專利名稱：倒裝芯片發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及倒裝芯片發(fā)光二極管及其制造方法，并且更特別地，涉及一種倒裝芯片發(fā)光二極管及其制造方法，其中，形成用于形成n型電極的多個(gè)臺(tái)面，通過蝕刻在臺(tái)面之間的預(yù)定區(qū)域來形成多個(gè)凹槽，并且因此使得大量電流流入發(fā)光部的中心，從而獲得電流散布效應(yīng)。
背景技術(shù)：
一般地，發(fā)光二極管(LED)是一種將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成紅外線形式、紫外線形式、或者光形式以通過使用諸如電子和空穴的重組的化合物半導(dǎo)體的特性來發(fā)送和接收信號(hào)的元件。
發(fā)光二極管一般用于家用器具、遙控、電子顯示板、標(biāo)識(shí)器、自動(dòng)化設(shè)備、光通信裝置等。發(fā)光二極管粗略地分成IRED(紅外發(fā)射二極管)和VLED(可見光發(fā)射二極管)。
在發(fā)光二極管中，發(fā)射光的頻率(或波長(zhǎng))用作用于半導(dǎo)體器件的材料的帶隙(band-gap)函數(shù)。當(dāng)使用具有小帶隙的半導(dǎo)體材料時(shí)，產(chǎn)生具有低能量和長(zhǎng)波長(zhǎng)的光子。當(dāng)使用具有大帶隙的半導(dǎo)體材料時(shí)，產(chǎn)生具有短波長(zhǎng)的光子。因此，根據(jù)希望發(fā)射的光的類型來選擇半導(dǎo)體材料。
在紅色發(fā)光二極管的情況下，使用諸如AlGaInP的材料。在藍(lán)色發(fā)光二極管的情況下，使用作為第III族的氮化物半導(dǎo)體的碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)。最近，(AlxIn1-x)yGa1-yN(0≤x≤1且0≤y≤1)作為在藍(lán)色發(fā)光二極管中使用的氮化物半導(dǎo)體已被廣泛應(yīng)用。
在它們之中，因?yàn)榇髩K的單晶GaN不能形成在鎵基發(fā)光二極管中，因此將使用適合GaN晶體生長(zhǎng)的襯底。以使用藍(lán)寶石為代表。
圖1是示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的GaN發(fā)光二極管的截面圖。GaN發(fā)光二極管9包括藍(lán)寶石生長(zhǎng)襯底1；發(fā)光結(jié)構(gòu)8，形成在藍(lán)寶石生長(zhǎng)襯底1上；p型電極6，形成在發(fā)光結(jié)構(gòu)8上；以及n型電極7。
在GaN發(fā)光結(jié)構(gòu)8中，p型氮化物半導(dǎo)體層4和有源層3被臺(tái)面蝕刻(mesa-etch)以露出n型氮化物半導(dǎo)體層2的上表面的一部分。在n型氮化物半導(dǎo)體層2的露出的上表面上和p型氮化物半導(dǎo)體層4的未被蝕刻的上表面上，分別形成p型電極6和n型電極7，以便施加預(yù)定電壓。一般地，為了在增大電流注入面積的同時(shí)不對(duì)所產(chǎn)生的光的亮度有不好的影響，透明電極5可以在形成p型電極6之前形成在p型氮化物半導(dǎo)體層4的上表面上。
在具有這種結(jié)構(gòu)的GaN基發(fā)光二極管中，可以使用芯片面向上(chip-side-up)方法通過芯片焊接(die bonding，模片鍵合)工藝來制造發(fā)光二極管封裝(package)。在這種情況下，光在形成p型電極6和n型電極7的方向上發(fā)射。光不能在形成電極6和7的部分上發(fā)射。此外，由于藍(lán)寶石的低熱導(dǎo)率，當(dāng)發(fā)光時(shí)在芯片中產(chǎn)生的熱輻射減小，從而降低了發(fā)光二極管的使用壽命。
為了解決上述問題，GaN基發(fā)光二極管可以構(gòu)造為倒裝芯片(flip chip)的形式，其中，將圖1的發(fā)光二極管9倒置，并且p型電極6和n型電極7通過芯片焊接工藝直接安裝在印刷電路板或者引線框上，使得發(fā)光方向被設(shè)置為形成藍(lán)寶石襯底1的方向。
在這種倒裝芯片發(fā)光二極管中，為了形成一個(gè)以上的n型電極，蝕刻生長(zhǎng)的有源層和p型氮化物半導(dǎo)體層的預(yù)定區(qū)域，以露出n型氮化物半導(dǎo)體層的多個(gè)區(qū)域。在這種情況下，露出部分稱為臺(tái)面(mesa)。在臺(tái)面上，形成n型電極和絕緣體，從而制造發(fā)光二極管芯片。
圖2A和2B是示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的發(fā)光二極管是倒裝芯片焊接的情形的示意圖。
