CN101257076B - 发光二极管的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管的制造方法。所述方法包括：制备封装基板，在该封装基板的上表面和下表面上分别形成第一金属层和第二金属层；制备发光结构，所述发光结构包括基板、形成于该基板上的发光叠层和形成于该基板下表面上的反射金属层，所述发光叠层包括依次沉积在基板上的n型半导体层、发光层、p型半导体层和透明电极层；以及采用超声波热压法将该封装基板上表面的第一金属层与该发光结构的基板的下表面上的反射金属层接合。根据本发明，可以降低发光二极管的热阻。

Description

发光二极管的制造方法
技术领域
本发明涉及一种发光二极管的制造方法，尤其涉及一种采用超声波热压方法制造的发光二极管的制造方法。
背景技术
一般传统的发光二极管(LED)的制造方法包括在衬底上外延生长单晶材料的发光结构。随着发光二极管所发出的光的颜色的不同，衬底的材料和发光结构的材料也有很大的差异。例如，蓝绿发光二极管通常采用绝缘的蓝宝石作为衬底，并在蓝宝石衬底上外延生长铟镓氮的发光结构。由于蓝宝石衬底是绝缘的，发光二极管的正负电极均需要形成于正面，因此在发光结构的外延工艺之后，发光二极管器件还需要进行电极的制作、负极区域的刻蚀，芯片表面的光刻和清洗、发光特性的检测、切割芯片、以及包括固晶、焊线和灌胶等的封装工艺的一系列工艺之后才能完成。
传统的封装工艺所采用的固晶材料通常为银胶或绝缘胶，其导热系数较差。例如，银胶或绝缘胶的导热率大约在0.1W/mK至4W/mK左右。因此，当发光二极管器件被用于例如照明等需要大功率的应用时，该低的导热系数使得发光二极管的亮度变低且寿命变差。因此在本领域中需要一种可以提导热系数的固晶材料和固晶工艺。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种具有正装结构的发光二极管的制造方法。所述方法包括：制备封装基板，在该封装基板的上表面和下表面上分别形成第一金属层和第二金属层；制备发光结构，所述发光结构包括基板、形成于该基板上的发光叠层和形成于该基板下表面上的反射金属层，所述发光叠层包括依次沉积在基板上的n型半导体层、发光层、p型半导体层和透明电极层；以及采用超声波热压法将该封装基板上表面的第一金属层与该发光结构的基板的下表面上的反射金属层接合。
根据本发明的另一方面，提供了一种具有垂直结构的发光二极管的制造方法。所述方法包括：制备封装基板，在封装基板的上表面和下表面上分别形成第一金属层和第二金属层；制备发光结构，所述发光结构包括金属基板、分别形成于该金属基板的上表面和下表面上的第三金属层和第四金属层、以及形成于该金属基板的上表面的第三金属层上的发光叠层，所述发光叠层包括依次沉积的n型半导体层、发光层和p型半导体层；以及采用超声波热压法将该封装基板上表面的第一金属层与该发光结构的金属基板的下表面上的第四金属层接合；其中该p型半导体层、发光层、n型半导体层由GaN、InGaN或AlInGaP材料制成。
根据本发明的又一方面，提供了一种具有倒装结构的发光二极管的制造方法。所述方法包括：制备封装基板，在封装基板的上表面和下表面上分别形成第一金属层和第二金属层；制备发光结构，所述发光结构包括基板、形成于该基板的上表面上且彼此电隔离的的第三金属层和第四金属层和形成于该基板下表面上的第五金属层、以及形成于该基板的上表面上的第三金属层上的p型反射金属层、以及形成于p型反射金属层上的发光叠层，所述发光叠层包括依次沉积的p型半导体层、发光层和n型半导体层；以及采用超声波热压法将该封装基板上表面上的第一金属层与该发光结构的基板的下表面上的第五金属层接合。
优选地，封装基板的上表面上的金属层和发光结构的基板的下表面上的金属层也可以分别用在热压时可以形成低温共晶合金相的金属材料形成，以进一步降低超声波热压接合时的温度。
优选地，透明电极层的材料例如选自氧化铟锡(ITO)、RuO2、ZnO及NiO或其组合。p型半导体层、发光层、n型半导体层可以由GaN、InGaN或AlInGaP材料制成。发光结构上的金属层的材料例如选自Al、Ag、Pt、Cr、Mo、W、Au或其组合。
另外，封装基板的材料为具有良好热导率的材料，例如选自硅、铝、铜、钨、钼、氮化镓、氮化铝、碳化硅或其组合。封装基板的上表面和下表面上的金属层的材料例如选自Al、Ag、Pt、Cr、Mo、W、Au或其组合。
由于根据本发明的方法采用了超声波热压法将具有不同结构的发光芯片贴合至封装基板，因此用于接合的金属层可以利用高导热率的金属材料形成，因此可以降低发光二极管的热阻。即使发光二极管在大电流的驱动下，芯片也不会过热。
附图说明
图1为根据本发明的第一实施例的具有正装结构的发光二极管的结构剖面示意图；
图2为根据本发明的第二实施例的具有垂直结构的发光二极管的结构剖面示意图；以及
