倒裝焊技術製作氮化鎵基發光二極體管芯的方法
2023-12-08 10:52:26 2
專利名稱：倒裝焊技術製作氮化鎵基發光二極體管芯的方法
技術領域：
本發明屬於半導體技術領域，特別是指倒裝焊技術製作氮化鎵基發光二極體管芯的方法。
背景技術：
III-V族氮化鎵(GaN)基化合物半導體及其量子阱結構發光二極體(LED)具有高可靠性、高效率、長壽命、全固體化、耗電少等優點，在大屏幕顯示、交通燈信息指示及一般的光顯示和指示領域具有巨大的應用市場，特別是氮化鎵基紫光或藍光發光二極體與螢光粉結合可以製成白光二極體，在照明領域具有潛在的應用市場，有望將來取代現在的白熾燈和螢光燈，成為21世紀的綠色照明光源。為了適應未來的照明要求，利用倒裝焊技術製作氮化鎵發光二極體管芯，可以增加熱傳導，增大工作電流，提高發光強度，降低生產成本。現在一般採用的倒裝焊技術製作氮化鎵基發光二極體管芯的方法是，利用刻蝕的方法形成N型電極的接觸區域，然後製備P型和N型歐姆接觸電極，接著在P型和N型歐姆接觸電極區域製備銦拄，並在支撐體上製備相應的銦拄，將管芯倒裝焊到支撐體上，最後將這種管芯焊接到導熱性好的熱沉上。這種製備方法需要刻蝕N型臺面，並且散熱面積小，影響了管芯的工作性能和壽命。
發明內容
本發明的目的是提供一種倒裝焊技術製作氮化鎵基發光二極體管芯的新方法，這種方法可以簡化製作工藝，增大有效發光面積和散熱面積，提高熱的傳導速率，使管芯可以在更大電流下工作，提高管芯的性能和壽命。
本發明一種倒裝焊技術製作氮化鎵基發光二極體管芯的方法，其特徵在於，包括如下步驟1)在藍寶石等絕緣襯底上利用金屬化學有機氣相沉積方法外延生長氮化鎵N型氮化鎵層，發光有源區和P型氮化鎵層；2)設計管芯和相應的管芯分割道的尺寸，在設計好的管芯的P型氮化鎵層上製備具有高反射率的P型歐姆接觸電極，並在整個P型電極區域製備倒裝金屬焊料；3)將藍寶石襯底從背面用研磨的方法或離子減薄技術將其減薄到70μm到150μm之間；4)利用切割法或劃片法等管芯分割技術沿設計好的管芯的分割道將外延片上的管芯分割成單個管芯；5)在支撐體上沉積二氧化矽或氮化矽等絕緣隔離層，然後根據設計的管芯大小，用光刻和蒸發等方法在沉積有二氧化矽或氮化矽等絕緣隔離層的支撐體上蒸鍍與管芯P型歐姆接觸電極大小相對應的金屬焊料層；6)利用倒裝焊技術將分割好的單個管芯的P型面金屬焊料層和支撐體上與管芯P型歐姆接觸電極大小相對應的金屬焊料層焊接在一起；7)在管芯P型歐姆接觸電極的相應位置，從支撐體的背面用幹法刻蝕或溼法腐蝕方法開孔直到二氧化矽或氮化矽等絕緣隔離層，最後用化學腐蝕的方法將孔底部的二氧化矽或氮化矽等絕緣隔離層去掉，形成P型歐姆接觸電極引出孔；8)在開孔後的支撐體的背面蒸鍍或電鍍金屬層，引出管芯的P型電極；9)在倒裝焊好管芯的背面利用光刻和蒸發等方法在管芯的側面沉積一金屬層，形成管芯的N型歐姆接觸電極；10)根據設計的管芯大小，將支撐體用劃片或切割的方法分割成具有單個管芯的支撐體；11)最後將具有單個管芯支撐體的P型歐姆接觸電極引出面通過焊料焊接到熱沉上，形成一個完整的具有良好導熱性能的管芯。
