专利名称：一种倒装焊led芯片结构及其制作方法
技术领域：
本发明涉及发光二极管芯片技术领域，尤其是涉及一种倒装焊接的LED芯片结构 及其制作方法。
技术背景
在全球能源危机的催生下，各种节能的光电器件应运而生，发光二极管(LED)依 靠其低能耗、无污染、寿命长等特性，逐渐成为继白炽灯，荧光灯之后的第三代光源。白光 LED照明耗电量低，耗电量是同等照明亮度的白炽灯的20%，日光灯的50%，具有节能、环 保和绿色照明等独特优点。
尽管LED芯片已经商业化，但是LED芯片出光效率低的问题至今没有得到很好的 解决。目前商业化的白光LED在室温20mA电流注入下光效是25 lm/W，而日常普遍使用的 日光灯的光效是75 lm/W。LED这种低光效直接导致其在发光功率、散热以及可靠性等方面 还与传统的荧光灯等光源存在一定差距，还无法替代传统光源而广泛应用于普通照明中。 因此，提高LED的出光效率成为LED固态照明发展道路中需要迫切解决的问题之一。
LED芯片有两个重要指标参量内量子效率和外量子效率。内量子效率是指多量 子阱MQWs (Multi Quantum Wells)内产生的光子与注入电子的比值。内量子效率的提高 主要靠优化材料的质量(晶体的缺陷的降低，掺杂浓度的调配，欧姆接触提高)、外延层的结 构优化来达到。在目前成熟的外延技术条件下，LED的内量子效率均很高，甚至可以达到 99%,可继续提升的空间不大。
外量子效率是指外量子效率是指在一定时间内向外部辐射出的光子数与产生的 光子数之比。氮化物外延层(ITO、GaN)和空气的反射系数差异较大，光能够传播出去的 临界角约为23度，这大大限制了 GaN基发光二极管的外量子效率。不能出射的光在LED结 区转换为热能，提高了结温，使晶格振动加剧，影响了内部量子效率，并使LED的寿命受到 较大影响。因此，在提高LED出光效率时需要面对的一个重要的问题就是内部全反射IlR (Total internal reflection)。所以在芯片结构层次做改进，大力提高LED的外量子效 率成为现在的主要工作。同侧结构LED芯片选用蓝宝石做衬底，外延生长缓冲层、η型GaN (n-GaN)层，多量 子阱层(MQWs)，ρ型GaN (ρ-GaN)层。由于蓝宝石不导电，所以电极必须做成同侧的结构， 将P-GaN表面涂上光刻胶，利用光刻技术，刻蚀到n-GaN层，刻蚀出η型电极槽。然后在沉 积一层氧化铟锡(ΙΤ0)，由于其导电透明的特性可以在其上面直接制作电极。对ITO表面进 行粗化处理，因为可以提高其与外界的接触面积，因此可以提高光出射的效率。
本方法存在以下几个问题虽然ITO透明，但它也存在一定的反射；由于电极做在 光出射的面上，而使光的出射面积减小；η型电极的制作需要刻蚀掉一定面积的多量子阱 层，使产生光的面积减小，总体使光的出射效率受到影响，接近将粗化所产生的出光效果抵 消。
现在工业界普遍采用倒装焊结构，将芯片倒置，电极采用压焊的方法焊接在垫块 上，让光从从衬底表面出射。此方法虽然虽然提高了光的出射面积，但在大幅度提高光出射 方面遭遇瓶颈。
以上两种方法也存在横向分压这一缺点，加在ρ型电极与η型电极上的电压并未 完全加在能够起到发光作用的P-GaN与n-GaN上。
原衬底剥离技术就是在Si衬底上外延生长缓冲层(Buffer layer)、η型GaN (n-GaN),多量子阱层(MQWs) ρ型GaN (p_GaN)，然后采用粘结的方法将ρ-GaN层粘结到Cu 衬底上，然后将原Si衬底剥离，得到原衬底剥离的芯片。接下来做欧姆接触，制作阴阳电 极。
此种方法存在以下问题剥离时可能对外延层结构造成损伤；此种剥离方法对设 备的精度要求比较高；以上结构，要求电极必须做在n-GaN表面，这造成了出光面积的减 小；由于光从n-GaN表面出射，将有一部分光入射到p_GaN层，造成出光损失比较严重。发明内容
针对现有技术存在上述不足，本发明的目的是提供一种能够提高外量子效率、提 高电能利用率的新型倒装焊LED芯片结构。
本发明的另一目的是提供制作所述倒装焊LED芯片结构的方法。