图3为根据本发明的第三实施例的具有倒装结构的发光二极管的结构剖面示意图。
具体实施方式
现将参考附图通过实施例详细描述本发明。为了示出的方便，附图并未按照比例绘制。
第一实施例
图1为根据本发明的第一实施例的具有正装结构的发光二极管的结构剖面示意图。如图1所示，该发光二极管包括蓝宝石衬底5和封装基板1。在蓝宝石衬底5上依次形成了n型半导体层6、发光层7、p型半导体层8以及透明电极层9。p型金属电极11和n型金属电极10分别形成于透明电极层9和n型氮化镓层6上。金属反射层4形成于蓝宝石衬底5的下表面。在封装基板1的上表面和下表面上分别形成了金属层3和2。封装基板1的背面上的金属层2可以用于与其他外部器件连接。
采用超声波热压法，在低于200℃的温度下，将该反射金属层4与形成于封装基板1的上表面上的金属层3接合。由于采用超声波热压法，封装基板1的上表面上的金属层3和蓝宝石衬底5的下表面上的反射金属层4可以利用高导热率的金属材料形成，因此可以降低发光二极管的热阻。
金属层3和反射金属层4也可以分别用在热压时可以形成低温共晶合金相的金属材料形成，以进一步降低超声波热压接合时的温度。
透明电极层9的材料例如选自氧化铟锡(ITO)、RuO2、ZnO及NiO或其组合。p型半导体层8、发光层7、n型半导体层6可以由GaN、InGaN或AlInGaP材料制成。反射金属层4材料例如选自Al、Ag、Pt、Cr、Mo、W、Au或其组合。
另外，封装基板1的材料为具有良好热导率的材料，例如选自硅、铝、铜、钨、钼、氮化镓、氮化铝、碳化硅或其组合。封装基板1的上表面和下表面上的金属层3和2的材料例如选自Al、Ag、Pt、Cr、Mo、W、Au或其组合。
第二实施例
图2为根据本发明的第二实施例的具有垂直结构的发光二极管的结构剖面示意图。
如图2所示，该垂直结构的发光二极管包括金属基板16和封装基板13。在金属基板16的上表面和下表面上分别形成了金属层17和15。在封装基板13的上表面和下表面上分别形成了金属层14和12。封装基板13的下表面上的金属层12可以用于与其他外部器件连接。
在金属层17上依次形成了金属反射层18、p型半导体层19、发光层20、n型半导体层21以及n型金属电极22。金属反射层18可以根据需要被省略。另外，也可以根据需要在n型金属电极22和n型半导体层21之间形成透明金属电极。
采用超声波热压法，在低于200℃的温度下，将形成于金属基板16的下表面的金属层15与形成于封装基板13的上表面上的金属层14接合。
由于采用超声波热压法，封装基板13的上表面上的金属层14和金属基板16的下表面上的金属层15可以利用高导热率的金属材料形成，因此可以降低发光二极管的热阻。
金属层14和15也可以分别用在热压时可以形成低温共晶合金相的金属材料形成，以进一步降低超声波热压接合时的温度。
p型半导体层19、发光层20、n型半导体层21可以由GaN、InGaN或AlInGaP材料制成。金属层15材料例如选自Al、Ag、Pt、Cr、Mo、W、Au或其组合。
另外，封装基板13的材料为具有良好热导率的材料，例如选自硅、铝、铜、钨、钼、氮化镓、氮化铝、碳化硅或其组合。封装基板13的上表面和下表面上的金属层14和12的材料例如选自Al、Ag、Pt、Cr、Mo、W、Au或其组合。
第三实施例
图3为根据本发明的第三实施例的具有倒装结构的发光二极管的结构剖面示意图。
如图3所示，该倒装结构的发光二极管包括基板27和封装基板24。在基板27的上表面上形成了金属层，并将其图案化以形成金属层29和金属层29′，并在基板27的下表面上形成了金属层26。在封装基板24的上表面和下表面上分别形成了金属层25和23。封装基板24的下表面面上的金属层23可以用于与其他外部器件连接。
在金属层29上依次形成了p型金属反射层30、p型半导体层32、发光层33、n型半导体层34。n型金属电极31形成于金属层29′和n型半导体层34之间。在电连接p型反射金属层30的金属层29与电连接n型金属电极31的金属层29′之间，在基板27中形成了齐纳二极管28。
采用超声波热压法，在低于200℃的温度下，将形成于基板27的下表面上的金属层26与形成于封装基板24的上表面上的金属层25接合。
由于采用超声波热压法，封装基板24的上表面上的金属层25和基板27的下表面上的金属层26可以利用高导热率的金属材料形成，因此可以降低发光二极管的热阻。
金属层25和26也可以分别用在热压时可以形成低温共晶合金相的金属材料形成，以进一步降低超声波热压接合时的温度。
p型半导体层32、发光层33、n型半导体层34可以由GaN、InGaN或AlInGaP材料制成。金属层26材料例如选自Al、Ag、Pt、Cr、Mo、W、Au或其组合。
