CN202695522U - 具有倒装焊接结构的发光二极管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有倒装焊接结构的发光二极管，所述发光二极管包括衬底，在所述衬底上表面依次形成的n型GaN层、n型掺杂的AlGaN层、InGaN发光层、p型掺杂的AlGaN层、p型GaN层，以及在所述p型GaN层表面形成的透明导电接触层，在所述透明导电接触层表面形成的p电极，和与所述n型GaN层接触的n电极，所述p电极和n电极表面具有倒装焊接结构。

Description

具有倒装焊接结构的发光二极管

技术领域

本实用新型涉及光电技术领域，特别涉及一种具有倒装焊接结构的发光二极管。

背景技术

半导体发光二极管(LED)具有低成本、长时间保持稳定发光源的特点，特别是氮化镓(GaN)材料的引入，使白光LED成为可能。以基于宽禁带半导体材料氮化稼(GaN)和铟氮化稼(InGaN)的发光二极管为代表的近紫外线、蓝绿色和蓝色等短波长发光二极管在1990年代后期得到广泛应用，在基础研究和商业应用上取得了很大进步。

目前，普遍应用的GaN基发光二极管的典型结构如图1所示，GaN基发光二极管的结构包括蓝宝石衬底10，在衬底10表面利用MOCVD工艺沉积的n型GaN层201，由n型掺杂的AlGaN层203、InGaN发光层205(包括单量子肼或多量子肼)和p型掺杂的AlGaN层207组成的发光单元，以及p型GaN层209。此外还包括利用LPCVD工艺或磁控溅射工艺沉积的透明导电氧化物(TCO)接触层211，和通过沉积、掩模、光刻和刻蚀等工艺形成的p电极213和n电极215。

随着芯片工艺水平不断的提升，发光二极管要求的发光效率与亮度不断的增加，传统的工艺已不能满足未来的应用，散热佳、发光效率高与高功率的发光二极管芯片已逐渐走上舞台，倒装焊覆晶(flip chip)制程与单电极垂直制程的发光二极管于是取代传统的制程成为LED发光二级管的主流。大功率芯片外延的结构与传统的发光二极管结构相同，但芯片制作工艺却不尽相同，它将倒装焊芯片的衬底变为发光表面，电极与热沉芯片贴合。经过多年的发展，垂直LED已变成一种标准产品模式。随着芯片的发展及需要，为了利用自动化组装技术降低制造成本，急需开拓出切合大功率的封装产品设计。

要获得高品质高功率的LED，新的固晶工艺随之而发展出来，其中一种就是利用共晶焊接技术，先将晶粒焊接于一散热基板(submount)或热沉(heat sink)上，然后把整件晶粒连散热基板再焊接于封装器件上，这样就可增强器件散热能力，令发光功率相对地增加。该技术最关键是共晶材料的选择及焊接温度的控制。新一代的InGaN高亮度LED，如采用共晶焊接，晶粒底部可以采用纯锡(Sn)或金锡(Au-Sn)合金作接触面镀层，晶粒可焊接于镀有金或银的基板上。当基板被加热至适合的共晶温度时，金或银元素渗透到金锡合金层，合金层成份的改变提高溶点，令共晶层固化并将LED紧固的焊于热沉或基板上。选择共晶温度视乎晶粒、基板及器件材料耐热程度及往后回焊制程时的温度要求。共晶焊接工艺最大的特点是无须额外附加焊力，故此不会因固晶焊力过大而令过多的共晶合金溢出，减低LED产生短路的机会。

覆晶焊接近年被积极地运用于大功率LED制程中，覆晶方法把GaN LED晶粒倒接合于散热基板上，因没有了金线焊垫阻碍，对提高亮度有一定的帮助。因为电流流通的距离缩短，电阻减低，所以热的产生也相对降低。同时这样的接合亦能有效地将热转至下一层的散热基板再转到器件外面去。不但提高光输出，更可以使产品整体面积缩小，扩大产品的应用市场。

现有技术中的金-锡层一般都是在散热基板(soubmount)或热沉(heat sink)上制作，这导致散热基板(soubmount)或热沉(heat sink)上的制作成本增加并成为特殊产品。同时，如果在LED芯片工艺中使用溅射或蒸镀的方式，使用贵金属量过大，且工艺时间较长。