本发明的目的是这样实现的一种倒装焊LED芯片结构，其特征在于，所述LED芯 片包括以蓝宝石为衬底的外延层和以Si02/Si为衬底的电极层；所述蓝宝石衬底的正面刻 蚀有周期性结构的孔，背面刻蚀有随机图案；所述刻蚀有孔的蓝宝石衬底正面上生长有外延层，所述外延层的结构依次为缓冲层 buffer layer、η 型 GaN 层 n_GaN、多量子阱层 MQWs 和 ρ 型 GaN 层 ρ-GaN ；所述P型GaN层p-GaN上刻蚀有阴极电极槽，未刻蚀的P型GaN层ρ-GaN作为阳极电 极槽，刻蚀后露出的η型GaN层n_GaN为阴极电极槽；作为阳极电极槽的ρ型GaN层p_GaN 上溅镀有P型接触层，所述P型接触层为依次溅镀的粘连层ΙΤ0、阻隔层Ni和反射层Ag ；所述作为阴极电极槽的η型GaN层n-GaN上电镀有η型欧姆接触层，所述η型欧姆接 触层为在阴极电极槽内电镀的Ti/Al/Ti/Au合金；所述Si02/Si衬底上的电极层为Si02/Si衬底上依次沉积的钛Ti、钼Pt和金Au，电极 层上的电极分布与刻蚀后的外延层上电极分布一致；通过金Au焊料将蓝宝石衬底正面的外延层和SiO2ZSi衬底上电极层进行粘结，构成 LED芯片。
进一步，所述蓝宝石衬底正面刻蚀的周期性结构的孔的形状为圆孔或者近似圆 孔的形状；所述圆孔的半径在2-4 μ m之间，深度在0. 5-1. 5 μ m之间，周期间距在2_3 μ m 之间；所述近似圆孔的形状可以为八边形，所述八边形的边长为1. 66-3. 31 μ m，深度在 0. 5-1. 5 μ m之间，周期间距在2-3 μ m之间。
所述ρ型GaN层ρ-GaN上刻蚀的阴极电极槽是从P型GaN层ρ-GaN刻蚀到η型 GaN层n-GaN ；阴极电极槽与与阳极电极槽的个数对应关系为一对多或多对一的关系，所述 阴极电极槽的个数为一个，对应的阳极电极槽的个数为两个或四个；或者所述阴极电极槽 个数为两个或四个，对应的阳极电极槽个数为一个。
本发明还提供所述倒装焊LED芯片结构的制作方法，包括如下步骤步骤1 在已抛光的蓝宝石衬底上，利用激光刻蚀出具有周期性结构的孔状结构； 步骤2 利用金属有机化学气象沉积MOCVD技术，在具有孔状结构的的蓝宝石正面上依 次外延生长缓冲层Buffer layer,η型GaN层n_GaN、多量子阱层MQWs和ρ型GaN层p_GaN 作为外延层；步骤3 利用光刻技术在ρ型GaN层p-GaN上刻蚀出1个或多个阴极电极槽，所述阴极 电极槽为从P型GaN层p-GaN刻蚀到η型GaN层n-GaN，露出的η型GaN层n_GaN为阴极电 极槽，未刻蚀的P型GaN层p-GaN为阳极电极槽；步骤4 然后再利用感应耦合等离子体ICP刻蚀机，在蓝宝石衬底背面做随机粗化处 理，刻蚀随机图案；步骤5 利用电镀技术，向阳极电极槽表面依次溅镀粘连层ΙΤ0、阻隔层Ni和反射层Ag 作为P型接触层；向阴极电极槽上电镀Ti/Al/Ti/Au合金作为η型欧姆接触层；步骤6 在Si02/Si衬底的上依次沉积钛Ti、钼Pt和金Au作为电极层，电极层上焊盘 的分布应与外延层上的阴极电极槽和阳极电极槽的分布相对应；步骤7:利用超声波热焊机，使用焊料Au将以蓝宝石为衬底的LED芯片的外延层与 Si02/Si衬底的LED芯片的电极层进行粘结；每个电极的枝条个数可以为1、2、3或4个；最 终制备出倒装焊LED芯片。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果(1)本发明采用在蓝宝石衬底上用激光刻蚀的方法刻蚀出具有周期性的合适大小的 孔。这些位于衬底和缓冲层的交界面上的孔，能有效地缓冲由于不同材料的热膨胀系数不 同而导致的侧向应力的变化，降低由于热而导致的晶格缺陷加剧，保证电子与空穴的复合 能够发出光子，从而使芯片高效的工作，延长使用寿命。
(2)本发明的阴极电极槽和阳极电极槽，采用一对多或多对一的方式，，可以大大 降低横向分压，使电压能够更均勻的加在能发光区域；而焊接时采用的多枝条结构，能够使 电极上的电流分布更加的均勻，避免电流拥挤现象，电子与空穴能够在较均勻的电流下进 行复合，更能避免因局部电流密度过大导致的的发热严重现象，使芯片的性能稳定，保持 高的出光效率，也使电能能够更有效地被利用。
