一種led管晶片電極的製作方法、led管晶片及led管的製作方法
2023-05-28 13:47:11 3
一種led管晶片電極的製作方法、led管晶片及led管的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種焊線成本低，焊點可靠的LED晶片電極的製作方法，包括在襯底上依次生長出N型半導體層，發光層和P型半導體層，1）在所述P型半導體層上需要製作P型電極的區域鍍上與P型半導體層非奧姆接觸的第一電極接觸層；2）在所述第一電極接觸層上鍍上電流阻擋層；3）在所述P型半導體層上，未被上述第一電極接觸層和電流阻擋層覆蓋的區域鍍上電流擴散層；4）在所述電流阻擋層上鍍上與電流擴散層歐姆接觸的第二電極接觸層；5）在所述第二電極接觸層上鍍上第三電極接觸層；6）在所述第三電極接觸層上採用化學方法鍍上材料為金的電極焊線層。
【專利說明】—種LED管晶片電極的製作方法、LED管晶片及LED管
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種LED管晶片的製作方法、LED晶片及LED,尤其一種LED管晶片上的電極的製作方法，採用該方法的LED晶片及LED。
【背景技術】
[0002]所謂的LED管(LED)就是將具備直接能隙的半導體材料層做成P/N 二極體，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電帶。再施以順向偏壓，則電子會躍升至導電帶，而電子在原價鍵帶上的原位置即產生空穴。在適當的偏壓下，電子、空穴便會在P/N節區域(P-N Juction)結合而發光，電源的電流會不斷的補充電子和空穴給負N型半導體和正P型半導體，使得電子、空穴結合而發光得以持續進行。LED發光的原理是電子和空穴的結合，電子所帶的能量，以光的形式釋放出來，稱為自發放射。一般LED所放出的光便是屬於此種類型。
[0003]一顆傳統的藍綠光晶片架構如圖1所示，可分成正極焊點01、透明電極02、正型氮化鎵03、發光層04、極焊點05、負型氮化鎵06、本質型氮化鎵緩衝07、藍寶石襯底8組成。其電極結構是直接在正型氮化鎵03和負型氮化鎵06上蒸發鍍金或濺射鍍金的Cr，Pt，Au。採用這種電極結構的晶片在封裝是必需使用材料為金的連接線，且由於共金性不好，焊線
質量不可靠。
【發明內容】
[0004]為了克服現有技術的不足，本發明提供一種封裝成本低、焊線質量可靠的LED管晶片製作方法、晶片及採用該晶片的LED管。
[0005]本發明解決其技術問題所採用的技術手段是:
[0006]—種LED管晶片電極的製造方法,包括在襯底上依次生長出N型半導體層,發光層和P型半導體層，I)在所述P型半導體層上需要製作P型電極的區域鍍上與P型半導體層非奧姆接觸的第一電極接觸層；2)在所述第一電極接觸層上鍍上電流阻擋層；3)在所述P型半導體層上，未被上述第一電極接觸層和電流阻擋層覆蓋的區域鍍上電流擴散層；4)在所述電流阻擋層上鍍上與電流擴散層歐姆接觸的第二電極接觸層；5)在所述第二電極接觸層上鍍上第三電極接觸層；6)在所述第三電極接觸層上採用化學方法鍍上材料為金的電極焊線層。
[0007]一種LED管晶片，包括襯底，和依次覆蓋在襯底上的N型半導體層、發光層、P型半導體層和設置於P型半導體層上的P型電極，所述P型電極包括有第一電極接觸層，所述第一接觸層上設置有電流阻擋層，所述P型半導體層上除電流阻擋層覆蓋的區域以外設置有電流擴散層，所述電流阻擋層上設置有第二電極接觸層，所述第二電極接觸層上設置有第三電極接觸層，所述第二電極接觸層和第三電極接觸層與電流擴散層歐姆接觸，所述第三電極接觸層上設置有材料為金的電極焊線層。
