專(zhuān)利名稱(chēng)：一種大功率正裝led芯片結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，尤其是涉及一種高導(dǎo)熱、高取光效率的大功率正裝 LED芯片結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，藍(lán)光、綠光等發(fā)光二極管(LED)的基本結(jié)構(gòu)是在藍(lán)寶石襯底上外延生長(zhǎng) InGaN/GaN發(fā)光半導(dǎo)體材料，然后在外延層的上表面制作正/負(fù)電極用于注入電流使之將 電能轉(zhuǎn)換成光能。如圖-1所示，其是典型的藍(lán)光LED芯片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，該芯片主要 由三部分組成，藍(lán)寶石襯底11，外延層12，以及歐姆電極13 (包含ρ、η兩個(gè)電極)，正極歐 姆電極是制作在P型GaN層上。為了改善電流注入的均勻性，通常需要在ρ型GaN層上先 沉積一層透明導(dǎo)電接觸層，負(fù)極歐姆電極是制作在η型GaN層上，這需要將部分ρ型GaN層 刻蝕去除。這種將兩個(gè)電極制作在同一側(cè)的器件結(jié)構(gòu)是因?yàn)樗{(lán)寶石襯底不導(dǎo)電，但是這種 結(jié)構(gòu)同時(shí)也局限了芯片表面發(fā)光區(qū)的面積，降低了芯片的發(fā)光效率。此外，藍(lán)寶石襯底的低 導(dǎo)熱性使之作為芯片與外界的散熱通道限制了芯片在大電流下的可靠性能，這是因?yàn)樗{(lán)寶 石襯底的導(dǎo)熱系數(shù)只有0. 4W/K. cm。散熱問(wèn)題也成為阻礙大功率LED芯片發(fā)展的主要問(wèn)題 之一，因?yàn)榱孔于宓陌l(fā)光效率會(huì)隨著量子阱溫度的上升而急劇降低。為了解決散熱問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中選擇導(dǎo)熱性能更優(yōu)良的襯底作為原始芯片材料生 長(zhǎng)的基座，如SiC作為GaN-基LED的襯底，其由于襯底是導(dǎo)電的，可以實(shí)現(xiàn)單電極結(jié)構(gòu)，還 克服了雙電極在表面阻擋出光的問(wèn)題，提高了出光效率。但是SiC襯底由于成本問(wèn)題始終 沒(méi)有被廣泛采用，目前藍(lán)寶石的成本只是SiC的1/10，優(yōu)勢(shì)明顯，仍然是GaN基LED生產(chǎn)的 主流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的大功率LED散熱性差、取光效率不高的問(wèn)題， 提供一種高導(dǎo)熱、高出光效率的大功率正裝LED芯片結(jié)構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種大功率正裝LED芯片結(jié)構(gòu)，包括 透明鈍化層、P壓焊點(diǎn)、透明電極層、N電極、LED外延層、藍(lán)寶石襯底、反射及焊料層，其中 所述的反射及焊料層表面上通過(guò)光學(xué)鍍膜的方式形成有DBR(分布式布拉格反射鏡)光學(xué) 反射層，所述的反射及焊料層底部設(shè)置有一高導(dǎo)熱基座層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的大功率正裝LED芯片通過(guò)采用導(dǎo)熱基座和DBR光 學(xué)反射膜的結(jié)合，解決了大功率LED芯片在高電流密度小所遇到的散熱及提高出光效率的 問(wèn)題，采用這種結(jié)構(gòu)的芯片還具有以下優(yōu)點(diǎn)1、利用DBR光學(xué)反射膜使得LED外延層向下發(fā)出的光能夠被高效反射并從芯片的 發(fā)光區(qū)出射，提高出光效率，薄膜厚度的DBR光學(xué)反射薄膜能夠特定波長(zhǎng)的光反射率提高 至99%以上，這將為提高芯片的外量子效率提供的基礎(chǔ)。2、本發(fā)明所述的芯片結(jié)構(gòu)通過(guò)設(shè)置高散熱導(dǎo)熱基座，使得芯片散熱能力顯著改善，由于LED外延層的電-光轉(zhuǎn)換效率是隨著溫度的增加而降低，本發(fā)明的LED芯片在散熱 性能上的改善使得芯片可以在大電流下仍然維持較高的電-光轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)大功率高亮度。