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一種高壓倒裝led芯片及其制造方法

文檔序號:7148775閱讀:165來源:國知局
專利名稱:一種高壓倒裝led芯片及其制造方法
技術領域
本發(fā)明涉及LED制造技術領域,尤其涉及一種高壓倒裝LED芯片及其制造方法。
背景技術
發(fā)光二極管(LED,Light Emitting Diode)是一種半導體固體發(fā)光器件,其利用半導體PN結(jié)作為發(fā)光材料,可以將電轉(zhuǎn)換為光。當半導體PN結(jié)的兩端加上正向電壓后,注入PN結(jié)中的電子和空穴發(fā)生復合,將過剩的能量以光子的形式釋放出來。LED具有壽命長、功耗低的優(yōu)點,隨著技術的日漸成熟,LED的運用領域也越來越多元化,對LED芯片的功率和亮度的要求也越來越高。目前,通過半導體集成工藝制備的高壓LED芯片(High Voltage LED,HVLED)作為高功率LED的解決方案,其將傳統(tǒng)的大顆低壓LED芯片分隔成多個發(fā)光單元之后串聯(lián)而成, 高壓LED芯片所需要的驅(qū)動電流遠低于大顆低壓LED芯片,有著封裝成本低、驅(qū)動電源效率高、線路損耗低等優(yōu)勢。并且可依據(jù)不同的輸入電壓的需求決定芯片中發(fā)光單元的數(shù)量和大小,進行對晶片的切割,便于實現(xiàn)客制化的服務。同時,往往為了提高發(fā)光效率,還同時使用倒裝LED芯片的技術。在申請?zhí)枮?01020520114. 6和201010274676.1的中國專利申請公開的高壓倒裝
LED芯片的制造方法中,其先分別完成LED發(fā)光單元部分的制造和基板端的制造,基板上有凸起的焊點或焊球等凸點結(jié)構(gòu),然后將兩部分通過凸點焊接技術貼裝在一起。由于其采用凸點焊接技術,無法克服凸點大小差異、焊接均勻性及平整性等等原因?qū)е碌牧悸蕟栴},工藝復雜且可靠性低。在申請?zhí)枮?01110296263. 8的中國專利申請中,公開了另一種制作高壓LED芯片的方法,其是采用ICP深刻蝕制作高壓倒裝LED芯片的發(fā)光單元間的隔離溝槽,然而其缺點是工藝耗時長、成本高,并且深溝槽刻蝕工藝需要高難度的高深寬比的制程技術,制程線寬受限,而一般的曝光技術及ICP刻蝕將會導致較寬的隔離溝道,犧牲了大量的發(fā)光面積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高壓倒裝LED芯片及其制造方法,該制作方法優(yōu)化了高壓倒裝LED芯片的制造方法,一方面避免使用凸點焊接技術,提高了器件良率。本發(fā)明的另一目的在于,利用激光切割技術來隔離發(fā)光單元,工藝簡單,且可避免犧牲過多的發(fā)光面積。為解決以上問題,本發(fā)明提供一種高壓倒裝LED芯片的制造方法,包括提供襯底,在襯底上形成外延層,所述外延層包括依次形成于襯底上的N型氮化鎵層、多量子阱層和P型氮化鎵層;刻蝕所述外延層,形成電極孔洞陣列,所述電極孔洞陣列暴露出N型氮化鎵層;利用激光切割外工藝切割外延層至襯底,形成隔離槽,隔離出發(fā)光單元;在所述P型氮化鎵層上形成金屬反射鏡層;
在所述金屬反射鏡層和電極孔洞陣列內(nèi)形成絕緣層,在所述絕緣層中形成開口,露出電極孔洞陣列內(nèi)的N型氮化鎵和部分金屬反射鏡層;在所述開口中形成接觸電極;將襯底通過接觸電極與形成有電路的基板倒裝焊接,形成倒裝器件;切割所述倒裝器件,形成由多個發(fā)光單元組成的高壓倒裝LED芯片??蛇x的,所述激光切割工藝包括在外延層上形成保護層,然后在保護層上旋涂保護液;激光切割所述外延層至襯底;利用化學試劑清洗所述外延層和襯底,去除所述保護層。可選的,所述保護層為氧化硅層,厚度為lOOnnTlOOOOnm。
