專利名稱：一種倒裝led芯片及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及LED制造技術領域，尤其涉及一種倒裝LED芯片及其制造方法。
背景技術：
在LED制造技術工藝中，傳統(tǒng)的正裝LED芯片結構，P型GaN摻雜困難導致空穴載流子濃度低下且厚度受到限制，從而導致電流不易擴散。因而通常采用在P型GaN表面制備電流擴散層以使電流均勻擴散。然而電流擴散層也具有缺點，一方面電流擴散層會吸收部分光降低光析出率，如果減薄其厚度又限制電流擴散層在P型GaN層表面實現(xiàn)均勻和可靠的電流擴散的效果，因而，在透光率和電流擴散效果二者之間要給以適當?shù)恼壑?，然而，折衷設計的結果必定使其功率轉換的提高受到了限制。并且，這種結構的電極和引線在發(fā)光區(qū)同一側，工作時會擋住部分光線。因此，這種結構制約了 LED的工作效率。另一方面，這種結構的PN結熱量通過藍寶石襯底導出，藍寶石的導熱系數(shù)很低，對大尺寸的功率型芯片來說導熱路徑太長，因而LED芯片的熱阻較大，工作電流也受到限制。為了克服正裝LED芯片的這些不足，Lumileds公司于1998年發(fā)明了倒裝LED芯片(Flip chip)結構。倒裝LED芯片結構制作方法如下:制備LED芯片；同時制備對應芯片尺寸的散熱基板，并在散熱基板上制作電極的導電層和引出導電層(超聲波金絲球焊點)；將LED芯片與散熱基板焊接在一起。在這種結構中，在PN結與P電極之間增加了一個金屬反射鏡層，消除了電極和引線的擋光，使得光從藍寶石襯底射出。由于光不從電流擴散層出射，能將電流擴散層的厚度設置的更厚，使倒裝LED芯片的電流密度均勻分布。同時這種結構還可以將PN結的熱量直接通過導電層或金屬焊點導給熱導系數(shù)比藍寶石高3飛倍的散熱基板，散熱效果更優(yōu)。因此這種結構具有電、光、熱等方面較優(yōu)的特性?，F(xiàn)有的金屬反射鏡層的形成方法是在反射率較高的金屬鍍到P型GaN的表面，這樣，從有源層發(fā)出的光，就會在倒裝芯片的底部發(fā)生反射，減少了光在芯片底部被吸收量，從而提高光析出率。但是這樣的結構使部分的光被限制在LED各層結構形成的波導結構中，經過多次反射后，衰減或者被吸收無法射出，影響其光析出率。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種提高倒裝LED芯片光析出率的方法，所述提高倒裝LED芯片光析出率的方法先在P型氮化鎵層上形成第一金屬層，通過退火工藝使第一金屬層自組裝，以自組裝后的金屬層為掩膜刻蝕P型氮化鎵，再最后形成凹凸不平的金屬反射鏡層，使多量子阱有源層發(fā)出的光在金屬反射鏡層上散射，而不被LED各層結構形成的波導結構限制，最終射出，提高LED的光析出率。本發(fā)明提供一種提高倒裝LED芯片光析出率的方法，包括:提供襯底，在襯底上沉積外延層，所述外延層包括N型氮化鎵層、多量子阱有源層和P型氮化鎵層；刻蝕所述外延層，形成臺階陣列，所述臺階陣列暴露出N型氮化鎵層；
在所述P型氮化鎵層上形成第一金屬層；對所述第一金屬層進行退火自組裝；以第一金屬層為掩膜刻蝕所述P型氮化鎵層，在所述P型氮化鎵層中形成坑洞陣列；在坑洞陣列中沉積第二金屬層，所述第一金屬層和第二金屬層組成金屬反射鏡層?？蛇x的，所述金屬反射鏡層由多層金屬組成?？蛇x的，組成所述金屬反射鏡層的多層金屬為Ni / Ag/Ti / Pt / Au、Ni / Al/Ti / Pt / Au、Ni / Ag / Ni / Au 或 Ni / Al/Ti / Au?？蛇x的，所述金屬反射鏡層的厚度為0.lnnTlOnm?？蛇x的，干法刻蝕所述P型氮化鎵層，在所述P型氮化鎵層中形成坑洞陣列。