CN105336829B - 倒装发光二极管结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种倒装发光二极管结构及其制作方法，包括：基板；外延层，位于所述基板之上，外延层包括：第一半导体层、第二半导体层以及夹于第一半导体层与第二半导体层之间的发光层；第一电极结构，位于所述第一半导体层上；第二电极结构，位于所述第二半导体层上；第一电极结构包括第一电极本体和第一电极环，第二电极结构包括第二电极本体和第二电极环；第一电极环的厚度大于或等于第一电极本体的厚度，且第二电极环的厚度大于或等于第二电极本体的厚度。第一电极环、第二电极环作为阻隔栅结构，用于避免发光二极管在封装使用中由于固晶导电材料的溢流导致短路，提高可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及光电及半导体技术领域，尤其是涉及倒装发光二极管及其制作方法。
背景技术
发光二极管（英文为Light Emitting Diode，缩写为LED）由于具有寿命长、耗能低等优点，应用于各种领域，其中以氮化镓（GaN）为代表的III-V族化合物半导体由于具有带隙宽、发光效率高、电子饱和漂移速度高、化学性质稳定等特点，在高亮度发光二极管、激光器等光电子器件领域有着巨大的应用潜力，引起了人们的广泛关注。
目前倒装LED芯片，通常设计成矩形形状，结构上一般是由基板、外延层、P型欧姆接触层（兼做反射金属层）、绝缘层以及N型欧姆接触层自下而上形成的层状堆叠结构，其中金属层均做成较大面状结构，因此绝缘层设计尤为重要，一旦绝缘层有破损，就会造成P、N金属电极短路；一般芯片内部的绝缘层较为稳定不易破裂，但是芯片边缘的绝缘层往往会在芯片后段制程中（例如研磨、划裂、切割工艺中）产生破裂，或是由于应力原因破裂。另一方面，由于考虑芯片的出光效率、电流分布，尤其是对于大尺寸芯片设计，P、N金属电极的大小、位置受限，在封装时如采用锡膏焊接的作业方式，往往会造成锡膏涂布不均、锡膏溢流出焊盘区域，若遇到芯粒边缘绝缘层受损时就会发生电路不良、漏电等异常，如图1和2所示，影响封装作业的良率，不利于倒装芯片的推广应用。此外，为了制作侧壁绝缘层，需要在芯片前段制程增加干法蚀刻工艺（如ICP）或湿法蚀刻工艺，该蚀刻工艺对黄光、蚀刻技术要求较高，大幅增加了芯片制作成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，从芯片设计与制作工艺中采用电极作为阻隔栅结构，提供一种具有提高可靠性的倒装发光二极管芯片及其制作方法。
为解决以上技术问题，本发明采用的一个技术方案：一种倒装发光二极管结构，包括：
一基板；
一外延层，位于所述基板之上，所述外延层包括：第一半导体层、第二半导体层以及夹于第一半导体层与第二半导体层之间的发光层；
第一电极结构，位于所述第一半导体层上；
第二电极结构，位于所述第二半导体层上；
其特征在于：所述第一电极结构包括第一电极本体和第一电极环，第二电极结构包括第二电极本体和第二电极环；所述第一电极环的厚度大于或等于第一电极本体的厚度，且第二电极环的厚度大于或等于第二电极本体的厚度。
进一步地，所述第一电极环环绕第一电极本体，且第一电极环与第一电极本体存在间隔；第二电极环环绕第二电极本体，且第二电极环与第二电极本体存在间隔。
进一步地，所述第一电极环、第二电极环均至少1圈。
进一步地，所述第一电极环、第二电极环作为阻隔栅结构，用于避免发光二极管在封装使用中由于固晶导电材料的溢流导致短路，提高可靠性。
上述倒装发光二极管结构，还包括在外延层上形成第一、第二电极结构之前先设置反射层或，所述反射层可以是单层金属层或者是复合金属层。
上述倒装发光二极管结构，还可以包括在外延层上形成第一、第二电极结构之前先设置导电层，所述导电层可以是氧化铟锡（ITO）或氧化锌（ZnO）或氧化镉锡（CTO）或氧化铟（InO）或铟（In）掺杂氧化锌（ZnO）或铝（Al）掺杂氧化锌（ZnO）或镓（Ga）掺杂氧化锌（ZnO）或前述任意组合之一。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案为：一种倒装发光二极管结构的制作方法，其包括以下工艺步骤：
1）提供一基板；
