一種倒裝發(fā)光二極管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種GaN基倒裝發(fā)光二極管，包括：藍(lán)寶石襯底（1）、n型GaN層（2）、有源層（3）、p型GaN層（4），位于p型GaN層（4）上并借助隔離槽隔離的n型電極（9）和p型電極（8）。隔離槽中形成銅柱（5），n型電極（9）通過銅柱（5）與n型GaN層（2）電連接。n型電極（9）和p型電極（8）與承載基板（10）上相應(yīng)的焊球和凸塊電極（11）焊接。n型電極（9）和p型電極（8）面積相等且相對于隔離槽對稱設(shè)置。本發(fā)明提出的發(fā)光二極管能夠大幅度提高發(fā)光效率以及產(chǎn)品良率。
【專利說明】一種倒裝發(fā)光二極管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種GaN基倒裝發(fā)光二極管。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體發(fā)光二極管的優(yōu)點(diǎn)在于發(fā)光強(qiáng)度高、光指向性強(qiáng)、能耗低、制造成本低廉等等，因此其應(yīng)用日益廣泛，特別是在照明方面有取代白熾燈和熒光燈的趨勢。倒裝(flip-chip)式發(fā)光二極管的優(yōu)點(diǎn)是散熱特性優(yōu)良且發(fā)光效率較高。且近年來，為了提高發(fā)光二極管的亮度，開發(fā)了垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，相對于正裝結(jié)構(gòu)，即平臺(mesa)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管來說，垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管具有諸多優(yōu)點(diǎn)。垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的兩個電極分別處于發(fā)光二極管的兩側(cè)，電流幾乎全部垂直流過半導(dǎo)體外延層，沒有橫向流動的電流，因此電流分布均勻，產(chǎn)生的熱量相對較少。并且由于垂直結(jié)構(gòu)的兩個電極處于兩側(cè)，因此出光過程中不會受到同側(cè)電極的阻擋，其出光效率更高。
[0003]現(xiàn)有較為常見的GaN基倒裝發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)是:藍(lán)寶石襯底、形成于藍(lán)寶石襯底上的η型GaN層、形成于η型GaN層上的有源層、形成于有源層上的ρ型GaN層，去除部分P型GaN層、有源層直至暴露η型GaN層表面，從而形成平臺結(jié)構(gòu)GaN發(fā)光二極管，且η型電極形成在暴露的η型GaN層上，而ρ型電極形成在ρ型GaN層上。將上述GaN基倒裝發(fā)光二極管倒置設(shè)置在承載基板上，且η型電極和ρ型電極分別與承載基板上的焊球或凸塊電極焊接，從而形成倒裝發(fā)光二極管。有源層發(fā)出的光從藍(lán)寶石襯底一側(cè)發(fā)出。亦可在承載基板上設(shè)置光反射層以提高光反射率，或者將η型電極或ρ型電極形成為兼具反射功能的電極，從而提聞光反射率。
[0004]但是上述平臺結(jié)構(gòu)倒裝發(fā)光二極管存在的問題是，因為P型電極和η型電極由于平臺結(jié)構(gòu)之間的高度差而不處于同一平面上，因此P型電極和η型電極呈不對稱設(shè)計，這很可能會導(dǎo)致后續(xù)焊接處理中，上述兩個電極與承載基板上的相應(yīng)焊球或凸塊電極之間發(fā)生焊接失效，從而影響產(chǎn)品良率和電特性。且電極之間的面積和形狀存在差異，則在焊接過程中會造成發(fā)光二極管芯片傾斜，從而導(dǎo)致產(chǎn)品良率降低。而采用平臺結(jié)構(gòu)倒裝GaN基發(fā)光二極管存在的另一問題是，不能顯著提高光反射性，即使將η型電極和ρ型電極形成為具有高反射功能的電極且在承載基板上進(jìn)一步形成光反射結(jié)構(gòu)，也會由于平臺結(jié)構(gòu)倒裝GaN基發(fā)光二極管和承載基板之間的不緊密接合缺陷而導(dǎo)致不能提升光反射性，從而降低發(fā)光二極管的發(fā)光效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的問題，提出了一種GaN基倒裝發(fā)光二極管。通過對該發(fā)光二極管的η型電極和ρ型電極的結(jié)構(gòu)和設(shè)置進(jìn)行改進(jìn)，能夠提升發(fā)光二極管的電特性，從而有效提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
[0006]本發(fā)明提出的GaN基倒裝發(fā)光二極管包括:
[0007]承載基板(10)；[0008]形成于承載基板(10)上的焊球或凸塊電極(11)；
[0009]倒裝GaN基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其包括:
[0010]藍(lán)寶石襯底(I);
[0011]形成在藍(lán)寶石襯底(I)上的η型GaN層(2);
[0012]形成在η型GaN層(2)上的有源層(3);
[0013]形成在有源層(3)上的ρ型GaN層(4);
[0014]形成在ρ型GaN層(4)上的η型電極(9)和ρ型電極(8)；
