製作倒裝高電壓交直流發光二極體的方法

2023-12-07 19:37:16 3

專利名稱：製作倒裝高電壓交直流發光二極體的方法
技術領域：
本發明屬於半導體技術領域，特別是指一種製作倒裝高電壓交直流發光二極體的方法。
背景技術：
由於發光二極體具有節能、環保，壽命長等優點，在未來幾年後，發光二極體有可能取代白熾燈、螢光燈等傳統照明燈具，而進入千家萬戶。目前，傳統的發光二極體皆須以直流電作為驅動，因此在使用一般交流電作為電源供應的同時，必須附帶整流變壓器進行AC/DC轉換。而應用上一直強調LED省電的特性， 但在AC/DC轉換的過程中，其實有高達15-30%的電力耗損，使用上依舊不具效率；直流驅動的LED產品需要與整流器一併使用，其壽命只有2萬小時，但直流電驅動的LED產品的壽命卻長達5-10萬小時。因此，直流驅動的LED產品「一生」便需要多次更換整流器，若應用於固定照明裝置上必定造成不便。高電壓交直流發光二極體無需額外的變壓器、整流器或驅動電路，交流電網的交流電就可直接對其進行驅動，顯著降低電路成本，也避免了電源變換過程中損失的能耗，屬於集成化封裝，節省成本。在照明燈具設計上，體積及重量都能較一般傳統的發光二極體更具優勢。另外，若多個LED發光單元串聯連接，則每個發光單元通過的電流大小相同，倒裝高電壓交直流發光二極體發光單元間的串並聯在倒裝基板上實現，散熱性能提高，可靠性高。通過倒裝基板上的布線，突破了正裝產品中隔離單元間互連爬坡的工藝難點，改變襯底布線即可改變單元間串並聯關係，實現不同參數，比正裝簡單及靈活。傳統倒裝工藝採用倒裝焊技術，必須將晶圓劃裂得到單顆晶片，然後再進行倒裝焊，效率低(參閱圖I)。在高電壓交直流晶片中有多個發光單元，金球大小限制了 N電極的大小，有源區損失較大。利用共晶鍵合代替倒裝焊植球，提高了生產效率，而且可以減小有源區面積的損失，進一步提高了器件散熱性能和可靠性。

發明內容
本發明的主要目的在於提供一種製作倒裝高電壓交直流發光二極體的方法，其是採用共晶鍵合技術，將LED晶片倒裝在倒裝基板上。本發明存在著明顯的優勢，大大提高了生產效率，減小了有源區面積的損失，進一步提高了器件散熱性能和可靠性。為達到上述目的，本發明提供一種製作倒裝高電壓交直流發光二極體的方法，包括如下步驟步驟I :在一上襯底上依次生長成核層、N型摻雜層、發光層和P型摻雜層；步驟2 :在P型摻雜層的表面向下刻蝕，刻蝕深度到達上襯底的表面，形成相互絕緣的發光單元；步驟3 :在P型摻雜層的表面向下刻蝕，刻蝕深度到達N型摻雜層內，形成臺面；步驟4 :在每一 P型摻雜層上製作P電極；
步驟5 :在N型摻雜層的檯面上製備N電極，形成LED晶片；步驟6 :在一下襯底上生長一層絕緣層；步驟7 :在絕緣層上製作金屬層，形成倒裝基板；步驟8 :將LED晶片通過共晶鍵合的方法倒裝在倒裝基板上，所述LED晶片上的每一發光單元中的P電極與相鄰發光單元中的N電極或P電極通過金屬層電連接，完成製備。本發明提供與現有技術相比具有晶片工藝僅在切割過程中增加了適當的處理，簡單易操作，可以大大提高出光效率，使得發光二極體外量子效率提升，特別適合大尺寸功率型晶粒的製作。