可選的,所述清洗步驟使用的化學試劑為磷酸、硫酸或磷酸和硫酸的混合溶液,所述清洗步驟的溫度為100°c 400°C,時間為5mirT40min??蛇x的,利用負膠剝離工藝在所述P型氮化鎵層上形成金屬反射鏡層??蛇x的,所述金屬反射鏡層材質(zhì)為Ni/Ag/Ti/Pt/Au、Ni/Al/Ti/Pt/Au、Ni/Ag/Ni/Au 或 Ni/Al/Ti/Au??蛇x的,所述絕緣層材質(zhì)為SiO2或Si3N4,厚度為lOOnnTlOOOnm??蛇x的,所述接觸電極為Au薄膜、Au/Sn薄膜或Sn焊膏??蛇x的,利用共晶焊接或超聲熱壓焊將襯底通過接觸電極與形成有電路的基板倒裝焊接。根據(jù)本發(fā)明的另一面,還提供一種利用上述高壓倒裝LED芯片的制造方法制造的高壓倒裝LED芯片,包括襯底、形成于所述襯底上的外延層所述外延層包括依次形成于襯底上的N型氮化鎵層、多量子阱層和P型氮化鎵層,所述外延層中形成有電極孔洞陣列,所述電極孔洞陣列暴露出N型氮化鎵層;所述高壓倒裝LED芯片包括多個發(fā)光單元,所述發(fā)光單元之間由外延層中的隔離槽隔離開,所述P型氮化鎵層上形成有金屬反射鏡層,金屬反射鏡層和電極孔洞陣列內(nèi)形成有絕緣層,所述絕緣層中形成有開口,所述開口暴露出電極孔洞陣列內(nèi)的N型氮化鎵和部分P型氮化鎵層上的金屬反射鏡層,所述開口中形成有接觸電極,所述襯底通過接觸電極與形成有電路的基板倒裝焊接。本發(fā)明提供一種高壓倒裝LED芯片及其制作方法,所述高壓倒裝LED芯片的制造方法對傳統(tǒng)倒裝芯片工藝進行了優(yōu)化,避免使用凸點焊接技術而導致的良率問題,同時利用激光切割技術來形成隔離溝道,工藝簡單且避免犧牲過多的發(fā)光面積,最終切割成需求的高壓倒裝LED芯片。


圖1為本發(fā)明實施例的高壓倒裝LED芯片的制造方法的流程圖;圖2k、k為本發(fā)明實施例的高壓倒裝LED芯片的制造方法各步驟的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;圖2B 7B為本發(fā)明實施例的高壓倒裝LED芯片的制造方法各步驟的俯視結(jié)構(gòu)示意圖;圖8B為本發(fā)明實施例中基板電路俯視結(jié)構(gòu)不意圖。
具體實施例方式在背景技術中已經(jīng)提及,現(xiàn)有的高壓倒裝LED芯片一方面由于使用了凸點焊接技術,而凸點焊接技術的有著其工藝缺陷,另一方面形成發(fā)光單元的隔離溝槽有著工藝局限,易犧牲大量發(fā)光面積。為此,本發(fā)明提供一種高壓倒裝LED芯片的制造方法,所述高壓倒裝LED芯片的制造方法對現(xiàn)有的高壓倒裝LED芯片的工藝進行了優(yōu)化,避免了凸點焊接技術,同時利用激光切割技術來隔離發(fā)光單元,工藝簡單且避免犧牲過多的發(fā)光面積。
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明進行更詳細的描述,其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例,應所述理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發(fā)明,而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此,下列描述應當被理解為對于本領域技術人員的廣泛知道,而并不作為對本發(fā)明的限制。為了清楚,不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中,不詳細描述公知的功能和結(jié)構(gòu),因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細節(jié)而混亂。應當認為在任何實際實施例的開發(fā)中,必須做出大量實施細節(jié)以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標,例如按照有關系統(tǒng)或有關商業(yè)的限制,由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外,應當認為這種開發(fā)工作可能是復雜和耗費時間的,但是對于本領域技術人員來說僅僅是常規(guī)工作。