圖2A示出了硅副底座(submount)20，制造的發(fā)光二極管芯片與其連接。參考標(biāo)號(hào)21和22表示為了將制造的發(fā)光二極管的p型和n型電極電連接至硅副底座20的電極，而附著焊料隆起焊盤(solder bump)的位置。
圖2B示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的被倒裝芯片焊接的發(fā)光二極管。如圖2B中所示，發(fā)光二極管包括藍(lán)寶石襯底1；發(fā)光結(jié)構(gòu)8，通過在藍(lán)寶石襯底1上順序?qū)訅簄型氮化物半導(dǎo)體層、有源層、和p型氮化物半導(dǎo)體層而形成；p型電極6，通過在發(fā)光結(jié)構(gòu)8的上部的預(yù)定位置上順序?qū)訅簆型歐姆金屬、勢(shì)壘金屬、和粘合金屬而形成；以及n型電極7，形成在n型氮化物半導(dǎo)體層的預(yù)定區(qū)域上，以用于粘合或施加電壓。這樣的發(fā)光二極管直接連接至硅副底座20，焊料隆起焊盤10夾在發(fā)光二極管和硅副底座之間，焊料隆起焊盤10形成在p型電極6和n型電極7上。此時(shí)，p型電極6和n型電極7通過焊料隆起焊盤10分別連接至形成在硅副底座20上的陽極11和陰極12。
然而，在上述的根據(jù)相關(guān)技術(shù)的倒裝芯片發(fā)光二極管中，隨著電流通路逐漸遠(yuǎn)離n型電極，電流通路的長(zhǎng)度增加。于是，N-GaN的電阻增加。結(jié)果，電流集中并且在與n型電極相鄰的部分中流動(dòng)，因此減少了電流散布效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，提供了一種倒裝芯片發(fā)光二極管及其制造方法，其中，蝕刻有源層和p型氮化物半導(dǎo)體層，使得在位于臺(tái)面之間的發(fā)光結(jié)構(gòu)中的n型氮化物半導(dǎo)體層被露出，以形成多個(gè)凹槽，并且在凹槽表面上形成絕緣層，以將電流引導(dǎo)至中心部分，從而改進(jìn)發(fā)光二極管芯片的中心部分的光發(fā)射效率。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于，其提供了一種倒裝芯片發(fā)光二極管及其制造方法，其中，當(dāng)形成多個(gè)凹槽時(shí)，凹槽之間的間隔被設(shè)計(jì)成是變化的，使得在相關(guān)技術(shù)中向n型電極集中的大量電流可以流入發(fā)光部的中心，從而獲得電流擴(kuò)散效應(yīng)。
本發(fā)明的主要發(fā)明概念的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將部分地在隨后的描述中闡述，并且部分地將通過描述而變得明顯或者可通過實(shí)施本發(fā)明的主要發(fā)明概念而了解。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，制造倒裝芯片發(fā)光二極管的方法包括在光學(xué)透明襯底上順序形成n型氮化物半導(dǎo)體層、有源層、和p型氮化物半導(dǎo)體層；蝕刻有源層和p型氮化物半導(dǎo)體層的預(yù)定區(qū)域，并且露出n型氮化物半導(dǎo)體層的多個(gè)區(qū)域，以形成多個(gè)臺(tái)面；蝕刻位于形成的臺(tái)面之間的有源層和p型氮化物半導(dǎo)體層的預(yù)定區(qū)域，并且露出n型氮化物半導(dǎo)體層的多個(gè)區(qū)域，以形成多個(gè)凹槽；在凹槽的表面上形成絕緣層；越過p型氮化物半導(dǎo)體層的上部和在凹槽表面上形成的絕緣層，形成p型電極；以及在形成的臺(tái)面上形成n型電極。
在形成臺(tái)面或形成凹槽的過程中，通過RIE方法來執(zhí)行蝕刻。
在形成臺(tái)面或形成凹槽的過程中，蝕刻有源層和p型氮化物半導(dǎo)體層的預(yù)定區(qū)域。
在形成凹槽的過程中，執(zhí)行蝕刻，使得凹槽的寬度對(duì)應(yīng)于1μm至50μm的范圍。
在形成凹槽的過程中，執(zhí)行蝕刻，使得在多個(gè)凹槽之間的間隔隨著間隔接近臺(tái)面而減小。
在形成凹槽的過程中，執(zhí)行蝕刻，使得在凹槽的底面與側(cè)面之間的夾角在90°至165°的范圍內(nèi)。
在形成p型電極的過程中，順序?qū)訅簆型歐姆金屬、勢(shì)壘金屬、和粘合金屬。