另外，封装基板24的材料为具有良好热导率的材料，例如选自硅、铝、铜、钨、钼、氮化镓、氮化铝、碳化硅或其组合。封装基板24的上表面和下表面上的金属层25和23的材料例如选自Al、Ag、Pt、Cr、Mo、W、Au或其组合。
由于根据本发明的方法采用了超声波热压法将具有不同结构的发光芯片贴合至封装基板，因此用于接合的金属层可以利用高导热率的金属材料形成，因此可以降低发光二极管的热阻。即使发光二极管在大电流的驱动下，芯片也不会过热。所以芯片的发光面积可以被进一步增加，例如为1mm×1mm或1.5mm×1.5mm，且工作电流也可以被增加到例如500mA到700mA，而功率则可达到1W。
虽然参考其实施例具体显示和描述了本发明，然而本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离由权利要求所界定的本发明的精神和范围的情况下，可以作出形式和细节上的不同变化，而这些变化将落在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种具有正装结构的发光二极管的制造方法，包括：
制备封装基板，在该封装基板的上表面和下表面上分别形成第一金属层和第二金属层；
制备发光结构，所述发光结构包括基板、形成于该基板上的发光叠层和形成于该基板下表面上的反射金属层，所述发光叠层包括依次沉积在基板上的n型半导体层、发光层、p型半导体层和透明电极层；以及
采用超声波热压法将该封装基板上表面的第一金属层与该发光结构的基板的下表面上的反射金属层接合。
2.根据权利要求1的方法，其中第一金属层和该反射金属层分别用在所述超声波热压法时形成低温共晶合金相的金属材料形成。
3.根据权利要求1的方法，其中该透明电极层的材料选自氧化铟锡、RuO2、ZnO及NiO或其组合。
4.根据权利要求1的方法，其中该p型半导体层、发光层、n型半导体层由GaN、InGaN或AlInGaP材料制成。
5.根据权利要求1的方法，其中该反射金属层的材料选自Al、Ag、Pt、Cr、Mo、W、Au或其组合。
6.根据权利要求1的方法，其中该封装基板的材料选自硅、铝、铜、钨、钼、氮化镓、氮化铝、碳化硅或其组合。
7.根据权利要求1的方法，其中第一金属层和第二金属层的材料选自Al、Ag、Pt、Cr、Mo、W、Au或其组合。
8.一种具有垂直结构的发光二极管的制造方法，包括：
制备封装基板，在封装基板的上表面和下表面上分别形成第一金属层和第二金属层；
制备发光结构，所述发光结构包括金属基板、分别形成于该金属基板的上表面和下表面上的第三金属层和第四金属层、以及形成于该金属基板的上表面的第三金属层上的发光叠层，所述发光叠层包括依次沉积的p型半导体层、发光层和n型半导体层；以及
采用超声波热压法将该封装基板上表面的第一金属层与该发光结构的金属基板的下表面上的第四金属层接合；
其中该p型半导体层、发光层、n型半导体层由GaN、InGaN或AlInGaP材料制成。
9.根据权利要求8的方法，其中第一金属层和第四金属层分别用在所述超声波热压法时形成低温共晶合金相的金属材料形成。
10.根据权利要求8的方法，其中第三金属层和第四金属层的材料选自Al、Ag、Pt、Cr、Mo、W、Au或其组合。
11.根据权利要求8的方法，其中该封装基板的材料选自硅、铝、铜、钨、钼、氮化镓、氮化铝、碳化硅或其组合。
12.根据权利要求8的方法，其中第一和第二金属层的材料选自Al、Ag、Pt、Cr、Mo、W、Au或其组合。
13.一种具有倒装结构的发光二极管的制造方法，包括：
制备封装基板，在封装基板的上表面和下表面上分别形成第一金属层和第二金属层；
制备发光结构，所述发光结构包括基板、形成于该基板的上表面上且彼此电隔离的第三金属层和第四金属层和形成于该基板下表面上的第五金属层、以及形成于该基板的上表面上的第三金属层上的p型反射金属层、以及形成于p型反射金属层上的发光叠层，所述发光叠层包括依次沉积的p型半导体层、发光层和n型半导体层；以及
采用超声波热压法将该封装基板上表面上的第一金属层与该发光结构的基板的下表面上的第五金属层接合。
14.根据权利要求13的方法，其中第一金属层和第五金属层分别用在所述超声波热压法时形成低温共晶合金相的金属材料形成。
15.根据权利要求13的方法，其中该p型半导体层、发光层、n型半导体层由GaN、InGaN或AlInGaP材料制成。
16.根据权利要求113的方法，其中第三、第四和第五金属层的材料选自Al、Ag、Pt、Cr、Mo、W、Au或其组合。
17.根据权利要求13的方法，其中该封装基板的材料选自硅、铝、铜、钨、钼、氮化镓、氮化铝、碳化硅或其组合。
18.根据权利要求13的方法，其中第一和第二金属层的材料选自Al、Ag、Pt、Cr、Mo、W、Au或其组合。
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