專利名稱：倒裝焊氮化物發(fā)光二極管及其透光襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及倒裝焊氮化物發(fā)光二極管及其透光襯底，旨在透光襯底的至少一個(gè)表面形成粗糙的表面。
背景技術(shù)：
在倒裝焊安裝組態(tài)中，將具有透光襯底及前側(cè)電極之發(fā)光二極管面向下地接合至安裝臺(tái)之焊接凸塊，意即使外延層最接近安裝臺(tái)且透光襯底遠(yuǎn)離安裝臺(tái)。倒裝焊配置具有若干優(yōu)點(diǎn)，包括由于前側(cè)作用層(即發(fā)光層)最接透光襯底而得以改良的散熱性及電極遮蔽損失(shadowing loss)之減少。在倒裝焊安裝組態(tài)中，自襯底側(cè)提取光。對(duì)于以外延方式長(zhǎng)成之發(fā)光二極管，由于襯底主要系選來(lái)為外延提供良好優(yōu)良基底,故襯底材料之選擇可相當(dāng)有限。因此,襯底標(biāo)準(zhǔn)包括狹窄的晶格常數(shù)范圍、用于外延之凝核的大體為原子級(jí)平整表面、在外延成長(zhǎng)溫度上的熱穩(wěn)定性及與外延制程之化學(xué)兼容性等等。當(dāng)成長(zhǎng)襯底是適合之光學(xué)透明襯底，諸如在可成長(zhǎng)于透明藍(lán)寶石成長(zhǎng)襯底上之III族氮化物發(fā)光二極管之狀況下，由于折射系數(shù)之突然不連續(xù)而在襯底與空氣之間的接口處以及襯底與半導(dǎo)體層的接口處發(fā)生反射光學(xué)損失。在折射率方面，半導(dǎo)體層的折射率η = 2. 4,藍(lán)寶石的折射率η = I. 7,空氣的折射率η = I。在諸如用于III族氮化物外延中之藍(lán)寶石襯底之透明襯底的狀況下，可歸于襯底之光學(xué)損失系由于反射損失而非吸收損失。習(xí)知的倒裝焊發(fā)光二極管其成長(zhǎng)襯底上層出光表面和與半導(dǎo)體層相鄰的下層表面是平面狀，如此，當(dāng)發(fā)光時(shí)部分光線出射于器件的外部，另外有大部分光線會(huì)產(chǎn)生全反射，致使光線的出射效果不佳。這是因?yàn)槌砷L(zhǎng)襯底材料相對(duì)于外部空氣而言，為高折射材料，因此，當(dāng)光線出射的角度大于一個(gè)臨界角時(shí)，便會(huì)發(fā)生全反射。同理，由發(fā)光層射向藍(lán)寶石襯底的光也會(huì)發(fā)生全反射。全反射光在發(fā)光二極管內(nèi)部產(chǎn)生熱能，使得發(fā)光二極管整體溫度升高，而不利于產(chǎn)品之可靠度要求。

實(shí)用新型內(nèi)容實(shí)用新型目的針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題和不足，本實(shí)用新型的目的是提供倒裝焊氮化物發(fā)光二極管及其透光襯底，增加倒裝焊氮化物發(fā)光二極管的出光量與發(fā)光效率，降低發(fā)光二極管的整體溫度，提高產(chǎn)品的可靠性。技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型采用的第一種技術(shù)方案為一種倒裝焊氮化物發(fā)光二極管的透光襯底，所述透光襯底的上表面和下表面中，至少有一個(gè)表面為粗糙的表面。為進(jìn)一步提高發(fā)光二極管的出光量與發(fā)光效率，降低發(fā)光二極管的整體溫度，提高產(chǎn)品的可靠性，所述透光襯底的上表面和下表面均為粗糙的表面。所述透光襯底可為藍(lán)寶石襯底。本實(shí)用新型采用的第二種技術(shù)方案為制造倒裝焊氮化物發(fā)光二極管的透光襯底的方法，利用微影及干式蝕刻步驟產(chǎn)生一個(gè)圖案規(guī)則的表面，包括如下步驟(1)微影在透光襯底的一個(gè)表面涂布感光材料；在該表面的上方放置光罩，該光罩上設(shè)有與所述圖案相同的圖案；曝光使平行光經(jīng)過(guò)光罩對(duì)感光材料進(jìn)行選擇性的曝光，使光罩的圖案完整的轉(zhuǎn)移至透光襯底的表面上；顯影，使感光材料獲得與光罩圖案相同或互補(bǔ)的圖案；(2)干式蝕刻對(duì)所述感光材料進(jìn)行干式蝕刻，使得所述透光襯底產(chǎn)生一個(gè)圖案規(guī)則的表面。