可選的，在形成金屬反射鏡層之后還包括:在所述N型氮化鎵層上形成N電極，在金屬反射鏡層上形成P電極；將N電極和P電極倒裝焊接到一散熱基板上?？蛇x的，所述電極的材質為Au、Au/Sn薄膜或Sn焊膏?？蛇x的，所述襯底為藍寶石襯底。本發(fā)明還公開上述倒裝LED芯片的制造方法制造的倒裝LED芯片結構，包括:襯底；形成在所述襯底上的外延層，所述外延層包括依次形成的N型氮化鎵層、多量子阱有源層和P型氮化鎵層，所述P型氮化鎵層中形成有坑洞陣列；金屬反射鏡層，形成在所述P型氮化鎵層上?？蛇x的，組成金屬反射鏡層的多層金屬為Ni / Ag/Ti / Pt / Au、Ni / Al/Ti /Pt / Au、Ni / Ag / Ni / Au 或 Ni / Al/Ti / Au?？蛇x的，所述金屬反射鏡層的厚度為0.lnnTlOnm?？蛇x的，所述LED芯片還包括:形成在所述金屬反射鏡層上的P電極、形成于所述N型氮化鎵層上的N電極、與所述N電極和P電極焊接的散熱基板?？蛇x的，所述電極的材質為Au、Au/Sn薄膜或Sn焊膏。本發(fā)明提供一種倒裝LED芯片的結構及其制造方法，所述倒裝LED芯片的制造方法先形成第一金屬層，利用退火工藝自組裝第一金屬層，利用第一金屬層為掩膜刻蝕P型氮化鎵層，再形成第二金屬層，由第一金屬層和第二金屬層組成凹凸不平的金屬反射鏡層，提高光析出率。


圖1為本發(fā)明實施例的倒裝LED芯片的制造方法的流程圖；圖2A 2G為本發(fā)明實施例的倒裝LED芯片的制造方法的各步驟的示意圖。
具體實施例方式在背景技術中已經提及，現(xiàn)有的金屬反射鏡層，仍會影響倒裝LED的光析出率。本發(fā)明提供一種倒裝LED芯片的結構及其制造方法，所述倒裝LED芯片的制造方法先形成第一金屬層，利用退火工藝自組裝第一金屬層，利用第一金屬層為掩膜刻蝕P型氮化鎵層，再形成第二金屬層，由第一金屬層和第二金屬層組成凹凸不平的金屬反射鏡層，提高光析出率。下面將結合附圖對本發(fā)明進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應所述理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對于本領域技術人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結構，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細節(jié)而混亂。應當認為在任何實際實施例的開發(fā)中，必須做出大量實施細節(jié)以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標，例如按照有關系統(tǒng)或有關商業(yè)的限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應當認為這種開發(fā)工作可能是復雜和耗費時間的，但是對于本領域技術人員來說僅僅是常規(guī)工作。在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。請參考圖1，其為本發(fā)明實施例的倒裝LED芯片的制造方法的流程圖，所述方法包括如下步驟:步驟S021，提供襯底，在襯底上沉積外延層，所述外延層包括N型氮化鎵層、多量子阱有源層和P型氮化鎵層；步驟S022，刻蝕所述外延層，形成臺階陣列，所述臺階陣列暴露出N型氮化鎵層；步驟S023，在所述P型氮化鎵層上形成第一金屬層；步驟S024，對所述第一金屬層進行退火自組裝； 步驟S025，以第一金屬層為掩膜刻蝕所述P型氮化鎵層，在所述P型氮化鎵層中形成坑洞陣列；步驟S026，在坑洞陣列中沉積第二金屬層，所述第一金屬層和第二金屬層組成金屬反射鏡層。