專利名稱：一種發(fā)光二極管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鍵合工藝的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管及其制作方法。
背景技術(shù)：
垂直結(jié)構(gòu)大功率發(fā)光二極管被認為是實現(xiàn)半導(dǎo)體照明最可行的方案之一，這種方案無論 是在散熱還是在提高取光效率上都有獨特的優(yōu)勢。通常的垂直結(jié)構(gòu)大功率發(fā)光二極管制作方 法有兩種 一種是先在氮化鎵外延層上沉積接觸、反光層金屬，然后通過電鍍一層銅作為熱 沉基底；另一種方法是先在氮化鎵外延層上沉積接觸、反光層金屬，然后和硅基板鍵合，用 硅基板作為熱沉基底。接下來的工藝是去掉氮化鎵外延層的藍寶石襯底，常見的方法有兩種: (1)采用激光剝離技術(shù)使藍寶石襯底和氮化鎵外延層分離、或(2)采用機械化學(xué)研磨的方 法去掉藍寶石襯底。去掉藍寶石襯底后的氮化鎵外延層以導(dǎo)熱性良好的銅或硅為支撐襯底， 新的支撐襯底一方面作為散熱通道，另一方面作為發(fā)光二極管電流傳導(dǎo)的通道。
圖l所示為用銅基板熱沉鍵合的藍光垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，包括N電極、N型氮化鎵、有 源層、P型氮化鎵、接觸、反光層金屬、焊料層、銅基板熱沉。由于銅或者銅合金都具有良好 的導(dǎo)熱性，發(fā)光二極管在工作時會產(chǎn)生熱量，通過銅基座將熱量導(dǎo)出，有效克服因發(fā)光二極 管工作過程中溫度升高過大引起的器件性能下降，但是銅基座有一個明顯的缺點是銅的熱膨 脹系數(shù)遠比氮化鎵外延層的熱膨脹系數(shù)大，當溫度上升到一定程度時，氮化鎵外延層容易因 為熱應(yīng)力而破裂。
圖2所示為用硅基板熱沉鍵合的藍光垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，包括N電極、N型氮化鎵、有 源層、P型氮化鎵、接觸、反光層金屬、金屬焊料層、硅基板熱沉、作為P電極的背金層。由 于硅基板導(dǎo)熱系數(shù)比銅小，比藍寶石大，但是熱膨脹系數(shù)比氮化鎵外延層和藍寶石襯底都小， 藍光垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管圓片在鍵合工藝時容易因為熱應(yīng)力彎曲而破裂，成品率較低，對鍵 合工藝要求較高，鍵合后彎曲的圓片也不利于激光剝離工藝或研磨工藝。
以硅基板熱沉鍵合的藍光垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制作為例進行說明，其制作步驟如下
(1) 在硅基板上沉積歐姆接觸金屬層；
(2) 在硅基板的歐姆接觸層上沉積金屬焊料；
(3) 在藍寶石襯底上生長氮化鎵外延層，氮化鎵外延層包括緩沖層、N型氮化鎵、有源 層、p型氮化鎵；
(4) 在氮化鎵外延層上沉積金屬作為接觸、反光層；(5) 在接觸反光層上沉積金屬焊料；
(6) 將沉積金屬焊料的硅基板和沉積金屬焊料的氮化鎵外延片鍵合；
(7) 采用激光剝離工藝或者研磨工藝去掉(6)中藍寶石襯底；
(8) 去掉藍寶石襯底后的氮化鎵外延層表面做干法或濕法刻蝕；
(9) 刻蝕后的氮化鎵表面制作N電極；
(10) 減薄硅基板、并在硅基板上蒸鍍作為P電極的背金層
(11) 用金剛石砂輪切割硅基板，分離管芯。
由于銅或銅合金基板、硅基板在切割時必須使用砂輪切割，砂輪本身具有一定厚度，切
割過程中因砂輪的抖動，整個切割道厚度需要保留一定寬度，對硅基板來說至少40um，對銅 或銅合金基板來說至少60um，這樣劃片道就占據(jù)發(fā)光二極管的有效發(fā)光面積，同時使用激光 切割則需要較大的激光輸出功率，切割過程中產(chǎn)生的較高溫度會影響器件性能，。
另外銅或銅合金基板、硅基板材料具有導(dǎo)電性，發(fā)光二極管的P電極和N電極是上、下結(jié) 構(gòu)。封裝使用過程中，發(fā)光二極管固定在支架上，這就要求支架必須是導(dǎo)電的，如果使用多 個發(fā)光二極管在同一個支架上串、并聯(lián)使用，連線上會帶來很大困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種新型的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)保留垂直 結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的優(yōu)點，對導(dǎo)熱基板提出改進，提高發(fā)光二極管的導(dǎo)熱性能以及可靠性，同 時解決同一個支架上多發(fā)光二極管串、并聯(lián)使用的連線問題。