[0015]形成在η型電極(9)和ρ型電極(8)之間的隔離槽；
[0016]形成在隔離槽側(cè)壁上的絕緣層(6);
[0017]形成在隔離槽中且與η型電極(9)電連接的銅柱(5);以及
[0018]使承載基板(10)上的焊球或凸塊電極(11)分別與η型電極(9)和ρ型電極(8)電連接；特征在于:
[0019]η型電極(9)和ρ型電極(8)相對于隔離槽對稱設(shè)置且η型電極(9)和ρ型電極
(8)的面積相等，并且η型電極(9)和ρ型電極(8)與焊球或凸塊電極(11)電連接的表面高度相同并處于同一表面上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的GaN基倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的截面圖；
[0021]圖2是圖1中所示的GaN基倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的俯視圖；
[0022]圖3是將圖1中所示的GaN基倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)安裝到承載基板上的截面圖；
[0023]圖4是去除光刻膠圖案之后的部分GaN基倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下參考圖1-4詳細(xì)說明本發(fā)明的GaN基倒裝發(fā)光二極管及其制造方法。為清楚起見，附圖中所示的各個結(jié)構(gòu)均未按比例繪制，且本發(fā)明并不限于圖中所示結(jié)構(gòu)。
[0025]1.GaN基倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)和制造方法
[0026]如圖1中所示，本發(fā)明的GaN基倒裝發(fā)光二極管包括GaN基倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括藍(lán)寶石襯底1，用于生長GaN基外延層2-4，襯底I不限于藍(lán)寶石襯底，且例如可以是ZnO襯底、玻璃襯底等透明襯底。藍(lán)寶石襯底I上形成η型GaN層2，η型GaN層2上形成有源層3，有源層3上形成ρ型GaN層。
[0027]如圖1-2中所示，在ρ型GaN層4上形成光刻膠(未示出)，并對光刻膠進(jìn)行顯影、曝光等處理，從而形成光刻膠圖案(未示出)，該光刻膠圖案在P型GaN層4的表面中軸線(參見圖2中由虛線表示的對稱線)兩側(cè)附近具有矩形開口，矩形開口的兩長邊平行表面中軸線并與表面中軸線相距相等的距離，即矩形開口的兩長邊相對于表面中軸線對稱。矩形開口用于形成后續(xù)的隔離槽，而光刻膠圖案的其他部分遮蔽后續(xù)要形成η型電極9和ρ型電極8的區(qū)域。利用光刻膠圖案作為掩模，蝕刻P型GaN層4、有源層3以及η型GaN層2，從而形成隔離槽，隔離槽的底部位于η型GaN層2中，即隔離槽深入η型GaN層2中，隔離槽底部與η型GaN層2接觸有源層3的表面之間的距離是50nm至IOOnm,優(yōu)選70nm。且隔離槽在圖2的俯視圖中的兩個長邊也平行于對稱軸并相對于對稱軸對稱。[0028]隨后，在隔離槽的底部和側(cè)壁上形成絕緣層6，其可以是二氧化硅、氮化硅等等。而且光刻膠圖案的矩形開口的側(cè)壁上也形成了絕緣層6。
[0029]隨后，在隔離槽中沉積金屬Cu，使其填滿隔離槽和光刻膠圖案的矩形開口直至覆蓋光刻膠圖案的表面。隨后，利用蝕刻、CMP等方法去除覆蓋光刻膠圖案的表面的金屬Cu。隨后，去除光刻膠圖案，暴露出P型GaN層4，如圖4中所示。由此形成了銅柱5，其突出于P 型 GaN 層 4 的表面的高度為 IOOnm 至 150nm,優(yōu)選 IlOnm, 120nm, 130nm, 140nm, 150nm。且銅柱5側(cè)壁具有絕緣層6。
[0030]隨后，在銅柱5左側(cè)，即圖2中所述的對稱軸左側(cè)沉積材料是AlCu合金的ρ型電極8，直至與銅柱5的表面相齊，或者首先沉積厚度大于銅柱5突出ρ型GaN層4的表面的高度的AlCu合金層，之后利用CMP或蝕刻等方法減薄AlCu合金層，直至其厚度與銅柱5突出ρ型GaN層4的表面的高度相同，由此形成ρ型電極8, ρ型電極8的厚度為IOOnm至150nm,優(yōu)選 IlOnm, 120nm, 130nm, 140nm, 150nm。
[0031]隨后，在銅柱5右側(cè)，即圖2中所述的對稱軸右側(cè)沉積厚度為30nm至50nm的氧化鋁絕緣層7，之后利用氧化鋁絕緣層7作為蝕刻終止層，去除銅柱5位于圖2中所述的對稱軸右側(cè)的一部分絕緣層6。隨后沉積材料是AlCu合金的η型電極9，直至與銅柱5的表面相齊，由此形成η型電極9, η型電極9的厚度為70nm至IOOnm,優(yōu)選75nm, 80nm, 85nm, 90nm,lOOnm。這里需要注意的是，由于利用氧化鋁絕緣層7作為蝕刻終止層而去除了銅柱5位于圖2中所述的對稱軸右側(cè)的一部分絕緣層6，去除的部分絕緣層6的高度對應(yīng)于η型電極9的厚度，即為70nm至lOOnm。因此后續(xù)形成的η型電極9直接與銅柱5接觸，從而形成η型電極9至銅柱5至η型GaN層的導(dǎo)電通路，使得η型電極9通過銅柱5與η型GaN層電連接。