(3)本发明在蓝宝石衬底背面上做一些粗化处理，形成一些随机的图形结构，这样 就能够提高蓝宝石与外界的接触面积，从而提高光子出射的几率。
(4)本发明在未刻蚀的ρ型GaN层p-GaN上依次溅镀粘连层ΙΤ0、阻隔层Ni和反射 层Ag，其中反射层Ag能够起到镜面的作用，将多量子阱内MQWs产生射向ρ型GaN层p-GaN 的光有效地反射回去，使其能够从蓝宝石的背面出射，从而进一步提高出光效率。
图1为本发明在蓝宝石衬底正面经刻孔处理后的结构示意图； 图2为本发明在蓝宝石衬底正面刻圆孔的俯视示意图 图3为本发明以蓝宝石为衬底的外延层的结构示意图； 图4为本发明实施例1刻蚀后的外延层俯视(示意)图；图5为图4的A-A剖视图；图6为本发明实施例1的电极层表面的电极分布示意图；图7为本发明实施例1的倒装焊LED芯片的切面结构示意图；图8为本发明实施例1的电极焊接枝条分布俯视示意图；图9为本发明实施例2中在蓝宝石衬底正面刻八边形孔的俯视示意图；图10为本发明实施例3刻蚀后的外延层俯视(示意)图；图11为图10的B-B剖视图(同图5)；图12为本发明实施例3的电极层表面的电极分布示意图；图13为本发明实施例3的倒装焊LED芯片的切面结构示意图；图14为本发明实施例3的电极焊接枝条分布俯视(示意)图；图15为本发明实施例4刻蚀后的外延层俯视示意图；图16为图10的C-C剖视图；图17为本发明实施例4的电极层表面的电极分布示意图； 图18为本发明实施例4的倒装焊LED芯片的切面结构示意图； 图19为本发明实施例4的电极焊接枝条分布俯视示意图； 图20为本发明实施例5刻蚀后的外延层俯视(示意)图； 图21为图10的D-D剖视图(同图16)； 图22为本发明实施例5的电极层表面的电极分布示意图； 图23为本发明实施例5的倒装焊LED芯片的切面结构示意图； 图M为本发明实施例5的电极焊接枝条分布俯视示意图；具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。
实施例1 参见图1和图2，一种倒装焊LED芯片结构，包括以蓝宝石为衬底的外 延层和以Si02/Si为衬底的电极层；所述蓝宝石衬底的正面刻蚀有周期性结构的圆孔状孔 1结构，圆孔的半径为3 μ m,深度为1 μ m,周期间距为2. 5 μ m，蓝宝石衬底的背面刻蚀有随 机图案；参见图3，刻蚀有圆孔的蓝宝石衬底正面上生长有缓冲层buffer layer、η型GaN层 n-GaN、多量子阱层MQWs和ρ型GaN层ρ-GaN组成的外延层；参见图4和图5，以ρ型GaN层ρ-GaN的中心线为对称线，ρ型GaN层ρ-GaN两端对称 刻蚀有阴极电极槽，刻蚀后的外延层表面被分为三个部分，即两个阴极电极槽和一个阳极 电极槽，两个阴极电极槽分布在阳极槽的两侧；参见图7，未刻蚀的ρ型GaN层p-GaN作为 阳极电极槽，其上依次溅镀有粘连层ΙΤ0、阻隔层Ni和反射层Ag组成的ρ型接触层；刻蚀 的阴极电极槽为刻蚀后露出的η型GaN层n-GaN，在阴极电极上电镀有Ti/Al/Ti/Au合金作 为η型欧姆接触层；所述ITO为氧化铟锡，Ni为镍，Ag为银。
参见图7，所述Si02/Si衬底上的电极层为Si02/Si衬底上依次沉积的钛Ti、钼Pt 和金Au ；其中Ti的厚度为0. 2 μ m，Pt的厚度为0. 2 μ m，Au的厚度为2. 0 μ mm ；参见图6，所 述电极层上焊盘(电极)的分布应与外延层上的阴极电极槽和阳极电极槽的分布相对应，电 极层在Si02/Si衬底上为三个相互分离的电极，其中两个电极对称分布在另外一个电极的两侧；参见图8，通过焊料金Au将蓝宝石衬底正面的外延层和SiO2ZSi衬底上电极层进行粘 结，构成LED芯片，所述两个阴极的枝条个数分别为一个，阳极的枝条数四个。
