專(zhuān)利名稱(chēng)：制作倒裝高電壓交直流發(fā)光二極管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種制作倒裝高電壓交直流發(fā)光二極管的方法。
背景技術(shù)：
由于發(fā)光二極管具有節(jié)能、環(huán)保，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在未來(lái)幾年后，發(fā)光二極管有可能取代白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)照明燈具，而進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)。目前，傳統(tǒng)的發(fā)光二極管皆須以直流電作為驅(qū)動(dòng)，因此在使用一般交流電作為電源供應(yīng)的同時(shí)，必須附帶整流變壓器進(jìn)行AC/DC轉(zhuǎn)換。而應(yīng)用上一直強(qiáng)調(diào)LED省電的特性， 但在AC/DC轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，其實(shí)有高達(dá)15-30%的電力耗損，使用上依舊不具效率；直流驅(qū)動(dòng)的LED產(chǎn)品需要與整流器一并使用，其壽命只有2萬(wàn)小時(shí)，但直流電驅(qū)動(dòng)的LED產(chǎn)品的壽命卻長(zhǎng)達(dá)5-10萬(wàn)小時(shí)。因此，直流驅(qū)動(dòng)的LED產(chǎn)品“一生”便需要多次更換整流器，若應(yīng)用于固定照明裝置上必定造成不便。高電壓交直流發(fā)光二極管無(wú)需額外的變壓器、整流器或驅(qū)動(dòng)電路，交流電網(wǎng)的交流電就可直接對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，顯著降低電路成本，也避免了電源變換過(guò)程中損失的能耗，屬于集成化封裝，節(jié)省成本。在照明燈具設(shè)計(jì)上，體積及重量都能較一般傳統(tǒng)的發(fā)光二極管更具優(yōu)勢(shì)。另外，若多個(gè)LED發(fā)光單元串聯(lián)連接，則每個(gè)發(fā)光單元通過(guò)的電流大小相同，倒裝高電壓交直流發(fā)光二極管發(fā)光單元間的串并聯(lián)在倒裝基板上實(shí)現(xiàn)，散熱性能提高，可靠性高。通過(guò)倒裝基板上的布線，突破了正裝產(chǎn)品中隔離單元間互連爬坡的工藝難點(diǎn)，改變襯底布線即可改變單元間串并聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)不同參數(shù)，比正裝簡(jiǎn)單及靈活。傳統(tǒng)倒裝工藝采用倒裝焊技術(shù)，必須將晶圓劃裂得到單顆芯片，然后再進(jìn)行倒裝焊，效率低(參閱圖I)。在高電壓交直流芯片中有多個(gè)發(fā)光單元，金球大小限制了 N電極的大小，有源區(qū)損失較大。利用共晶鍵合代替倒裝焊植球，提高了生產(chǎn)效率，而且可以減小有源區(qū)面積的損失，進(jìn)一步提高了器件散熱性能和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種制作倒裝高電壓交直流發(fā)光二極管的方法，其是采用共晶鍵合技術(shù)，將LED芯片倒裝在倒裝基板上。本發(fā)明存在著明顯的優(yōu)勢(shì)，大大提高了生產(chǎn)效率，減小了有源區(qū)面積的損失，進(jìn)一步提高了器件散熱性能和可靠性。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種制作倒裝高電壓交直流發(fā)光二極管的方法，包括如下步驟步驟I :在一上襯底上依次生長(zhǎng)成核層、N型摻雜層、發(fā)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(dá)上襯底的表面，形成相互絕緣的發(fā)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(dá)N型摻雜層內(nèi)，形成臺(tái)面；步驟4 :在每一 P型摻雜層上制作P電極；