本實(shí)用新型采用的第三種技術(shù)方案為制造倒裝焊氮化物發(fā)光二極管的透光襯底的方法，利用微影及濕式蝕刻步驟產(chǎn)生一個(gè)圖案規(guī)則的表面，包括如下步驟(1)微影在透光襯底的一個(gè)表面涂布感光材料；在該表面的上方放置光罩，該光罩上設(shè)有與所述圖案相同的圖案；曝光使平行光經(jīng)過(guò)光罩對(duì)感光材料進(jìn)行選擇性的曝光，使光罩的圖案完整的轉(zhuǎn)移至透光襯底的表面上；顯影，使感光材料獲得與光罩圖案相同或互補(bǔ)的圖案；(2)濕式蝕刻用200°C至350°C的磷酸與硫酸混合溶液蝕刻所述透光襯底，，使得該透光襯底產(chǎn)生一個(gè)圖案規(guī)則的表面。采用本技術(shù)方案，每次能完成透光襯底一個(gè)表面的粗化，如需雙面粗化，則重復(fù)一次即可，第五和第六種技術(shù)方案同理。本實(shí)用新型采用的第四種技術(shù)方案為制造倒裝焊氮化物發(fā)光二極管的透光襯底 的方法，利用濕式蝕刻步驟產(chǎn)生兩個(gè)圖案不規(guī)則的表面，包括如下步驟經(jīng)過(guò)長(zhǎng)晶步驟形成透光襯底，該透光襯底的上表面和下表面均形成至少一個(gè)缺陷；用200°C至350°C的磷酸與硫酸混合溶液蝕刻所述透光襯底，，使得該透光襯底同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)圖案不規(guī)則的表面。采用本技術(shù)方案，一次即可完成透光襯底上下兩個(gè)表面的粗化。本實(shí)用新型采用的第五種技術(shù)方案為制造倒裝焊氮化物發(fā)光二極管的透光襯底的方法，利用激光掃描透光襯底的一個(gè)表面形成刻劃線的方式產(chǎn)生一個(gè)圖案規(guī)則的表面。本實(shí)用新型采用的第六種技術(shù)方案為制造倒裝焊氮化物發(fā)光二極管的透光襯底的方法，先將一束激光分為多束強(qiáng)度均勻或不均勻的激光，再將多束強(qiáng)度均勻或不均勻的激光投射到透光襯底的一個(gè)表面上形成刻劃線，相應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)圖案規(guī)則或不規(guī)則的表面。具體地說(shuō)，一束激光先通過(guò)第一透鏡，該第一透鏡用于將激光的光束均勻擴(kuò)大；再通過(guò)第二透鏡，用于將激光的光束轉(zhuǎn)換成多束平行光；最后通過(guò)表面分布若干均勻或不均勻的細(xì)小結(jié)構(gòu)的第三透鏡，該多束平行光發(fā)生折射，投射到透光襯底的一個(gè)表面上形成刻劃線，相應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)圖案規(guī)則或不規(guī)則的表面。本實(shí)用新型采用的第七種技術(shù)方案為一種倒裝焊氮化物發(fā)光二極管，包括如上所述的透光襯底，該透光襯底的上表面沉積有半導(dǎo)體層堆棧，該半導(dǎo)體層堆棧上設(shè)有P型電極和η型電極，該P(yáng)型電極和η型電極通過(guò)若干焊接凸塊分別焊接在安裝臺(tái)的第一焊墊和
第二焊墊上。有益效果本實(shí)用新型增加倒裝焊氮化物發(fā)光二極管的出光量與發(fā)光效率，降低發(fā)光二極管的整體溫度，提高產(chǎn)品的可靠性。特別是采用雙面粗化的襯底，能進(jìn)一步增加倒裝焊氮化物發(fā)光二極管的出光量與發(fā)光效率，降低發(fā)光二極管的整體溫度，提高產(chǎn)品的可靠性。其中，倒裝焊發(fā)光二極管的藍(lán)寶石襯底的一個(gè)表面做粗化可以增加出光量10%到30%，而雙面粗化可以增加出光量15%到80%。