[0032]至此，形成了 GaN基倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中如圖2中所示，η型電極9和ρ型電極8相對于對稱軸對稱,而由于隔離槽的也相對于對稱軸對稱，因此η型電極9和ρ型電極8相對于隔離槽對稱，且η型電極9和ρ型電極8的形狀相同且面積相等。η型電極9和ρ型電極8的總面積占ρ型GaN層4的表面積的70% -90%,優(yōu)選75%，80%，85%。且隔離槽占P型GaN層4的表面積的10%— 30%，優(yōu)選15%，20%，25%。
[0033]2.承載基板與GaN基倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)之間的連接
[0034]首先，提供承載基板10，其上形成焊球或凸塊電極11，之后將GaN倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)焊接在承載基板10上，其中η型電極9和P型電極8分別與相應(yīng)的焊球或凸塊電極11焊接，從而形成GaN基倒裝發(fā)光二極管。且由于η型電極9和ρ型電極8的材料是AlCu，因此能提供光反射功能，且由于η型電極9和ρ型電極8的總面積占到ρ型GaN層4的表面積的70% -90%，因此能將大部分光反射向藍(lán)寶石襯底I 一側(cè)，從而提高發(fā)光效率。又由于η型電極9和ρ型電極8的形狀相同且面積相等，并且與焊球或凸塊電極(11)電連接的表面高度相同并處于同一表面上，因此能在焊接過程中不會造成發(fā)光二極管芯片傾斜，從而提聞廣品良率。
[0035]至此，上述描述已經(jīng)詳細(xì)的說明了本發(fā)明的GaN倒裝發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)和制造方法，相對于現(xiàn)有方法制得的發(fā)光二極管，本發(fā)明提出的發(fā)光二極管能夠大幅度提高發(fā)光效率以及產(chǎn)品良率。前文描述的實(shí)施例僅僅只是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其并非用于限定本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神的前提下，可對本發(fā)明做任何的修改，而本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種GaN基倒裝發(fā)光二極管，包括: 承載基板(10); 形成于承載基板(10)上的焊球或凸塊電極(11)； 倒裝GaN基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其包括: 藍(lán)寶石襯底(I)； 形成在藍(lán)寶石襯底(I)上的η型GaN層(2)； 形成在η型GaN層(2)上的有源層(3)； 形成在有源層(3)上的P型GaN層(4)； 形成在P型GaN層(4)上的η型電極(9)和ρ型電極(8)； 形成在η型電極(9)和ρ型電極(8)之間的隔離槽； 形成在隔離槽側(cè)壁上的絕緣層(6)； 形成在隔離槽中且與η型電極(9)電連接的銅柱(5);以及 使承載基板(10)上的焊球或凸塊電極(11)分別與η型電極(9)和ρ型電極(8)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基倒裝發(fā)光二極管，特征在于: η型電極(9)和ρ型電極(8)相對于隔離槽對稱設(shè)置且η型電極(9)和ρ型電極(8)的面積相等，并且η型電極(9)和ρ型電極(8)與焊球或凸塊電極(11)電連接的表面高度相同并處于同一表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的GaN基倒裝發(fā)光二極管，特征在于: η型電極(9)和ρ型GaN層(4)之間具有氧化鋁絕緣層(7)，其厚度是30nm至50nm，且η 型電極(9)的厚度是 70nm 至 IOOnm,優(yōu)選 75nm, 80nm, 85nm, 90nm, lOOnm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的GaN基倒裝發(fā)光二極管，特征在于:銅柱(5)突出于ρ型GaN層(4)的表面的高度為IOOnm至150nm,且ρ型電極(8)的厚度是IOOnm至150nm,優(yōu)選IlOnm,120nm,130nm,140nm,150nmo
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的GaN基倒裝發(fā)光二極管，特征在于:n型電極(9)與氧化鋁絕緣層(7)的總厚度以及ρ型電極(8)的厚度與銅柱(5)突出ρ型GaN層4的表面的高度相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的GaN基倒裝發(fā)光二極管，特征在于:n型電極(9)和ρ型電極(8)的總面積占ρ型GaN層(4)的表面積的70% -90%，且隔離槽占ρ型GaN層(4)的表面積的 10% — 30%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的GaN基倒裝發(fā)光二極管，特征在于:η型電極(9)直接與銅柱(5)接觸，從而形成η型電極(9)至η型GaN層(2)的導(dǎo)電通路，使得η型電極(9)通過銅柱(5)與η型GaN層(2)電連接。
【文檔編號】H01L33/36GK103594583SQ201310551139
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月7日
【發(fā)明者】張翠 申請人:溧陽市江大技術(shù)轉(zhuǎn)移中心有限公司