一種倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種倒裝發(fā)光二極管及其制作方法，包括：一基板；一外延層，位于所述基板之上，所述外延層包括：第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層以及夾于第一半導(dǎo)體層與第二半導(dǎo)體層之間的發(fā)光層；至少一個開口結(jié)構(gòu)，位于所述外延層的邊緣位置之上，且延伸至基板表面，使得部分外延層的側(cè)壁以及部分基板表面裸露，從而將外延層劃分為外延主體層與阻隔柵結(jié)構(gòu)；一絕緣層，位于所述開口結(jié)構(gòu)之上，作為金屬電極隔離層。
【專利說明】一種倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，尤其是涉及一種倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)及其制作方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]發(fā)光二極管(英文為LED，縮寫為Light EmittingDiode)由于具有壽命長、耗能低等優(yōu)點，應(yīng)用于各種領(lǐng)域，尤其隨著其照明性能指標日益大幅提升，LED的應(yīng)用越來越廣泛，例如用于光學(xué)顯示裝置、交通標志、數(shù)據(jù)儲存裝置、通信裝置及照明裝置等。其中，以氮化鎵(GaN)為代表的II1-V族化合物半導(dǎo)體由于具有帶隙寬、發(fā)光效率高、電子飽和漂移速度高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點，在高亮度藍光發(fā)光二極管、藍光激光器等光電子器件領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力，引起了人們的廣泛關(guān)注。
[0004]然而，目前半導(dǎo)體發(fā)光二極管存在著發(fā)光效率低的問題。對于普通的未經(jīng)封裝的發(fā)光二極管，大量的能量聚集在器件內(nèi)部不能出射，既造成能量浪費，又影響器件的使用壽命。因此，提高半導(dǎo)體發(fā)光二極管的出光效率成為現(xiàn)在最大的課題?；趹?yīng)用需求，許多種提高發(fā)光二極管出光效率的方法被應(yīng)用到器件結(jié)構(gòu)中，例如采用透明襯底、表面粗化、金屬反射鏡結(jié)構(gòu)、倒裝芯片等。其中倒裝芯片由于具備耐大電流、電壓低、光效高、無需打線等應(yīng)用優(yōu)勢受到越來越多重視。
[0005]目前倒裝發(fā)光二極管芯片一般被設(shè)計成矩形形狀，結(jié)構(gòu)上一般是由基板、外延層、P型歐姆接觸層(兼做反射金屬層)、絕緣層、N型歐姆接觸層至下而上形成的層狀堆疊結(jié)構(gòu)，其中金屬層均做成較大面狀結(jié)構(gòu)，因此絕緣層的設(shè)計就尤為重要，一旦絕緣層有破損，就會造成P、N電極短路；一般芯片內(nèi)部的絕緣層較為穩(wěn)定不易破裂，但是芯片邊緣的絕緣層往往會在芯片切割工藝中產(chǎn)生破裂，另一方面因考慮芯片的出光效率、電流分布，尤其是對于大尺寸芯片設(shè)計，P、N金屬電極的大小、位置受限，在封裝時如采用錫膏焊接的作業(yè)方式，往往會造成錫膏涂布不均、錫膏溢流出焊盤區(qū)域，若遇到芯粒邊緣絕緣層受損時就會發(fā)生電路不良、漏電等異常，如圖1和2所示，影響封裝作業(yè)的良率，不利于倒裝芯片的推廣應(yīng)用。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，從芯片設(shè)計與制作工藝中采用特殊阻隔柵結(jié)構(gòu)，提供一種具有提高可靠性的倒裝發(fā)光二極管芯片及其制作方法，從根本上解決錫膏或其他固晶導(dǎo)電材料溢流導(dǎo)致芯片內(nèi)部短路問題。
[0008]本發(fā)明通過在倒裝發(fā)光二極管芯片的外延層邊緣制作阻隔柵結(jié)構(gòu)，避免常規(guī)芯片絕緣層包覆材料在芯片切割中容易發(fā)生破裂，從而形成新型絕緣防護結(jié)構(gòu)，有效保護了芯片的側(cè)壁，避免芯片在使用中由于錫膏或其他固晶導(dǎo)電材料的溢流導(dǎo)致短路，提高芯片的
可靠性。[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括:
一基板；
一外延層，位于所述基板之上，所述外延層包括:第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層以及夾于第一半導(dǎo)體層與第二半導(dǎo)體層之間的發(fā)光層；