2）在基板上制作外延层，所述外延层包括：第一半导体层、第二半导体层以及夹于第一半导体层与第二半导体层之间的发光层；
3）在所述第一半导体层上制作第一电极结构，所述第一电极结构包括第一电极本体和第一电极环，第一电极环的厚度大于或等于第一电极本体的厚度；
4）在所述第二半导体层上制作第二电极结构，所述第二电极结构包括第一电极本体和第二电极环，第二电极环的厚度大于或等于第二电极本体的厚度。
进一步地，所述第一电极环环绕第一电极本体，且第一电极环与第一电极本体存在间隔；第二电极环环绕第二电极本体，且第二电极环与第二电极本体存在间隔。
进一步地，所述第一电极环、第二电极环均至少1圈。
进一步地，所述第一电极环、第二电极环作为阻隔栅结构，用于避免发光二极管在封装使用中由于固晶导电材料的溢流导致短路，提高可靠性。
上述倒装发光二极管结构的制作方法，还可以包括以下工艺步骤：在外延层上制作第一、第二电极结构之前先形成反射层，所述反射层可以是单层金属层或者是复合金属层，材质选用Ag或Al或Ti或Ni或前述任意组合之一。
上述倒装发光二极管结构的制作方法，还可以包括以下工艺步骤：在外延层上制作第一、第二电极结构之前先形成导电层，所述导电层可以是氧化铟锡（ITO）或氧化锌（ZnO）或氧化镉锡（CTO）或氧化铟（InO）或铟（In）掺杂氧化锌（ZnO）或铝（Al）掺杂氧化锌（ZnO）或镓（Ga）掺杂氧化锌（ZnO）或前述任意组合之一。
进一步地，所述基板可以是生长基板或者是散热基板或者是粘合基板或者是前述任意组合之一。
进一步地，所述生长基板材料可以是蓝宝石（Al2O3）或碳化硅（SiC）或氮化镓（GaN）或前述任意组合之一。
进一步地，所述第一、第二电极结构可以是Ni/Au或Cr/Pt/Au或Ti/Al/Ti/Au或前述任意组合之一。
与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：本发明通过在倒装发光二极管芯片的电极结构中，增设环状电极作为阻隔栅结构，避免芯片在封装使用中由于固晶导电材料的溢流导致短路，提高芯片的可靠性；该制作方法无需采用干法或湿法蚀刻工艺形成侧壁绝缘层，简化工艺环节，提升芯片的良率，降低生产成本。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
虽然在下文中将结合一些示例性实施及使用方法来描述本发明，但本领域技术人员应当理解，并不旨在将本发明限制于这些实施例。反之，旨在覆盖包含在所附的权利要求书所定义的本发明的精神与范围内的所有替代品、修正及等效物。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1是现有的倒装发光二极管的剖视图。
图2是现有的倒装发光二极管的顶视图。
图3和图4是本发明实施例1的倒装发光二极管的剖视图。
图5是本发明实施例1的倒装发光二极管的顶视图。
图6~13是本发明实施例2制作倒装发光二极管的工艺流程示意图。
图14是本发明实施例3的倒装发光二极管的剖视图。
图15是本发明实施例4的倒装发光二极管的剖视图。
图16是本发明实施例5的倒装发光二极管的剖视图。
图17是本发明实施例5的倒装发光二极管的顶视图。
图18是本发明实施例6的倒装发光二极管的剖视图。
图19是本发明实施例7的倒装发光二极管的剖视图。
图20是本发明实施例8的倒装发光二极管的剖视图。
图21是本发明实施例9的倒装发光二极管的剖视图。
图中部件符号说明：100：生长基板；101：N型层；102：发光层；103：P型层；104：P型电极；1041：P型电极本体；1042：P型电极环；105：N型电极；1051：N型电极本体；1052：N型电极环；106：绝缘层；107：导电层；108：反射层；109：锡膏。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
实施例1
请参阅图3~图5，其中图3为图5中沿A-A方向的剖面图，图4为图5中沿沿B-B方向的剖面图。本实施例提供的氮化镓基倒装发光二极管，包括：生长基板100、N型层101、发光层102、P型层103、P型电极本体1041、P型电极环1042、N型电极本体1051以及N型电极环1052。