為進一步說明本發明的技術內容，以下結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，其中圖I是傳統倒裝高電壓交直流發光二極體的結構示意圖；圖2是本發明的第一實施例，為N電極加厚後共晶鍵合的倒裝高電壓交直流發光二極體的結構示意圖；圖3是本發明的第二實施例，為N電極未加厚的共晶鍵合的倒裝高電壓交直流發光二極體的結構示意圖；圖4是本發明第二實施例圖3的LED晶片的俯視結構示意圖。
具體實施例方式請參閱圖2所示，本發明提供一種製作倒裝高電壓交直流發光二極體的方法，包括如下步驟步驟I :在一上襯底11上依次生長成核層12、N型摻雜層13、發光層14和P型摻雜層15，其中所述上襯底11為藍寶石，成核層12、N型摻雜層13和P型摻雜層15的材料為氮化鎵，所述發光層為InGaN/GaN的多量子阱結構；步驟2 :利用感應耦合等離子體(ICP)幹法刻蝕在P型摻雜層15的表面向下刻蝕，刻蝕深度到達上襯底11的表面，或者雷射劃槽至上襯底11的表面，形成相互絕緣的發光單元;步驟3 :利用ICP幹法刻蝕在P型摻雜層15的表面向下刻蝕，刻蝕深度到達N型慘雜層13內，形成臺面131 ；步驟4 :在每一 P型摻雜層15上製作P電極16,該P電極16為金屬反射鏡,其材
料為鎳/銀/鉬/金、鎳/銀/金、鎳/銀/鎳/金、鈦/鋁/鈦/金、鈦/銀/鈦/金、鋁/銀/金或鋁/鈦/金；步驟5 :在N型摻雜層13的臺面131上製備N電極17，使得N電極和P電極處於一個平面內，形成LED晶片100 ；步驟6 :在一下襯底21上生長一層絕緣層20，所述下襯底為矽片、陶瓷、線路板或金屬板，其散熱性能好，且容易實現多晶片集成，其中絕緣層的材料為二氧化矽或氮化矽；步驟7 :在絕緣層20上製作金屬層19，形成倒裝基板200，其中金屬層19的材料
為鈦/金、鎳/金、鉻/鉬/金、鎳/銀/鎳/金或金錫合金；
步驟8 :將LED晶片100通過共晶鍵合的方法倒裝在倒裝基板200上，所述LED晶片100上的每一發光單元的P電極16與相鄰發光單元中的N電極17或P電極16通過金屬層19實現電連接，並通過倒裝基板上不同的金屬布線實現不同的串聯和並聯，完成製備。實施例一請參閱圖2為本發明的第一實施例，本發明提供一種製作倒裝高電壓交直流發光二極體的方法，包括以下步驟步驟I :在藍寶石襯底上依次外延生長成核層12、N型摻雜層13、發光層14和P型慘雜層15 ；步驟2 :將外延結構雷射劃槽至藍寶石襯底11，形成隔離深槽，實現各個發光單元之間的隔離；·步驟3 :用光刻方法製作掩膜，將外延結構利用感應耦合等離子體ICP設備幹法刻蝕至N型摻雜層，形成臺面131 ；步驟4 :經過光刻、電子束蒸發等工藝製備P型金屬電極16，隨後在檯面上製備N型加厚電極17 ；步驟5 :在倒裝基板21上製備一層Si02絕緣層，然後在Si02絕緣層上形成金屬線層19 ；步驟6 :將LED晶片通過共晶鍵合的方法倒裝在倒裝基板上，LED晶片上每個發光單元的P極和N極分別與襯底上的金屬層實現電連接，並通過倒裝基板上不同的金屬布線實現不同的串聯和並聯。實施例二請參閱圖3和圖4所示為本發明第二實施例，第二實施例與第一實施例基本相同，不同之處為N電極製備在N型摻雜層臺面和與P電極下的P型摻雜層隔離開的P型摻雜層上。以上實例僅供說明本發明只用，而非對本發明的限制，本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變換或變化；因此，所有等同的技術方案也應該屬於本發明的範疇，應由各權利要求限定。