在形成n型電極的過程中，層壓n型歐姆金屬。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，倒裝芯片發(fā)光二極管包括光學(xué)透明襯底；發(fā)光結(jié)構(gòu)，通過在襯底上順序形成n型氮化物半導(dǎo)體層、有源層、和p型氮化物半導(dǎo)體層而形成，該發(fā)光結(jié)構(gòu)包括通過露出n型氮化物半導(dǎo)體層的多個(gè)區(qū)域以使這些區(qū)域具有預(yù)定寬度而形成的多個(gè)臺(tái)面，以及通過露出位于臺(tái)面之間的n型氮化物半導(dǎo)體層的多個(gè)區(qū)域以使這些區(qū)域具有預(yù)定寬度而形成的多個(gè)凹槽；凹槽絕緣層，越過發(fā)光結(jié)構(gòu)的凹槽的表面而形成；p型電極，越過p型氮化物半導(dǎo)體層的上部和在發(fā)光結(jié)構(gòu)中凹槽的表面上形成的絕緣層而形成；以及n型電極，形成在發(fā)光結(jié)構(gòu)的多個(gè)臺(tái)面上。
通過有源層和p型氮化物半導(dǎo)體層的活性離子蝕刻(RIE，reactive ion etching)來形成發(fā)光結(jié)構(gòu)。
位于發(fā)光結(jié)構(gòu)中的凹槽的寬度在1μm至50μm的范圍內(nèi)。
形成在發(fā)光結(jié)構(gòu)中形成的多個(gè)凹槽，使得在凹槽之間的間隔隨著間隔靠近臺(tái)面(其上形成有n型電極)而減小。
形成在發(fā)光結(jié)構(gòu)中形成的多個(gè)凹槽，使得在凹槽的底面與側(cè)面之間的夾角在90°至165°的范圍內(nèi)。
通過順序?qū)訅簆型歐姆金屬、勢(shì)壘金屬、和粘合金屬來形成p型電極。
通過層壓n型歐姆金屬來形成n型電極。


以下通過結(jié)合附圖描述實(shí)施例，本發(fā)明的主要發(fā)明概念的這些和/或其他方面和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見和更容易理解，在附圖中圖1是示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的發(fā)光二極管的截面圖；圖2A和圖2B是示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的發(fā)光二極管被倒裝芯片焊接的情形的示意圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的倒裝芯片發(fā)光二極管的截面圖；
圖4A至圖4D是示出越過圖3中示出的凹槽和凹槽表面而形成的凹槽絕緣層和在凹槽絕緣層上形成的p型電極的放大的截面圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的倒裝芯片二極管的平面圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的倒裝芯片發(fā)光二極管的修改實(shí)例的平面圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的倒裝芯片發(fā)光二極管的修改實(shí)例的平面圖；圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的制造倒裝芯片發(fā)光二極管的方法的流程圖；圖9A至圖9F是示出根據(jù)本發(fā)明的倒裝芯片發(fā)光二極管的制造過程的截面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)描述本發(fā)明的主要發(fā)明概念的實(shí)施例，其實(shí)例在附圖中示出，在附圖中，相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同的元件。為了解釋本發(fā)明的主要發(fā)明概念，以下通過參照附圖來描述實(shí)施例。
在下文中，將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的倒裝芯片發(fā)光二極管的截面結(jié)構(gòu)。如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的倒裝芯片發(fā)光二極管包括藍(lán)寶石襯底30，其是光學(xué)透明襯底；以及發(fā)光結(jié)構(gòu)41，其通過順序?qū)訅簄型氮化物半導(dǎo)體層31、具有多量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)的有源層32、和p型氮化物半導(dǎo)體層33而形成。發(fā)光結(jié)構(gòu)41包括通過蝕刻p型氮化物半導(dǎo)體層33和有源層32并且露出n型氮化物半導(dǎo)體層31的上表面的一部分而形成的多個(gè)臺(tái)面(未示出)，以及通過蝕刻位于多個(gè)臺(tái)面之間的發(fā)光結(jié)構(gòu)41的有源層和p型氮化物半導(dǎo)體層的預(yù)定區(qū)域并且露出n型氮化物半導(dǎo)體層的多個(gè)區(qū)域而形成的多個(gè)凹槽(未示出)。此外，在凹槽表面上，形成凹槽絕緣層34。越過p型氮化物半導(dǎo)體層33和凹槽絕緣層34的表面，形成P型電極38，其中，順序?qū)訅簆型歐姆金屬35、勢(shì)壘金屬36、和粘合金屬37。