[0008]一種LED管，包括支架、安裝於支架上晶片、電連接晶片與支架的焊線和焊點、覆蓋所述支架和晶片的封裝膠體，將晶片固定在支架14上的導電膠141，所述晶片包括襯底，和依次覆蓋在襯底上的N型半導體層、發光層、P型半導體層和設置於P型半導體層上的P型電極，其特徵在於:所述P型電極包括有第一電極接觸層，所述第一接觸層上設置有電流阻擋層，所述P型半導體層上除電流阻擋層覆蓋的區域以外設置有電流擴散層，所述電流阻擋層上設置有第二電極接觸層，所述第二電極接觸層上設置有第三電極接觸層，所述第二電極接觸層和第三電極接觸層與電流擴散層歐姆接觸，所述第三電極接觸層上設置有材料為金的電極焊線層，所述焊線和焊點材料為:Au、Al、Ag、Pd、Cu或前述兩種以上的合金材料的組合合金。
[0009]本發明的有益效果是:本發明採用依次鍍上的第一電極接觸層、電流阻擋層、電流擴散層、第二電極接觸層、第三電極接觸層及最後在第三電極接觸層上用化學方法鍍上材料為金的電極焊線層的結構。由於採用該方法獲得的電流焊線層的質地比較軟，焊接性能好，在後續封裝時，可以選擇價格低廉的焊線材料如Al、Ag、Pd和Cu以降低成本，即使選擇Au為焊線也可以形成比現有的電極結構更可靠的焊點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是現有技術LED晶片的結構不意圖；
[0011]圖2是雙電極LED晶片的正面結構示意圖；
[0012]圖3是圖2A-A方向剖面的一種結構示意圖；
[0013]圖4是圖2A-A方向剖面的另一種結構示意圖；
[0014]圖5是單電極LED晶片剖面的結構示意圖；
[0015]圖6是雙電極LED晶片焊線結構示意圖；
[0016]圖7是雙電極LED晶片封裝結構示意圖；
[0017]圖8是單電極LED晶片封裝結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明。
[0019]實施例1，參考圖2、圖3和圖4，一種LED管晶片電極的製造方法，包括在襯底I上依次生長出N型半導體層2，發光層3和P型半導體層4 ;在所述P型半導體層上刻蝕部分區域，去除該區域的P型半導體層4、發光層3至顯露負N型半導體層2 ;顯露的N型半導體層2形成N型電極區21，用於製作N型電極22，未被蝕刻的P型半導體層4形成P型電極區41，用於製作P型電極42，所述P型電極42的製作方法包括以下步驟:1)在所述P型電極區41上需要製作P型電極42的區域鍍上與P型半導體層4非奧姆接觸的第一電極接觸層10 ;2)在所述第一電極接觸層10上鍍上電流阻擋層5 ;3)在所述P型電極區41上，未被上述第一電極接觸層10和電流阻擋層5覆蓋的區域鍍上電流擴散層6 ;4)在所述電流阻擋層5上鍍上與電流擴散層6歐姆接觸的第二電極接觸層11 ；5)在所述第二電極接觸層11上鍍上第三電極接觸層7 ；6)在所述第三電極接觸層上採用化學方法鍍上材料為金的電極焊線層8。
[0020]具體是，選用製作好的LED外延片，其包括藍寶石襯底1，藍寶石襯底I上生長有氮化鎵材料的N型半導體層2、銦鎵氮材料的發光層3以及氮化鎵材料的P型半導體層4。在P型半導體層4上蝕刻部分區域，蝕刻深度穿過發光層2至顯露N型半導體層，所顯露的N型半導體層為N型電極區21，用於製作N型電極22 ;而P型半導體層4上未被蝕刻的區域為P型電極區41，用於製作P型電極42。由於電流阻擋層5的材料與P型半導體層粘合不可靠，故在製作電流阻擋層5時，先在P型電極區41上，擬設計P型電極42的區域鍍上Ti或Cr或Al或Ag或Pt材料，形成第一電極接觸層10 ;再在該第一電極接觸層10鍍上Ti02或A1203或Si02或Si3N4或ZnO，形成電流阻擋層5，從而防止因電流阻擋層的粘合性不好而造成電極脫落。