CN1694269A - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发光二极管及其制造方法，尤其是涉及采用倒装结构的发光二极管及其制造方法。本发明的发光二极管，包括：衬底(5)；形成在所述衬底(5)上的III族氮化物外延层(4)；形成在所述III族氮化物外延层(4)上并且相互电气绝缘的一对电极(1，2)；以面与面的接触方式形成在所述一对电极(1，2)上且形状分别与所述一对电极(1，2)相对应的第1导电导热金属层(6，7)；以及，以面与面的接触方式形成在所述第1导电导热金属层(6，7)上的硅片(3)。利用上述结构能够提供一种散热性良好、且发光效率高发光二极管。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管及其制造方法，尤其是涉及采用倒装结构的发光二极管及其制造方法。
背景技术
发光二极管是通过半导体材料中的空穴和电子的复合产生光子，从而发光，是发光效率最高的光源之一。III族氮化物是制备蓝光，绿光的常用材料。常用的III族氮化物包括Al，Ga，In，N的两元，三元或者四元合金，通常表示为InxAlyGal-x-yN。III族氮化物还包括它经掺杂后的化合物，常用的掺杂元素有Si，Mg，Zn，Ge等。通常，基于III族氮化物的发光二极管通过在特定的衬底上外延生长p型和n型的氮化物层和其它外延层制备的发光二极管。常用的衬底有蓝宝石，碳化硅，氧化锌，硅等。由于蓝宝石的导电率低，使用蓝宝石作为衬底的时候，n电极和p电极通常制备在衬底的同一侧。n电极常用的材料包括Al，Ti，Ti/Al多层结构。p电极常用的材料包括Ni，Au，Ni/Au的多层结构，ITO，Pt等。传统的发光二极管的正装芯片，例如Nakamura et.al的U.S.Pat.No.5,563,422中所记载的，有源层发出的光要透过电极发出。由于金属电极会吸收一定的光，大大限制了发光二极管的取光率。与此相对，采用倒装结构的发光二极管就可以使得光从电极上反射，从衬底中发出，从而大大提高了取光率。倒装结构的发光二极管需要一个光反射层，此反光层通常使用银，铝等高反光性材料。
发光二极管的倒装结构可以参考文献Inoue et al.European Patent091577A1，Kondoh et al.European Patent 0926744A2，和Mensz et al.，Electronic Letters 33(24)pp.2066-2068，1997。
在图1中表示了现有的倒装结构的发光二极管的纵向截面图。如图1所示，该倒装结构的发光二极管在衬底5上依次叠层形成III族氮化物外延层4、P、N电极1，2、第1导电导热金属层6，7、以及硅片3，其中P、N电极1，2是通过金属突块或者焊料突块8以“点接触的方式”焊接到第1导电导热金属层6，7以及硅片3上。在上述结构中，由于发光二极管的P、N电极1，2和硅片3的接触面积小，故存在热阻值大、导热性能不佳等缺陷，由此，在发光二极管工作时，容易导致结温度偏高、发光效率低，可靠性差。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，以提供一种散热性良好、且发光效率高的发光二极管装置及其制造方法。
本发明的发光二极管，包括：衬底；形成在所述衬底上的III族氮化物外延层；形成在所述III族氮化物外延层上并且相互电气绝缘的一对电极；以面与面的接触方式形成在所述一对电极上，且形状分别与所述一对电极相对应的第1导电导热金属层；以面与面的接触方式与所述第1导电导热金属层相接触的硅片。
如此，本发明中是通过使硅片上的第1导电导热金属层和一对电极以面与面的方式相接触，相对于现有技术的“点接触”，本发明能够增大电极和硅片上的第1导电导热金属层相接触的面积，由此，能够提高散热效率。
在上述发光二极管中，所述第1导电导热金属层是Al层或Ag层或Au层或包含Al、Ag、Au中的至少一种的合金。
