一種發(fā)光二極管的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種封裝成本低、發(fā)光效率高、散熱好的發(fā)光二極管。一種發(fā)光二極管，包括支架及其兩導(dǎo)電腳，安裝在支架上的芯片，連接芯片與支架導(dǎo)電腳的焊線，封裝支架及芯片的封裝膠體，所述芯片包括正型半導(dǎo)體材料層，發(fā)光層、負(fù)型半導(dǎo)體材料層和負(fù)型半導(dǎo)體材料層上的負(fù)電極，所述正型半導(dǎo)體材料層上粘附有導(dǎo)電支撐基材，所述負(fù)電極覆蓋的區(qū)域形成有穿透正型半導(dǎo)體材料層，發(fā)光層并接觸負(fù)型半導(dǎo)體材料層的電流阻擋區(qū)域，所述負(fù)型半導(dǎo)體材料層的出光面形成有粗化結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)電支撐基材通過導(dǎo)電膠與支架的一導(dǎo)電腳電連接，所述負(fù)型半導(dǎo)體材料層上的負(fù)電極通過焊線與支架的另一導(dǎo)電腳電連接。
【專利說明】一種發(fā)光二極管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種氮化鎵發(fā)光二級管，尤其涉及將絕緣的藍(lán)寶石襯底剝離以利封裝制程的簡化以及同時將芯片出光面粗糙化從而提升芯片亮度的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]所謂的發(fā)光二極管(LED)就是將具備直接能隙的半導(dǎo)體材料層做成P / N 二極管，在熱平衡的條件下，大部份的電子沒有足夠的能量躍升至導(dǎo)電帶。再施以順向偏壓，則電子會躍升至導(dǎo)電帶，而電子在原價鍵帶上的原位置即產(chǎn)生空穴。在適當(dāng)?shù)钠珘合拢娮?、空穴便會在P / N節(jié)區(qū)域(P—NJuction)結(jié)合而發(fā)光，電源的電流會不斷的補充電子和空穴給負(fù)N型半導(dǎo)體和正P型半導(dǎo)體，使得電子、空穴結(jié)合而發(fā)光得以持續(xù)進行。LED發(fā)光的原理是電子和空穴的結(jié)合，電子所帶的能量，以光的形式釋放出來，稱為自發(fā)放射。一般LED所放出的光便是屬于此種類型。
[0003]一般傳統(tǒng)的發(fā)光二極管LED制作方法是在襯底上外延成長單晶材料架構(gòu)，通常是負(fù)型半導(dǎo)體材料層、發(fā)光層與正型半導(dǎo)體材料層，隨著材料與架構(gòu)的不同，所發(fā)出的光顏色也有了變化，例如氮化鎵通常用于藍(lán)光與綠光的材料，而且襯底與材料架構(gòu)有很大的差別，藍(lán)綠與紫光通常以絕緣的藍(lán)寶石為襯底外延銦鎵氮架構(gòu)，而藍(lán)寶石不導(dǎo)電所以藍(lán)綠光制程較復(fù)雜，且正負(fù)電極都在正面，外延制程后還要經(jīng)過電極的制作、負(fù)極區(qū)域的刻蝕、芯片表面的光刻與清洗、發(fā)光特性的檢測、減薄切割成一顆顆的芯片，所以一顆傳統(tǒng)的藍(lán)綠光芯片架構(gòu)如圖1所示，可分成正極焊點01、透明電極02、正型氮化鎵03、發(fā)光層04、負(fù)極焊點05、負(fù)型氮化鎵06、本質(zhì)型氮化鎵緩沖07、藍(lán)寶石襯底8組成，封裝時需要連接二條金線，別于傳統(tǒng)紅光LED只需要連接單線其另一電極直接由襯底導(dǎo)通，因此在封裝制程上程序較為繁復(fù)且成本較高，另外加上電流分布不均勻且藍(lán)寶石襯底的散熱較差，以及發(fā)光層與導(dǎo)熱區(qū)距離較大，以至于芯片的性能及壽命因此受到影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種封裝成本低、發(fā)光效率高、散熱好的發(fā)光二極管。
[0005]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)手段是:
[0006]一種發(fā)光二極管，包括支架及其兩導(dǎo)電腳，安裝在支架上的芯片，連接芯片與支架導(dǎo)電腳的焊線，封裝支架及芯片的封裝膠體，所述芯片包括正型半導(dǎo)體材料層，發(fā)光層、負(fù)型半導(dǎo)體材料層和負(fù)型半導(dǎo)體材料層上的負(fù)電極，所述正型半導(dǎo)體材料層上粘附有導(dǎo)電支撐基材，所述負(fù)電極覆蓋的區(qū)域形成有穿透正型半導(dǎo)體材料層，發(fā)光層并接觸負(fù)型半導(dǎo)體材料層的電流阻擋區(qū)域，所述負(fù)型半導(dǎo)體材料層的出光面形成有粗化結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)電支撐基材通過導(dǎo)電膠與支架的一導(dǎo)電腳電連接，所述負(fù)型半導(dǎo)體材料層上的負(fù)電極通過焊線與支架的另一導(dǎo)電腳電連接。