該方法的核心思想在于，先在P型氮化鎵層上形成第一金屬層，通過退火工藝使第一金屬層自組裝，以自組裝后的金屬層為掩膜刻蝕P型氮化鎵，再最后形成凹凸不平的金屬反射鏡層，使有源層發(fā)出的光在金屬反射鏡層上散射，而不被LED各層結構形成的波導結構限制，最終射出，提高LED的光析出率。參照圖2A，執(zhí)行步驟S021，提供襯底101，在襯底101上沉積外延層131。本實施例中，所述襯底101為藍寶石襯底，優(yōu)選的所述藍寶石襯底表面經過圖形化處理。所述外延層131包括N型氮化鎵層102、多量子阱有源層103和P型氮化鎵層104。參考圖2B，執(zhí)行步驟S022，刻蝕所述外延層131，形成臺階陣列105，所述臺階陣列105暴露出N型氮化鎵層102。參考圖2C，執(zhí)行步驟S023，在所述P型氮化鎵層104上形成第一金屬層106。優(yōu)選的，所述第一金屬層106為多層金屬組成以兼顧反射鏡、電流擴散及散熱性能，例如可使用Ni / Ag/Ti / Pt / Au、Ni / Al/Ti / Pt / Au、Ni / Ag / Ni / Au 或 Ni / Al/Ti / Au等組合。所述第一金屬層106的厚度為0.lnnTlOnm。可以利用電鍍、沉積等方法在臺階陣列105和P型氮化鎵層104上形成所述第一金屬層106，然后選擇性去除臺階陣列105中的第一金屬層106,例如,可以先在第一金屬層106上形成光阻層,利用光刻工藝選擇暴露出臺階陣列105表面的第一金屬層，然后利用刻蝕工藝去除N型氮化鎵層102表面的第一金屬層。參考圖2D，執(zhí)行步驟S024，對所述第一金屬層106進行退火自組裝。第一金屬層106在退火工藝的作用下結晶，并發(fā)生Oswald ripening效應(奧斯瓦爾德熟化效應),小的晶體顆粒消失，大的晶體顆粒長大，從而自組裝成不連續(xù)的第一金屬層，在第一金屬層106中形成陣列分布的孔洞106’，部分暴露出P型氮化鎵層104。退火溫度為200°C、00°C，可以根據(jù)第一金屬層106的具體材質來選擇不同的退火溫度。參考圖2E，執(zhí)行步驟S025，以第一金屬層106為掩膜刻蝕所述P型氮化鎵層104，在所述P型氮化鎵層104中形成坑洞陣列104’。優(yōu)選的，利用干法刻蝕來刻蝕所述P型氮化鎵層104，并且，不暴露出其下的多量子阱有源層103。參考圖2F，執(zhí)行步驟S026，在坑洞陣列中沉積第二金屬層，所述第二金屬層為多層金屬組成例如可使用 Ni / Ag/Ti / Pt / Au、Ni / Al/Ti / Pt/Au、Ni / Ag / Ni / Au或Ni / Al/Ti / Au等組合。所述第一金屬層和第二金屬層共同組成金屬反射鏡層107，金屬反射鏡層的多層金屬以兼顧反射鏡、電流擴散及散熱性能。這樣從多量子阱有源層發(fā)出的光，經過凹凸不平的金屬反射層的散射作用，不會被LED的各層結構形成的波導結構所限制，從襯底端射出，提高了 LED器件的光析出率。當然，在形成金屬反射鏡層107之后還包括常規(guī)的后續(xù)倒裝LED芯片制造步驟，考圖2G，例如之后可以包括在所述N型氮化鎵層102上形成N電極的步驟和在金屬反射鏡層107上形成P電極109步驟，以及將N電極108和P電極109倒裝焊接到散熱基板110上的步驟和裂片封裝的步驟等，本領域技術人員可以根據(jù)公知常識將這些步驟加入本發(fā)明中。根據(jù)本發(fā)明的另一面，還提供一種利用上述實施例所述倒裝LED芯片的制造方法制造的LED芯片，參考圖2G，包括:襯底101、形成在所述襯底101上的外延層和形成在所述P型氮化鎵層上的金屬反射鏡層。