然後在P型電極區41上，未被上述第一電極接觸層10和電流阻擋層5覆蓋的區域鍍上電流擴散層6。再在電流擴散層6上，用Ti或Ni覆蓋所述電流阻擋層5作為第二電極接觸層11，並在所述第二電極接觸層11上鍍上Au或Pt或Cr或Wu或Pd作為第三電極接觸層7。所述第二電極接觸層11和第三電極接觸層7均與電流擴散層6形成良好的歐姆接觸。電流通過第二電極接觸層11和第三電極接觸層7流向電流擴散層6，電流擴散層6將電流更均勻擴散到阻擋層外5的發光層3。第二電極接觸層11的目的也為了更好的將第三電極接觸層7附著在電流阻擋層5上；而鍍第三電極接觸層7的目的是為了在後續採用化學方式鍍材料為金的電極焊線層8時，誘使金沉澱在其上。所述化學鍍金是利用化學還原反應的原理，使溶液中的金離子在第三電極接觸層上成為金析出，主要反應方程式如下:
[0021 ] R+H20 — 0x+H.+e
[0022]NaAu (SO3) 2 — Au +Na +2 (SO3)
[0023]e+Au +2e — Au
[0024]2H++2e — H2
[0025]但反應初期是溶液中的金離子與第三電極接觸層上的金屬置換優先，其後再發生還原反應，以後析出的金有自己的觸媒作用，順利進行還原。
[0026]以上為雙電極LED晶片的P電極42的製作方法，由於N型電極區可以不製作電流阻擋層5和電流擴散層6，所以N電極22的製作方法可以與P電極42的方法稍有不同。
[0027]參考圖3，其中一種製作N電極22的方法是，在上述P型電極區41上製作所述第
I)、第2)、第4)、第5)和第6)步工藝中，即是在P型電極區41上鍍上第一電極接觸層10、電流阻擋層5、第二電極接觸層11、第三電極接觸層7和電極焊線層8時，也在N型電極區21上同時鍍上第一電極接觸層10、電流阻擋層5、第二電極接觸層11、第三電極接觸層7和電極焊線層8，只有製作電流擴散層6工藝時，不需要在N型電極區21上形成。當然，也可以如圖4所示，僅在N電極22上加入包括電極焊線層8與第三電極接觸層7的組合；或包括電極焊線層8加第三電極接觸層7和第二電極接觸層11等一種或幾種組合。這樣，由於N電極22的結構在製作P電極42的工藝中同時形成，就可以避免在製作P電極42的過程中覆蓋保護膜保護N型電極區21的工藝，工藝比較簡單。
[0028]採用實施例1的一種LED管晶片的電極製造方法所形成的一種LED管晶片的結構是:包括襯底1，和依次覆蓋在襯底I上的N型半導體層2、發光層3和P型半導體層4，所述P型半導體層4上的部分區域被去除至顯露N型半導體層2形成N型電極區21，P型半導體層4上未被去除的區域形成P型電極區41。所述P型電極區41上設置有第一電極接觸層10，所述第一接觸層10上設置有電流阻擋層5，所述P型電極區41上除電流阻擋層5覆蓋的區域以外設置有電流擴散層6，所述電流阻擋層5上設置有第二電極接觸層11，所述第二電極接觸層11上設置有第三電極接觸層7，所述第二電極接觸層11和第三電極接觸層7與電流擴散層6歐姆接觸，所述第三電極接觸層11上設置材料為金的電極焊線層8。所述N型電極區21上也設置有與所述P型電極區41上相同的第一電極接觸層10、電流阻擋層5、第二電極接觸層11、第三電極接觸層7和材料為金的電極焊線層8。