实施例1的倒装焊LED芯片结构制作方法，包括如下步骤步骤1 在已抛光的蓝宝石衬底上，利用激光刻蚀出具有周期性结构的圆孔状结构；圆 孔的半径为3 μ m,深度为1 μ m,周期间距为2. 5 μ m ；步骤2 利用金属有机化学气象沉积MOCVD技术，在具有孔状结构的的蓝宝石正面上依 次外延生长缓冲层Buffer layer, η型GaN层n_GaN，多量子阱层MQWs和ρ型GaN层p_GaN 作为外延层；步骤3 利用光刻技术，以ρ型GaN层p-GaN的中心线为对称线，在ρ型GaN层ρ-GaN 两侧对称刻蚀出两个阴极电极槽，刻蚀后的外延层表面被分为三个部分，即两个阴极电极 槽和一个阳极电极槽，两个阴极电极槽分布在阳极的两侧；所述阴极电极槽为从P型GaN层 P-GaN刻蚀到η型GaN层n_GaN，露出的η型GaN层n_GaN为阴极电极槽，未刻蚀的ρ型GaN 层P-GaN为阳极电极槽；步骤4 然后再利用感应耦合等离子体ICP刻蚀机，在蓝宝石衬底背面做随机粗化处 理，刻蚀随机图案；步骤5 利用电镀技术，向未刻蚀的ρ型GaN层p-GaN阳极电极槽依次溅镀粘连层ΙΤ0、 阻隔层Ni和反射层Ag作为ρ型接触层；向η型GaN层n-GaN阴极电极槽内电镀Ti/Al/Ti/ Au合金作为η型欧姆接触层；步骤6:在Si02/Si衬底的上依次沉积钛Ti，钼Pt和金Au作为电极层，其中Ti的厚 度为0. 2 μ m, Pt的厚度为0. 2 μ m，Au的厚度为2. 0 μ mm ；所述电极层上焊盘(电极)的分布 应与外延层上的阴极电极槽和阳极电极槽的分布相对应；电极层在SiO2ZSi衬底上为三个 相互分离的电极，其中两个电极对称分布在另外一个电极的两侧；步骤7 利用超声波热焊机，使用焊料Au将以蓝宝石为衬底的欧姆接触层与Si02/Si 衬底的电极层进行粘结；两个阴极电极的枝条个数分别为一个，阳极电极的枝条数为四个； 通过粘接最终制备出倒装焊LED芯片。
实施例2 参见图9，与实施1不同的是，倒装焊LED芯片结构的蓝宝石衬底的正面 刻蚀的周期性结构孔(1)为八边形，其中八边形的边长为2μπι;深度为Ιμπι，周期间距为 2. 5 μ m ；蓝宝石衬底的背面刻蚀有随机图案。
实施例2的制作方法与实施1不同在于步骤1 在已抛光的蓝宝石衬底上，利用激光刻蚀出具有周期性结构的八边形，其中八 边形的边长为2 μ m ；深度为1 μ m,周期间距为2. 5 μ m。其余步骤同实施例1，此处省略。
实施例3 参见图1和图2，一种倒装焊LED芯片结构，包括以蓝宝石为衬底的外延 层和以Si02/Si为衬底的电极层；所述蓝宝石衬底的正面刻蚀有周期性结构的圆孔状孔1 结构，圆孔的半径为3 μ m，深度为1 μ m，周期间距为2. 5 μ m，蓝宝石衬底的背面刻蚀有随机 图案；参见图3，刻蚀有圆孔的蓝宝石衬底正面上生长有缓冲层buffer layer、η型GaN层 n-GaN、多量子阱层MQWs和ρ型GaN层p-GaN组成的外延层；参见图10和图11，以ρ型GaN层p-GaN的中心线为对称线，在ρ型GaN层ρ-GaN四个角对称刻蚀有四个阴极电极槽，刻蚀后的外延层表面被分为五个部分，即四个阴极电极槽 和一个阳极电极槽，四个阴极电极槽均勻分布在阳极电极槽的四个角上；参见图13，未刻 蚀的P型GaN层p-GaN作为阳极电极槽，其上依次溅镀有粘连层ΙΤ0、阻隔层Ni和反射层 Ag组成的ρ型接触层；刻蚀的阴极电极槽为刻蚀后露出的η型GaN层n-GaN，在阴极电极槽 上电镀有Ti/Al/Ti/Au合金作为η型欧姆接触层；所述ITO为氧化铟锡，Ni为镍，Ag为银。
参见图13，所述Si02/Si衬底上依次沉积的钛Ti、钼Pt和金Au作为电极层；其中 Ti的厚度为0. 1 μ m，Pt的厚度为0. 1 μ m，Au的厚度为1. 0 μ mm ；参见图12，电极层上焊盘 (电极)的分布应与外延层上的阴极电极槽和阳极电极槽的分布相对应，电极层在Si02/Si 衬底上为五个相互分离的电极，其中四个电极均勻分布在另外一个电极的四个角上；参见图14，通过焊料金Au将蓝宝石衬底Si02/Si衬底正面的外延层和Si02/Si衬底上 电极层进行粘结，构成LED芯片，所述四个阴极槽的枝条个数分别为一个，阳极的枝条个数 为四个。