在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權利要求書,本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是,附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例,僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。請參考圖1,其為本發(fā)明實施例提供的高壓倒裝LED芯片的制造方法的流程圖,所述方法包括如下步驟步驟S31,提供襯底,在襯底上形成外延層,所述外延層包括依次形成于襯底上的N型氮化鎵層、多量子阱層和P型氮化鎵層;步驟S32,刻蝕所述外延層,形成電極孔洞陣列,所述電極孔洞陣列暴露出N型氮化鎵層;步驟S33,利用激光切割外工藝切割外延層至襯底,形成隔離槽,隔離出發(fā)光單元;步驟S34,在所述P型氮化鎵層上形成金屬反射鏡層; 步驟S35,在所述金屬反射鏡層和電極孔洞陣列內(nèi)形成絕緣層,在所述絕緣層中形成開口,露出電極孔洞陣列內(nèi)的N型氮化鎵和部分金屬反射鏡層;步驟S36,在所述開口中形成接觸電極;步驟S37,將襯底通過接觸電極與形成有電路的基板倒裝焊接,形成倒裝器件;步驟S38,切割所述倒裝器件,形成由多個發(fā)光單元組成的高壓倒裝LED芯片。參照圖2A,執(zhí)行步驟S31,提供襯底101,在襯底上形成外延層131,所述外延層131包括依次形成于襯底上的N型氮化鎵層102、多量子阱層103和P型氮化鎵層104。本實施例中,所述襯底101為藍寶石(Al2O3)襯底。當然,根據(jù)工藝需要,也可以選用其他適用于LED芯片制造的襯底,例如是尖晶石(MgAl204)、SiC、ZnS, ZnO或GaAs襯底。形成所述外延層131的方法為本領域技術人員所熟知的,在此不再贅述。參照圖3A和圖3B,執(zhí)行步驟S32,刻蝕所述外延層131,形成電極孔洞陣列105,所述電極孔洞陣列105暴露出N型氮化鎵層102。電極孔洞陣列105的電極孔洞開口形狀可以是矩形、圓形或正多邊形,在此不作限制,本實施例中優(yōu)選為正方形。電極孔洞按行列分布在外延層131中,在后續(xù)形成接觸電極的步驟中是在電極孔洞中形成N電極。需要說明的是,各附圖中只是示意性畫出電極孔洞陣列105,并不意味著電極孔洞陣列105僅包括圖示的電極孔洞數(shù)目,本領域技術人員可以根據(jù)電流分布的需求來調(diào)整電極孔洞的分布和數(shù)目。參照圖4A和4B,執(zhí)行步驟S33,利用激光切割外工藝切割外延層131至襯底101,形成隔離槽109,隔離出發(fā)光單元121。具體的,在外延層上形成保護層,然后在保護層上旋涂保護液;激光切割所述外延層131至襯底101 ;之后利用化學試劑清洗所述外延層131和襯底101,然后去除所述保護層。其中保護液作用是減少保護層在激光劃片過程中崩裂對器件良率造成影響。本實施例中保護層選為氧化硅,厚度為lOOnnTlOOOOnm,用于在后續(xù)清洗的步驟中保護外延層,清洗所述外延層131和襯底101使用的化學試劑例如為磷酸、硫酸或磷酸和硫酸的混合溶液,清洗溫度為100°C 400°C,清洗時間為5mirT40min。利用化學試劑 清洗所述外延層和襯底的目的是為了去除切割過程中留下的激光燒灼物,并且能提高芯片亮度。參照圖5A和圖5B,執(zhí)行步驟S34,在所述P型氮化鎵層104上形成金屬反射鏡層106。優(yōu)選利用負膠剝離工藝在所述P型氮化鎵層104上形成金屬反射鏡層106。所述金屬反射鏡層 106 材質(zhì)為 Ni/Ag/Ti/Pt/Au、Ni/Al/Ti/Pt/Au、Ni/Ag/Ni/Au 或 Ni/Al/Ti/Au。