CN100353576C - 倒装氮化镓基发光二极管芯片的制作方法 - Google Patents

Abstract

一种倒装氮化镓基发光二极管芯片的制作方法，包括如下步骤：在蓝宝石等绝缘衬底上依次外延生长氮化镓N型接触层，发光有源区和P型氮化镓层；在P型氮化镓层上淀积二氧化硅或氮化硅绝缘层；将蓝宝石衬底从背面减薄；在支撑体上沉积二氧化硅或氮化硅绝缘隔离层；利用光刻和电镀或蒸发、溅射、印刷的方法分别在P型、N型引出电极金属层的部分区域制作P型金属焊料凸块和N型金属焊料凸块；利用倒装焊技术将分割好的单个管芯和支撑体焊接在一起；根据设计的管芯大小，将支撑体用划片或切割的方法分割成具有单个管芯的支撑体，也可以先将支撑体切割成单个管芯的支撑体之后，再利用倒装焊技术将分割好的单个管芯和支撑体焊接在一起。

Description

倒装氮化镓基发光二极管芯片的制作方法

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别是指一种倒装氮化镓基发光二极管芯片的制作方法。

背景技术

III-V族GaN基化合物半导体及其量子阱结构发光二极管(LED)具有高可靠性、高效率、长寿命、全固体化、耗电少等优点，在大屏幕显示、交通灯信息指示及一般的光显示和指示领域具有巨大的应用市场，特别是氮化镓基紫光或蓝光发光二极管与荧光粉结合可以制成白光二极管，在照明领域具有潜在的应用市场，有望将来取代现在的白炽灯和荧光灯，成为21世纪的绿色照明光源。为了适应未来的照明要求，利用倒装焊技术制作氮化镓发光二极管管芯，可以增加热传导，增大工作电流，提高发光强度，降低生产成本。现在一般采用的倒装焊技术制作氮化镓基发光二极管管芯的方法是，利用刻蚀的方法形成N型电极的接触区域，然后制备P型和N型欧姆接触电极，接着在P型和N型欧姆接触电极区域制备铟拄，并在支撑体上制备相应的铟拄，将管芯倒装焊到支撑体上，最后将这种管芯焊接到导热性好的热沉上。这种制备方法需要刻蚀N型台面，并且散热面积小，影响了管芯的工作性能和寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用N型侧面接触技术制作的倒装氮化镓基发光二极管芯片及其制作方法，这种结构和方法可以简化制作工艺，制作的芯片具有反向导通特性，芯片抗静电能力很强，这种结构和方法同时能够提高热的传导速率，使管芯可以在更大电流下工作，提高管芯的性能和寿命。

本发明一种倒装氮化镓基发光二极管芯片的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在蓝宝石绝缘衬底上利用金属化学有机气相沉积方法依次外延生长氮化镓N型接触层，发光有源区和P型氮化镓层；

步骤2：在P型氮化镓层上淀积二氧化硅或氮化硅绝缘层，按照设计好的芯片图形在二氧化硅或氮化硅绝缘层上刻蚀出窗口，在裸露出P型氮化镓层的窗口制备具有高反射率的P型欧姆接触电极；

步骤3：将蓝宝石衬底从背面减薄到70μm到150μm之间，利用管芯分割技术将外延片上的管芯分割成单个管芯；

步骤4：在支撑体上沉积二氧化硅或氮化硅绝缘隔离层，用光刻和蒸发或溅射的方法在沉积有二氧化硅或氮化硅绝缘隔离层的支撑体上制作P型引出电极金属层、N型引出电极金属层；

步骤5：利用光刻和电镀或蒸发、溅射、印刷的方法分别在P型、N型引出电极的部分区域制作P型金属焊料凸块和N型金属焊料凸块，N型金属焊料凸块高于P型金属焊料凸块，以保证压焊后N型金属焊料能够与芯片侧面N型外延层充分接触，或者N型金属焊料凸块和P型金属焊料凸块高度一致，但是P型金属焊料凸块制作成具有一定占空比的图形，压焊后P型金属焊料凸块层高度降低，也能保证压焊后N型金属焊料能够与芯片侧面N型外延层充分接触；

步骤：6：利用倒装焊技术将分割好的单个管芯和支撑体焊接在一起，将管芯上具有高反射率的P型欧姆接触电极与在支撑体上相对应的P型金属焊料凸块焊接在一起，同时使管芯侧面位于支撑体N型电极焊料凸块范围，焊接完成后保证管芯侧面与N型金属焊料凸块接触；；

步骤7：根据设计的管芯大小，将支撑体用划片或切割的方法分割成具有单个管芯的支撑体，也可以先将支撑体切割成单个管芯的支撑体之后，再利用倒装焊技术将分割好的单个管芯和支撑体焊接在一起。

其中管芯侧面至少有一个边位于支撑体N型电极引出层上的N型金属焊料凸块范围内，压焊后氮化镓基发光二极管外延结构的N型层和P型层的侧面与支撑体N型电极引出层上的N型金属焊料凸块接触，其中N型为欧姆接触，P型为肖特基接触，芯片具有反向导通特性。

