[發明專利]垂直結構發光二極管芯片結構及其制造方法

有效

• 申請號: 200910272579.6
• 申請日: 2009-10-30
• 公開（公告）號: CN101847675A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 周武;鄭如定;劉榕;張建寶
• 申請（專利權）人: 武漢華燦光電有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L21/78
• 代理公司: 武漢帥丞知識產權代理有限公司 42220
• 代理人: 朱必武

技術領域

本發明涉及一種垂直結構發光二極管芯片結構及其制造方法，屬于半導體器件制造領域。

背景技術

發光二極管(LED：Light?Emitting?Diode)在顯示、照明領域有著廣泛的應用，半導體發光二極管將電能轉化為光能，其特點是能耗低、壽命長、色彩豐富、制程環保。但由于目前光電轉換效率尚不到20％，仍有80％的電能轉化為熱能，導致LED發光器件工作后有光衰，直接影響LED的長期正常使用，解決散熱是LED行業最為迫切的問題。GaN基LED芯片有兩種基本結構，橫向結構(Lateral)和垂直結構(Vertical)。橫向結構的LED芯片的P、N電極在LED芯片的同一側，電流在N和P類型限制層中橫向流動不等的距離。垂直結構的LED芯片的P、N兩個電極分別在LED外延層的兩側，由于圖形化電極和全部的P類型限制層作為第二電極，使得電流幾乎全部垂直流過LED外延層，極少橫向流動的電流。制造垂直結構LED芯片通常采用激光剝離生長襯底藍寶石或機械研磨藍寶石襯底。激光剝離生長襯底和外延層主要存在設備投資大，運營成本高，同時激光束的瞬間高溫對外延層有傷害，導致產品良率低，芯片成本高；單純使用機械研磨，由于外延層厚度為6-10μm，生長外延的藍寶石自身有一定不平整度，機械研磨的精度在5μm左右，這樣導致：一是機械研磨藍寶石的終點無法控制，二是研磨的不均勻性，部分區域已經研磨到N-GaN，部分區域仍殘留藍寶石襯底，因此產品良率低，如專利200810033972.5中提到的用機械研磨的方法去除藍寶石襯底的方法來制作垂直結構LED芯片。

發明內容

為了克服激光剝離襯底及機械研磨襯底在制作垂直結構LED芯片存在的問題，本發明提出一種垂直結構發光二極管芯片結構及其制造方法，其通過邦定金屬支撐層-機械研磨-激光劃槽-混酸腐蝕的綜合方法，制造垂直結構LED芯片，降低了生產成本，提高了產品良率。

本發明的技術方案是：垂直結構發光二極管芯片制造方法，其特征在于：包括下列工藝步驟：

a.在P-GaN層上蒸鍍金屬，獲得P電極歐姆接觸層以及反光層；

b.在上述金屬表面邦定金屬作為金屬支撐層；

c.將晶圓背面藍寶石襯底機械研磨；

d.在藍寶石上激光劃槽，根據所做芯片大小，調整劃槽間距，根據藍寶石的厚度控制劃槽深度和寬度；

e.用硫酸+磷酸溶液，腐蝕切割道，控制時間，腐蝕到N-GaN層；

f.在晶圓背面藍寶石上制作N電極，使一部分N電極直接與N-GaN層接觸，這部分電極覆蓋劃槽底部，另一部分電極包括N電極壓焊點N-PAD與藍寶石襯底附著；

g.切割成所需大小的芯片。

如上所述的垂直結構發光二極管芯片制造方法，其特征在于：邦定金屬支撐層的厚度在30-80μm。

如上所述的垂直結構發光二極管芯片制造方法，其特征在于：機械研磨藍寶石襯底，使剩余藍寶石層厚度為25-50μm。

如上所述的垂直結構發光二極管芯片制造方法，其特征在于：激光劃槽，根據藍寶石的厚度控制劃槽深為27-50μm，寬度為30-60μm。

如上所述的垂直結構發光二極管芯片制造方法，其特征在于：使用磷酸+硫酸高溫在150-300℃下腐蝕劃槽。

如上所述的垂直結構發光二極管芯片制造方法，其特征在于：金屬支撐層邦定方式包括電鍍或共晶。

垂直結構發光二極管芯片結構，包括P-GaN層、量子阱層、N-GaN層、緩沖層、藍寶石襯底，它們依次連接，其特征在于：還包括P電極歐姆接觸層、反光層、金屬支撐層、N電極和劃槽；P-GaN層上有P電極歐姆接觸層和反光層，歐姆接觸層表面邦定厚度為30-80μm金屬支撐層，在25-50μm藍寶石襯底的表面劃出縱橫交錯的劃槽，這些劃槽的深度在27-50μm，寬度30-60μm，劃槽底部為N-GaN層；在晶圓背面藍寶石上制作N電極，部分N電極金屬與劃槽底部的N-GaN層接觸，大部分N電極與藍寶石襯底直接接觸。

本發明的有益效果是：本發明可以使用一般LED芯片制造工廠的現有設備，無需添置昂貴的激光剝離設備，且生產過程中各種參數可調，便于以低成本生產出垂直結構的LED；所制成的垂直結構LED芯片同比具有發光面積大、熱阻低、亮度高的優點。

附圖說明

圖1是本發明實施例GaN基晶圓截面示意圖。

圖2是是本發明實施例GaN基晶圓金屬支撐層截面示意圖。

圖3是GaN基晶圓減薄后截面示意圖。

圖4是GaN基晶圓激光劃槽后截面示意圖。

圖5是GaN基LED芯片背面N電極俯視圖。