金屬反射鏡層106采用多層金屬以兼顧反射鏡、電流擴散及散熱性能。參照圖6A和圖6B,執(zhí)行步驟S35,在所述金屬反射鏡層106和電極孔洞陣列105內(nèi)形成絕緣層107,并在所述絕緣層107中選擇性形成開口 107’,露出電極孔洞陣列105內(nèi)的N型氮化鎵102和部分金屬反射鏡層106。所述絕緣層107材質(zhì)為SiO2或Si3N4,厚度為100nm 1000nm。參照圖7A和圖7B,執(zhí)行步驟S36,在所述開口 107’中形成接觸電極108。所述接觸電極108為Au薄膜、Au/Sn薄膜或Sn焊膏。在電極孔洞陣列105內(nèi)形成的接觸電極為N電極,在金屬反射鏡層106上的開口 107’中形成的接觸電極為P電極。參照圖8A,執(zhí)行步驟S37,將襯底101通過接觸電極108與形成有電路122的基板123倒裝焊接,形成倒裝器件。焊接工藝為共晶焊接、超聲熱壓焊或其它常見鍵合工藝。基板123上根據(jù)需求設計有電路122,將多個發(fā)光單元121連接起來,在后續(xù)的切割步驟后形成高壓倒裝LED芯片。例如,需要將4個發(fā)光單元121串聯(lián)組成一個高壓倒裝LED芯片,則基板123對應的電路122可以是圖8B所示的分布,一個發(fā)光單元的N電極通過電路122與下一個發(fā)光單元的P電極電連接,實現(xiàn)各個發(fā)光單元121的串聯(lián),然后在后續(xù)的切割步驟中按需求將高壓倒裝LED芯片切割出。當然,上述各附圖僅示意出襯底101上很小的部分,可以理解在襯底101上實際形成有很多個發(fā)光單元121,本領域技術人員可以根據(jù)公知常識和產(chǎn)品需求設計基板上的電路,進行串并聯(lián)的組合以及交流和直流調(diào)整,然后進行切割。最后,執(zhí)行步驟S38,切割所述倒裝器件,形成由多個發(fā)光單元組成的高壓倒裝LED芯片。本發(fā)明還提供了采用上述方法制造出的LED芯片,參照圖8A,包括襯底101、形成于所述襯底101上的外延層131,外延層131包括依次形成于襯底101上的N型氮化鎵層102、多量子阱層103和P型氮化鎵層104,所述外延層中形成有電極孔洞陣列,所述電極孔洞陣列暴露出N型氮化鎵層102 ;所述高壓倒裝LED芯片包括多個發(fā)光單元121,所述發(fā)光單元121之間由外延層131中的隔離槽隔離開,所述P型氮化鎵104層上形成有金屬反射鏡層106,金屬反射鏡層106和電極孔洞陣列內(nèi)形成有絕緣層107,所述絕緣層107中形成有開口,所述開口暴露出電極孔洞陣列內(nèi)的N型氮化鎵102和部分金屬反射鏡層106,所述開口中形成有接觸電極108,所述襯底101通過接觸電極108與形成有電路122的基板123倒裝焊接。這種結(jié)構(gòu),基板和襯底兩部分焊接鍵合時沒有使用到凸點焊接技術,避免了由此產(chǎn)生的工藝復雜和良率問題,同時利用激光切割技術來隔離發(fā)光單元,工藝簡單且避免犧牲過多的發(fā)光面積。綜上所述,本發(fā)明所提供一種高壓倒裝LED芯片的結(jié)構(gòu)及其制造方法,所述LED芯片的制造方法對傳統(tǒng)倒裝芯片工藝進行了優(yōu)化,避免使用凸點焊接技術而導致的良率問題,并且利用激光切割技術來形成隔離溝道,工藝簡單且避免犧牲過多的發(fā)光面積,最終切割成需求的高壓倒裝LED芯片。 顯然,本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣,倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內(nèi),則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權利要求
