專利名稱：一種單電極led芯片結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體器件領域，尤其是涉及一種大功率、高取光效率的單電極 LED芯片結構。
背景技術：
目前，藍光、綠光等發(fā)光二極管(LED)的基本結構是在藍寶石襯底上外延生長 InGaN/GaN發(fā)光半導體材料，然后在外延層的上表面制作正/負電極用于注入電流使之將 電能轉換成光能。如圖-1所示，其是典型的藍光LED芯片的剖面結構示意圖，該芯片主要 由三部分組成，藍寶石襯底11，外延層12，以及歐姆電極13 (包含p、 n兩個電極)，正極歐 姆電極是制作在P型GaN層上。為了改善電流注入的均勻性，通常需要在p型GaN層上先 沉積一層透明導電接觸層，負極歐姆電極是制作在n型GaN層上，這需要將部分p型GaN層 刻蝕去除。這種將兩個電極制作在同一側的器件結構是因為藍寶石襯底不導電，但是這種 結構同時也局限了芯片表面發(fā)光區(qū)的面積，降低了芯片的發(fā)光效率。此外，藍寶石襯底的低 導熱性使之作為芯片與外界的散熱通道限制了芯片在大電流下的可靠性能，這是因為藍寶 石襯底的導熱系數(shù)只有0. 4W/K. cm。散熱問題也成為阻礙大功率LED芯片發(fā)展的主要問題 之一，因為量子阱的發(fā)光效率會隨著量子阱溫度的上升而急劇降低。 為了解決散熱問題，現(xiàn)有技術中是選擇導熱性能更優(yōu)良的襯底作為原始芯片材料 生長的基座，如SiC作為GaN-基LED的襯底，其由于襯底是導電的，可以實現(xiàn)單電極結構， 還克服了雙電極在表面阻擋出光的問題，提高了出光效率。但是SiC襯底由于成本問題始 終沒有被廣泛采用，目前藍寶石的成本只是SiC的1/10，優(yōu)勢明顯，仍然是GaN基LED生產(chǎn) 的主流。

實用新型內容本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術中的單電極LED散熱性差、取光效率不高的問 題，提供一種大功率、高出光效率的單電極LED芯片結構。 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術方案是一種單電極LED芯片結構，該芯片為 倒裝結構，其包括依次疊置在一起的n金屬電極層、藍寶石襯底粗化層、藍寶石襯底、外延 層、鈍化層、透明電極層及焊料層，其中所述的焊料層表面上通過光學鍍膜的方式形成有 DBR光學反射層，所述的焊料層底部設置有一高導電導熱基座層。 與現(xiàn)有技術相比，本實用新型所述的單電極LED芯片單電極結構LED芯片通過采 用高導熱導電基座取代高熱阻及絕緣的原襯底，使得芯片散熱能力顯著改善，由于LED外 延層的電-光轉換效率是隨著溫度的增加而降低，本實用新型的LED芯片在散熱性能上的 改善使得芯片可以在大電流下仍然維持較高的電-光轉換效率，實現(xiàn)大功率高亮度；同時 本實用新型將芯片倒置，利用DBR光學反射層使得取光方向改道透明的藍寶石襯底，提高 了芯片的外量子效率，增加取光效率。
圖1是現(xiàn)有技術中LED的芯片結構示意圖； 圖2是本實用新型實施例的單電極芯片結構剖面示意圖； 圖2a-h是本實用新型實施例的單電極芯片結構制備過程的剖面結構示意圖。
具體實施方式為了使本實用新型所要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以
下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實 施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。 如圖2所示，本實用新型的實施例涉及一種單電極LED芯片結構，該芯片為倒裝結 構，其包括依次疊置在一起的n金屬電極層21、藍寶石襯底粗化層22、藍寶石襯底23、外延 層24、鈍化層25、透明電極層26及焊料層28，其中所述的焊料層28表面上通過光學鍍膜 的方式形成有DBR光學反射層27，所述的焊料層28底部設置有一高導電導熱基座層28。本 實用新型實施例所述的高導熱基座29的底部設置有一背金屬層210。 本實用新型實施例所述的單電極LED芯片結構分別采用的材料是背金層210，它 可以是Au， Ag， Al， GeAu， AuBe等金屬或合金，；導熱導電基座29，它可以是金屬Cu， CuW合 金，AuAl， Si， GaAs， InP， A1N，金剛石，鎳鐵合金，鎳，它的厚度范圍是在50 500微米內; 焊料層28，它可以是銦(In)，銦合金，Cu，金錫焊料，鉛錫焊料，銀漿，導電膠等；DBR光學反 射薄膜27，它可以是Si02， Ti02， Zn0等光學薄膜，采用蒸發(fā)，濺射，涂布等光學鍍膜方式交替 蒸鍍而成；P型透明接觸層26，采用Ni/Au， Pt， WSi， W， IT0等等透明導電結構；改善電流擴 展的鈍化層25，它可以是Si02， Si3N4， SiNy0x等透明鈍化材料采用蒸發(fā)，濺射，等離子體化學 反應，涂布等薄膜制備方法及上述材料制作；藍寶石襯底23，厚度范圍在10 50微米內， 采用化學及機械方法(包括但不限于)減薄至所需厚度，采用干法或濕法刻蝕開電極窗口， 采用濕法或干法刻蝕方法形成表面粗化圖樣；LED芯片n型GaN金屬電極21，它可以是Ti/ Al/Ti/Au， Cr/Ni/Al， Cr/Ni/Au等等多層金屬結構。 如圖2a-2h所示，其為本實用新型實施例的單電極芯片結構制作過程圖 1)改善電流擴展鈍化層25制備采用蒸發(fā)，濺射，等離子體化學反應，涂布等薄膜