其中管芯整個P型歐姆接觸電極面與支撐體上的焊料面完全接觸。
其中採用幹法刻蝕或溼法腐蝕的方法從支撐體的背面開孔形成P型歐姆接觸電極的引出孔，利用蒸發或濺射或電鍍方法形成金屬層，使P型歐姆接觸電極從支撐體的背面引出，P型歐姆接觸電極引出層金屬為鎳、金、鉑、鉻、鈦、鋁及其合金或者銦、銦錫合金、金錫合金或者鉛錫合金等，其厚度為0.01-100微米之間。
其中利用氮化鎵基發光二極體外延結構的N型層的側面作為管芯N型歐姆接觸電極接觸區域，N型歐姆接觸電極的金屬為鈦、鋁，鉻及其合金或者銦或銦錫合金或者金錫合金等，其厚度為0.3-100微米之間。
該方法適用於任意尺寸大小和任意形狀的氮化鎵基發光二極體管芯的製作。
其中管芯倒裝焊的支撐體為矽或者氧化鈹或者氮化鋁、金剛石高熱導率的材料。
其中所使用的熱沉為無氧銅、鎢銅合金或銅等金屬材料製作的。
為了進一步說明本發明的技術內容，以下結合實施例及附圖對本發明做一詳細的描述，其中圖1是本發明中的氮化鎵基發光二極體管芯結構的剖面圖；圖2是本發明的管芯倒裝焊到支撐體後的剖面圖；圖3是本發明的利用倒裝焊技術製作的管芯的剖面圖。
具體實施例方式
本發明一種利用倒裝焊技術製備氮化鎵基發光二極體管芯的方法，其特徵在於，這種方法與傳統的技術相比，在倒裝焊的管芯支撐體上開孔，將氮化鎵基發光二極體P型電極從管芯支撐體的背面引出，利用氮化鎵基發光二極體外延結構的N型層的側面作為管芯N型歐姆接觸電極的接觸區域，並將這種管芯的支撐體的背面焊接到熱沉上，這種製作管芯的方法可以省去傳統製作工藝技術中的管芯N型接觸區域的刻蝕工藝步驟，增加了光輸出面積，利用在倒裝焊的管芯支撐體上開孔，從管芯支撐體的背面將P型電極引出的方法，使整個P型面與支撐體的上的焊料面接觸，可以增大散熱面積，提高散熱效率，與傳統的倒裝焊技術製作的管芯相比，這種管芯可以在更大電流下工作，提高了發光二極體管芯的性能和壽命。
本發明一種利用倒裝技術製備氮化鎵基發光二極體管芯的過程為利用金屬化學有機氣相沉積方法(MOCVD)方法在藍寶石等襯底上外延生長氮化鎵基發光二極體的結構，用光刻和蒸度、濺射等方法在外延片的P型層面上，根據設計的管芯大小製備具有高反射率的P型歐姆接觸電極和焊料金屬，用研磨的方法或離子減薄技術將其減薄到70μm到150μm之間，再用切割法或劃片法將管芯沿切割道分開形成單個管芯；在管芯支撐體上用等離子體化學氣相沉積(PECVD)或者低壓化學氣相沉積(LPCVD)等方法蒸鍍一層二氧化矽或氮化矽絕緣隔離層，然後根據設計的管芯大小用光刻和蒸發等方法在二氧化矽或氮化矽絕緣隔離層的支撐體上形成與管芯P型接觸電極面相對應的金屬焊料層，利用倒裝焊技術將單個管芯倒裝焊到支撐體上；在管芯P電極的相應位置，從支撐體的背面用幹法刻蝕或溼法腐蝕方法開孔直到二氧化矽或氮化矽等絕緣隔離層，接著用化學腐蝕的方法將孔底部的二氧化矽或氮化矽等絕緣隔離層去掉，形成P電極引出孔，在開孔後的支撐體的背面蒸鍍金屬層引出管芯的P型電極，然後在倒裝焊好的管芯的背面利用光刻和蒸發等方法在管芯的側面沉積一金屬層，形成管芯N型歐姆接觸電極，並根據設計的管芯大小將支撐體用劃片或切割的方法分割成具有單個管芯的支撐體。最後將具有單個管芯支撐體的的P型電極引出面通過焊料焊接到熱沉上，形成一個完整的具有很好導熱性能的管芯。