具体来说，上述氮化镓基倒装发光二极管结构中生长基板100为蓝宝石基板；外延层，形成于发光层102上，其中外延层依次包括N型层101、发光层102和P型层103；P型电极结构，包括P型电极本体1041和P型电极环1042，位于所述P型层103上；N型电极结构，包括N型电极本体1051和N型电极环1052，位于所述N型层101上；其中所述P型电极环1042的厚度大于P型电极本体1041的厚度，且N型电极环1052的厚度大于N型电极本体1051的厚度。优选地，所述P型电极环1042环绕P型电极本体1041，且P型电极环1042与P型电极本体1041存在间隔；N型电极环1052环绕N型电极本体1051，且N型电极环1052与N型电极本体1051存在间隔，如此P型电极环、N型电极环作为阻隔栅结构，类似“挡墙”的作用，增加固晶导电材料（如锡膏109）攀爬的难度，用于避免发光二极管在封装使用中由于锡膏的溢流导致短路，从而改善倒装发光二极管芯片的可靠性和良率。
实施例2
请参阅图6~13所示的倒装发光二极管结构的制作工艺流程剖面示意图，具体来说：
请参阅图6，首先，提供生长基板100，在本实施例中，所述生长基板100选用蓝宝石，用以形成GaN基倒装发光二极管的磊晶基板；然而应当认识到，所述生长基板100还可以是碳化硅或氮化镓或硅或其它基板。
请参阅图7，在生长基板100上长外延层，外延层依次包括N-GaN层101、发光层102和P-GaN层103，优选地，还可以先在生长基板上生长GaN缓冲层，再生长外延层，以取得更优的晶格质量。
请参阅图8~10，其中图8为图10中沿A-A方向的剖面图，图9为图10中沿沿B-B方向的剖面图。采用ICP蚀刻工艺定义芯片尺寸，从外延层之P-GaN层103表面往下蚀刻至N-GaN层101，使得部分N-GaN层101表面裸露，然后采用黄光、蒸镀工艺，在所述P-GaN层103上形成厚度为1~5μm的P型电极本体1041，在所述N-GaN层101上形成厚度为1~5μm的N型电极本体1051。
请参阅图11~13，其中图11为图13中沿A-A方向的剖面图，图12为图13中沿沿B-B方向的剖面图。再一次采用黄光、蒸镀工艺，在所述P-GaN层103上，且位于P型电极本体1041的周围形成厚度大于P型电极本体1041的P型电极环1042，即使得P型电极环1042环绕P型电极本体1041，且P型电极环1042与P型电极本体1041存在间隔；在所述N-GaN层101上，且位于N型电极本体1051的周围形成厚度大于N型电极本体1051的N型电极环1052，即使得N型电极环1052环绕N型电极本体1051，且N型电极环1052与N型电极本体1051存在间隔。
上述电极结构可以选用Ni/Au或Cr/Pt/Au或Ti/Al/Ti/Au或前述的任意组合之一，在本实施例优选Cr/Pt/Au金属材料。由于所述P型电极环1042的厚度大于P型电极本体1041的厚度，且N型电极环1052的厚度大于N型电极本体1051的厚度，发挥P型电极环、N型电极环的挡墙作用，增加固晶导电材料（如锡膏109）攀爬的难度，用于避免发光二极管在封装使用中由于锡膏的溢流导致短路，从而改善倒装发光二极管芯片的可靠性和良率。
实施例3
请参阅图14，与实施例2不同的是，为了使得第一电极厚度与第二电极厚度一致（等高），便于电极制作，本实施例在外延层上制作第一、第二电极结构之前先形成导电层107，所述导电层可以是氧化铟锡（ITO）或氧化锌（ZnO）或氧化镉锡（CTO）或氧化铟（InO）或铟（In）掺杂氧化锌（ZnO）或铝（Al）掺杂氧化锌（ZnO）或镓（Ga）掺杂氧化锌（ZnO）或前述任意组合之一，本实施例优选氧化铟锡（ITO）。需要说明的是，在第一电极结构（1051、1052）形成导电层107之前，还可以在N型层101与导电层之间制作一绝缘层106。
实施例4
请参阅图15，与实施例2不同的是，本实施例的P型电极环1042的厚度等于P型电极本体1041的厚度，且N型电极环1052的厚度等于N型电极本体1051的厚度，如此则制作电极结构只需要一次黄光、蒸镀工艺，有效地降低了制作成本，提高产能。
实施例5
请参阅图16和17，与实施例2不同的是，本实施例的第一电极环、第二电极环均至少1圈，其中内外圈的P型电极环1042厚度相同，内外圈的N型电极环1052厚度相同，更优地，所述P型电极环1042厚度与N型电极环1052厚度相同，且均比P型电极本体1041、N型电极本体1051的厚度大60%。由于设置了多圈电极环，如此更进一步增加固晶导电材料攀爬的难度，提升倒装发光二极管的可靠性。