同時本發(fā)明還提供了一種發(fā)光二極管的制作方法，以便于發(fā)光二極管的制造，從而提高 發(fā)光二極管的性能。
一種發(fā)光二極管，包括鍵合在一起的熱沉基板和氮化鎵外延層，其特征在于所述熱沉 基板為氮化鋁陶瓷基板，所述氮化鋁陶瓷基板上鍍有金屬焊料，所述氮化鎵外延層包括N型 氮化鎵、有源層、P型氮化鎵、接觸、反光金屬層、金屬焊料層、P電極和N電極。
所述P電極位于N型氮化鎵上，所述N電極位于氮化鎵外延層的金屬焊料層上，所述P 電極和N電極在發(fā)光二極管同側(cè)。
本發(fā)明所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)適用于氮化鎵藍光、綠光、紅光和黃光發(fā)光二極管。
一種發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于包含以下步驟-
(1) 在導(dǎo)熱不導(dǎo)電的熱沉基板上蒸鍍金屬焊料；
(2) 制作氮化鎵外延層，依次包括藍寶石襯底、N型氮化鎵、有源層、P型氮化鎵、接
觸、反光金屬層、金屬焊料層。
(3) 通過光刻、濕法蝕刻、干法蝕刻，將氮化鎵外延層劃片道刻透至藍寶石襯底，使氮 化鎵外延層成為分立的發(fā)光二極管管芯單元；
(4) 鍵合步驟(1)所述的熱沉基板以及步驟(3)所述的氮化鎵外延層；
(5) 將鍵合后的外延片去掉藍寶石襯底；
(6) 粗化N型氮化鎵表面；
(7) 在粗化N型氮化鎵表面制作P電極，在金屬焊料層上制作N電極，所述P電極和N 電極在發(fā)光二極管同側(cè)；
(8) 激光劃片切割熱沉基板，裂片、分離發(fā)光二極管管芯。
其中，所述熱沉基板為氮化鋁陶瓷基板。
其中，所述金屬焊料的厚度可以為l一5um。 其中，所述步驟(1)和步驟(2)可以調(diào)換。
上述方法適用于氮化鎵藍光和綠光發(fā)光二極管的制造，同時在上述方法稍加變動即可實 現(xiàn)紅光、黃光發(fā)光二極管的制造
本發(fā)明有益效果是采用導(dǎo)熱性能良好，熱膨脹系數(shù)與藍寶石接近的導(dǎo)熱不導(dǎo)電的熱沉
基板，尤其是采用氮化鋁陶瓷基板作為圓片鍵合的導(dǎo)熱襯底具有良好的導(dǎo)熱性能，可以將發(fā) 光二極管工作時產(chǎn)生的熱量帶走，有利于增加發(fā)光二極管的散熱能力，控制發(fā)光二極管制作 過程的溫度，氮化鋁陶瓷基板起導(dǎo)熱不導(dǎo)電作用，陶瓷基板上蒸鍍的金屬覆蓋在發(fā)光二極管 的p型氮化鎵表面，起傳導(dǎo)電流的作用，不但提高發(fā)光二極管的可靠性，而且有助于增大注
入電流密度，提高發(fā)光二極管亮度，同時P電極和N電極位于發(fā)光二極管的同側(cè)，解決了同
一個支架上多發(fā)光二極管串、并聯(lián)使用的連線問題，另外，可以用激光劃片的方式切割氮化
鋁陶瓷基板，劃片道的寬度可以控制在20um內(nèi)，陶瓷基板的機械性能與藍寶石襯底相似，這 樣可以與普通的藍、綠光發(fā)光二極管制作工藝兼容，避免砂輪劃片過程中劃片道占據(jù)較大發(fā) 光面積，有利于增加有效發(fā)光面積。


圖l為用銅基板熱沉鍵合的藍光垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管 圖2為用硅基板熱沉鍵合的藍光垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管 圖3為本發(fā)明中在熱沉基板上蒸鍍金屬焊料示意圖； 圖4為本發(fā)明制作氮化鎵外延層示意圖5為本發(fā)明分立的發(fā)光二極管管芯單元示意圖； 圖6為本發(fā)明圖3與圖5鍵合后的氮化鎵外延層示意圖7為本發(fā)明將圖6的氮化鎵外延層去掉藍寶石襯底示意圖;
圖8為本發(fā)明在圖7基礎(chǔ)上粗化N型氮化鎵表面示意圖9為本發(fā)明在圖8基礎(chǔ)上制作P電極和N電極示意圖10為本發(fā)明發(fā)光二極管示意圖。 附圖標記說明
1、 N電極；
2、 N型氮化鎵；
3、 有源層；
4、 N型氮化鎵；
5、 接觸、反光層金屬；
6、 焊料層；
7、 作為P電極的銅基板熱沉；
8、 N電極；
9、 N型氮化鎵；
10、 有源層；
11、 N型氮化鎵；
12、 接觸、反光層金屬；
13、 焊料層；
14、 硅基板熱沉；
15、 作為P電極的背金層；
16、 氮化鋁陶瓷基板；
17、 金屬焊料層；
18、 藍寶石襯底；
19、 N型氮化鎵；
20、 有源層；
21、 P型氮化鎵；
22、 接觸、反光金屬層；
23、 金屬焊料層
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明內(nèi)容進一步說明。
如圖10所示一種發(fā)光二極管，包括鍵合在一起的熱沉基板和氮化鎵外延層，其特征在于
