板213即掺了荧光粉的玻璃基板粘结，于150℃温度下进行固化30分钟。如图1g所示，用湿法腐蚀去除第一临时硅基板211，采用甲苯在100℃下腐蚀去除第一胶210。
Claims (13)
1.一种GaN基白光倒装芯片的制备方法，包括：
在生长衬底上依次生长缓冲层、n型GaN层、活性层、p型GaN层，形成GaN基半导体多层结构；
在所述半导体多层结构上制备P、N电极，所述P、N电极在半导体多层结构的同一侧，且通过不导电的介质膜隔离开；
在所述半导体多层结构上涂第一胶，与第一临时基板进行固化；
将所述生长衬底剥离掉；
在剥离后暴露的半导体多层结构表面涂第二胶，与永久支撑基板结合；
去掉第一临时基板和第一胶；
其中所述永久支撑基板为掺了荧光粉的陶瓷或玻璃透明基板。
2.根据权利要求1所述的GaN基白光倒装芯片的制备方法，其特征在于：所述生长衬底为硅、蓝宝石、SiC中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的GaN基白光倒装芯片的制备方法，其特征在于：所述半导体多层结构上还蒸镀有导电反射复合金属层，并对所述导电反射复合金属层进行合金处理，合金温度为300-600℃。
4.根据权利要求1所述的GaN基白光倒装芯片的制备方法，其特征在于：所述第一胶为高温环氧树脂改性胶或邦定胶或UV胶中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的GaN基白光倒装芯片的制备方法，其特征在于：所述第一胶的固化后邵氏硬度80—100D，耐温度范围-25—300℃，拉弯强度 80--120MPa，压缩强度200—300MPa。
6.根据权利要求1所述的GaN基白光倒装芯片的制备方法，其特征在于：所述第一胶的厚度为50-500微米，固化温度为80-160℃，固化时间为30-120分钟。
7.根据权利要求1所述的GaN基白光倒装芯片的制备方法，其特征在于：所述第一基板的材质为硅、蓝宝石、玻璃或陶瓷中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的GaN基白光倒装芯片的制备方法，其特征在于：所述衬底剥离的方法为湿法腐蚀、机械研磨、激光剥离中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的GaN基白光倒装芯片的制备方法，其特征在于：在所述剥离后暴露的半导体多层结构表面涂第二胶之前，对其做粗化处理。
10.根据权利要求1或9所述的GaN基白光倒装芯片的制备方法，其特征在于：所述第二胶为硅胶、UV胶、环氧树脂改性胶中的任意一种。
11.根据权利要求10所述的GaN基白光倒装芯片的制备方法，其特征在于：所述第二胶的耐温范围-55－+200℃，拉伸强度60 -100MPa，拉弯强度105-200 MPa。
12.根据权利要求1或9所述的GaN基白光倒装芯片的制备方法，其特征在于：其中所述第二胶的厚度为5-30微米，固化温度120—180℃，固化时间10—60分钟。
13.根据权利要求1或9所述的GaN基白光倒装芯片的制备方法，其特征在于：所述结合方式为加热固化、UV光固化中的任意一种。
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