首先請參閱圖1所示，這是一個氮化鎵基發光二極體管芯結構的剖面圖，其製作過程過程是，在藍寶石襯底10上利用MOCVD方法外延生長N型GaN層11，發光有源區12和P型GaN接觸層13；管芯的形狀設計成正方形，尺寸為1mm×1mm，然後根據設計的管芯圖形和尺寸在P型GaN層13上利用蒸發的方法製備0.2微米厚的金屬銀(Ag)，並且在300攝氏度合金5分鐘形成具有高反射率的P型歐姆接觸電極14，然後在其上蒸發0.5微米的倒裝焊料金屬銦(In)15，將藍寶石襯底從背面用研磨的方法將其減薄到100μm，利用雷射劃片技術沿設計好的管芯的分割道將外延片上的管芯分割成單個管芯。
請再參閱圖2所示，在支撐體矽襯底20上利用PECVD方法沉積0.5微米厚的二氧化矽絕緣隔離層21，再根據設計的管芯大小在其上蒸發0.5微米與管芯P型層面相對應的倒裝焊料金屬銦(In)22，然後利用倒裝焊技術將已經分割成的單個管芯倒裝焊到管芯支撐體上。
最後請參閱圖3所示，在管芯P電極的相應位置，從支撐體的背面用反應離子刻蝕方法開孔直到二氧化矽絕緣隔離層，並用化學腐蝕的方法將孔底部的二氧化矽絕緣隔離層21去掉，形成P電極引出孔30，最後在開孔後的支撐體的背面用電鍍方法形成5微米厚的金錫合金31引出管芯的P型電極。在倒裝焊好管芯的背面利用光刻和蒸發等方法在管芯的側向沉積3微米厚的金屬鈦/鋁(0.1微米/2.9微米)層32，形成管芯N型歐姆接觸電極，然後根據設計的管芯大小將支撐體用劃片或切割的方法分割成具有單個管芯的支撐體。最後將具有單個管芯的支撐體的的P型電極引出面通過金錫合金焊料層33焊接到銅熱沉34上，形成一個完整的具有很好導熱性能的管芯。
本發明提供了一種利用倒裝技術製備氮化鎵基發光二極體的新方法，這種方法可以簡化氮化鎵基發光二極體管芯的製作工藝，增大有效發光面積和散熱面積，提高熱傳導速率，使管芯在更大電流下工作，提高管芯的性能和壽命。
權利要求
1.一種倒裝焊技術製作氮化鎵基發光二極體管芯的方法，其特徵在於，包括如下步驟1)在藍寶石等絕緣襯底上利用金屬化學有機氣相沉積方法外延生長氮化鎵N型氮化鎵層，發光有源區和P型氮化鎵層；2)設計管芯和相應的管芯分割道的尺寸，在設計好的管芯的P型氮化鎵層上製備具有高反射率的P型歐姆接觸電極，並在整個P型電極區域製備倒裝金屬焊料；3)將藍寶石襯底從背面用研磨的方法或離子減薄技術將其減薄到70μm到150μm之間；4)利用切割法或劃片法等管芯分割技術沿設計好的管芯的分割道將外延片上的管芯分割成單個管芯；5)在支撐體上沉積二氧化矽或氮化矽等絕緣隔離層，然後根據設計的管芯大小，用光刻和蒸發等方法在沉積有二氧化矽或氮化矽等絕緣隔離層的支撐體上蒸鍍與管芯P型歐姆接觸電極大小相對應的金屬焊料層；6)利用倒裝焊技術將分割好的單個管芯的P型面金屬焊料層和支撐體上與管芯P型歐姆接觸電極大小相對應的金屬焊料層焊接在一起；7