所述熱沉基板為氮化鋁陶瓷基板16，所述氮化鋁陶瓷基板16上鍍有金屬焊料17,所述氮化 鎵外延層包括N型氮化鎵19、有源層20、 P型氮化鎵21、接觸、反光金屬層22、金屬焊料 層23、 P電極24和N電極25。
所述的P電極24位于N型氮化鎵上，N電極25位于氮化鎵外延層的金屬焊料層23上， 所述P電極和N電極在發(fā)光二極管同側(cè)。
一種發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于包含以下步驟-
(1) 如圖3所示，在導(dǎo)熱不導(dǎo)電的熱沉基板16上蒸鍍金屬焊料17;
(2) 如圖4所示，制作氮化鎵外延層，依次包括藍寶石襯底18、 N型氮化鎵19、有源 層20、 P型氮化鎵21、接觸、反光金屬層22、金屬焊料層23;
(3) 如圖5所示，通過光刻、濕法蝕刻、干法蝕刻，將氮化鎵外延層劃片道刻透至藍寶 石襯底，使氮化鎵外延層成為分立的發(fā)光二極管管芯單元；
(4) 如圖6所示，鍵合步驟(1)所述的熱沉基板以及步驟(3)所述的氮化鎵外延層；
(5) 如圖7所示，將鍵合后的外延片去掉藍寶石襯底18;
(6) 如圖8所示，粗化N型氮化鎵表面；
(7) 如圖9所示，在粗化N型氮化鎵表面制作P電極24，在金屬焊料層上制作N電極
25，；
(8) 如圖10所示，激光劃片切割熱沉基板，裂片、分離發(fā)光二極管管芯。 其中，所述熱沉基板16為氮化鋁陶瓷基板。
其中，所述金屬焊料17、 23的厚度可以為l一5um。 其中，所述P電極24和N電極25在發(fā)光二極管同側(cè) 其中，所述步驟(1)和步驟(2)可以調(diào)換。
應(yīng)當理解是，上述實施例只是對本發(fā)明的說明，而不是對本發(fā)明的限制，任何不超出本 發(fā)明實質(zhì)精神范圍內(nèi)的非實質(zhì)性的替換或修改的發(fā)明創(chuàng)造均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，包括鍵合在一起的熱沉基板和氮化鎵外延層，其特征在于所述熱沉基板為氮化鋁陶瓷基板，所述氮化鋁陶瓷基板上鍍有金屬焊料，所述氮化鎵外延層包括N型氮化鎵、有源層、P型氮化鎵、接觸、反光金屬層、金屬焊料層、P電極和N電極。
2. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述的N電極位于N型氮化鎵上，P電極位 于金屬焊料層上，所述P電極和N電極在發(fā)光二極管同側(cè)。
3. —種發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于包含以下步驟(1) 在導(dǎo)熱不導(dǎo)電的熱沉基板上蒸鍍金屬焊料；(2) 制作氮化鎵外延層，依次包括藍寶石襯底、N型氮化鎵、有源層、P型氮化鎵、接 觸、反光金屬層、金屬焊料層；(3) 通過光刻、濕法蝕刻、干法蝕刻，將氮化鎵外延層劃片道刻透至藍寶石襯底，使 氮化鎵外延層成為分立的發(fā)光二極管管芯單元；(4) 鍵合步驟(1)所述的熱沉基板以及步驟(3)所述的氮化鎵外延層；(5) 將鍵合后的外延片去掉藍寶石襯底；(6) 粗化N型氮化鎵表面；(7) 在粗化N型氮化鎵表面制作P電極，在金屬焊料層上制作N電極，所述P電極和N 電極在發(fā)光二極管同側(cè)；(8) 激光劃片切割熱沉基板，裂片、分離發(fā)光二極管管芯。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于所述熱沉基板為氮化鋁陶 瓷基板。
5. 如權(quán)利要求3所述的一種發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于所述金屬焊料的厚度可以 為1咖一5um。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種發(fā)光二極管及其制作方法，所述發(fā)光二極管包括鍵合在一起的熱沉基板和氮化鎵外延層，所述熱沉基板為氮化鋁陶瓷基板，所述氮化鋁陶瓷基板上鍍有金屬焊料，所述氮化鎵外延層包括N型氮化鎵、有源層、P型氮化鎵、接觸、反光金屬層、金屬焊料層、P電極和N電極，在發(fā)光二極管的制作中采用氮化鋁陶瓷基板作為圓片鍵合的導(dǎo)熱襯底具有良好的導(dǎo)熱性能，有利于增加發(fā)光二極管的散熱能力，控制發(fā)光二極管制作過程的溫度，增加發(fā)光二極管有效發(fā)光面積。
文檔編號H01L33/00GK101359707SQ20081012091
公開日2009年2月4日 申請日期2008年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月11日
發(fā)明者田洪濤 申請人:杭州士蘭明芯科技有限公司