圖I為倒裝焊氮化物發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；[0017]圖2為脈沖激光投射所用裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍，在閱讀了本實(shí)用新型之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。根據(jù)一實(shí)施例，提供一種用于制造倒裝焊發(fā)光二極管器件之方法。沉積多個(gè)外延層于成長(zhǎng)襯底上以產(chǎn)生外延晶圓。在外延晶圓上制造復(fù)數(shù)個(gè)發(fā)光二極管。切割外延晶圓以供產(chǎn)生器件芯片。倒裝焊接合組件芯片至安裝臺(tái)。倒裝焊接合包括藉由接合組件芯片之至少一電極至安裝臺(tái)之至少一焊墊來(lái)固定組件芯片于安裝臺(tái)上。在切割該外延晶圓以產(chǎn)生一器件芯片前或倒裝焊接合工序之后，在該組件芯片之該成長(zhǎng)襯底(本實(shí)用新型中，透光襯底、成長(zhǎng)襯底的含義相同)的出光面產(chǎn)生粗糙結(jié)構(gòu)。參考圖1，其展示以倒裝焊之方式安裝于一安裝臺(tái)12上之I個(gè)例示性經(jīng)倒裝焊接合之發(fā)光二極管組件芯片10。該例示性發(fā)光二極管組件芯片10包括一以外延方式沉積于一成長(zhǎng)襯底16上之半導(dǎo)體器件層堆棧。半導(dǎo)體器件層堆棧界定一發(fā)光二極管組件，諸如II I族氮化物之發(fā)射紫外線或藍(lán)光之二極管。 在圖I中，半導(dǎo)體層堆棧14具有與簡(jiǎn)單p/n 二極管對(duì)應(yīng)之兩個(gè)例示性層；然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員了解，可使用更復(fù)雜之半導(dǎo)體層堆棧。例如在垂直共振腔面射型雷射二極管中，層堆?？砂ㄔS多界定布拉格(Bragg)反射器之層、覆層及一復(fù)雜的多量子井作用區(qū)。對(duì)于具有P型層在η型層上之定向(p-on-norientation)之III族氮化物發(fā)射紫外線或藍(lán)光之二極管而言，半導(dǎo)體層堆棧通常包括一氮化鋁或其它材料之外延成長(zhǎng)緩沖劑(未圖示)、一 η型氮化鎵基底層14、一氮化銦鎵之作用區(qū)(即發(fā)光層)15、一 P型氮化鎵層17且視情況可包括一形成于該P(yáng)型氮化鎵層上之接觸層(未圖示)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易地建構(gòu)適合特殊光學(xué)應(yīng)用之其它半導(dǎo)體外延層堆棧。成長(zhǎng)襯底16系由適合選定之半導(dǎo)體層堆棧之外延成長(zhǎng)之結(jié)晶材料制成，在此指透明的藍(lán)寶石。選定之成長(zhǎng)襯底16上之半導(dǎo)體層堆棧之外延沉積較佳系藉由有機(jī)金屬化學(xué)氣體沈積(MOV⑶；在此項(xiàng)技術(shù)中亦已知為有機(jī)金屬氣體外延(OMVPE)及類(lèi)似術(shù)語(yǔ))、分子束外延(MBE)、液體外延(LPE)或其它適合之外延成長(zhǎng)技術(shù)來(lái)完成。與成長(zhǎng)襯底16—樣,基于將要成長(zhǎng)之半導(dǎo)體外延層堆棧之類(lèi)型來(lái)選擇外延成長(zhǎng)技術(shù)。本實(shí)施例中將具有半導(dǎo)體外延層堆棧沉積于其上之大面積襯底晶圓稱作外延晶圓。使用適合之制造制程來(lái)加工外延晶圓，以在該晶圓上界定至少一個(gè)發(fā)光二極管組件，該制程包括諸如晶圓清洗制程、微影制程、蝕刻制程、介電質(zhì)沈積制程、金屬化制程及其類(lèi)似物之子制程。在一通常方法中，該制造制程包括器件臺(tái)面之最初晶圓清洗、微影界定及蝕亥|J，以及η型及P型電極之微影界定及形成。繼續(xù)參考圖I，發(fā)光二極管組件芯片10為橫向電流幾何結(jié)構(gòu)器件，且包括一安置于該組件臺(tái)面上之P型電極20及一安置于該器件臺(tái)面外一場(chǎng)區(qū)域中之η型電極22。在此實(shí)施例中，P型電極20、η型22均為前側(cè)電極。通常，該等電極20、22系由金制成或具有金涂層以利低電阻之電接觸。