在用作光學(xué)透明襯底的藍(lán)寶石襯底30上的通過順序?qū)訅簄型氮化物半導(dǎo)體層31、有源層32、和p型氮化物半導(dǎo)體層33而形成的發(fā)光結(jié)構(gòu)41，可以通過使用MOCVD(有機(jī)金屬化學(xué)汽相沉積)方法或類似方法來制造。在MOCVD方法中，由為第III族有機(jī)金屬化合物的揮發(fā)烷基化合物和第V族氫化合物組成的材料被汽相熱分解成III-V族化合物。這種方法優(yōu)選地用于制造高亮度發(fā)光二極管，這是因?yàn)榧词顾褂玫牟牧鲜怯卸镜暮捅ㄐ缘?，也可以生長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于MBE級(jí)的非常薄的生長(zhǎng)層，并且可以再生和大量生產(chǎn)質(zhì)量好的薄膜。此時(shí)，在生長(zhǎng)n型氮化物半導(dǎo)體層31之前，為了改善與藍(lán)寶石襯底30的晶格匹配，可以形成由AIN/GaN組成的緩沖層(未示出)。
一般地，有源層32具有諸如雙異質(zhì)(double hetero)結(jié)構(gòu)以及單個(gè)或多個(gè)量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。在雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，發(fā)光區(qū)的有源層32生長(zhǎng)至具有10nm至100nm的厚度，并且施主和受主被共同摻雜，使得有源層從施主-受主對(duì)(DAP)被放射地(radiatively)重組。在單個(gè)或多個(gè)量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)中，發(fā)光層被制造成具有1nm至10nm的厚度，以便形成量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)，并且因此通過頻帶到頻帶的轉(zhuǎn)移被放射地重組。優(yōu)選地是制造具有量子結(jié)構(gòu)的薄發(fā)光二極管，其中，有源層32的厚度不超過假晶臨界層(pseudomorphiccritical layer)的厚度，其中沒有由于由在各半導(dǎo)體薄層之間的晶格失配導(dǎo)致的錯(cuò)位而產(chǎn)生電勢(shì)。
在發(fā)光結(jié)構(gòu)41中形成的臺(tái)面如下形成越過n型氮化物半導(dǎo)體層31的整個(gè)部分，生長(zhǎng)有源層32和p型氮化物半導(dǎo)體層33；以及蝕刻生長(zhǎng)的有源層32和p型氮化物半導(dǎo)體層33的預(yù)定區(qū)域。n型電極39被置于以這種方式形成的臺(tái)面中。此外，位于臺(tái)面之間的有源層和p型氮化物半導(dǎo)體層的預(yù)定區(qū)域被蝕刻，從而形成多個(gè)凹槽。
優(yōu)選地使用RIE方法作為形成臺(tái)面和凹槽時(shí)的蝕刻方法。與濕蝕刻法相比，在RIE方法中，臺(tái)面和凹槽可以被準(zhǔn)確地蝕刻為具有想要的形狀。此外，可以容易地調(diào)節(jié)相對(duì)于臺(tái)面和凹槽的截面的角度(將在下文中描述)，從而提高光發(fā)射效率。
另一方面，絕緣體的一部分以及n型電極可以形成在臺(tái)面上，絕緣體保護(hù)發(fā)光二極管。在這種情況下，臺(tái)面需要具有25μm至50μm的寬度，這是因?yàn)閚型電極的寬度對(duì)應(yīng)于15μm至30μm，并且絕緣體的那一部分的寬度對(duì)應(yīng)于10μm至20μm。
在形成在發(fā)光結(jié)構(gòu)41中的多個(gè)凹槽的每個(gè)表面上，形成凹槽絕緣層34，通過該凹槽絕緣層，集中在靠近n型電極39的部分上的電流可以分散到其遠(yuǎn)離n型電極39的中心部分中。優(yōu)選地，可以用SiO2形成凹槽絕緣層34。此外，可以使用諸如Si3N4、Al2O3或類似的絕緣材料。
p型電極38包括p型歐姆金屬35、勢(shì)壘金屬36、和粘合金屬37，它們?cè)竭^p型氮化物半導(dǎo)體層33的上表面和形成在凹槽上的絕緣層34被順序?qū)訅骸?br> p型歐姆金屬35由從包括Pt、Rh、Pd/Ni/Al/Ti/Au、Ni-La固溶體/Au、Pd/Au、Ti/Pt/Au、Pd/Ni、Zn-Ni固溶體/Au、InGaN、Ni/Pd/Au、Ni-La固溶體/Au、Pd/Au、Ti/Pt/Au、Pd/Ni、Pt/Ni/Au、Ta/Ti、Ru/Ni、和Au/Ni/Au的組中選擇的材料形成。