[0007]本實用新型的有益效果是:由于本實用新型在正型半導(dǎo)體材料層粘附導(dǎo)電支撐基板，將絕緣的藍(lán)寶石襯底剝離，封裝時利用導(dǎo)電膠將導(dǎo)電支撐基板固定在支架上，再用一根焊線連接負(fù)電極與支架即可，所以發(fā)明封裝成本低；由于正型半導(dǎo)體材料層與導(dǎo)電支撐基板比藍(lán)寶石襯底導(dǎo)熱性能好，與支架距離短，所以本實用新型散熱好；又由于設(shè)置穿透正型半導(dǎo)體材料側(cè)與發(fā)光層的電流阻擋層，并粗化出光面與ITO電流擴散層，所以本實用新型電流均勻分布在負(fù)電極外的區(qū)域，發(fā)光效率高。
[0008]所述負(fù)型半導(dǎo)體材料層與負(fù)電極之間還設(shè)置有一層電流擴散層。
[0009]所述的導(dǎo)電支撐基材為接合在正型半導(dǎo)體材料層上，熱膨脹系數(shù)與氮化鎵相近的材料層。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是現(xiàn)有技術(shù)發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2是本實用新型外延片層疊結(jié)構(gòu)示意圖
[0012]圖3是本實用新型粘附導(dǎo)電基板后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖4是本實用新型采用激光剝離藍(lán)寶石結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖5是本實用新型采用化學(xué)方法剝離藍(lán)寶石結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖6是本實用新型剝離藍(lán)寶石襯底后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖7是本實用新型制作負(fù)電極后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖8是本實用新型單顆芯片的電流軌跡示意圖；
[0018]圖9是本實用新型單顆芯片的正面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖10是本實用新型封裝后的示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細(xì)的說明。
[0021]一種發(fā)光二極管芯片的制造方法，包括:
[0022]I)在藍(lán)寶石襯底上依次生長出氮化鎵緩沖層，負(fù)型半導(dǎo)體材料層、發(fā)光層與正型半導(dǎo)體材料層；
[0023]2)在正型半導(dǎo)體材料層上同時刻蝕出電流阻擋區(qū)域和定義單顆芯片的切割槽，并在所述電流阻擋區(qū)域和定義單顆芯片的切割槽內(nèi)填充絕緣材料；
[0024]3)在正型半導(dǎo)體材料層上粘附導(dǎo)電支撐基材，剝離藍(lán)寶石襯底；
[0025]4)將剝離藍(lán)寶石襯底后顯露的氮化鎵緩沖層去除，至顯露出負(fù)型半導(dǎo)體材料層，再將負(fù)型半導(dǎo)體材料層的出光面粗化；
[0026]5)在所述的負(fù)型半導(dǎo)體材料層上，對應(yīng)于第2)步制作的電流阻擋區(qū)域上鍍上負(fù)電極；
[0027]6)在對應(yīng)步驟2形成的切割槽的位置切割導(dǎo)電支撐基材，崩裂外延片分離成單顆
-H-* I I
心/T O
[0028]實施例1，如圖1、圖2、圖3、圖4、圖6、圖7和圖8所示，首先采用常規(guī)的方式制作出藍(lán)綠光發(fā)光二級管芯片的外延片，即在藍(lán)寶石襯底5上依次生長出氮化鎵緩沖層4、由氮化鎵材料制作的負(fù)型半導(dǎo)體材料層3、發(fā)光層2與正型半導(dǎo)體材料層I。然后于外延片的正型半導(dǎo)體材料層I上，使用干式蝕刻法同時刻蝕出多個圓柱狀電流阻擋區(qū)域11和圍繞所述電流阻擋區(qū)域11定義單顆芯片的切割槽7。所述電流阻擋區(qū)域11的半徑約為負(fù)電極33大小，深度穿過發(fā)光層2達到并接觸負(fù)型半導(dǎo)體材料層3。同時，在該電流阻擋區(qū)域11和切割槽7填上絕緣材料6如SiOx，SixN (1-x)，SU8等材料。