[0029]參考圖6和圖7，採用實施例1的一種LED管晶片的電極製造方法獲得晶片封裝後的LED結構是，包括支架14、安裝於支架14上晶片、電連接晶片與支架14的焊線13和焊點12、覆蓋所述支架和晶片的封裝膠體15，所述晶片包括襯底1，和依次覆蓋在襯底I上的N型半導體層2、發光層3和P型半導體層4，所述P型半導體層4上的部分區域被去除至顯露N型半導體層2形成N型電極區21，P型半導體層4上未被去除的區域形成P型電極區41。所述P型電極區41上設置有第一電極接觸層10，所述第一接觸層10上設置有電流阻擋層5，所述P型電極區41上除電流阻擋層5覆蓋的區域以外設置有電流擴散層6，所述電流阻擋層5上設置有第二電極接觸層11，所述第二電極接觸層11上設置有第三電極接觸層7，所述第二電極接觸層11和第三電極接觸層7與電流擴散層6歐姆接觸，所述第三電極接觸層11上設置材料為金的電極焊線層8。所述焊線12和焊點12的材料為:Au、Al、Ag、Pd、Cu或前述兩種以上的合金材料的組合合金。所述N型電極區21上也設置有與所述P型電極區41上相同的第一電極接觸層10、電流阻擋層5、第二電極接觸層11、第三電極接觸層7和材料為金的電極焊線層8。
[0030]實施例2，本發明的方法還可以應用於單電極晶片上，當晶片襯底為導電結構，或應用去除襯底的方法獲得的晶片上，或應用其他結構致使襯底具有導電功能的晶片上，僅需要在P型半導體層上製作一個電極即可。參考圖5，實施例2的大部分工藝與實施例1的工藝相同，不同之處在於實施例2不需要刻蝕P型半導體層4、發光層3至負N型半導體層2，不需要顯露的N型半導體層4形成N型電極區41，即是不需要製作N電極22的相關工藝，僅需要製作P電極42的工藝即可。
[0031]具體包括，在襯底I上依次生長出N型半導體層2，發光層3和P型半導體層4 ;在所述P型半導體層4上需要製作P型電極42的區域鍍上與P型半導體層4非奧姆接觸的第一電極接觸層10 ;在所述第一電極接觸層10上鍍上電流阻擋層5 ;在所述P型半導體層4上，未被上述第一電極接觸層10和電流阻擋層5覆蓋的區域鍍上電流擴散層6 ;在所述電流阻擋層5上鍍上與電流擴散層6歐姆接觸的第二電極接觸層11 ;在所述第二電極接觸層11上鍍上第三電極接觸層7 ;在所述第三電極接觸層上採用化學方法鍍上材料為金的電極焊線層8。所述第一電極接觸層的材料為:Ti或Cr或Al或Ag或Pt，所述電流阻擋層的材料為:Ti02或A1203或Si02或Si3N4或ZnO。所述第二電極接觸層的材料為:Ti或Ni，所述第三電極接觸層的材料為Au或Pt或Cr或Wu或Pd。
[0032]參考圖5,米用實施例2的一種LED管晶片的電極製造方法所形成的一種LED管晶片的結構是:包括襯底1，和依次覆蓋在襯底I上的N型半導體層2、發光層3和P型半導體層4，所述P型半導體層4設置有第一電極接觸層10，所述第一接觸層10上設置有電流阻擋層5，所述P型半導體層4上除電流阻擋層5覆蓋的區域以外設置有電流擴散層6，所述電流阻擋層5上設置有第二電極接觸層11，所述第二電極接觸層11上設置有第三電極接觸層7，所述第二電極接觸層11和第三電極接觸層7與電流擴散層6歐姆接觸，所述第三電極接觸層11上設置材料為金的電極焊線層8。所述第一電極接觸層的材料為:Ti或Cr或Al或Ag或Pt，所述電流阻擋層的材料為:Ti02或A1203或Si02或Si3N4或ZnO。所述第二電極接觸層的材料為:Ti或Ni，所述第三電極接觸層的材料為Au或Pt或Cr或Wu或Pd。
[0033]參考圖8，採用實施例2的一種LED管晶片的電極製造方法獲得晶片封裝後的LED結構是，包括支架14、安裝於支架14上晶片、電連接晶片與支架14的焊線13和焊點12、覆蓋所述支架和晶片的封裝膠體15，晶片固定在支架14上的導電膠141。所述晶片包括襯底1，和依次覆蓋在襯底I上的N型半導體層2、發光層3和P型半導體層4，所述P型半導體層4設置有第一電極接觸層10，所述第一接觸層10上設置有電流阻擋層5，所述P型半導體層4上除電流阻擋層5覆蓋的區域以外設置有電流擴散層6，所述電流阻擋層5上設置有第二電極接觸層11，所述第二電極接觸層11上設置有第三電極接觸層7，所述第二電極接觸層11和第三電極接觸層7與電流擴散層6歐姆接觸，所述第三電極接觸層11上設置材料為金的電極焊線層8。所述焊線12和焊點12的材料為:Au、Al、Ag、Pd、Cu或前述兩種以上的合金材料的組合合金。