至少一個開口結(jié)構(gòu)，位于所述外延層的邊緣位置之上，且延伸至基板表面，使得部分外延層的側(cè)壁以及部分基板表面裸露，從而將外延層劃分為外延主體層與阻隔柵結(jié)構(gòu)；
一絕緣層，位于所述開口結(jié)構(gòu)之上，作為金屬電極隔離層。
[0010]上述倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，還可以包括在外延層上形成至少一個開口結(jié)構(gòu)之前增設(shè)反射層，所述反射層可以是反射金屬層或者是分布布拉格反射層或者是全方位反射層；還可以包括在形成絕緣層后，再在外延層上設(shè)置金屬電極。
[0011]本發(fā)明還提供一種倒裝發(fā)光二極管的制作方法，其主要包括以下工藝步驟:
1)提供一基板；
2)在基板上制作外延層，所述外延層包括:第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層以及夾于第一半導(dǎo)體層與第二半導(dǎo)體層之間的發(fā)光層；
3)采用蝕刻工藝，從外延層表面往下蝕刻出至少一個開口結(jié)構(gòu)，且延伸至基板表面，使得部分外延層的側(cè)壁以及部分基板表面裸露，從而將外延層劃分為外延主體層與阻隔柵結(jié)構(gòu)；
4)在所述開口結(jié)構(gòu)沉積絕緣層，作為金屬電極隔離層。
[0012]上述倒裝發(fā)光二極管的制作方法，還可以包括以下工藝步驟:在外延層上形成至少一個開口結(jié)構(gòu)之前先形成反射層，所述反射層可以是反射金屬層或者是分布布拉格反射層或者是全方位反射層；也可以包括在形成絕緣層后，再在外延層上制作金屬電極。
[0013]本發(fā)明中,優(yōu)選地,所述開口結(jié)構(gòu)為U型或者是V型或者是W型或者是前述任意組
I=I ^ O
[0014]本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述基板可以是生長基板或者是散熱基板或者是粘合基板或者是前述任意組合之一。
[0015]本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述生長基板材料可以是藍寶石(Al2O3)或者是碳化硅(SiC)或者是氮化鎵(GaN)或者是前述任意組合之一。
[0016]本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述反射金屬層包括Ag或者是Al或者是Rh或者是前述任意
組合之一。
[0017]本發(fā)明中，優(yōu)選地,所述絕緣層可以是SiO2或者是SiNx或者是TiO2或者是前述材料任意組合之一。
[0018]本發(fā)明中，優(yōu)選地,所述金屬電極可以是Ni/Au或者是Cr/Pt/Au或者是Ti/Al/Ti/Au或前述的任意組合之一。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少包括如下有益效果:
本發(fā)明通過在倒裝發(fā)光二極管芯片的外延層邊緣制作開口，形成外圍或局部的阻隔柵結(jié)構(gòu)，發(fā)揮絕緣防護作用，有效地保護芯片的側(cè)壁，克服常規(guī)芯片絕緣層包覆材料在芯片切割中容易發(fā)生破裂的隱患，從而避免芯片在使用中由于錫膏或其他固晶導(dǎo)電材料的溢流導(dǎo)致短路，提高倒裝發(fā)光二極管芯片的可靠性和良率。
[0020]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
[0021]雖然在下文中將結(jié)合一些示例性實施及使用方法來描述本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，并不旨在將本發(fā)明限制于這些實施例。反之，旨在覆蓋包含在所附的權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)的所有替代品、修正及等效物。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。
[0023]圖1是現(xiàn)有的倒裝發(fā)光二極管的剖視圖。
[0024]圖2是現(xiàn)有的倒裝發(fā)光二極管的頂視圖。
[0025]圖3是本發(fā)明實施例1的倒裝發(fā)光二極管的剖視圖。
[0026]圖4是本發(fā)明實施例1的倒裝發(fā)光二極管的頂視圖。
[0027]圖5、是本發(fā)明實施例2制作倒裝發(fā)光二極管的工藝流程剖面示意圖。
[0028]圖10是本發(fā)明實施例3的倒裝發(fā)光二極管的剖視圖。