其中管芯整个P型电极的金属面与支撑体上的焊料面完全接触。

其中其中利用蒸发或溅射或电镀方法形成P型引出电极金属层和N型引出电极金属层，使P型引出电极金属层、N型引出电极金属层从支撑体的正面引出；P型引出电极金属层和N型引出电极金属层的金属都为镍、金、铂、铬、钛、铝及其合金或者铟、铟锡合金、金锡合金或者铅锡合金，其厚度为0.01-100微米之间。

其中利用氮化镓基发光二极管外延结构的N型层的侧面作为管芯N型欧姆接触电极接触区域，N型欧姆接触电极的金属为钛、铝，铬及其合金或者铟或铟锡合金或者金锡合金或者铅锡合金，其厚度为0.3-100微米之间。

这种方法适用于任意尺寸和任意形状的氮化镓基发光二极管管芯的制作。

其中管芯倒装焊的支撑体为硅或者氧化铍或者氮化铝、金刚石高热导率的材料。

本发明的倒装氮化镓基发光二极管芯片的制作方法，在倒装芯片支撑体上，制作有P型和N型引出电极金属层和相应厚的金属焊料凸块，氮化镓基发光二极管管芯上制作有具有高反射率的P型欧姆接触电极。在支撑体上焊料的共晶化温度范围内，以适当压力将氮化镓基发光二极管芯片压焊在支撑体上，氮化镓基发光二极管芯片的P型欧姆接触电极与支撑体上P型电极引出金属层上金属焊料对准，管芯侧面至少有一个边位于支撑体N型电极引出金属层焊料凸块范围内，氮化镓基发光二极管外延结构的N型层和P型层的侧面与支撑体N型电极引出金属层上金属焊料凸块接触，其中N型为欧姆接触，P型为肖特基接触。这种结构的倒装管芯具有的反向导通特性，可以大大提高芯片的抗静电能力，P型金属电极面与支撑体上的金属焊料接触面积很大，散热效率高，可以在更大电流下工作，提高发光二极管管芯的性能和寿命，芯片的制作过程中省去N型接触区域的刻蚀、金属化等工艺步骤，工艺流程简化很多，可以有效降低生产成本。

附图说明

为了进一步说明本发明的内容，以下结合实施例对本发明做一详细的描述，其中：

图1是本发明中的氮化镓基发光二极管管芯结构的剖面图；

图2是本发明的管芯倒装焊到支撑体上的剖面图；

图3是本发明管芯倒装焊到支撑体后等效电路原理图。

具体实施方式

首先请参阅图1所示，这是一个氮化镓基发光二极管管芯结构的剖面图，其制作过程是，在蓝宝石衬底10上利用MOCVD方法外延生长GaNN型接触层11，发光有源区12和P型GaN接触层13；管芯的形状设计成正方形，尺寸为1mm×1mm，然后根据设计的管芯图形和尺寸在P型GaN层13上利用PECVD方法沉积0.3微米厚的二氧化硅绝缘隔离层15，按照设计好的芯片图形在二氧化硅或氮化硅绝缘层上刻蚀出窗口，在裸露出P型GaN层的窗口利用蒸发的方法制备0.2微米厚的金属银(Ag)，并且在300摄氏度合金5分钟形成具有高反射率的P型欧姆接触电极14，将蓝宝石衬底从背面用研磨的方法将其减薄到100μm，利用激光划片技术沿设计好的管芯的分割道将外延片上的管芯分割成单个管芯。

再参阅图2所示，在支撑体硅衬底20上利用PECVD方法沉积0.3微米厚的二氧化硅绝缘隔离层21，再根据设计的管芯大小在其上蒸发0.1微米/0.4微米的铬/金电极引出层，利用光刻和腐蚀的方法，按照设计图形将电极引出层分为P型电极引出金属层22和N型电极引出金属层23，用光刻的方法在电极引出层上制作出电镀窗口，在电极引出层上电镀出P型电极铅锡合金焊料凸块24和N型电极铅锡合金焊料凸块25，然后利用倒装焊技术将已经分割成的单个管芯倒装焊到管芯支撑体上，氮化镓基发光二极管芯片的P型电极14与支撑体P型电极焊料凸块24对准，芯片侧面至少一个边位于支撑体N型电极引出层上焊料凸块的范围内，压焊后，N型电极引出层上焊料凸块25与氮化镓基发光二极管芯片N型外延层11和P型外延层13的侧面接触，其中N型为欧姆接触，P型为肖特基接触。再结合图3说明一下本发明器件结构的工作原理，当倒装焊后制作的器件加正向电压时，因为P型扩展电阻35很大，而且氮化镓基发光二极管P型外延层与N型电极引出金属层上焊料凸块25形成反向肖特基接触，所以电流克服管芯的P型欧姆接触电阻后，将沿氮化镓基发光二极管P型外延层串联电阻31，PN结32，N型外延层扩展电阻33，N型外延层与焊料凸块间的欧姆接触34，到达P型电极引出金属层，在穿过PN结32时将主要电能转换为光能发出，当倒装焊后制作的器件加反向电压时，虽然P型层扩展电阻35很大，但此时肖特基接触36成为正向导通，所以器件表现出反向导通特性，具有很强的抗静电能力。