為了防止用于歐姆接觸的金屬和用于布線的最上金屬層被熔合，層壓勢(shì)壘金屬36。勢(shì)壘金屬36典型地可以由Cr/Ni或Ti和W的合金形成。
粘合金屬37與形成在硅副底座(參照?qǐng)D2A)上的電極結(jié)合，硅副底座的熱膨脹系數(shù)與藍(lán)寶石襯底30的類似。粘合金屬37典型地由Cr/Au形成。
另一方面，形成在通過臺(tái)面蝕刻形成的臺(tái)面上的n型電極39具有層壓在其中的n型歐姆金屬。n型歐姆金屬由從包括Ti/Ag、Ti/Al、Pd/Al、Ni/Au、Si/Ti、ITO、Ti/Al/Pt/Au、ITO/ZnO、Ti/Al/Ni/Au、和Al的組中選擇的材料形成。
P型電極38和n型電極39的上部被由透明非導(dǎo)體膜組成的絕緣體保護(hù)。在這種情況下，一部分絕緣體被蝕刻，使得露出部分或者全部的電極38和39。換句話說，絕緣體以與在對(duì)應(yīng)于形成的電極38和39的位置的電極大致相同的方式被蝕刻(其中，絕緣體與電極具有大致相同的寬度和長(zhǎng)度)。
圖4A至圖4B是放大的截面圖，示出越過圖3中示出的凹槽和凹槽表面形成的凹槽絕緣層和形成在凹槽絕緣層上的p型電極。下面將參照相應(yīng)的附圖詳細(xì)描述凹槽絕緣層和p型電極。
圖4A示出了多個(gè)凹槽40，其通過蝕刻位于臺(tái)面之間的生長(zhǎng)的有源層32和p型氮化物半導(dǎo)體層33的預(yù)定區(qū)域并且露出n型氮化物半導(dǎo)體層31的多個(gè)區(qū)域來形成。
蝕刻凹槽40，使得凹槽40的寬度d對(duì)應(yīng)于從1μm至50μm的范圍。如果蝕刻凹槽40使得凹槽40的寬度d大于50μm，則由不利于發(fā)光的凹槽40占據(jù)的整個(gè)發(fā)光區(qū)的部分變得很寬，使得光發(fā)射效率降低。因此，凹槽40的寬度d優(yōu)選地應(yīng)小于50μm。
如圖4B所示，通過使用RIE來蝕刻凹槽40，使得在凹槽40的底面與側(cè)面之間的夾角在90°至165°的范圍內(nèi)。一般地，由于組成發(fā)光二極管的半導(dǎo)體具有比外部環(huán)境(環(huán)氧樹脂或空氣層)更高的折射率，因此由電子和空穴的結(jié)合產(chǎn)生的大部分光子留在器件內(nèi)。這種光子在逃離到外部之前要通過薄膜、襯底、電極等。在這種情況下，一些光子被吸收，從而減小外部量子效率。換句話說，發(fā)光二極管的外部量子效率受到發(fā)光二極管的構(gòu)造形狀和組成發(fā)光二極管的材料的光學(xué)特性的極大影響。不同于根據(jù)相關(guān)技術(shù)的發(fā)光二極管，在本發(fā)明中可以增大外部量子效率，這是因?yàn)槎鄠€(gè)凹槽40通過RIE方法形成，使得已經(jīng)在內(nèi)部被完全地反射和再吸收的光通過凹槽40射出。特別地，當(dāng)蝕刻發(fā)光二極管使得在凹槽40的底面與側(cè)面之間的夾角被調(diào)節(jié)到傾斜時(shí)，提高了其外部量子效率。一般地，當(dāng)在凹槽40的底面與側(cè)面之間的夾角在150°至165°的范圍內(nèi)時(shí)，發(fā)光效率是最佳的。
圖4C示出形成在蝕刻的凹槽的表面上的凹槽絕緣層34。凹槽絕緣層34阻擋了通過凹槽的電流，使得將電流引導(dǎo)到發(fā)光部的中心并且在凹槽絕緣層34上形成p型電極。此外，凹槽絕緣層34可以形成為各種形狀。
圖4D示出p型電極38，其中p型歐姆金屬35、勢(shì)壘金屬36、和粘合金屬37越過p型氮化物半導(dǎo)體33和絕緣層34的表面被順序?qū)訅骸Ｈ缟纤?，粘合金?7與其中形成有電極的硅副底座(參照?qǐng)D2A)結(jié)合。通常通過焊料隆起焊盤來實(shí)現(xiàn)粘合。除此之外，還可以使用接線柱塊(stud bump)或者共晶結(jié)合(eutectic bonding)。
圖5是示出在圖3中示出的倒裝芯片發(fā)光二極管的實(shí)施例的平面圖。上述凹槽的圖樣50用直線表示。在用直線表示的部分中，形成凹槽絕緣層。此外，越過p型氮化物半導(dǎo)體層和凹槽絕緣層的表面，p型歐姆金屬、勢(shì)壘金屬、和粘合金屬被順序?qū)訅?，以形成p型電極。
圖6是示出在圖3中所示的倒裝芯片發(fā)光二極管的修改實(shí)例的截面圖。如圖6所示，在凹槽之間的間隔被設(shè)計(jì)為隨著它們靠近n型電極39而逐漸變窄。因此，可以減小在鄰近n型電極39的部分中的電流通路的截面積，從而提高電流散布效應(yīng)。