1.一種高壓倒裝LED芯片的制造方法,包括 提供襯底,在所述襯底上形成外延層,所述外延層包括依次形成于襯底上的N型氮化鎵層、多量子阱層和P型氮化鎵層; 亥IJ蝕所述外延層,形成電極孔洞陣列,所述電極孔洞陣列暴露出所述N型氮化鎵層; 利用激光切割外工藝切割外延層至襯底,形成隔離槽,隔離出發(fā)光單元; 在所述P型氮化鎵層上形成金屬反射鏡層; 在所述金屬反射鏡層和電極孔洞陣列內(nèi)形成絕緣層,并在所述絕緣層中形成開口,露出電極孔洞陣列內(nèi)的N型氮化鎵和部分金屬反射鏡層; 在所述開口中形成接觸電極; 將所述襯底通過接觸電極與形成有電路的基板倒裝焊接,形成倒裝器件; 切割所述倒裝器件,形成由多個發(fā)光單元組成的高壓倒裝LED芯片。
2.如權利要求1所述的高壓倒裝LED芯片的制造方法,其特征在于所述激光切割工藝包括 在所述外延層上形成保護層; 在所述保護層上旋涂保護液; 激光切割所述外延層至襯底; 利用化學試劑清洗所述外延層和襯底; 去除所述保護層。
3.如權利要求2所述的高壓倒裝LED芯片的制造方法,其特征在于所述保護層為氧化娃層,厚度為IOOnnTlOOOOnm。
4.如權利要求2所述的高壓倒裝LED芯片的制造方法,其特征在于所述清洗步驟使用的化學試劑為磷酸溶液、硫酸溶液或磷酸和硫酸的混合溶液,所述清洗步驟的溫度為IOO0C 400°C,時間為 5mirT40min。
5.如權利要求1所述的高壓倒裝LED芯片的制造方法,其特征在于利用負膠剝離工藝在所述P型氮化鎵層上形成金屬反射鏡層。
6.如權利要求1所述的高壓倒裝LED芯片的制造方法,其特征在于所述金屬反射鏡層材質(zhì)為 Ni/Ag/Ti/Pt/Au、Ni/Al/Ti/Pt/Au、Ni/Ag/Ni/Au 或 Ni/Al/Ti/Au。
7.如權利要求1所述的高壓倒裝LED芯片的制造方法,其特征在于所述絕緣層材質(zhì)為 SiO2 或 Si3N4,厚度為 lOOnnTlOOOnm。
8.如權利要求1所述的高壓倒裝LED芯片的制造方法,其特征在于所述接觸電極為Au薄膜、Au/Sn薄膜或Sn焊膏。
9.如權利要求1所述的高壓倒裝LED芯片的制造方法,其特征在于利用共晶焊接或超聲熱壓焊將襯底通過接觸電極與形成有電路的基板倒裝焊接。
10.利用權利要求1所述高壓倒裝LED芯片的制造方法制造的高壓倒裝LED芯片,包括襯底、形成于所述襯底上的外延層所述外延層包括依次形成于襯底上的N型氮化鎵層、多量子阱層和P型氮化鎵層,其特征在于所述外延層中形成有電極孔洞陣列,所述電極孔洞陣列暴露出N型氮化鎵層;所述高壓倒裝LED芯片包括多個發(fā)光單元,所述發(fā)光單元之間由外延層中的隔離槽隔離開,所述P型氮化鎵層上形成有金屬反射鏡層,金屬反射鏡層和電極孔洞陣列內(nèi)形成有絕緣層,所述絕緣層中形成有開口,所述開口暴露出電極孔洞陣列內(nèi)的N型氮化鎵和部分P型氮化鎵層上的金屬反射鏡層,所述開口中形成有接觸電極,所述 襯底通過接觸電極與形成有電路的基板倒裝焊接。
全文摘要
本發(fā)明揭露了一種高壓倒裝LED芯片及其制造方法,所述LED芯片的制造方法在刻蝕外延層,形成電極孔洞陣列之后;利用激光切割外工藝切割外延層至襯底,形成隔離槽,隔離出發(fā)光單元;然后在P型氮化鎵層上形成金屬反射鏡層;在金屬反射鏡層和電極孔洞陣列內(nèi)形成絕緣層,在所述絕緣層中形成開口,露出電極孔洞陣列內(nèi)的N型氮化鎵和部分金屬反射鏡層;在開口中形成接觸電極;將襯底通過接觸電極與形成有電路的基板倒裝焊接,形成倒裝器件;切割所述倒裝器件,形成由多個發(fā)光單元組成的高壓倒裝LED芯片。有著工藝簡單,器件可靠性高的優(yōu)點。
文檔編號H01L33/10GK103022334SQ20121056400
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權日2012年12月21日
發(fā)明者姚陸軍, 于洪波, 武樂可, 于婷婷, 畢少強 申請人:映瑞光電科技(上海)有限公司
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