專利名稱：制備大功率led陣列的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大功率發(fā)光器件的制備；尤其涉及一種用晶片邦定方法制備基于 III-V族氮化物半導(dǎo)體材料的大功率發(fā)光二極管陣列的技術(shù)。所公開的方法提高了大功率 發(fā)光器件的良率。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)，一種電流通過時會發(fā)光的器件，在最近幾十年來隨著技術(shù)進(jìn)步 用途愈加廣泛。早期的LED應(yīng)用主要局限于產(chǎn)品如指示燈及數(shù)字顯示。今天，由于半導(dǎo)體 材料發(fā)展及制造工藝的技術(shù)突破，LED廣泛應(yīng)用于消費(fèi)產(chǎn)品及商業(yè)用途，如交通燈、手電筒、 大型視頻顯示、車燈、出口標(biāo)志等。LED與傳統(tǒng)燈泡相比，發(fā)光亮度大，能源效率高。LED的每瓦發(fā)光效率更高，使用壽 命更長，不需要色彩過濾器即可發(fā)出彩色光，這些都降低成本并提高效率。體積小、散熱少 的特點(diǎn)也擴(kuò)展了 LED可應(yīng)用的產(chǎn)品范圍。在同樣的電流密度及發(fā)光效率下，LED的功率與其發(fā)光區(qū)域的面積成正比。發(fā)光 區(qū)域面積越大，LED功率越高。典型的LED尺寸為300X300 μ m2。單個的大功率LED其尺 寸通常大于IX 1mm2。大量的技術(shù)應(yīng)用于制備LED。其中晶片綁定是使用銦鎵鋁氮半導(dǎo)體材料生產(chǎn)高質(zhì) 量LED的很有價值的技術(shù)。使用晶片邦定技術(shù)制備的尺寸為300Χ300μπι2的LED良率通 常在99. 9%之上。但是當(dāng)晶片邦定技術(shù)用于生產(chǎn)尺寸大于1 X Imm2的大功率LED時，良率 通常降到80%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實(shí)施例提供了一種制備大功率發(fā)光二極管(LED)的方法。該方法包 括在生長襯底上刻蝕凹槽，從而在所述生長襯底上形成臺面。該方法還包括在所述生長襯 底上的臺面上制備銦鎵鋁氮(InGaAlN)LED多層結(jié)構(gòu)，其中各個臺面支撐獨(dú)立的LED結(jié)構(gòu)。 另外，該方法包括將所述多層結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電襯底進(jìn)行邦定。該方法也包括去除生長襯底。該 方法包括在所述的InGaAlN多層結(jié)構(gòu)上沉積一層鈍化層和電極層，所述鈍化層覆蓋凹槽的 側(cè)面和底部。該方法進(jìn)一步包括形成導(dǎo)電通路以連接一定數(shù)量相鄰的單個LED，使所述LED 由同一個電源同時供電，從而形成大功率LED陣列。在該實(shí)施例的一個變型中，所述凹槽的寬度為15-25 μ m。在該實(shí)施例的一個變型中，所述凹槽的寬度大約為20 μ m。在該實(shí)施例的一個變型中，所述所有凹槽寬度大致相同。在該實(shí)施例的一個變型中，所述凹槽的寬度有所區(qū)別。寬的凹槽劃分LED陣列之 間的邊界，窄的凹槽劃分陣列中的單個LED。在該實(shí)施例的一個變型中，所述電極由金鍺鎳合金構(gòu)成。在該實(shí)施例的一個變型中，所述鈍化層由二氧化硅構(gòu)成。
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在該實(shí)施例的一個變型中，連接所述相鄰的LED以形成導(dǎo)電通路，包括在所述相 鄰的LED電極之間沉積一定圖樣的金屬層，從而形成所述的導(dǎo)電通路。在該實(shí)施例的一個變型中，連接相鄰的LED以形成導(dǎo)電通路，包括將導(dǎo)電線連接 至所述相鄰LED的電極，再將導(dǎo)電線連接起來。