实施例3的倒装焊LED芯片结构制作方法，包括如下步骤步骤1 在已抛光的蓝宝石衬底上，利用激光刻蚀出具有周期性结构的圆孔状结构；圆 孔的半径为3 μ m,深度为1 μ m,周期间距为2. 5 μ m ；步骤2 利用金属有机化学气象沉积MOCVD技术，在具有孔状结构的的蓝宝石正面上依 次外延生长缓冲层Buffer layer, η型GaN层n_GaN，多量子阱层MQWs和ρ型GaN层p_GaN 作为外延层；步骤3 利用光刻技术，以P型GaN层p-GaN的中心线为对称线，在P型GaN层ρ-GaN四 个角对称刻蚀出四个阴极电极槽，刻蚀后的外延层表面被分为五个部分，即四个阴极电极 槽和一个阳极电极槽，四个阴极电极槽均勻电极分布在阳极电极槽的四个角上；所述阴极 电极槽为从P型GaN层p-GaN刻蚀到η型GaN层n-GaN，露出的η型GaN层n_GaN为阴极电 极槽，未刻蚀的P型GaN层p-GaN为阳极电极槽；步骤4 然后再利用感应耦合等离子体ICP刻蚀机，在蓝宝石衬底背面做随机粗化处 理，刻蚀随机图案；步骤5 利用电镀技术，向未刻蚀的ρ型GaN层p-GaN表面依次溅镀粘连层ΙΤ0、阻隔层 Ni和反射层Ag作为ρ型接触层；向露出的η型GaN层n-GaN上电镀Ti/Al/Ti/Au合金作 为η型欧姆接触层；步骤6:在Si02/Si衬底的上依次沉积钛Ti，钼Pt和金Au作为电极层，其中Ti的厚 度为0. 1 μ m, Pt的厚度为0. 1 μ m，Au的厚度为1. 0 μ mm ；所述电极层上焊盘(电极)的分布 应与外延层上的阴极电极槽和阳极电极槽的分布相对应，电极层在SiO2ZSi衬底上为五个 相互分离的电极，其中四个电极均勻分布在另外一个电极的四个角上；步骤7 利用超声波热焊机，使用焊料Au将以蓝宝石为衬底的外延层与Si02/Si衬底的 电极层进行粘结；四个阴极的枝条个数分别为一个，阳极的枝条数四个；通过粘接最终制 备出倒装焊LED芯片；实施例4:参见图1和图2，一种倒装焊LED芯片结构，包括以蓝宝石为衬底的外延层 和以Si02/Si为衬底的电极层；所述蓝宝石衬底的正面刻蚀有周期性结构的圆孔状孔1结 构，圆孔的半径为2 μ m,深度为0. 5 μ m，周期间距为2 μ m,蓝宝石衬底的背面刻蚀有随机图 案；参见图3，刻蚀有圆孔的蓝宝石衬底正面上生长有缓冲层buffer layer、η型GaN层 n-GaN、多量子阱层MQWs和ρ型GaN层ρ-GaN组成的外延层；参见图15和图16，以ρ型GaN层p-GaN的中心线为对称线，在ρ型GaN层ρ-GaN中部 刻蚀有一个阴极电极槽，刻蚀后的外延层表面被分为三个部分，即一个阴极电极槽和两个 阳极电极槽，两个阳极电极槽对称分布在阴极电极槽的两侧；参见图18，未刻蚀的ρ型GaN 层p-GaN作为阳极电极槽，其上依次溅镀有粘连层ΙΤ0、阻隔层Ni和反射层Ag组成的ρ型 接触层；刻蚀的阴极电极槽为刻蚀后露出的η型GaN层n-GaN，在阴极电极槽上电镀有Ti/ Al/Ti/Au合金作为η型欧姆接触层；所述ITO为氧化铟锡，Ni为镍，Ag为银。
参见图18，所述5丨02/5丨衬底上的电极层为5丨02/5丨衬底上依次沉积的钛11、钼？{ 和金Au ；其中Ti的厚度为0. 3 μ m，Pt的厚度为0. 3 μ m，Au的厚度为3. 0 μ mm ；参见图17， 所述电极层上焊盘(电极)的分布应与外延层上的阴极电极槽和阳极电极槽的分布相对应， 电极层在Si02/Si衬底上为三个相互分离的电极，其中两个电极槽对称分布在一个电极的 两侧；参见图19，通过焊料金Au将蓝宝石衬底正面的外延层和Si02/Si衬底上电极层进行粘 结，构成LED芯片，所述阴极的枝条个数分别为一个，两个阳极的枝条个数分别为三个。