本发明提供了一种利用N型层侧面接触技术制作的倒装氮化镓基发光二极管芯片及其制作方法，这种结构的倒装管芯具有的反向导通特性，可以大大提高芯片的抗静电能力，P型金属面与支撑体上的金属焊料接触面积很大，散热效率高，可以在更大电流下工作，提高发光二极管管芯的性能和寿命，芯片的制作过程中省去N型接触区域的刻蚀、金属化等工艺步骤，工艺流程简化很多，可以有效降低生产成本。

Claims (7)

1、一种倒装氮化镓基发光二极管芯片的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在蓝宝石绝缘衬底上利用金属化学有机气相沉积方法依次外延生长氮化镓N型接触层，发光有源区和P型氮化镓层；

步骤2：在P型氮化镓层上淀积二氧化硅或氮化硅绝缘层，按照设计好的芯片图形在二氧化硅或氮化硅绝缘层上刻蚀出窗口，在裸露出P型氮化镓层的窗口制备具有高反射率的P型欧姆接触电极；

步骤3：将蓝宝石绝缘衬底从背面减薄到70μm到150μm之间，利用管芯分割技术将外延片上的管芯分割成单个管芯；

步骤4：在支撑体上沉积二氧化硅或氮化硅绝缘隔离层，用光刻和蒸发或溅射的方法在沉积有二氧化硅或氮化硅绝缘隔离层的支撑体上制作P型引出电极金属层、N型引出电极金属层；

步骤5：利用光刻和电镀或蒸发、溅射、印刷的方法分别在P型、N型引出电极金属层的部分区域制作P型金属焊料凸块和N型金属焊料凸块，N型金属焊料凸块高于P型金属焊料凸块，以保证压焊后N型金属焊料能够与芯片侧面N型外延层充分接触，或者N型金属焊料凸块和P型金属焊料凸块高度一致，但是P型金属焊料凸块制作成具有一定占空比的图形，压焊后P型金属焊料凸块层高度降低，也能保证压焊后N型金属焊料能够与芯片侧面N型外延层充分接触；

步骤6：利用倒装焊技术将分割好的单个管芯和支撑体焊接在一起，将管芯上具有高反射率的P型欧姆接触电极与在支撑体上相对应的P型金属焊料凸块焊接在一起，同时使管芯侧面位于支撑体N型电极焊料凸块范围，焊接完成后保证管芯侧面与N型金属焊料凸块接触；

步骤7：根据设计的管芯大小，将支撑体用划片或切割的方法分割成具有单个管芯的支撑体，也可以先将支撑体切割成单个管芯的支撑体之后，再利用倒装焊技术将分割好的单个管芯和支撑体焊接在一起。

2、根据权利要求1所述的倒装氮化镓基发光二极管芯片的制作方法，其特征在于，其中管芯侧面至少有一个边位于支撑体N型电极引出层上的N型金属焊料凸块范围内，压焊后氮化镓基发光二极管外延结构的N型接触层和P型氮化镓层的侧面与支撑体N型电极引出层上的N型金属焊料凸块接触，其中N型为欧姆接触，P型为肖特基接触，管芯具有反向导通特性。

3、根据权利要求1所述的倒装氮化镓基发光二极管芯片的制作方法，其特征在于，其中管芯整个P型欧姆接触电极面与支撑体上的P型金属焊料凸块面完全接触。

4、根据权利要求1所述的倒装氮化镓基发光二极管芯片的制作方法，其特征在于，其中利用蒸发或溅射或电镀方法形成P型引出电极金属层和N型引出电极金属层，使P型引出电极金属层、N型引出电极金属层从支撑体的正面引出；P型引出电极金属层和N型引出电极金属层的金属都为镍、金、铂、铬、钛、铝及其合金或者铟、铟锡合金、金锡合金或者铅锡合金，P型引出电极金属层和N型引出电极金属层的厚度为0.01-100微米之间。

5、根据权利要求1所述的倒装氮化镓基发光二极管芯片的制作方法，其特征在于，其中利用氮化镓基发光二极管外延结构的N型接触层的侧面与N型金属焊料凸块接触，作为管芯N型欧姆接触电极接触区域，N型欧姆接触电极的金属为钛、铝，铬及其合金或者铟或铟锡合金或者金锡合金或者铅锡合金，N型金属焊料凸块的厚度为0.3-100微米之间。

6、根据权利要求1所述的倒装氮化镓基发光二极管芯片的制作方法，其特征在于，这种方法适用于任意尺寸和任意形状的氮化镓基发光二极管管芯的制作。

7、根据权利要求1所述的倒装氮化镓基发光二极管芯片的制作方法，其特征在于，其中管芯倒装焊的支撑体为硅或者氧化铍或者氮化铝、金刚石高热导率的材料。