制備方法.此時LED圓片包含鈍化層25，外延層24，藍寶石襯底23，如圖2a所示； 2)p型透明電極層26制備采用蒸發(fā)，濺射，電鍍或其他薄膜制備方法.此時LED
圓片包含P型透明電極層26，鈍化層25，外延層24，藍寶石襯底23，如圖2b所示； 3)DRB光學反射層27制備采用蒸發(fā)，濺射，涂布，等離子體化學反應等光學薄膜
制備方式.此時LED圓片包含DBR光學反射層27， p型透明電極層26，鈍化層25，外延層
24，藍寶石襯底23，如圖2c所示； 4)焊料層或預鍍層28制備采用蒸發(fā)，濺射，電鍍，刷涂或其他薄膜制備方法.此 時LED圓片包含焊料層或預鍍層28， DBR光學反射層27， p型透明電極層26，鈍化層25，外 延層24，藍寶石襯底23，如圖2d所示； 5)高導電導熱基座29制備采用蒸發(fā)，濺射，電鍍，刷涂，鍵合或其他薄膜制備方 法.此時LED芯片包含高導電導熱基座29，焊料層或預鍍層28，DBR光學反射層27，p型透 明電極層26，鈍化層 ，外延層24，藍寶石襯底23，如圖2e所示；[0019] 6)背金層210制備采用蒸發(fā)，濺射，電鍍，刷涂或其他薄膜制備方法.此時LED芯 片包含背金層210，導電導熱基座29，焊料層或預鍍層28，DBR光學反射層27，p型透明電極 層26，鈍化層25，外延層24，藍寶石襯底23，如圖2f所示； 7)藍寶石襯底23的減薄，如圖2g所示，通過化學機械研磨的方法將藍寶石襯底 35減薄到目標厚度，本實施例為10-50微米； 8)采用丙酮清洗減薄后的藍寶石襯底23表面，去除表面臟污； 9)采用干法或濕法刻蝕藍寶石襯底23，開n型金屬電極的圖形窗口及表面粗化圖
形22，如圖2h所示； 10)n型金屬電極的制備，采用熱蒸發(fā)，電子束蒸發(fā)，濺射，電鍍，刷涂或其他薄膜制 備方法.此時LED芯片包含背金層210，高導電導熱基座29，焊料層或預鍍層28， Dm 光學 反射層27，p型透明電極層26，鈍化層25，外延層24，藍寶石襯底23，藍寶石表面粗化22，n 型金屬電極21 ，單電極LED芯片制作完成，如圖2所示。 本實用新型的實施例所述的單引線結構LED減少LED發(fā)光面上的焊點數(shù)目，從而 增加發(fā)光面積，提高芯片的取光效率。 此外通過的兩個電極分布在LED外延層的兩側，采用改善電流擴展的鈍化層結 構，增加P型電極面積使得電流能夠垂直通過LED外延層并均勻分布，消除了電流由于分布 不均導致的發(fā)光不均勻的現(xiàn)象，提高了芯片的發(fā)光效率。 以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本 實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型 的保護范圍之內。
權利要求一種單電極LED芯片結構，該芯片為倒裝結構，其包括依次疊置在一起的n金屬電極層、藍寶石襯底粗化層、藍寶石襯底、外延層、鈍化層、透明電極層及焊料層，其特征在于所述的焊料層表面上通過光學鍍膜的方式形成有DBR光學反射層，所述的焊料層底部設置有一高導熱基座層。
2. 根據(jù)權利要求1所述的單電極LED芯片結構，其特征在于所述的高導熱基座的底 部設置有一背金屬層。
3. 根據(jù)權利要求1所述的單電極LED芯片結構，其特征在于所述的藍寶石襯底的厚 度為10-50微米。
4. 根據(jù)權利要求1所述的單電極LED芯片結構，其特征在于所述的高導熱基座的厚 度為50-500微米。
專利摘要本實用新型涉及一種單電極LED芯片結構，包括n金屬電極層、藍寶石襯底粗化層、藍寶石襯底、外延層、鈍化層、透明電極層及焊料層，所述的焊料層表面上通過光學鍍膜的方式形成有DBR光學反射層，所述的焊料層底部設置有一高導電導熱基座層；本實用新型所述的單電極LED芯片通過采用高導熱導電基座取代高熱阻及絕緣的原襯底，使得芯片散熱能力顯著改善，由于量子阱的電-光轉換效率是隨著溫度的增加而降低，LED芯片在散熱性能上的改善使得芯片可以在大電流下仍然維持較高的電-光轉換效率，實現(xiàn)大功率高亮度；同時本實用新型將芯片倒置，利用DBR光學反射層使得取光方向改道透明的藍寶石襯底，提高了芯片的外量子效率，增加取光效率。
文檔編號H01L33/00GK201450017SQ20082023568
公開日2010年5月5日 申請日期2008年12月26日 優(yōu)先權日2008年12月26日
發(fā)明者吳大可, 張坤, 朱國雄 申請人:世紀晶源科技有限公司