[0026]安裝臺(tái)12包括一配置成與P型電極20相連接之第一焊墊26及一配置成與η型電極22相連接之第二焊墊28。在焊墊26、28上分別配置至少一個(gè)焊接凸塊30。倒裝焊接合發(fā)光二極管組件芯片10至安裝臺(tái)12之焊墊26、28，更具體言之，接合發(fā)光二極管組件芯片10至焊接凸塊30。倒裝焊接合可由焊接來(lái)達(dá)成，在該狀況下焊接凸塊30為焊料凸塊?；蛘撸寡b焊接合可由熱超音波接合(thermosonic bonding)來(lái)達(dá)成,在該狀況下凸塊較佳為涂有金之銅凸塊，其系藉由加熱與注入超聲波能量之組合而接合至電極20、22。亦可使用其它接合方法。倒裝焊接合工序之后，可利用如下5種方法在成長(zhǎng)襯底的出光面形成粗糙結(jié)構(gòu)
(I)微影及干式蝕刻步驟；(2)微影及濕式蝕刻步驟；(3)濕式蝕刻；(4)脈沖激光掃描式粗化 '及(5)脈沖激光投射式粗化。下面分別介紹(I)微影及干式蝕刻步驟首先于藍(lán)寶石襯底的表面涂布感光材料(光阻)，并于 藍(lán)寶石襯底上方放置光罩，該光罩上設(shè)有相對(duì)于凹凸圖案之圖形及數(shù)量的圖案，再進(jìn)行曝光(Exposure)步驟，使平行光經(jīng)過(guò)光罩對(duì)感光材料進(jìn)行選擇性的感光，于是光罩上的圖案便完整的轉(zhuǎn)移至藍(lán)寶石襯底上，當(dāng)曝光后再利用顯影(Development)，可使光阻獲得與光罩圖案相同或互補(bǔ)之圖形，再進(jìn)行干式蝕刻(Dry Etching)又稱電衆(zhòng)蝕刻(Plasma Etching),系利用氣體為主要的蝕刻媒介，例如C12/BC13，并藉由電漿能量來(lái)驅(qū)動(dòng)反應(yīng)，得以圖案化該藍(lán)寶石襯底形成規(guī)則排列的凹凸圖案，該凹凸圖案的高度差在20微米內(nèi)。這方式可以產(chǎn)生規(guī)則的圖案。(2)微影及濕式蝕刻步驟微影工序與前相同，但是當(dāng)光阻獲得與光罩圖案相同或互補(bǔ)之圖形后，可用200°C 350°C的高溫磷酸與硫酸混合溶液(磷酸的重量百分比為5%到95% )蝕刻藍(lán)寶石襯底，形成規(guī)則排列的凹凸圖案，該凹凸圖案的高度差在20微米內(nèi)。這方式可以產(chǎn)生規(guī)則的圖案。(3)濕式蝕刻不需微影工序，利用藍(lán)寶石襯底表面上的至少一個(gè)缺陷，因各缺陷處之應(yīng)力較高，受化學(xué)溶液之作用，使得各缺陷處可形成較為均勻之圖案，而形成一粗化表面。因此將藍(lán)寶石襯底浸泡于溶液，例如200°C 350°C的磷酸與硫酸混合溶液(磷酸的重量百分比為5%到95%)后，可同時(shí)在藍(lán)寶石襯底的正面和反面形成規(guī)則排列的凹凸圖案。蝕刻藍(lán)寶石襯底缺陷之位置及數(shù)量可藉由控制長(zhǎng)晶參數(shù)，例如熔點(diǎn)溫度、拉晶速度、坩鍋轉(zhuǎn)速或晶桿中心轉(zhuǎn)速等，進(jìn)而控制各晶界之位置及數(shù)量，則于切割后可于藍(lán)寶石襯底上形成所欲成型之缺陷。這方式無(wú)法產(chǎn)生規(guī)則的圖案。(4)脈沖激光掃描式粗化脈沖激光已經(jīng)普遍應(yīng)用在氮化物發(fā)光二極管芯片分害I]，一般可用固態(tài)激光。例如Q切換的Nd: YV04激光或Nd: YAG激光，其中包含諧波頻率產(chǎn)生器，諸如LBO(三硼酸鋰)的非線性結(jié)晶，從而使在以摻雜釹的固態(tài)激光所產(chǎn)生之1064納米的第二、第三、第四與第五諧波頻率之一提供激光的輸出。在特殊系統(tǒng)中，提供約355納米的第三諧波頻率。脈波具有在每平方厘米約10與100焦?fàn)栔g的能量密度、在約10與30毫微秒之間的脈波持續(xù)時(shí)間及在約5與25微米之間的光點(diǎn)尺寸。脈波的重復(fù)率大于5千赫，較佳為在自約10千赫與50千赫或更高的范圍內(nèi)。藍(lán)寶石襯底以一運(yùn)動(dòng)速率移動(dòng)，造成脈波以50至99百分比的數(shù)量重迭。藉由控制脈波率、藍(lán)寶石襯底的運(yùn)動(dòng)速率及能量密度，可以精密控制刻劃線的深度。