在普通倒裝芯片發(fā)光二極管中，n型氮化物半導(dǎo)體層31的電阻隨著其遠(yuǎn)離n型電極39而增加，因此電流在鄰近n型電極39的部分中集中并流動(dòng)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，當(dāng)由絕緣體形成的凹槽之間的間隔隨著它們靠近n型電極39而逐漸變窄時(shí)，在鄰近n型電極39的部分中的電流通路的截面積由于凹槽絕緣層34而減小，并且鄰近n型電極39的部分的電阻由于電阻效應(yīng)而增加。因此，發(fā)光部的總電阻變得平均地恒定。因此，電流散布并流入整個(gè)發(fā)光部，從而獲得電流散布效應(yīng)。電阻效應(yīng)可以通過如下方程式來定義R＝ρl/S(R電阻[Ω]，ρ電阻率[Ωcm]，l長(zhǎng)度[m]，S截面積[m2])。由于電流通路的截面積減小，因此根據(jù)上式，鄰近n型電極39的部分的電阻增加。
圖7是示出圖5所示的倒裝芯片發(fā)光二極管的修改實(shí)例的平面圖。如圖7所示，示出的矩形的面積S隨著它們變得遠(yuǎn)離n型電極39而變寬。換句話說，如果在圖樣50之間的間隔被設(shè)計(jì)成當(dāng)它們靠近n型電極39時(shí)逐漸變窄，則可以減小鄰近n型電極39的部分的電流通路的截面積，使得大量電流在中心部分流動(dòng)。因此，可以獲得電流散布效應(yīng)。
圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的倒裝芯片發(fā)光二極管的制造方法的流程圖。
如圖8所示，根據(jù)本發(fā)明的倒裝芯片發(fā)光二極管的制造方法可以分成九個(gè)步驟。
即，制造方法包括清洗步驟(S1)，清除晶片上的污染物；激活步驟(S2)，執(zhí)行用于放電或增加電子的陰極處理，并且生長(zhǎng)P-GaN、n型氮化物半導(dǎo)體層、和有源層；形成步驟(S3)，形成臺(tái)面和凹槽；形成步驟(S4)，在形成的凹槽的表面上形成絕緣層；形成步驟(S5至S7)，越過p型氮化物半導(dǎo)體層的上部和形成在凹槽表面上的絕緣層，形成p型電極，也就是說，形成p型歐姆金屬，在p型歐姆金屬上形成勢(shì)壘金屬，并且在勢(shì)壘金屬上形成粘合金屬；形成步驟(S8)，在臺(tái)面上形成n型電極，即，形成n型歐姆金屬；蝕刻步驟(S9)，在其中形成有p型和n型電極的p型和n型氮化物半導(dǎo)體層的上部絕緣之后，執(zhí)行蝕刻，使得露出p型和n型電極的預(yù)定區(qū)域。通過該制造方法，完成根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管芯片。
通過清洗步驟、光學(xué)處理(photo process)、蝕刻步驟、脫模步驟、和厚度調(diào)節(jié)步驟來形成臺(tái)面和凹槽。通過清洗步驟、光學(xué)處理、預(yù)處理、剝離(lift-off)步驟、和退火步驟來形成p型歐姆金屬、n型歐姆金屬、勢(shì)壘金屬、和粘合金屬。通過清洗步驟、光學(xué)處理、蝕刻步驟、脫模步驟、和清洗步驟來形成凹槽絕緣層和絕緣層。
圖9A至圖9F是示出根據(jù)本發(fā)明的倒裝芯片發(fā)光二極管的制造過程的截面圖。下面將參照附圖詳細(xì)描述上述步驟。
圖9A示出形成臺(tái)面和凹槽的過程。正性光刻膠90涂敷在發(fā)光結(jié)構(gòu)41上，然后通過使用RIE方法蝕刻，從而形成臺(tái)面和凹槽。此時(shí)，可以在調(diào)整臺(tái)面和凹槽的寬度的同時(shí)進(jìn)行蝕刻。
圖9B示出形成凹槽絕緣層的過程。在發(fā)光結(jié)構(gòu)41和凹槽的表面上，形成由透明非導(dǎo)體膜組成的絕緣層93，然后涂敷負(fù)性光刻膠91。在負(fù)性光刻膠91被顯影之后，一部分絕緣層93被蝕刻，使得除了凹槽的表面之外的發(fā)光結(jié)構(gòu)41被露出。在那之后，存在于凹槽表面上的負(fù)性光刻膠91被去除，從而形成凹槽絕緣層34。顯影過程是通過使用顯影液去除光刻膠的預(yù)定部分，以形成圖像，同時(shí)區(qū)分其必要部分和非必要部分。
圖9C示出形成p型歐姆金屬的過程。在發(fā)光結(jié)構(gòu)41和凹槽絕緣層34上，涂敷負(fù)性光刻膠91。在負(fù)性光刻膠91被顯影后，層壓p型歐姆金屬35。通過剝離方法形成p型歐姆金屬35。剝離方法是指在涂敷光刻膠的地方，被點(diǎn)狀紫外線照射的晶體部分被顯影，光刻膠被去除，然后諸如鉻的光屏蔽膜被沉積，使得光刻膠和鉻的非晶體部分被去除。
n型歐姆金屬與p型歐姆金屬(未示出)一樣的形成。
圖9D示出形成勢(shì)壘金屬的過程。在形成在發(fā)光結(jié)構(gòu)41和凹槽絕緣層34上的p型歐姆金屬35上，涂敷負(fù)性光刻膠91。在負(fù)性光刻膠91被顯影之后，勢(shì)壘金屬36被層壓。勢(shì)壘金屬36通過剝離方法形成。
圖9E示出形成粘合金屬的過程。如同圖9C和圖9D中形成p型歐姆金屬和勢(shì)壘金屬的過程，負(fù)性光刻膠91被涂敷在形成于發(fā)光結(jié)構(gòu)41和凹槽絕緣層34上的勢(shì)壘金屬36上。在負(fù)性光刻膠91被顯影之后，粘合金屬37被層壓。通過剝離方法形成粘合金屬37。