)在管芯P型歐姆接觸電極的相應位置，從支撐體的背面用幹法刻蝕或溼法腐蝕方法開孔直到二氧化矽或氮化矽等絕緣隔離層，最後用化學腐蝕的方法將孔底部的二氧化矽或氮化矽等絕緣隔離層去掉，形成P型歐姆接觸電極引出孔；8)在開孔後的支撐體的背面蒸鍍或電鍍金屬層，引出管芯的P型電極；9)在倒裝焊好管芯的背面利用光刻和蒸發等方法在管芯的側面沉積一金屬層，形成管芯的N型歐姆接觸電極；10)根據設計的管芯大小，將支撐體用劃片或切割的方法分割成具有單個管芯的支撐體；11)最後將具有單個管芯支撐體的P型歐姆接觸電極引出面通過焊料焊接到熱沉上，形成一個完整的具有良好導熱性能的管芯。
2.根據權利要求1所述的倒裝焊技術製作氮化鎵基發光二極體管芯的方法，其特徵在於，其中管芯整個P型歐姆接觸電極面與支撐體上的焊料面完全接觸。
3.根據權利要求1所述的倒裝焊技術製作氮化鎵基發光二極體管芯的方法，其特徵在於，其中採用幹法刻蝕或溼法腐蝕的方法從支撐體的背面開孔形成P型歐姆接觸電極的引出孔，利用蒸發或濺射或電鍍方法形成金屬層，使P型歐姆接觸電極從支撐體的背面引出，P型歐姆接觸電極引出層金屬為鎳、金、鉑、鉻、鈦、鋁及其合金或者銦、銦錫合金、金錫合金或者鉛錫合金等，其厚度為0.01-100微米之間。
4.根據權利要求1所述的倒裝焊技術製作氮化鎵基發光二極體管芯的方法，其特徵在於，其中利用氮化鎵基發光二極體外延結構的N型層的側面作為管芯N型歐姆接觸電極接觸區域，N型歐姆接觸電極的金屬為鈦、鋁，鉻及其合金或者銦或銦錫合金或者金錫合金等，其厚度為0.3-100微米之間。
5.根據權利要求1所述的倒裝焊技術製作氮化鎵基發光二極體管的方法，其特徵在於，該方法適用於任意尺寸大小和任意形狀的氮化鎵基發光二極體管芯的製作。
6.根據權利要求1所述的倒裝焊技術製作氮化鎵基發光二極體管芯的方法，其特徵在於，其中管芯倒裝焊的支撐體為矽或者氧化鈹或者氮化鋁、金剛石高熱導率的材料。
7.根據權利要求1所述的倒裝焊技術製作氮化鎵基發光二極體管芯的方法，其特徵在於，其中所使用的熱沉為無氧銅、鎢銅合金或銅等金屬材料製作的。
全文摘要
一種倒裝焊技術製作氮化鎵基發光二極體管芯的方法，包括如下步驟在藍寶石等絕緣襯底上生長氮化鎵N型氮化鎵層，發光有源區和P型氮化鎵層；在管芯的P型氮化鎵層上製備P型歐姆接觸電極；將藍寶石襯底減薄到70μm到150μm之間；在支撐體上沉積二氧化矽或氮化矽等絕緣隔離層，在沉積有二氧化矽或氮化矽等絕緣隔離層的支撐體上蒸鍍與管芯P型歐姆接觸電極大小相對應的金屬焊料層；在管芯P型歐姆接觸電極上開孔；在開孔後的支撐體的背面蒸鍍或電鍍金屬層，引出管芯的P型電極；在倒裝焊好管芯的背面利用光刻和蒸發等方法在管芯的側面沉積一金屬層；最後將具有單個管芯支撐體的P型歐姆接觸電極焊接到熱沉上，形成一個完整的具有良好導熱性能的管芯。
文檔編號H01L33/00GK1627544SQ20031012054
公開日2005年6月15日 申請日期2003年12月12日 優先權日2003年12月12日
發明者楊輝, 張書明, 王良臣 申請人:中國科學院半導體研究所