[0029]圖11是本發(fā)明實施例4的倒裝發(fā)光二極管的剖視圖。
[0030]圖12是本發(fā)明實施例4的倒裝發(fā)光二極管的頂視圖。
[0031]圖中部件符號說明:
100:生長基板；101:N型層102:發(fā)光層；103:P型層；104:金屬電極；105:絕緣層；106:V型開口結(jié)構(gòu)；107:錫膏；108:反射層；109:W型開口結(jié)構(gòu)；A:外延主體層；B:阻隔柵結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0032]以下將結(jié)合附圖及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0033]實施例1
如圖3和4所示的氮化鎵基倒裝發(fā)光二極管，包括:生長基板100、N型層101、發(fā)光層102、P型層103、金屬電極104、絕緣層105、V型開口結(jié)構(gòu)106、外延主體層A與阻隔柵結(jié)構(gòu)B0
[0034]具體來說，上述氮化鎵基倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中生長基板100為藍寶石基板；夕卜延層，形成于發(fā)光層102上，其中外延層依次包括N型層101、發(fā)光層102和P型層103 ；V型開口結(jié)構(gòu)106，位于所述外延層的邊緣位置之上，且延伸至生長基板100表面，使得部分外延層的側(cè)壁以及部分基板表面裸露，從而將外延層劃分為外延主體層A與阻隔柵結(jié)構(gòu)B，由于阻隔柵結(jié)構(gòu)B與外延主體層A分離，可以充當“擋墻”的作用，盡可能增加焊錫攀爬的難度，又由于芯片切割線位于B外側(cè)而不是位于V型槽，因此V型槽內(nèi)絕緣層不易因切割應(yīng)力發(fā)生破損，從而有效地避免芯片在使用中由于錫膏107的溢流導(dǎo)致短路，從而改善倒裝發(fā)光二極管芯片的可靠性和良率；金屬電極104，形成于部分外延主體層A上；絕緣層105，形成于V型開口結(jié)構(gòu)106之上,作為金屬電極隔離層。
[0035]實施例2
如圖5、所示的倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作工藝流程剖面示意圖，具體來說:
如圖5所示，首先提供生長基板100，在本實施例中，所述生長基板100選用藍寶石，用以形成GaN基倒裝發(fā)光二極管的磊晶基板；然而應(yīng)當認識到，所述生長基板100還可以是碳化硅或氮化鎵或硅或其他基板；
如圖6所示，在生長基板100上長外延層，外延層依次包括N-GaN層101、發(fā)光層102和P-GaN層103，更進一步地，還可以先在生長基板上生長GaN緩沖層，再生長外延層，以取得更優(yōu)的晶格質(zhì)量；
如圖7所示，采用ICP蝕刻工藝定義芯片尺寸，從外延層之P-GaN層表面103往下蝕刻出V型開口結(jié)構(gòu)106，且延伸至生長基板100表面，使得部分外延層的側(cè)壁以及部分基板表面裸露，從而將外延層劃分為外延主體層A與阻隔柵結(jié)構(gòu)B，即阻隔柵結(jié)構(gòu)B與外延主體層A完全分離；
如圖8所不,在部分外延主體層A表面上制作金屬電極104,其中金屬電極104優(yōu)選Cr/Vt/Ku材料。
[0036]如圖9所示，在V型開口結(jié)構(gòu)106上沉積絕緣層105，作為金屬電極隔離層，其中絕緣層105優(yōu)選SiO2與TiO2多層交疊構(gòu)成的分布布拉格反射層；使用研磨設(shè)備對藍寶石生長基板減薄，并拋光，使用切割、劃裂工藝將芯片分割，每個芯片外延主體層A還應(yīng)至少保留一個阻隔柵結(jié)構(gòu)B，該結(jié)構(gòu)可以發(fā)揮絕緣防護作用，有效地保護芯片的外延層側(cè)壁，克服常規(guī)芯片絕緣層包覆材料在芯片切割中容易發(fā)生破裂的隱患，從而避免芯片在使用中由于錫膏或其他固晶導(dǎo)電材料的溢流導(dǎo)致短路，提高倒裝發(fā)光二極管芯片的可靠性和良率；此外，由于阻隔柵結(jié)構(gòu)B與外延主體層A完全隔離開，即使在芯片分割中可能于阻隔柵結(jié)構(gòu)B上產(chǎn)生絕緣層包覆材料破裂，也不會發(fā)生錫膏或其他固晶導(dǎo)電材料的溢流導(dǎo)致短路，因而有效提升倒裝發(fā)光二極管芯片的可靠性和良率。
[0037]實施例3
如圖10所示，與實施例1不同的是，本實施例在外延層上形成V型開口結(jié)構(gòu)106之前先形成反射層108，所述反射層108可以是反射金屬層或者是分布布拉格反射層或者是全方位反射層，本實施例反射層108優(yōu)選反射金屬層，反射金屬層可以包括Ni或者是Pt或者是Ag或者是Al或者是Rh。