圖9F示出形成絕緣層的過程。在形成于發(fā)光結(jié)構(gòu)41和絕緣層34上的p型電極38上，形成由透明非導(dǎo)體膜組成的絕緣層92，然后涂敷負(fù)性光刻膠91。在負(fù)性光刻膠91被顯影之后，絕緣層92的一部分被蝕刻，使得露出所形成的電極38和39的部分或全部。在此之后，存在于凹槽表面上的負(fù)性光刻膠91被去除，從而形成絕緣層92。
根據(jù)倒裝芯片發(fā)光二極管及其制造方法，位于臺(tái)面之間的生長(zhǎng)的有源層和p型氮化物半導(dǎo)體層的預(yù)定區(qū)域被蝕刻，n型氮化物半導(dǎo)體層的多個(gè)區(qū)域被暴露于外部，以形成多個(gè)凹槽，并且在凹槽表面形成絕緣層，從而將電流引導(dǎo)至中心部分。此外，形成多個(gè)凹槽，使得在凹槽之間的間隔被設(shè)計(jì)為隨著它們靠近n型電極而逐漸變窄，因而減小電流通路的截面。結(jié)果，在相關(guān)技術(shù)中向n型電極集中的大量電流可以流入發(fā)光部的中心，這樣可以獲得電流散布效應(yīng)。
雖然已經(jīng)參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在不背離由權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)上對(duì)本發(fā)明作出各種變化和修改。
根據(jù)倒裝芯片發(fā)光二極管及其制造方法，在臺(tái)面之間的預(yù)定區(qū)域以及臺(tái)面被蝕刻，以形成多個(gè)凹槽，并在其上形成絕緣層，這使得可以將電流引導(dǎo)至發(fā)光部的中心。
此外，形成多個(gè)凹槽，使得在凹槽之間的間隔被設(shè)計(jì)為隨著它們靠近n型電極而逐漸變窄，從而減小電流通路的截面。結(jié)果，向n型電極集中的大量電流可以流入發(fā)光部的中心，這使得可以獲得電流散布效應(yīng)。
盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的主要發(fā)明概念的少數(shù)實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白在不背離在權(quán)利要求及其等同物中限定其范圍的主要發(fā)明概念的原理和精神的情況下可以對(duì)實(shí)施例做出修改。
權(quán)利要求
1.一種制造倒裝芯片發(fā)光二極管的方法，包括在光學(xué)透明襯底上順序形成n型氮化物半導(dǎo)體層、有源層、和p型氮化物半導(dǎo)體層；蝕刻所述有源層和p型氮化物半導(dǎo)體層的預(yù)定區(qū)域并且露出所述n型氮化物半導(dǎo)體層的多個(gè)區(qū)域，以形成多個(gè)臺(tái)面；蝕刻位于所形成的臺(tái)面之間的所述有源層和p型氮化物半導(dǎo)體層的預(yù)定區(qū)域，并且露出所述n型氮化物半導(dǎo)體層的多個(gè)區(qū)域，以形成多個(gè)凹槽；在所述凹槽的表面上形成絕緣層；越過所述p型氮化物半導(dǎo)體層的上部和在所述凹槽的表面上形成的所述絕緣層，形成p型電極；以及在所形成的臺(tái)面上形成n型電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造倒裝芯片發(fā)光二極管的方法，其中，在形成所述臺(tái)面或形成所述凹槽的過程中，通過RIE方法來執(zhí)行蝕刻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造倒裝芯片發(fā)光二極管的方法，其中，在形成所述臺(tái)面或形成所述凹槽的過程中，蝕刻所述有源層和p型氮化物半導(dǎo)體層的所述預(yù)定區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造倒裝芯片發(fā)光二極管的方法，其中，在形成所述凹槽的過程中，執(zhí)行蝕刻，使得所述凹槽的寬度對(duì)應(yīng)于1μm至50μm的范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造倒裝芯片發(fā)光二極管的方法，其中，在形成所述凹槽的過程中，執(zhí)行蝕刻，使得在所述多個(gè)凹槽之間的間隔隨著所述間隔靠近所述臺(tái)面而減小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造倒裝芯片發(fā)光二極管的方法，其中，在形成所述凹槽的過程中，執(zhí)行蝕刻，使得在所述凹槽的底面與側(cè)面之間的夾角在90°至165°的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造倒裝芯片發(fā)光二極管的方法，其中，在形成所述p型電極的過程中，順序?qū)訅簆型歐姆金屬、勢(shì)壘金屬、和粘合金屬。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造倒裝芯片發(fā)光二極管的方法，其中，在形成所述n型電極的過程中，層壓n型歐姆金屬。