該切割槽7可以釋放應(yīng)力，方便定義每顆芯片的大小與位置，避免芯片漏電，提高切割良率。同時形成電流阻擋區(qū)域11和切割槽7的工藝優(yōu)點是避免后續(xù)在負(fù)型半導(dǎo)體材料層3上的負(fù)電極33下面再多做一道電流阻擋層制程，工藝較簡單，良率也比較高。完成上述步驟后，將正型半導(dǎo)體材料層I粘附到另一可導(dǎo)電的，并且熱膨脹系數(shù)與氮化鎵材料相近的導(dǎo)電支撐基材8上或是使用電鍍模式鍍出50?200um且熱膨脹系數(shù)與氮化鎵相近的金屬或合金以做為支撐基材8。導(dǎo)電支撐基材8的材料為導(dǎo)電的金屬或半導(dǎo)體材料可以是硅、銅、鈦鎢合金、鑰、氮化鋁或氧化鎵。接著將波長在250nm?360nm的準(zhǔn)分子激光J G透過藍(lán)寶石襯底5照射到氮化鎵緩沖層4與藍(lán)寶石襯底5接合面，利用波長吸收選擇性使得氮化鎵緩沖層4與藍(lán)寶石襯底5界面附近的氮化鎵局部受熱并分解成金屬鎵及氮氣，再加熱使金屬鎵液化即可將氮化鎵緩沖4與藍(lán)寶石襯底5分離。接著使用干式蝕刻法將無參雜的氮化鎵緩沖層4去除，顯露出負(fù)型半導(dǎo)體材料層3的氮化鎵，以利于負(fù)電極33或電流擴散層32與負(fù)型半導(dǎo)體材料層3形成奧姆接觸。接著利用電感偶合式響應(yīng)離子刻蝕機(ICP — RIE)使用響應(yīng)離子化學(xué)刻蝕的方法將表面粗造化。具體工藝是使用氯氣和三氯化硼反應(yīng)轟擊氮化鎵材料，沿負(fù)型半導(dǎo)體材料層表面能量較高處，如錯位、斷鍵等處選擇性刻蝕，同時用甲烷來防止反應(yīng)過快，緩和反應(yīng)過程。然后在粗化的負(fù)型半導(dǎo)體材料層3上再鍍上ITO電流擴散層32，后再鍍上負(fù)電極33。負(fù)電極33可以與ITO電流擴散層33接觸，也可以不接觸與ITO電流擴散層33接觸。再在導(dǎo)電支撐基材8 —側(cè)，對應(yīng)步驟2形成的切割槽7的位置切割導(dǎo)電支撐基材8，崩裂外延片分離成單顆芯片，即構(gòu)成如圖8所示的單顆發(fā)光二極管芯片。
[0029]實施例2，本實施例與實施例1不同之處在于采用化學(xué)腐蝕的方法剝離藍(lán)寶石襯底5。首先在所述第I)步中的藍(lán)寶石襯底5與氮化鎵緩沖層4之間或者氮化鎵緩沖層4與負(fù)型半導(dǎo)體材料層3之間加入一層氮化鋁界面層51 ;再在所述第3)步中采用顯影劑、磷酸、氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液將所述氮化鋁界面層51腐蝕，以分離藍(lán)寶石襯底5。參考圖5，具體是在生長氮化鎵緩沖層4或負(fù)型半導(dǎo)體材料層3的工藝之前，先生長出厚度在10?IOOnm氮化鋁界面層51。該氮化鋁界面層51也可由氮化銦及氮化鋁形成的超晶格取代，其中氮化銦及氮化鋁的厚度分別介于10?lOOnm，形成的超晶格周期數(shù)大于I小于20。蝕刻時將試片放置于顯影劑(即NaOH與Na2Si03的混合劑)或磷酸或氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液中并保持溫度在20到80攝氏度之間即可將界面層腐蝕，進而將藍(lán)寶石襯底與外延架構(gòu)分離。
[0030]實施例3，本實施例與實施例1的不同之處在于利用熱強酸和強堿腐蝕負(fù)型半導(dǎo)體材料層的出光面而粗化。所述的強酸為磷酸、硫酸、鹽酸或硝酸，所述強堿為氫氧化鉀或氫氧化鈉。利用加熱的磷酸或氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液中并保持溫度在60到150攝氏度之間即可選擇性的沿著表面缺陷腐蝕，腐蝕時間可以依照需要的粗化程度來進行。
[0031]實施例4，本實施例與實施例1的不同之處在于使用鉆石粉研磨負(fù)型半導(dǎo)體材料層3的出光面而粗化。
[0032]由以上的工藝過程可知，單顆的發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)包括正型半導(dǎo)體材料層1，發(fā)光層2、負(fù)型半導(dǎo)體材料層3和負(fù)型半導(dǎo)體材料層3上的負(fù)電極33，所述正型半導(dǎo)體材料層I上粘附有導(dǎo)電支撐基材8。參考圖8和圖9，最下層的是支撐基材8，支撐基材8上是正型半導(dǎo)體材料層1，正型半導(dǎo)體材料層I上是發(fā)光層2，發(fā)光層2上是負(fù)型半導(dǎo)體材料層3，負(fù)型半導(dǎo)體材料層3上方的出光面為粗化結(jié)構(gòu)，形成有粗化面31，負(fù)型半導(dǎo)體材料層3上還覆蓋有ITO電流擴散層32，ITO電流擴散層32上形成有負(fù)電極33。