实施例4的倒装焊LED芯片制作方法，包括如下步骤步骤1 在已抛光的蓝宝石衬底上，利用激光刻蚀出具有周期性结构的圆孔状结构；圆 孔的半径为2 μ m,深度为0. 5 μ m，周期间距为2 μ m ；步骤2 利用金属有机化学气象沉积MOCVD技术，在具有孔状结构的的蓝宝石正面上依 次外延生长缓冲层Buffer layer, η型GaN层n_GaN，多量子阱层MQWs和ρ型GaN层p-GaN 作为外延层；步骤3 利用光刻技术，以P型GaN层p-GaN的中心线为对称线，在P型GaN层p_GaN 中部刻蚀一个阴极电极，刻蚀后的外延层表面被分为三个部分，即一个阴极电极槽和两个 阳极电极槽，两个阳极电极槽对称分布在阴极电极槽的两侧；所述阴极电极槽为从P型GaN 层p-GaN刻蚀到η型GaN层n-GaN，露出的η型GaN层n-GaN为阴极电极槽，未刻蚀的ρ型 GaN层p-GaN为阳极电极槽；步骤4 然后再利用感应耦合等离子体ICP刻蚀机，在蓝宝石衬底背面做随机粗化处 理，刻蚀随机图案；步骤5 利用电镀技术，向未刻蚀的ρ型GaN层p-GaN表面依次溅镀粘连层ΙΤ0、阻隔层 Ni和反射层Ag作为ρ型接触层；向露出的η型GaN层n-GaN上电镀Ti/Al/Ti/Au合金作 为η型欧姆接触层；步骤6:在Si02/Si衬底的上依次沉积钛Ti，钼Pt和金Au作为电极层，其中Ti的厚 度为0. 3 μ m, Pt的厚度为0. 3 μ m，Au的厚度为3. 0 μ mm ；所述电极层上焊盘(电极)的分布 应与外延层上的阴极电极槽和阳极电极槽的分布相对应；电极层在SiO2ZSi衬底上为三个 相互分离的电极，其中两个电极对称分布在另外一个电极的两侧；步骤7 利用超声波热焊机，使用焊料Au将以蓝宝石为衬底的的外延层与Si02/Si衬底 的电极层进行粘结；阴极的枝条个数分别为一个，两个阳极的枝条数分别为三个；通过粘 接最终制备出倒装焊LED芯片。
实施例5 参见图1和图2，一种倒装焊LED芯片结构，包括以蓝宝石为衬底的外延层和以Si02/Si为衬底的电极层；所述蓝宝石衬底的正面刻蚀有周期性结构的圆孔状孔 1结构，圆孔的半径为4 μ m,深度为2 μ m,周期间距为3 μ m，，蓝宝石衬底的背面刻蚀有随机 图案；参见图3，刻蚀有圆孔的蓝宝石衬底正面上生长有缓冲层buffer layer、η型GaN层 n-GaN、多量子阱层MQWs和ρ型GaN层ρ-GaN组成的外延层；参见图20和图21，以ρ型GaN层p-GaN的中心线为对称线，在ρ型GaN层ρ-GaN中心 刻蚀有一个阴极电极槽，刻蚀后的外延层表面被分为五个部分，即一个阴极电极槽和四个 阳极电极槽，四个阳极电极槽分布在阴极槽的周围，其中未刻蚀的P型GaN层p-GaN作为阳 极电极槽，刻蚀后露出的η型GaN层n-GaN作为阴极电极槽；参见图23，作为阳极电极槽的 未刻蚀的P型GaN层p-GaN上依次溅镀有粘连层ΙΤ0、阻隔层Ni和反射层Ag组成的ρ型接 触层；作为阴极电极槽的刻蚀后露出的η型GaN层n-GaN上电镀有Ti/Al/Ti/Au合金作为 η型欧姆接触层；所述ITO为氧化铟锡，Ni为镍，Ag为银。
参见图23，所述Si02/Si衬底上的电极层为Si02/Si衬底上依次沉积的钛Ti、钼pt 和金Au ；其中Ti的厚度为0. 2 μ m，Pt的厚度为0. 2 μ m，Au的厚度为2. 0 μ mm ；参见图22， 所述电极层上焊盘(电极)的分布与外延层上的阴极电极槽和阳极电极槽的分布相对应；电 极层在Si02/Si衬底上为五个相互分离的电极，其中四个电极对称分布在另外一个电极的 周围；参见图M，通过焊料金Au将蓝宝石衬底正面的外延层和Si02/Si衬底上电极层进行粘 结，构成LED芯片，所述阴极的枝条个数分别为两个，四个阳极的枝条数分别为一个。
实施例5的倒装焊LED芯片制作方法，包括如下步骤步骤1 在已抛光的蓝宝石衬底上，利用激光刻蚀出具有周期性结构的圆孔状结构；圆 孔的半径为4 μ m，深度为2 μ m,周期间距为3 μ m，；步骤2 利用金属有机化学气象沉积MOCVD技术，在具有孔状结构的的蓝宝石正面上依 次外延生长缓冲层Buffer layer, η型GaN层n_GaN，多量子阱层MQWs和ρ型GaN层p-GaN 作为外延层；步骤3 利用光刻技术，以P型GaN层p-GaN的中心线为对称线，在P型GaN层p-GaN中 心一个阴极电极槽，刻蚀后的外延层表面被分为五个部分，即一个阴极电极槽和四个阳极 