一般刻劃線切削的深度在約35微米至60微米的范圍內(nèi)。應(yīng)用在藍(lán)寶石襯底表面粗化時(shí)，形成凹凸圖案的高度差在20微米內(nèi)。激光的光束直徑一般比倒裝焊后的藍(lán)寶石襯底面積小，所以需要掃描襯底面積。掃描過(guò)程中需要控制激光驅(qū)動(dòng)電流大小及激光與襯底的相對(duì)位置，以產(chǎn)生所要的粗化結(jié)構(gòu)，例如當(dāng)以等速掃描襯底時(shí)，改變激光驅(qū)動(dòng)電流大小也就改變激光的輸出功率，也就改變藍(lán)寶石襯底表面的刻劃深度；或當(dāng)以相同驅(qū)動(dòng)電流大小操作激光時(shí)，若掃瞄速率增加，則刻劃深度減少，若掃瞄速率減少，刻劃深度增加。這種方法不需要微影工序，可以產(chǎn)生規(guī)則的圖案。(5)脈沖激光投射式粗化藍(lán)寶石襯底如圖2所示，使用上述激光裝置36，配合紫外線透鏡組合不但將激光的光束完全涵蓋倒裝焊后的藍(lán)寶石襯底，而且讓光束的能量分布均勻或不均，以產(chǎn)生所要的粗化結(jié)構(gòu)。紫外線透鏡的組合如圖2所示首先第一道紫外線透鏡38將激光的光束均勻擴(kuò)大，在激光的光束略大于藍(lán)寶石襯底面積處設(shè)有第二道紫外線透鏡40，第二道紫外線透鏡將激光的光束轉(zhuǎn)成平行光，第三道紫外線透鏡42上分布細(xì)小的菱鏡結(jié)構(gòu)。該細(xì)小的菱鏡結(jié)構(gòu)可以由凸出或凹下的規(guī)則或不規(guī)則排列的細(xì)小結(jié)構(gòu)組成。當(dāng)平行的激光光束經(jīng)過(guò)第三道紫外線透鏡后，各小區(qū)域的激光各自做折射，因此當(dāng)激光光束投射在藍(lán)寶石襯底時(shí)，形成均勻(對(duì)應(yīng)規(guī)則的細(xì)小結(jié)構(gòu))或不均勻(對(duì)應(yīng)不規(guī)則的細(xì)小結(jié) 構(gòu))的強(qiáng)度分布，進(jìn)而在藍(lán)寶石襯底表面形成粗化結(jié)構(gòu)。與脈沖激光掃描式粗化相比，本方法的優(yōu)點(diǎn)在于激光無(wú)需掃描(即藍(lán)寶石襯底無(wú)需移動(dòng))，降低了成本；藍(lán)寶石襯底的一個(gè)表面的粗化只需一次投射即可完成，提高了效率。
權(quán)利要求1.一種倒裝焊氮化物發(fā)光二極管的透光襯底，所述透光襯底的上表面和下表面中，至少有一個(gè)表面為粗糙的表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述倒裝焊氮化物發(fā)光二極管的透光襯底，其特征在于所述透光襯底的上表面和下表面均為粗糙的表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述倒裝焊氮化物發(fā)光二極管的透光襯底，其特征在于所述透光襯底為藍(lán)寶石襯底。
4.一種倒裝焊氮化物發(fā)光二極管，包括如權(quán)利要求I或2或3所述的透光襯底，該透光襯底的上表面沉積有半導(dǎo)體層堆棧，該半導(dǎo)體層堆棧上設(shè)有P型電極和η型電極，該P(yáng)型電極和η型電極通過(guò)若干焊接凸塊分別焊接在安裝臺(tái)的第一焊墊和第二焊墊上。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種倒裝焊氮化物發(fā)光二極管的透光襯底，所述透光襯底的上表面和下表面中，至少有一個(gè)表面為粗糙的表面。本實(shí)用新型還公開(kāi)了一種倒裝焊氮化物發(fā)光二極管。本實(shí)用新型增加倒裝焊氮化物發(fā)光二極管的出光量與發(fā)光效率，降低發(fā)光二極管的整體溫度，提高產(chǎn)品的可靠性。
文檔編號(hào)H01L33/20GK202721173SQ201220345710
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月16日
發(fā)明者廖豐標(biāo), 顧玲 申請(qǐng)人:江蘇揚(yáng)景光電有限公司