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中LED的芯片結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的正裝芯片結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖2a_g是本發(fā)明實(shí)施例的正裝芯片結(jié)構(gòu)制備過(guò)程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié) 合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅 用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖2所示，本發(fā)明提供一種大功率正裝LED芯片結(jié)構(gòu)，包括透明鈍化層21、P壓 焊點(diǎn)22、透明電極層23、N電極24、LED外延層25、藍(lán)寶石襯底26、反射及焊料層28，其中 所述的反射及焊料層28表面上通過(guò)光學(xué)鍍膜的方式形成有DBR光學(xué)反射層27，所述的反射 及焊料層28底部設(shè)置有一高導(dǎo)熱基座層29。本發(fā)明實(shí)施例大功率正裝LED芯片結(jié)構(gòu)所述的高導(dǎo)熱基座29，它可以是金屬Cu、 Cuff合金、AuAl、Si, GaAs, InP、A1N、金剛石、鎳鐵合金或鎳等材料制成，它的厚度范圍是在 50-00微米內(nèi)；所述的焊料反射層28，它可以是Ag、Al、Ag合金、Al合金、銦(In)、銦合金、 Cu、金錫焊料、鉛錫焊料、銀漿或?qū)щ娔z等，及包括但不局限于以上所述材料或是以上所述 材料的任意組合；所述的DBR光學(xué)反射薄膜27，它可以是Si02、TiO2和ZnO等光學(xué)薄膜，采 用蒸發(fā)，濺射，涂布等光學(xué)鍍膜方式采用包但不局限于上述材料交替沉積而成；所述的藍(lán)寶 石襯底26，厚度范圍在5-100微米內(nèi)，采用化學(xué)和機(jī)械方法減薄至所需厚度；所述的ρ型透 明接觸層23，采用Ni/Au、Pt、WSi、W、ITO等等透明導(dǎo)電材料；所述的LED芯片η電極24和 P壓焊點(diǎn)22，可以是Ti/Al/Ti/Au、Cr/Ni/Al或Cr/Ni/Au等多層金屬結(jié)構(gòu)；所述的透明鈍化 層21，可以是Si02、Si3N4, SiNyOx等透明鈍化材料采用蒸發(fā)，濺射，等離子體化學(xué)反應(yīng)，涂布 等薄膜制備方法使用。如圖2a_g所示，其為本發(fā)明實(shí)施例所述的大功率正裝LED芯片結(jié)構(gòu)的制備過(guò)程l)p型透明電極層23的制備采用蒸發(fā)，濺射，等離子體化學(xué)反應(yīng)，涂布等薄膜制 備方法.包括但不局限于以上所述方法.此時(shí)LED芯片包含透明電極層23，外延層25，藍(lán) 寶石襯底26，如圖2a所示；2)外延層25的刻蝕在LED外延片5特定區(qū)域采用選擇性刻蝕的方法暴露出η型 外延層25.刻蝕方法包括干法刻蝕(等離子體刻蝕)、濕法腐蝕(化學(xué)腐蝕)和選擇性刻蝕， 該選擇性刻蝕所采用的掩模包括但有機(jī)光敏性掩模和無(wú)機(jī)掩模，此時(shí)LED芯片包含透明電 極層23，外延層25，藍(lán)寶石襯底26，如圖2b所示；3)p壓焊點(diǎn)22及η電極24的制備采用蒸發(fā)，濺射，等離子體化學(xué)反應(yīng)，涂布等薄 膜制備方法制備在LED外延片25表面特定區(qū)域沉積形成ρ，η外延區(qū)域上相對(duì)應(yīng)形成ρ，η 壓焊點(diǎn)，此時(shí)LED芯片包含ρ壓焊點(diǎn)22，透明電極層23，η電極24，外延層25，藍(lán)寶石襯底
426，如圖2c所示；4)透明鈍化層21的制備采用蒸發(fā)，濺射，等離子體化學(xué)反應(yīng)涂布等薄膜制備方 法，并采用干法刻蝕或濕法腐蝕方法開(kāi)出窗口，此時(shí)LED芯片包含透明鈍化層21，ρ壓焊點(diǎn) 22，透明電極層23，η電極24，外延層25，藍(lán)寶石襯底26，如圖2d所示；5)藍(lán)寶石襯底26的減薄由于藍(lán)寶石襯底26是不良導(dǎo)熱層，需要將其通過(guò)機(jī)械 研磨的方式減薄至10-50微米尺寸范圍內(nèi)，如圖2e所示；6)清洗藍(lán)寶石襯底26表面采用丙酮，異丙醇，酒精等化學(xué)制劑，清洗減薄后的藍(lán) 寶石襯底26表面，去除表面臟污；7) DRB光學(xué)反射層27的制備采用蒸發(fā)，濺射，涂布，等離子體化學(xué)反應(yīng)等光學(xué)薄 膜制備方式，DBR光學(xué)發(fā)射層27采用的材料及薄膜厚度根據(jù)發(fā)光二極管出光波長(zhǎng)來(lái)決定和 計(jì)算，該DBR光學(xué)薄膜的厚度和薄膜材料的選擇需要考慮LED發(fā)光波長(zhǎng)，及相位，一般光學(xué) 厚度為真空波長(zhǎng)的1/4，實(shí)際生長(zhǎng)厚度需要通過(guò)MATLAB等軟件計(jì)算模擬。