由于Al，Ag，Au的反光性高而且导热性良好，将Al或Ag或Au或者包含Al、Ag、Au中的至少一种的合金作为第1导电导热金属层时，能够有效地提高散热效率和光出射率。
在上述发光二极管中，还包括：形成在所述硅片上的静电保护电路，所述静电保护电路是由一对反向串联连接在所述一对电极之间的二极管构成。
利用该静电保护电路，能够消除发光二极管中的电极和金属层之间的静电影响，以提高发光二极管的可靠性。
另一方面，本发明的发光二极管的制造方法，包括：在衬底上形成III族氮化物外延层的工序；在所述III族氮化物外延层上形成相互电气绝缘的一对电极的工序；在硅片上形成形状分别与所述一对电极相对应的第1导电导热金属层的工序；以及使得所述一对电极和所述第1导电导热金属层以面与面的接触方式贴合的贴合工序。
在上述的发光二极管的制造方法中，在所述贴合工序中，通过对所述一对电极和所述第1导电导热金属层中的中的至少一方进行加力或加热，以使得所述一对电极和所述第1导电导热金属层以面与面的接触方式贴合。
在上述的发光二极管的制造方法中，在所述贴合工序中，在所述第1导电导热金属层和一对电极的至少一方上涂敷熔焊金属层，通过加热使所述熔焊金属层熔融以将第1导电导热金属与所述一对电极以面与面的接触方式贴合。
附图说明
图1是表示现有的倒装结构的发光二极管的纵向截面图。
图2是本发明实施例1的发光二极管的纵向截面图。
图3是本发明实施例2的发光二极管的纵向截面图。
图4是本发明实施例3的发光二极管的纵向截面图。
符号说明：
在上述附图中，1是P电极，2是N电极，3是硅片，4是III族氮化物外延层，5是衬底，6，7是第1导电导热金属层，8是金突块或者焊料突块，9，10是融焊金属层，12是静电保护电路。
具体实施形态
下面参照图2～图4对于本发明各实施形态的发光二极管及其制造方法进行说明。
实施例1
图2是本发明实施例1的发光二极管的纵向截面图。
下面参照图2对于本发明实施例1的发光二极管的结构及其制造方法进行说明。
首先，在衬底5上形成III族氮化物外延层4。然后，在该III族氮化物外延层4上形成相互电气绝缘的P电极1和N电极2，作成由衬底5、P电极1、N电极2、III族氮化物外延层4构成的发光二极管芯片。
接着，在硅片3上通过蒸发或溅射或电镀等方法生长形成第1导电导热金属层6，7，并且通过蚀刻或剥离等方法将该第1导电导热金属层6，7的形状作成与P、N电极1，2形状相对应的形状。作为该第1导电导热金属层6，7采用散热性良好且反光性良好的金属，最常用的是Al、Ag、Au或者包含Al、Ag、Au中的至少一方的合金。通常，该第1导电导热金属层6，7的厚度可以在5～100微米之间。
通过对P、N电极1，2和第1导电导热金属层6，7中的至少一方，进行加压或加热、或者施加超声波，将P、N电极1，2以面与面的接触方式与第1导电导热金属层6，7贴合。
这样，硅片3上的第1导电导热金属层6，7和P、N电极1，2以面与面方式稳定地键合在一起，相对于现有技术的“点接触”，能够增大P、N电极1，2和硅片3上的第1导电导热金属层6，7的接触面积，由此，能够提高散热效率。再者，由于Al，Ag，Au的反光性高而且导热性良好，将Al或Ag或Au或者包含Al、Ag、Au中的至少一种的合金作为第1导电导热金属层时，能够有效地提高散热效率和光出射率。
实施例2
图3是本发明实施例2的发光二极管的纵向截面图。
首先，与上述实施例1相同地，作成由衬底5、P电极1、N电极2、III族氮化物外延层4构成的发光二极管芯片，并且在硅片3上形成形状与P、N电极1，2相对应的第1导电导热金属层6，7。
接着，替代上述实施例1中采用的加压或加热的贴合方法，在实施例2中，采取下述涂敷熔焊金属层的贴合方法。具体地，在硅片3的第1导电导热金属层6，7以及P、N电极1，2中的一方上，或者第1导电导热金属层6，7以及P、N电极1，2的两者上，涂敷熔焊金属层9，10，形成如图3所示的结构。然后，将硅片3以及发光二极管芯片中的一方、或者两者同时加热到100-500度，将P、N电极1，2和硅片3上相对应的第1导电导热金属层6，7接触，使P、N电极1，2与硅片3上相对应的第1导电导热金属层6，7以面与面的接触方式贴合在一起。