在所述負(fù)電極33覆蓋的區(qū)域形成有穿透正型半導(dǎo)體材料層I，發(fā)光層2并接觸或侵入負(fù)型半導(dǎo)體材料層3的電流阻擋區(qū)域11，所述電流阻擋區(qū)域11內(nèi)填充有由SiOx或SixN(1_x)或SU8材料制作的絕緣材料。由于本實用新型正型半導(dǎo)體材料層I粘附在導(dǎo)電的支撐基材8上，所以采用本實用新型芯片封裝時，用導(dǎo)電膠將支撐基材8粘附在封裝支架上，再利用一根焊線連接負(fù)電極33與封裝支架的另一管腳即可，封裝工藝簡單。同時，由于電流阻擋區(qū)域11穿透正型半導(dǎo)體材料層1，發(fā)光層2并接觸或侵入負(fù)型半導(dǎo)體材料層3，在正型半導(dǎo)體材料層I內(nèi)，空穴KX從電流阻擋區(qū)域11外流向發(fā)光層2 ;在負(fù)型半導(dǎo)體材料層3內(nèi)，電子DZ從負(fù)電極3流向發(fā)光層2，更多的電流分布在負(fù)電極33遮擋的區(qū)域外，出光效率更高。
[0033]采用上述芯片封裝后即構(gòu)成本實用新型的一種發(fā)光二極管，如圖10所示，該發(fā)光二極管包括支架Fl及其兩導(dǎo)電腳F11，安裝在支架上的芯片，連接芯片與支架導(dǎo)電腳的焊線F2，封裝支架及芯片的封裝膠體F3，所述芯片包括正型半導(dǎo)體材料層1，發(fā)光層2、負(fù)型半導(dǎo)體材料層3和負(fù)型半導(dǎo)體材料層上的負(fù)電極33，所述正型半導(dǎo)體材料層I上粘附有導(dǎo)電支撐基材8，所述導(dǎo)電支撐基材8通過導(dǎo)電膠F4與支架Fl的一導(dǎo)電腳Fll電連接，所述負(fù)型半導(dǎo)體材料層3上的負(fù)電極33通過焊線F5與支架Fl的另一導(dǎo)電腳Fll電連接。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)光二極管，包括支架及其兩導(dǎo)電腳，安裝在支架上的芯片，連接芯片與支架導(dǎo)電腳的焊線，封裝支架及芯片的封裝膠體，所述芯片包括正型半導(dǎo)體材料層，發(fā)光層、負(fù)型半導(dǎo)體材料層和負(fù)型半導(dǎo)體材料層上的負(fù)電極，其特征在于:所述正型半導(dǎo)體材料層上粘附有導(dǎo)電支撐基材，所述負(fù)電極覆蓋的區(qū)域形成有穿透正型半導(dǎo)體材料層，發(fā)光層并接觸負(fù)型半導(dǎo)體材料層的電流阻擋區(qū)域，所述負(fù)型半導(dǎo)體材料層的出光面形成有粗化結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)電支撐基材通過導(dǎo)電膠與支架的一導(dǎo)電腳電連接，所述負(fù)型半導(dǎo)體材料層上的負(fù)電極通過焊線與支架的另一導(dǎo)電腳電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)光二極管，其特征在于:所述電流阻擋區(qū)域內(nèi)填充有絕緣材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種發(fā)光二極管，其特征在于:所述的絕緣材料為SiOx或SixN(1_x)或 SU8。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)光二極管，其特征在于:所述負(fù)型半導(dǎo)體材料層與負(fù)電極之間還設(shè)置有一層電流擴散層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)光二極管，其特征在于:所述的導(dǎo)電支撐基材為電鍍在正型半導(dǎo)體材料層上，熱膨脹系數(shù)與氮化鎵相近的材料層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)光二極管，其特征在于:所述的導(dǎo)電支撐基材為接合在正型半導(dǎo)體材料層上，熱膨脹系數(shù)與氮化鎵相近的材料層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種發(fā)光二極管,其特征在于:所述導(dǎo)電支撐基材的材料為:娃、銅、鈦鶴合金、鑰、氮化招或氧化鎵。
【文檔編號】H01L33/38GK203574001SQ201320534855
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月29日
【發(fā)明者】劉晶, 葉國光 申請人:劉晶