电极槽，四个阳极电极槽分布在阴极电极槽的周围；所述阴极电极槽为从P型GaN层p-GaN 刻蚀到η型GaN层n-GaN，露出的η型GaN层n-GaN为阴极电极槽，未刻蚀的ρ型GaN层 P-GaN为阳极电极槽；步骤4 然后再利用感应耦合等离子体ICP刻蚀机，在蓝宝石衬底背面做随机粗化处 理，刻蚀随机图案；步骤5 利用溅镀技术，向未刻蚀的ρ型GaN层p-GaN表面依次溅镀粘连层ΙΤ0、阻隔层 Ni和反射层Ag作为ρ型接触层；向露出的η型GaN层n-GaN上电镀Ti/Al/Ti/Au合金作 为η型欧姆接触层；步骤6:在Si02/Si衬底的上依次沉积钛Ti，钼Pt和金Au作为电极层，其中Ti的厚 度为0. 2 μ m, Pt的厚度为0. 2 μ m，Au的厚度为2. 0 μ mm ；所述电极层上焊盘(电极)的分布 应与外延层上的阴极电极槽和阳极电极槽的分布相对应；电极层在SiO2ZSi衬底上为三个 相互分离的电极，其中两个电极对称分布在另外一个电极的两侧；步骤7 利用超声波热焊机，使用焊料Au将以蓝宝石为衬底的外延层与Si02/Si衬底的 电极层进行粘结；阴极的枝条个数分别为两个，四个阳极的枝条数分别为一个；通过粘接 最终制备出倒装焊LED芯片。
此外，本发明的实施例不仅限于如此，比如蓝宝石衬底与缓冲层之间的刻蚀的周 期性的孔，就不仅限于圆形或八边形，也可以是十二边形、二十四边形等。
蓝宝石背面的随机图案是需经过粗化处理的具有几何外形的周期性性结构，该几 何图形可以为三角形，四边形，五边形，六边形，八边形，圆形或类似图形。
本发明中生长外延层的衬底材料不限于蓝宝石，还可以为氮化铝或氮化硼等。此 外，为加强光的反射、防止芯片的老化还可在外延层的侧壁沉积钝化层。本发明最终制备出 倒装焊LED芯片，芯片大小可以从1X1 (mm2)到10X10 (mm2)，可以用于路灯、家用照明 或显示屏的背光等方面。
权利要求
1.一种倒装焊LED芯片结构，其特征在于，所述LED芯片包括以蓝宝石为衬底的外延层 和以Si02/Si为衬底的电极层；所述蓝宝石衬底的正面刻蚀有周期性结构的孔(1)，背面刻 蚀有随机图案；所述刻蚀有孔的蓝宝石衬底正面上生长有外延层，所述外延层的结构依次为缓冲层 buffer layer、η 型 GaN 层 n_GaN、多量子阱层 MQWs 和 ρ 型 GaN 层 ρ-GaN ；所述P型GaN层p-GaN上刻蚀有阴极电极槽，未刻蚀的P型GaN层p_GaN作为阳极电 极槽，刻蚀后露出的η型GaN层n_GaN为阴极电极槽；作为阳极电极槽的ρ型GaN层p_GaN 上溅镀有P型接触层，所述P型接触层为依次溅镀的粘连层ΙΤ0、阻隔层Ni和反射层Ag ；所述作为阴极电极槽的η型GaN层n-GaN上电镀有η型欧姆接触层，所述η型欧姆接 触层为在阴极电极槽内电镀的Ti/Al/Ti/Au合金；所述SiO2ZSi衬底上的电极层为Si02/Si衬底上依次沉积的钛Ti、钼Pt和金Au，电极 层上的电极分布与刻蚀后的外延层上电极分布一致；通过金Au焊料将蓝宝石衬底正面的外延层和SiO2ZSi衬底上电极层进行粘结，构成 LED芯片。
2.根据权利要求1所述的倒装焊LED芯片结构，其特征在于，所述蓝宝石衬底正面刻 蚀的周期性结构的孔(1)的形状为圆孔或者近似圆孔的形状；所述圆孔的半径在2-4μπι 之间，深度在0. 5-1. 5 μ m之间，周期间距在2-3 μ m之间；所述近似圆孔的形状可以为八边 形，所述八边形的边长为1. 66-3. 31 μ m,深度在0. 5-1. 5 μ m之间，周期间距在2-3 μ m之 间。
3.根据权利要求1所述的倒装焊LED芯片结构，其特征在于，所述ρ型GaN层ρ-GaN上 刻蚀的阴极电极槽是从P型GaN层P-GaN刻蚀到η型GaN层n-GaN ；阴极电极槽与与阳极 电极槽的个数对应关系为一对多或多对一的关系，所述阴极电极槽的个数为一个，对应的 阳极电极槽的个数为两个或四个；或者所述阴极电极槽个数为两个或四个，对应的阳极电 极槽个数为一个。