步驟5 :在N型摻雜層的臺(tái)面上制備N(xiāo)電極，形成LED芯片；步驟6 :在一下襯底上生長(zhǎng)一層絕緣層；步驟7 :在絕緣層上制作金屬層，形成倒裝基板；步驟8 :將LED芯片通過(guò)共晶鍵合的方法倒裝在倒裝基板上，所述LED芯片上的每一發(fā)光單元中的P電極與相鄰發(fā)光單元中的N電極或P電極通過(guò)金屬層電連接，完成制備。本發(fā)明提供與現(xiàn)有技術(shù)相比具有芯片工藝僅在切割過(guò)程中增加了適當(dāng)?shù)奶幚恚?jiǎn)單易操作，可以大大提高出光效率，使得發(fā)光二極管外量子效率提升，特別適合大尺寸功率型晶粒的制作。


為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，其中圖I是傳統(tǒng)倒裝高電壓交直流發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的第一實(shí)施例，為N電極加厚后共晶鍵合的倒裝高電壓交直流發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的第二實(shí)施例，為N電極未加厚的共晶鍵合的倒裝高電壓交直流發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例圖3的LED芯片的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖2所示，本發(fā)明提供一種制作倒裝高電壓交直流發(fā)光二極管的方法，包括如下步驟步驟I :在一上襯底11上依次生長(zhǎng)成核層12、N型摻雜層13、發(fā)光層14和P型摻雜層15，其中所述上襯底11為藍(lán)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(fā)光層為InGaN/GaN的多量子阱結(jié)構(gòu)；步驟2 :利用感應(yīng)耦合等離子體(ICP)干法刻蝕在P型摻雜層15的表面向下刻蝕，刻蝕深度到達(dá)上襯底11的表面，或者激光劃槽至上襯底11的表面，形成相互絕緣的發(fā)光單元;步驟3 :利用ICP干法刻蝕在P型摻雜層15的表面向下刻蝕，刻蝕深度到達(dá)N型慘雜層13內(nèi)，形成臺(tái)面131 ；步驟4 :在每一 P型摻雜層15上制作P電極16,該P(yáng)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(tái)面131上制備N(xiāo)電極17，使得N電極和P電極處于一個(gè)平面內(nèi)，形成LED芯片100 ；步驟6 :在一下襯底21上生長(zhǎng)一層絕緣層20，所述下襯底為硅片、陶瓷、線路板或金屬板，其散熱性能好，且容易實(shí)現(xiàn)多芯片集成，其中絕緣層的材料為二氧化硅或氮化硅；步驟7 :在絕緣層20上制作金屬層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芯片100通過(guò)共晶鍵合的方法倒裝在倒裝基板200上，所述LED芯片100上的每一發(fā)光單元的P電極16與相鄰發(fā)光單元中的N電極17或P電極16通過(guò)金屬層19實(shí)現(xiàn)電連接，并通過(guò)倒裝基板上不同的金屬布線實(shí)現(xiàn)不同的串聯(lián)和并聯(lián)，完成制備。實(shí)施例一請(qǐng)參閱圖2為本發(fā)明的第一實(shí)施例，本發(fā)明提供一種制作倒裝高電壓交直流發(fā)光二極管的方法，包括以下步驟步驟I :在藍(lán)寶石襯底上依次外延生長(zhǎng)成核層12、N型摻雜層13、發(fā)光層14和P型慘雜層15 ；步驟2 :將外延結(jié)構(gòu)激光劃槽至藍(lán)寶石襯底11，形成隔離深槽，實(shí)現(xiàn)各個(gè)發(fā)光單元之間的隔離；·步驟3 :用光刻方法制作掩膜，將外延結(jié)構(gòu)利用感應(yīng)耦合等離子體ICP設(shè)備干法刻蝕至N型摻雜層，形成臺(tái)面131 ；步驟4 :經(jīng)過(guò)光刻、電子束蒸發(fā)等工藝制備P型金屬電極16，隨后在臺(tái)面上制備N(xiāo)型加厚電極17 ；步驟5 :在倒裝基板21上制備一層Si02絕緣層，然后在Si02絕緣層上形成金屬線層19 ；步驟6 :將LED芯片通過(guò)共晶鍵合的方法倒裝在倒裝基板上，LED芯片上每個(gè)發(fā)光單元的P極和N極分別與襯底上的金屬層實(shí)現(xiàn)電連接，并通過(guò)倒裝基板上不同的金屬布線實(shí)現(xiàn)不同的串聯(lián)和并聯(lián)。