[发明专利]一种使用键合技术的发光二极管制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用键合技术的发光二极管芯片(LED)制造方法，尤其涉及一种蓝、绿光外延层与 导热衬底键合后制造的两个电极在芯片同侧的发光二极管芯片制造方法。该结构通过提高芯片的散热能 力，达到控制芯片工作时的温度，有利于提高芯片的可靠性，而且还有助于增大注入电流密度，提高芯片 亮度。另外，两个电极在芯片的同侧，有利于使用现有普通LED芯片的测试、分选设备实现测试、分选， 这种结构对于应用过程中实现多芯片模组在恒定电流条件下工作是非常必要的。

背景技术

采用键合(bonding)技术的蓝、绿光发光二极管(LED)制造方法通常有两种方案：

一种是利用氢化物气相外延(HVPE)技术生长氮化镓(GaN)衬底，再在此基础上生长蓝、绿光氮化镓 外延层结构，接着在氮化镓外延层上制造接触反光层，然后蒸镀焊料，与导电硅基版键合，硅基版上制作 P电极，氮化镓衬底上制作N电极，如图1所示。图中1是N电极；2是n型GaN；3是多量子阱发光层； 4是p型GaN；5是接触、反光金属层；6是焊料层；7是硅基板；8是背金层。

另一种情况是在蓝宝石衬底上生长氮化镓外延层，先在氮化镓外延层上镀上接触、反光层，然后通 过电镀一层铜作为热沉基底；或者是先在氮化镓外延层上镀上接触反光层，覆盖焊料，然后和硅基板键合， 用硅基板作为热沉基底。这两种方法在做好键合之后都是采用激光剥离的方法使蓝宝石衬底和氮化镓外延 层分离。这样的发光二极管结构都利用了热沉基板的导电特性，电极在芯片的上下两侧(如图1、图2所 示)，也有人把这种器件结构称为垂直结构。图2中的9是N电极；10是n型GaN；11是多量子阱发光层； 12是p型GaN；13是接触、反光金属层；14是铜基座。

尽管铜具有很好的导热性，LED工作时产生的热量很快通过铜基座导出，能有效克服因LED工作过程 中温度升高过大引起的器件性能下降。但是铜基座有一个明显的缺点：铜的热膨胀系数远比氮化镓外延层 的热膨胀系数大，后续加工和使用过程中外延层容易因为温度变化产生的热应力而破裂，从而影响器件的 可靠性。

硅导热系数比铜小，比蓝宝石大，热膨胀系数与氮化镓外延层较接近。采用硅基板与氮化镓外延片 键合后再经过激光剥离工艺的LED电极是上下结构，即电极分别在LED的两侧。这样的器件结构不利于划 片后的测试、分类，也不利于多芯片模组在恒定电流条件下工作。

为了克服上述两种LED方案存在的问题，本发明提出一种新的LED器件结构。

发明内容

本发明提出一种新的LED制造方法，通过提高芯片散热能力来提高器件的可靠性，增加芯片电流注入 密度来提高亮度，通过把两个电极做在器件的同一侧，解决封装、使用过程中多芯片模组在恒定电流条件 工作的困难。

为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种提高芯片散热能力的方法，先将氮化镓外延层和热沉 基板键合，再通过激光剥离技术将生长氮化镓外延层的蓝宝石衬底去掉，热沉基板成为氮化镓外延层的支 撑衬底。其特征在于，热沉基板具有导热不导电的特性，典型材料是氮化铝陶瓷基板。其方法为：首先在 导热不导电的热沉基板上蒸镀一层厚度在1～5um金属焊料(比如金锡焊料)。在氮化镓外延层做好金属反 光、接触层，再蒸镀1～5um金属焊料(比如金锡焊料)，然后通过光刻、湿法蚀刻、干法蚀刻，将外延层 划片道刻透至蓝宝石衬底，在氮化镓外延层做成为分立的管芯单元，然后通过键合工艺，使其和热沉基板 键合，再通过激光剥离技术将氮化镓外延层的蓝宝石衬底去掉。将去掉蓝宝石衬底的外延层n型GaN表面 通过干法或者湿法腐蚀，使表面粗糙，减少全反射，提高取光效率。最后在n型GaN上制造N电极，在热 沉基版焊料层上制造P电极。

具体实施方式

以下以涉及激光剥离工艺的发光二极管制造过程为例，结合附图对本发明实施作进一步说明。

1.在氮化铝陶瓷基板上蒸镀一层金锡焊料，厚度在1～5um，如图3所示。图中15是金锡焊料；16是氮化 铝陶瓷基板。

2.在以蓝宝石为衬底的氮化镓外延片上做金属反光、接触层和金锡焊料，如图4所示。

3.通过光刻，结合湿法刻蚀和干法刻蚀，在划片道处将外延层刻透至蓝宝石衬底，使蓝宝石衬底上的氮 化镓外延层成为一个个分立的管芯单元，如图5所示。