4.根据权利要求1所述的倒装焊LED芯片结构，其特征在于，蓝宝石背面的随机图案是 需经过粗化处理的具有一定粗糙度的结构，可以是周期性的，也可以是非周期性的，这些粗 糙结构可以是三角形，四边形，五边形，六边形，八边形，圆形或其他图形。
5.根据权利要求1所述的倒装焊LED芯片结构，其特征在于，所述SiO2ZSi衬底上沉积 的Ti的厚度在0. 1-0. 3 μ m之间，Pt的厚度在0. 1-0. 3 μ m之间，Au的厚度在1.0 -3. 0 μ mm 之间。
6.根据权利要求1所述的倒装焊LED芯片结构，其特征在于，所述LED芯片的外延层与 电极层粘结时，使用超声波热焊机，用金作为焊料，每个电极的枝条个数可以为1、2、3或4。
7.一种制作权利要求1所述的倒装焊LED芯片结构的方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1 在已抛光的蓝宝石衬底上，利用激光刻蚀出具有周期性结构的孔状结构；步骤2 利用金属有机化学气象沉积MOCVD技术，在具有孔状结构的的蓝宝石正面上依 次外延生长缓冲层Buffer layer,η型GaN层n_GaN、多量子阱层MQWs和ρ型GaN层p_GaN 作为外延层；步骤3 利用光刻技术在ρ型GaN层p-GaN上刻蚀出1个或多个阴极电极槽，所述阴极电极槽为从P型GaN层p-GaN刻蚀到η型GaN层n-GaN，露出的η型GaN层n_GaN为阴极电 极槽，未刻蚀的P型GaN层p-GaN为阳极电极槽；步骤4 然后再利用感应耦合等离子体ICP刻蚀机，在蓝宝石衬底背面做随机粗化处 理，刻蚀随机图案；步骤5 利用电镀技术，向阳极电极槽表面依次溅镀粘连层ΙΤ0、阻隔层Ni和反射层Ag 作为P型接触层；向阴极电极槽上电镀Ti/Al/Ti/Au合金作为η型欧姆接触层；步骤6 在SiO2ZSi衬底的上依次沉积钛Ti、钼Pt和金Au作为电极层，电极层上焊盘 的分布应与外延层上的阴极电极槽和阳极电极槽的分布相对应；步骤7:利用超声波热焊机，使用焊料Au将以蓝宝石为衬底的LED芯片的外延层与 Si02/Si衬底的LED芯片的电极层进行粘结；每个电极的枝条个数可以为1、2、3或4个；最 终制备出倒装焊LED芯片。
8.根据权利要求7所述的制作倒装焊LED芯片结构的方法，其特征在于，所述步骤1 中的孔状结构可以为圆孔或者近似圆孔的形状；所述圆孔的半径在2-4μπι之间，深度在 0. 5-1.5μπι之间，周期间距在2-3μπι之间；所述近似圆孔的形状可以为八边形，其中八边 形的边长为1. 66-3. 31 μ m,深度在0. 5-1. 5 μ m之间，周期间距在2-3 μ m之间；所述近似圆 孔的形状或为大于八个边接近圆形的图形结构。
9.根据权利要求7所述的制作倒装焊LED芯片结构的方法，其特征在于，所述步骤步骤 6中钛Ti的厚度在0. 1-0. 3 μ m之间，钼Pt的厚度在0. 1-0. 3 μ m之间，金Au的厚度在1. 0 -3. 0 μ mm 之间。
全文摘要
一种倒装焊LED芯片结构及其制备方法，所述LED芯片包括以蓝宝石为衬底的外延层和以SiO2/Si为衬底的电极层；蓝宝石衬底的正面刻蚀有周期性结构的孔，背面刻蚀有随机图案；刻蚀有孔的蓝宝石衬底上依次生长缓冲层bufferlayer、n型GaN层n-GaN、多量子阱层MQWs和p型GaN层p-GaN作为外延层，所述p型GaN层p-GaN上刻蚀有一个或多个阴极电极槽，p型GaN层p-GaN上溅镀有p型接触层，刻蚀后露出的n型GaN层n-GaN上电镀有n型欧姆接触层，所述SiO2/Si衬底上依次沉积的钛Ti、铂Pt和金Au作为电极层，电极层上的电极层分布与刻蚀后的外延层上的电极分布一致；通过金Au焊料将蓝宝石衬底正面的外延层和SiO2/Si衬底上电极层进行粘结构成LED芯片。本结构性能稳定,电能利用率更高，使用寿命更长。
文档编号H01L33/38GK102044608SQ201010547679
公开日2011年5月4日 申请日期2010年11月17日 优先权日2010年11月17日
发明者唐杰灵, 李小涛, 杜晓晴, 田 健, 钟广明 申请人:重庆大学