[0038]實施例4
如圖1f 12所示，與實施例3不同的是，本實施例在外延層上形成開口結(jié)構(gòu)不是V型，是W型(屬于V型的變形，即開口結(jié)構(gòu)不限于一維光柵，可以是兩個或多個V型阻隔柵的組合，阻隔柵形狀也不限于V型，也可以是U型或其他曲線形狀)，需要指出的是W型開口結(jié)構(gòu)109中距外延層邊緣較遠的V型開口須延伸至基板100表面亦可，而W型開口結(jié)構(gòu)109中距外延層邊緣較近的V型開口可以不延伸至基板100表面亦可，只需為凹形結(jié)構(gòu)能起到阻隔的作用即可。
【權(quán)利要求】
1.一種倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括: 一基板； 一外延層，位于所述基板之上，所述外延層包括:第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層以及夾于第一半導(dǎo)體層與第二半導(dǎo)體層之間的發(fā)光層； 至少一個開口結(jié)構(gòu)，位于所述外延層的邊緣位置之上，且延伸至基板表面，使得部分外延層的側(cè)壁以及部分基板表面裸露，從而將外延層劃分為外延主體層與阻隔柵結(jié)構(gòu)； 一絕緣層，位于所述開口結(jié)構(gòu)之上，作為金屬電極隔離層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述阻隔柵結(jié)構(gòu)具有避免芯片在使用中由于錫膏或其他固晶導(dǎo)電材料的溢流導(dǎo)致短路，提高倒裝發(fā)光二極管芯片的可靠性和良率的功效。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述開口結(jié)構(gòu)為U型或者是V型或者是W型或者是前述任意組合之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于:還包括在外延層上形成至少一個開口結(jié)構(gòu)之前增設(shè)反射層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述反射層為反射金屬層或者是分布布拉格反射層或者是全方位反射層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的一種倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于:還包括在形成絕緣層后，再在外延層上設(shè)置金屬電極。
7.一種倒裝發(fā)光二極管的制作方法，其主要包括以下工藝步驟: 1)提供一基板； 2)在基板上制作外延層，所述外延層包括:第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層以及夾于第一半導(dǎo)體層與第二半導(dǎo)體層之間的發(fā)光層； 3)采用蝕刻工藝，從外延層表面往下蝕刻出至少一個開口結(jié)構(gòu)，且延伸至基板表面，使得部分外延層的側(cè)壁以及部分基板表面裸露，從而將外延層劃分為外延主體層與阻隔柵結(jié)構(gòu)； 4)在所述開口結(jié)構(gòu)沉積絕緣層，作為金屬電極隔離層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于:所述阻隔柵結(jié)構(gòu)具有避免發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)在使用中由于錫膏或其他固晶導(dǎo)電材料的溢流導(dǎo)致短路，提聞倒裝發(fā)光 極管的可罪性和良率的功效。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于:所述開口結(jié)構(gòu)為U型或者是V型或者是W型或者是前述任意組合之一。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于:還包括在外延層上形成至少一個開口結(jié)構(gòu)之前先形成反射層。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于:還包括在形成絕緣層后，再在外延層上制作金屬電極。
【文檔編號】H01L33/00GK103996773SQ201410248717
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】何安和, 林素慧, 鄭建森, 彭康偉, 林瀟雄, 徐宸科 申請人:廈門市三安光電科技有限公司