实用新型内容

本实用新型提供了一种具有倒装焊接结构的发光二极管，通过在芯片工艺中加入电镀步骤，在芯片端的电极区域形成金锡合金电极，作为倒装焊接结构，简化了工艺，降低了制造成本，提高了后续金属接位封装的可靠性。

本实用新型提供的具有倒装焊接结构的发光二极管，所述发光二极管包括衬底，在所述衬底上表面依次形成的n型GaN层、n型掺杂的AlGaN层、InGaN发光层、p型掺杂的AlGaN层、p型GaN层，以及在所述p型GaN层表面形成的透明导电接触层，在所述透明导电接触层表面形成的p电极，和与所述n型GaN层接触的n电极，所述p电极和n电极表面具有倒装焊接结构。

所述倒装焊接结构包括在所述p电极表面形成的金层和在所述金层表面形成的锡层，以及；

在所述n电极表面形成的金层和在所述金层表面形成的锡层。

所述倒装焊接结构包括在所述p电极表面形成的金锡合金层，和在所述n电极表面形成的金锡合金层。

附图说明

通过附图中所示的本实用新型的优选实施例的更具体说明，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1为GaN基发光二极管的结构示意图；

图2为根据本实用新型实施例的发光二极管结构示意图；

图3为根据本实用新型另一实施例的发光二极管结构示意图。

所述示图是说明性的，而非限制性的，在此不能过度限制本实用新型的保护范围。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广。因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

图2为根据本实用新型实施例的发光二极管结构示意图。如图2所示，本实用新型的发光二极管包括衬底10，以及在衬底10上表面依次形成的LED芯片各层系，包括n型GaN层201、n型掺杂的AlGaN层203、InGaN发光层205、p型掺杂的AlGaN层207、p型GaN层209，以及在所述p型GaN层表面形成的透明导电接触层211，在所述透明导电接触层211表面形成的p电极213，和与所述n型GaN层接触的n电极215，其中，所述p电极213和n电极215表面具有倒装焊接结构，所述倒装焊接结构包括在所述p电极213表面形成的金层410和在所述金层410表面形成的锡层420，以及在所述n电极215表面形成的金层310和在所述金层310表面形成的锡层320。

图3为根据本实用新型另一实施例的发光二极管结构示意图。如图3所示，本实施例的发光二极管包括衬底10，以及在衬底10上表面依次形成的LED芯片各层系，包括n型GaN层201、n型掺杂的AlGaN层203、InGaN发光层205、p型掺杂的AlGaN层207、p型GaN层209，以及在所述p型GaN层表面形成的透明导电接触层211，在所述透明导电接触层211表面形成的p电极213，和与所述n型GaN层接触的n电极215，其中，所述p电极213和n电极215表面具有倒装焊接结构，所述倒装焊接结构包括在所述p电极213表面形成的金锡合金层400，和在所述n电极215表面形成的金锡合金层300。

本实用新型在芯片工艺中加入电镀步骤，在通过光刻开孔的金属薄膜区域进行金-锡层快速生长，形成金-锡层倒装焊接结构。同时通过开孔的大小形成局部电流密度的不同，根据芯片结构需要一次电镀不同厚度的金-锡层，对后续工艺设计方面更有弹性。此外，还有无铅制程、工序简单、金属接位可靠等优点。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (3)

1.一种具有倒装焊接结构的发光二极管，所述发光二极管包括衬底，在所述衬底上表面依次形成的n型GaN层、n型掺杂的AlGaN层、InGaN发光层、p型掺杂的AlGaN层、p型GaN层，以及在所述p型GaN层表面形成的透明导电接触层，在所述透明导电接触层表面形成的p电极，和与所述n型GaN层接触的n电极，其特征在于：所述p电极和n电极表面具有倒装焊接结构。

2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述倒装焊接结构包括在所述p电极表面形成的金层和在所述金层表面形成的锡层，以及；

在所述n电极表面形成的金层和在所述金层表面形成的锡层。

3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述倒装焊接结构包括在所述p电极表面形成的金锡合金层，和在所述n电极表面形成的金锡合金层。

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