權利要求
1.一種製作倒裝高電壓交直流發光二極體的方法，包括如下步驟 步驟I :在一上襯底上依次生長成核層、N型摻雜層、發光層和P型摻雜層； 步驟2 :在P型摻雜層的表面向下刻蝕，刻蝕深度到達上襯底的表面，形成相互絕緣的發光單元； 步驟3 :在P型摻雜層的表面向下刻蝕，刻蝕深度到達N型摻雜層內，形成臺面； 步驟4 :在每一 P型摻雜層上製作P電極； 步驟5 :在N型摻雜層的檯面上製備N電極，形成LED晶片； 步驟6 :在一下襯底上生長一層絕緣層； 步驟7 :在絕緣層上製作金屬層，形成倒裝基板； 步驟8 :將LED晶片通過共晶鍵合的方法倒裝在倒裝基板上，所述LED晶片上的每一發光單元中的P電極與相鄰發光單元中的N電極或P電極通過金屬層電連接，完成製備。
2.如權利要求I所述的製作倒裝高電壓交直流發光二極體的方法，其中所述LED晶片上襯底的材料為藍寶石。
3.如權利要求I所述的製作倒裝高電壓交直流發光二極體的方法，其中所述下襯底的材料為矽片、陶瓷、線路板或金屬板。
4.如權利要求I所述的製作倒裝高電壓交直流發光二極體的方法，其中所述下成核層、N型摻雜層和P型摻雜層的材料為氮化鎵。
5.如權利要求I所述的製作倒裝高電壓交直流發光二極體的方法，其中所述發光層的材料為 InGaN/GaN。
6.如權利要求I所述的製作倒裝高電壓交直流發光二極體的方法，其中所述絕緣層的材料為二氧化矽或氮化矽。
7.如權利要求I所述的製作倒裝高電壓交直流發光二極體的方法，其中所述P電極的材料為鎳/銀/鉬/金、鎳/銀/金、鎳/銀/鎳/金、鈦/鋁/鈦/金、鈦/銀/鈦/金、鋁/銀/金或鋁/鈦/金。
8.如權利要求I所述的製作倒裝高電壓交直流發光二極體的方法，其中所述金屬層的材料為鈦/金、鎳/金、鉻/鉬/金、鎳/銀/鎳/金或金錫合金。
9.如權利要求I所述的製作倒裝高電壓交直流發光二極體的方法，其中步驟2所述刻蝕為幹法刻蝕或雷射劃槽。
10.如權利要求I所述的製作倒裝高電壓交直流發光二極體的方法，其中步驟3所述刻蝕為幹法刻蝕。
全文摘要
一種製作倒裝高電壓交直流發光二極體的方法，包括如下步驟步驟1在一上襯底上依次生長成核層、N型摻雜層、發光層和P型摻雜層；步驟2在P型摻雜層的表面向下刻蝕，刻蝕深度到達上襯底的表面，形成相互絕緣的發光單元；步驟3在P型摻雜層的表面向下刻蝕，刻蝕深度到達N型摻雜層內，形成臺面；步驟4在每一P型摻雜層上製作P電極；步驟5在N型摻雜層的檯面上製備N電極，形成LED晶片；步驟6在一下襯底上生長一層絕緣層；步驟7在絕緣層上製作金屬層，形成倒裝基板；步驟8將LED晶片通過共晶鍵合的方法倒裝在倒裝基板上，所述LED晶片上的每一發光單元中的P電極與相鄰發光單元中的N電極或P電極通過金屬層電連接，完成製備。
文檔編號H01L33/62GK102903805SQ20121040549
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月22日 優先權日2012年10月22日
發明者田婷, 詹騰, 張逸韻, 郭金霞, 李璟, 伊曉燕, 劉志強, 王國宏 申請人:中國科學院半導體研究所