【權利要求】
1.一種LED管晶片電極的製造方法，包括在襯底上依次生長出N型半導體層，發光層和P型半導體層，其特徵在於: 1)在所述P型半導體層上需要製作P型電極的區域鍍上與P型半導體層非奧姆接觸的第一電極接觸層； 2)在所述第一電極接觸層上鍍上電流阻擋層； 3)在所述P型半導體層上，未被上述第一電極接觸層和電流阻擋層覆蓋的區域鍍上電流擴散層； 4)在所述電流阻擋層上鍍上與電流擴散層歐姆接觸的第二電極接觸層； 5)在所述第二電極接觸層上鍍上第三電極接觸層； 6)在所述第三電極接觸層上採用化學方法鍍上材料為金的電極焊線層。
2.根據權利要求1所述的一種LED管晶片電極的製造方法，其特徵在於:所述第一電極接觸層的材料為:Ti或Cr或Al或Ag或Pt，所述電流阻擋層的材料為:Ti02或A1203或Si02 或 Si3N4 或 ZnO。
3.根據權利要求1所述的一種LED管晶片電極的製造方法，其特徵在於:所述第二電極接觸層的材料為:Ti或Ni，所述第三電極接觸層的材料為Au或Pt或Cr或Wu或Pd。
4.一種LED管晶片，包括襯底，和依次覆蓋在襯底上的N型半導體層、發光層、P型半導體層和設置於P型半導體層上的P型電極，其特徵在於:所述P型電極包括有第一電極接觸層，所述第一接觸層上設置有電流阻擋層，所述P型半導體層上除電流阻擋層覆蓋的區域以外設置有電流擴散層，所述電流阻擋層上設置有第二電極接觸層，所述第二電極接觸層上設置有第三電極接觸層，所述第二電極接觸層和第三電極接觸層與電流擴散層歐姆接觸，所述第三電極接觸層上設置有材料為金的電極焊線層。
5.根據權利要求4所述的一種LED管晶片，其特徵在於:所述第一電極接觸層的材料為:Ti或Cr或Al或Ag或Pt，所述電流阻擋層的材料為:Ti02或A1203或Si02或Si3N4或 ZnO0
6.根據權利要求4所述的一種LED管晶片，其特徵在於:所述第二電極接觸層的材料為:Ti或Ni,所述第三電極接觸層的材料為Au或Pt或Cr或Wu或Pd。
7.—種LED管，包括支架、安裝於支架上晶片、電連接晶片與支架的焊線和焊點、覆蓋所述支架和晶片的封裝膠體，將晶片固定在支架14上的導電膠141，所述晶片包括襯底，和依次覆蓋在襯底上的N型半導體層、發光層、P型半導體層和設置於P型半導體層上的P型電極，其特徵在於:所述P型電極包括有第一電極接觸層，所述第一接觸層上設置有電流阻擋層，所述P型半導體層上除電流阻擋層覆蓋的區域以外設置有電流擴散層，所述電流阻擋層上設置有第二電極接觸層，所述第二電極接觸層上設置有第三電極接觸層，所述第二電極接觸層和第三電極接觸層與電流擴散層歐姆接觸，所述第三電極接觸層上設置有材料為金的電極焊線層，所述焊線和焊點材料為:Au、Al、Ag、Pd、Cu或前述兩種以上的合金材料的組合合金。
8.根據權利要求7所述的一種LED管，其特徵在於:所述第一電極接觸層的材料為:Ti或Cr或Al或Ag或Pt，所述電流阻擋層的材料為:Ti02或A1203或Si02或Si3N4或ZnO。
9.根據權利要求7所述的一種LED管，其特徵在於:所述第二電極接觸層的材料為:Ti或Ni,所述第三電極接觸層的材料為Au或Pt或Cr或Wu或Pd。
【文檔編號】H01L33/40GK103441193SQ201310386066
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月29日 優先權日:2013年8月29日
【發明者】劉晶, 葉國光 申請人:劉晶