实施例6
请参阅图18，与实施例2不同的是，本实施例在外延层上制作第一、第二电极结构之前先形成反射层108，所述反射层108可以是单层金属层或者是复合金属层，材质选用Ag或Al或Ti或Ni或前述任意组合之一，本实施例优选Al/Ti/Ag复合金属层，如此反射发光层向下发出的光线，增加出光效率。
实施例7
请参阅图19，与实施例5不同的是，本实施例内圈的P型电极环1042厚度小于外圈的P型电极环1042厚度；相应地，内圈的N型电极环厚度小于外圈的N型电极环厚度。此外，内圈的P型电极环1042厚度等于P型电极本体1041厚度，内圈的N型电极环厚度等于N型电极本体厚度。
实施例8
请参阅图20，与实施例5不同的是，本实施例的P型电极本体1041、内圈的P型电极环1042、外圈的P型电极环1042的厚度依次逐渐增加；相应地，N型电极本体、内圈的N型电极环、外圈的N型电极环的厚度也依次逐渐增加。由于电极结构从电极本体至外圈电极环厚度依次增加（外圈电极环厚度比内圈电极环厚），使得发光二极管在封装使用中固晶导电材料的溢流难度从内圈到外圈逐渐增加，如此利于提升倒装发光二极管的可靠性。
实施例9
请参阅图21，与实施例2不同的是，本实施例P型电极环1042紧挨在P型电极本体1041周边，二者不存在间隔，且P型电极环1042的厚度比P型电极本体1041厚一倍以上；相应地，N型电极环紧挨在N型电极本体周边，二者不存在间隔，且N型电极环的厚度比N型电极本体厚一倍以上。P型电极环（厚度大于P型电极本体）、N型电极环（厚度大于N型电极本体）作为阻隔栅结构，用于避免发光二极管在封装使用中由于固晶导电材料的溢流导致短路，提高倒装发光二极管的可靠性。
Claims (8)
1.倒装发光二极管结构，包括：
一基板；
一外延层，位于所述基板之上，所述外延层包括：第一半导体层、第二半导体层以及夹于第一半导体层与第二半导体层之间的发光层；
第一电极结构，位于所述第一半导体层上；
第二电极结构，位于所述第二半导体层上；
其特征在于：所述第一电极结构包括第一电极本体和第一电极环，第二电极结构包括第二电极本体和第二电极环；所述第一电极环的厚度大于或等于第一电极本体的厚度，且第二电极环的厚度大于或等于第二电极本体的厚度；所述第一电极环环绕第一电极本体，且第一电极环与第一电极本体存在间隔；第二电极环环绕第二电极本体，且第二电极环与第二电极本体存在间隔。
2.根据权利要求1所述的倒装发光二极管结构，其特征在于：所述第一电极环、第二电极环均至少1圈。
3.根据权利要求1所述的倒装发光二极管结构，其特征在于：所述第一电极环、第二电极环作为阻隔栅结构，用于避免发光二极管在封装使用中由于固晶导电材料的溢流导致短路，提高可靠性。
4.根据权利要求1所述的倒装发光二极管结构，其特征在于：还包括在外延层上形成第一、第二电极结构之前先设置反射层或导电层。
5.一种倒装发光二极管结构的制作方法，其包括以下工艺步骤：
1）提供一基板；
2）在基板上制作外延层，所述外延层包括：第一半导体层、第二半导体层以及夹于第一半导体层与第二半导体层之间的发光层；
3）在所述第一半导体层上制作第一电极结构，所述第一电极结构包括第一电极本体和第一电极环，第一电极环的厚度大于或等于第一电极本体的厚度；
4）在所述第二半导体层上制作第二电极结构，所述第二电极结构包括第一电极本体和第二电极环，第二电极环的厚度大于或等于第二电极本体的厚度；所述第一电极环环绕第一电极本体，且第一电极环与第一电极本体存在间隔；第二电极环环绕第二电极本体，且第二电极环与第二电极本体存在间隔。
6.根据权利要求5所述的一种倒装发光二极管结构的制作方法，其特征在于：所述第一电极环、第二电极环均至少1圈。
7.根据权利要求5所述的一种倒装发光二极管结构的制作方法，其特征在于：所述第一电极环、第二电极环作为阻隔栅结构，用于避免发光二极管在封装使用中由于固晶导电材料的溢流导致短路，提高可靠性。
8.根据权利要求5所述的一种倒装发光二极管结构的制作方法，其特征在于：还包括在外延层上制作第一、第二电极结构之前先形成反射层或导电层。
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