9.一種倒裝芯片發(fā)光二極管，包括光學(xué)透明襯底；發(fā)光結(jié)構(gòu)，通過在所述襯底上順序形成n型氮化物半導(dǎo)體層、有源層、和p型氮化物半導(dǎo)體層而形成，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)包括多個(gè)臺(tái)面，通過露出所述n型氮化物半導(dǎo)體層的多個(gè)區(qū)域使得所述多個(gè)區(qū)域具有預(yù)定寬度而形成；以及多個(gè)凹槽，通過露出位于所述臺(tái)面之間的所述n型氮化物半導(dǎo)體層的多個(gè)區(qū)域使得所述多個(gè)區(qū)域具有預(yù)定寬度而形成；凹槽絕緣層，越過所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的所述凹槽的表面而形成；p型電極，越過所述p型氮化物半導(dǎo)體層的上部和在所述發(fā)光結(jié)構(gòu)中所述凹槽的表面上形成的所述絕緣層而形成；以及n型電極，形成在所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的所述多個(gè)臺(tái)面上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的倒裝芯片發(fā)光二極管，其中，通過所述有源層和p型氮化物半導(dǎo)體層的活性離子蝕刻(RIE)來形成所述發(fā)光結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的倒裝芯片發(fā)光二極管，其中，位于所述發(fā)光結(jié)構(gòu)中的所述凹槽的寬度在1μm至50μm的范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的倒裝芯片發(fā)光二極管，其中，形成在所述發(fā)光結(jié)構(gòu)中形成的所述多個(gè)凹槽，使得在所述凹槽之間的間隔隨著所述間隔靠近其上形成有所述n型電極的所述臺(tái)面而減小。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的倒裝芯片發(fā)光二極管，其中，形成在所述發(fā)光結(jié)構(gòu)中形成的所述多個(gè)凹槽，使得在所述凹槽的底面與側(cè)面之間的夾角在90°至165°的范圍內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的倒裝芯片發(fā)光二極管，其中，通過順序?qū)訅簆型歐姆金屬、勢(shì)壘金屬、和粘合金屬來形成所述p型電極。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的倒裝芯片發(fā)光二極管，其中，通過層壓n型歐姆金屬來形成所述n型電極。
全文摘要
本發(fā)明涉及倒裝芯片發(fā)光二極管及其制造方法，可以將集中在鄰近n型電極的部分上的電流引導(dǎo)至發(fā)光部的中心，因此增強(qiáng)電流散布效應(yīng)，從而提高發(fā)光二極管芯片的發(fā)光效率。制造倒裝芯片發(fā)光二極管的方法包括在光學(xué)透明襯底上順序形成n型氮化物半導(dǎo)體層、有源層、和p型氮化物半導(dǎo)體層；蝕刻有源層和p型氮化物半導(dǎo)體層的預(yù)定區(qū)域，并露出n型氮化物半導(dǎo)體層的多個(gè)區(qū)域，以形成多個(gè)臺(tái)面；蝕刻位于形成的臺(tái)面之間的有源層和p型氮化物半導(dǎo)體層的預(yù)定區(qū)域，并露出n型氮化物半導(dǎo)體層的多個(gè)區(qū)域，以形成多個(gè)凹槽；在凹槽表面上形成絕緣層；越過p型氮化物半導(dǎo)體層的上部和在凹槽表面上形成的絕緣層，形成p型電極；以及在形成的臺(tái)面上形成n型電極。
文檔編號(hào)H01L33/32GK1858921SQ20061007690
公開日2006年11月8日 申請(qǐng)日期2006年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月3日
發(fā)明者黃碩珉, 金制遠(yuǎn), 樸英豪, 高健維, 金智烈, 樸正圭, 閔垘基 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社