所述外延層包括N型氮化鎵層102、多量子阱有源層103和P型氮化鎵層104，所述P型氮化鎵層104中形成有坑洞陣列，所述金屬反射鏡層107為凹凸不平的結構。由于金屬反射鏡層107為凹凸不平的結構，使得多量子阱有源層發(fā)出的光在金屬反射鏡層上散射，而不被LED各層結構形成的波導結構限制，能經過多次反射后最終射出，提高LED的光析出率。綜上所述，本發(fā)明提供一種倒裝LED芯片的結構及其制造方法，所述提高倒裝LED芯片光析出率的方法先在P型氮化鎵層上形成第一金屬層，通過退火工藝使第一金屬層自組裝，以自組裝后的金屬層為掩膜刻蝕P型氮化鎵，再最后形成凹凸不平的金屬反射鏡層，使多量子阱有源層發(fā)出的光在金屬反射鏡層上散射，而不被LED各層結構形成的波導結構限制，最終射出，以提高LED的光析出率。顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種倒裝LED芯片的制造方法，包括: 提供襯底，在襯 底上沉積外延層，所述外延層包括N型氮化鎵層、多量子阱有源層和P型氮化鎵層； 刻蝕所述外延層，形成臺階陣列，所述臺階陣列暴露出N型氮化鎵層； 在所述P型氮化鎵層上形成第一金屬層； 對所述第一金屬層進行退火自組裝； 以第一金屬層為掩膜刻蝕所述P型氮化鎵層，在所述P型氮化鎵層中形成坑洞陣列； 在坑洞陣列中沉積第二金屬層，所述第一金屬層和第二金屬層組成金屬反射鏡層。
2.如權利要求1所述的倒裝LED芯片的制造方法，其特征在于:所述金屬反射鏡層由多層金屬組成。
3.如權利要求2所述的倒裝LED芯片的制造方法，其特征在于:組成所述金屬反射鏡層的多層金屬為 Ni / Ag/Ti / Pt / Au、Ni / Al/Ti / Pt / Au、Ni / Ag / Ni / Au 或Ni / Al/Ti / Au。
4.如權利要求3所述的倒裝LED芯片的制造方法，其特征在于:所述金屬反射鏡層的厚度為 0.lnM~lOnm。
5.如權利要求1所述的倒裝LED芯片的制造方法，其特征在于:干法刻蝕所述P型氮化鎵層，在所述P型氮化鎵層中形成坑洞陣列。
6.如權利要求1所述的倒裝LED芯片的制造方法，其特征在于:所述襯底為藍寶石襯底。
7.一種利用權利要求1所述的倒裝LED芯片的制造方法制造的倒裝LED芯片，其特征在于，包括: 襯底； 形成在所述襯底上的外延層，所述外延層包括依次形成的N型氮化鎵層、多量子阱有源層和P型氮化鎵層，所述P型氮化鎵層中形成有坑洞陣列； 金屬反射鏡層，形成在所述P型氮化鎵層上。
8.如權利要求7所述的倒裝LED芯片，其特征在于:組成金屬反射鏡層的多層金屬為Ni / Ag/Ti / Pt / Au,Ni / Al/Ti / Pt / Au,Ni / Ag / Ni / Au 或 Ni / Al/Ti / Au。
9.如權利要求8所述的倒裝LED芯片，其特征在于:所述金屬反射鏡層的厚度為.0.lnm 10nm
全文摘要
本發(fā)明提供一種倒裝LED芯片及其制造方法，包括提供襯底，在襯底上沉積外延層，所述外延層包括N型氮化鎵層、多量子阱有源層和P型氮化鎵層；刻蝕所述外延層，形成臺階陣列，所述臺階陣列暴露出N型氮化鎵層；在所述P型氮化鎵層上形成第一金屬層；對所述第一金屬層進行退火自組裝；以第一金屬層為掩膜刻蝕所述P型氮化鎵層，在所述P型氮化鎵層中形成坑洞陣列；在坑洞陣列中沉積第二金屬層，所述第一金屬層和第二金屬層組成金屬反射鏡層。這樣，使多量子阱有源層發(fā)出的光在金屬反射鏡層上散射，而不被LED各層結構形成的波導結構限制，最終射出，提高LED的光析出率。
文檔編號H01L33/60GK103078050SQ20131004187
公開日2013年5月1日 申請日期2013年2月1日 優(yōu)先權日2013年2月1日
發(fā)明者于洪波 申請人:映瑞光電科技(上海)有限公司