作为上述熔焊金属层9，10的材料，可以采用Au的合金，例如SiAu合金，该熔焊金属层9，10的厚度最好在10nm到3000nm之间。
实施例3
图4是本发明实施形态4的发光二极管的纵向截面图。
为了消除P、N电极1，2与第1导电导热金属层6，7之间产生的静电对发光二极管产生的影响，如图4所示在硅片3上进一步设置静电保护电路12。静电保护电路12由二个二极管反向串联连接构成，静电保护电路12的两端连接在硅片3上与P、N电极1，2相对应位置的第1导电导热金属层6、7上。
在上述实施例1～3中，可将P电极1的面积作成大于N电极2的面积，例如，P电极1的面积可以占整个发光二极管芯片面积的70％以上，这样有利于提高散发光效率。
关于P电极1，可以将P电极1的长度设定在300微米3000微米范围内、宽度在300微米3000微米范围内，其厚度在0.05微米到2微米之间。P电极1在制造时，可以采取梳状条形设计，条数n介于1到10条之间。再者，N电极2也可以采用条状结构，这样也可以提高提高电流的均匀分布。
虽然已经参照附图描述了本发明的一些实施形态，但是它们仅仅是说明性的。事实上，在不背离本发明的原理的条件下，还可以对其进行各种形式的修改。另外，本发明的范围由所附权利要求书限定。
Claims (8)
1.一种发光二极管，其特征在于，包括：
衬底(5)；
形成在所述衬底(5)上的III族氮化物外延层(4)；
形成在所述III族氮化物外延层(4)上并且相互电气绝缘的一对电极(1，2)；
以面与面的接触方式形成在所述一对电极(1，2)上，且形状分别与所述一对电极(1，2)相对应的第1导电导热金属层(6，7)；
以面与面的接触方式与所述第1导电导热金属层(6，7)相接触的硅片(3)。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，
所述第1导电导热金属层是Al层或Ag层或Au层或包含Al、Ag、Au中的至少一种的合金。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，还包括：
形成在所述硅片(3)上的静电保护电路(12)。
4.如权利要求3所述的发光二极管，其特征在于，
所述静电保护电路(12)由一对反向串联连接在所述一对电极(1，2)之间的二极管构成。
5.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，包括：
在衬底(5)上形成III族氮化物外延层(4)的工序；
在所述III族氮化物外延层(4)上形成相互电气绝缘的一对电极(1，2)的工序；
在硅片(3)上形成形状分别与所述一对电极(1，2)相对应的第1导电导热金属层(6，7)的工序；以及
使得所述一对电极(1，2)和所述第1导电导热金属层(6，7)以面与面的接触方式贴合的贴合工序。
6.如权利要求5所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，
在所述贴合工序中，通过对所述一对电极(1，2)和所述第1导电导热金属层(6，7)中的至少一方进行加压或加热，以使得所述一对电极(1，2)和所述第1导电导热金属层(6，7)以面与面的接触方式贴合。
7.如权利要求5所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，
在所述贴合工序中，在所述第1导电导热金属层(6，7)和所述一对电极(1，2)的至少一方上涂敷熔焊金属层(9，10)，通过加热使所述熔焊金属层(9，10)熔融以将第1导电导热金属(6，7)与所述一对电极(1，2)以面与面的接触方式贴合。
8.如权利要求7所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，
所述熔焊金属层(9，10)为Au的合金。
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