此時(shí)LED芯片包 含透明鈍化層21，ρ壓焊點(diǎn)22，透明電極層23，η電極24，外延層25，藍(lán)寶石襯底26，DBR光 學(xué)反射層27，如圖2f所示；8)焊料層或反射層28制備采用蒸發(fā)，濺射，電鍍，刷涂或其他薄膜制備方法，此 時(shí)LED芯片包含透明鈍化層21，ρ壓焊點(diǎn)22，透明電極層23，η電極24，外延層25，藍(lán)寶石 襯底26，DBR光學(xué)反射層27，焊料及反射層28，如圖2g所示；9)高導(dǎo)熱基座29的制備高導(dǎo)熱基座29的制作采用LED外延片25粘接或電鍍的 方法，具體包括1)焊料層28蒸鍍，用于粘接外延圓片和高導(dǎo)熱基座或作為電鍍之預(yù)鍍層； 2) LED外延片25與高導(dǎo)熱基座29的粘接；該高導(dǎo)熱基座主要采用蒸發(fā)，濺射，電鍍，刷涂， 鍵合或其他薄膜制備方法，此時(shí)LED芯片包含透明鈍化層21，ρ壓焊點(diǎn)22，透明電極層23， η電極24，外延層25，藍(lán)寶石襯底26，DBR光學(xué)反射層27，焊料及反射層28，導(dǎo)熱基座29，如 圖2所示。上述方法完成了本發(fā)明實(shí)施例所述的大功率正裝LED的芯片結(jié)構(gòu)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種大功率正裝LED芯片結(jié)構(gòu)，包括透明鈍化層、P壓焊點(diǎn)、透明電極層、N電極、LED外延層、藍(lán)寶石襯底、反射及焊料層，其特征在于所述的反射及焊料層表面上通過(guò)光學(xué)鍍膜的方式形成有DBR光學(xué)反射層，所述的反射及焊料層底部設(shè)置有一高導(dǎo)熱基座層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率正裝LED芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的DBR光學(xué)反 射層是通過(guò)蒸發(fā)，濺射或涂布的光學(xué)鍍膜方式沉積而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大功率LED的芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的DBR光學(xué)反射 層采用SiO2、TiO2，和ZnO材料交替鍍膜沉積而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率正裝LED芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的藍(lán)寶石襯底 的厚度為10 — 50微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率正裝LED芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的高導(dǎo)熱基座 的厚度為50-500微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大功率正裝LED芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的高導(dǎo)熱基座 采用Cu、CuW合金、AuAl、Si、GaAs、InP、A1N、金剛石、鎳鐵合金或鎳材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的大功率正裝LED芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的高導(dǎo)熱基座 是采用芯片粘接或電鍍的方法制備而成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大功率正裝LED芯片結(jié)構(gòu)，包括透明鈍化層、P壓焊點(diǎn)、透明電極層、N電極、LED外延層、藍(lán)寶石襯底、反射及焊料層，其中所述的反射及焊料層表面上通過(guò)光學(xué)鍍膜的方式形成有DBR光學(xué)反射層，所述的反射及焊料層底部設(shè)置有一高導(dǎo)熱基座層；本發(fā)明所述的大功率正裝LED芯片通過(guò)采用導(dǎo)熱基座和DBR光學(xué)反射膜的結(jié)合，解決了大功率LED芯片在高電流密度小所遇到的散熱及提高出光效率的問(wèn)題。
文檔編號(hào)F21V29/00GK101929610SQ20081024167
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者吳大可, 張坤, 朱國(guó)雄 申請(qǐng)人:深圳世紀(jì)晶源華芯有限公司