實(shí)施例二請(qǐng)參閱圖3和圖4所示為本發(fā)明第二實(shí)施例，第二實(shí)施例與第一實(shí)施例基本相同，不同之處為N電極制備在N型摻雜層臺(tái)面和與P電極下的P型摻雜層隔離開(kāi)的P型摻雜層上。以上實(shí)例僅供說(shuō)明本發(fā)明只用，而非對(duì)本發(fā)明的限制，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變換或變化；因此，所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種制作倒裝高電壓交直流發(fā)光二極管的方法，包括如下步驟 步驟I :在一上襯底上依次生長(zhǎng)成核層、N型摻雜層、發(fā)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(dá)上襯底的表面，形成相互絕緣的發(fā)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(dá)N型摻雜層內(nèi)，形成臺(tái)面； 步驟4 :在每一 P型摻雜層上制作P電極； 步驟5 :在N型摻雜層的臺(tái)面上制備N(xiāo)電極，形成LED芯片； 步驟6 :在一下襯底上生長(zhǎng)一層絕緣層； 步驟7 :在絕緣層上制作金屬層，形成倒裝基板； 步驟8 :將LED芯片通過(guò)共晶鍵合的方法倒裝在倒裝基板上，所述LED芯片上的每一發(fā)光單元中的P電極與相鄰發(fā)光單元中的N電極或P電極通過(guò)金屬層電連接，完成制備。
2.如權(quán)利要求I所述的制作倒裝高電壓交直流發(fā)光二極管的方法，其中所述LED芯片上襯底的材料為藍(lán)寶石。
3.如權(quán)利要求I所述的制作倒裝高電壓交直流發(fā)光二極管的方法，其中所述下襯底的材料為硅片、陶瓷、線路板或金屬板。
4.如權(quán)利要求I所述的制作倒裝高電壓交直流發(fā)光二極管的方法，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(quán)利要求I所述的制作倒裝高電壓交直流發(fā)光二極管的方法，其中所述發(fā)光層的材料為 InGaN/GaN。
6.如權(quán)利要求I所述的制作倒裝高電壓交直流發(fā)光二極管的方法，其中所述絕緣層的材料為二氧化硅或氮化硅。
7.如權(quán)利要求I所述的制作倒裝高電壓交直流發(fā)光二極管的方法，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(quán)利要求I所述的制作倒裝高電壓交直流發(fā)光二極管的方法，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(quán)利要求I所述的制作倒裝高電壓交直流發(fā)光二極管的方法，其中步驟2所述刻蝕為干法刻蝕或激光劃槽。
10.如權(quán)利要求I所述的制作倒裝高電壓交直流發(fā)光二極管的方法，其中步驟3所述刻蝕為干法刻蝕。
全文摘要
一種制作倒裝高電壓交直流發(fā)光二極管的方法，包括如下步驟步驟1在一上襯底上依次生長(zhǎng)成核層、N型摻雜層、發(fā)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(dá)上襯底的表面，形成相互絕緣的發(fā)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(dá)N型摻雜層內(nèi)，形成臺(tái)面；步驟4在每一P型摻雜層上制作P電極；步驟5在N型摻雜層的臺(tái)面上制備N(xiāo)電極，形成LED芯片；步驟6在一下襯底上生長(zhǎng)一層絕緣層；步驟7在絕緣層上制作金屬層，形成倒裝基板；步驟8將LED芯片通過(guò)共晶鍵合的方法倒裝在倒裝基板上，所述LED芯片上的每一發(fā)光單元中的P電極與相鄰發(fā)光單元中的N電極或P電極通過(guò)金屬層電連接，完成制備。
文檔編號(hào)H01L33/62GK102903805SQ20121040549
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者田婷, 詹騰, 張逸韻, 郭金霞, 李璟, 伊?xí)匝? 劉志強(qiáng), 王國(guó)宏 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所