附圖用于描述本發(fā)明的某些方面，它補(bǔ)充了文字說明，是說明書的一部分。參考附 圖與本處給出的說明有助于更好地理解本發(fā)明。圖中所示形狀并不一定按比例繪制。圖1圖示了按照本發(fā)明的一個實(shí)施例制備大功率LED陣列的工藝流程圖。圖2A圖示了本發(fā)明的一個實(shí)施例中的晶片局部上常規(guī)尺寸的LED被凹槽分割的 俯視圖。圖2B圖示了本發(fā)明的一個實(shí)施例中的常規(guī)尺寸的LED被同樣寬度的凹槽分割的 截面圖。圖2C圖示了本發(fā)明的一個實(shí)施例中的常規(guī)尺寸的LED被不同寬度的凹槽分割的 截面圖。圖2D圖示了本發(fā)明的一個實(shí)施例中的帶有N型電極層及鈍化層LED的截面圖。圖2E圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的方法制備的基于常規(guī)尺寸LED的大功率 LED陣列的截面圖，其中多個LED聚集在一起并由同一個電源供電。圖2F圖示了本發(fā)明的一個實(shí)施例中的由9個用導(dǎo)線連接的常規(guī)尺寸LED組成的 大功率LED陣列的俯視圖。圖2G圖示了按照本發(fā)明的一個實(shí)施例的包括了用導(dǎo)線將歐姆接觸分別連接起來 的常規(guī)尺寸LED構(gòu)成的大功率LED陣列的橫截圖。圖2H圖示了本發(fā)明的一個實(shí)施例中的由9個常規(guī)尺寸LED的N電極相互連接組 成的大功率LED陣列的俯視圖。
具體實(shí)施例方式給出以下描述，以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可以制造并使用本發(fā)明，且它們是在具體 應(yīng)用及其需求的背景下提供的。公開實(shí)施例的多種變型對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易 見的，且在不偏離發(fā)明范圍的前提下，這里限定的一般原理可以應(yīng)用于其他實(shí)施例和應(yīng)用 中。因此，本發(fā)明并不限于給出的實(shí)施例，而是與所附權(quán)利要求的最大范圍一致。本發(fā)明的實(shí)施例提供一種利用晶片邦定技術(shù)制備大功率LED陣列的方法，該方法 不會降低器件良率。一般來說，增大LED的發(fā)光面積能夠提高其亮度。但是，本發(fā)明提供了 一種利用常規(guī)尺寸LED并聯(lián)制備大功率LED陣列的方法，而不是制備單個具有大發(fā)光區(qū)域 的LED。該LED陣列的良率近似于常規(guī)尺寸器件的良率。圖1圖示了按照本發(fā)明公開的方法制備大功率LED陣列的工藝流程圖。其制造 過程包括首先在生長襯底上刻蝕出十字形凹槽，從而在所述生長襯底上形成臺面(步驟 110)。然后在所述生長硅襯底上的每個臺面上制備銦鎵鋁氮(InGaAlN)LED多層結(jié)構(gòu)(步 驟120)。接下來在所述多層結(jié)構(gòu)上沉積一層金屬邦定層，準(zhǔn)備另一覆有金屬邦定層的導(dǎo)電 襯底，并與所述多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行壓焊。晶片邦定后，之前在生長襯底單個臺面上制備的LED結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在呈陣列狀定位在導(dǎo)電襯底上(步驟130)。隨后利用濕法刻蝕去除生長襯底(步驟 140)。接著在LED上沉積一層鈍化層和電極層(步驟150)。形成導(dǎo)電通路，將一定數(shù)量的 常規(guī)尺寸LED連接在一起，從而形成大功率LED陣列(步驟160)。圖2A圖示了部分生長襯底200上常規(guī)尺寸的LED被凹槽分割的俯視圖。如圖2A 所示，生長襯底200上刻蝕出預(yù)訂寬度的十字形凹槽220，從而形成了用于制備LED的臺面。 晶片邦定后，初始生長襯底上形成的間隔仍然保留在LED結(jié)構(gòu)之間，從而形成發(fā)光區(qū)域相 互獨(dú)立的常規(guī)尺寸LED 210陣列。在一個實(shí)施例中，多個LED結(jié)構(gòu)連接在一起，形成了大功率LED陣列。LED器件的 相互獨(dú)立使得陣列結(jié)構(gòu)成為可能。一定數(shù)量(例如9)的相鄰常規(guī)尺寸LED 210形成一個大 功率LED陣列240。注十字形凹槽220可能有不同或相同的寬度和深度。此外，凹槽220 必須足夠?qū)?，以確保兩個獨(dú)立臺面上的LED結(jié)構(gòu)不會相連。實(shí)際所需的凹槽深度和寬度可 能有LED多層結(jié)構(gòu)的厚度決定。在一個實(shí)施例中，十字形凹槽具有不同的寬度(例如，部分寬部分窄)。窄的凹槽 分割單個常規(guī)尺寸的LED，寬的凹槽分割大功率LED陣列。每個LED陣列的尺寸，以及相應(yīng) 的十字形凹槽圖案，由預(yù)定的單個LED陣列功率輸出決定。圖2B圖示了常規(guī)尺寸的LED被同樣寬度的凹槽分割的橫截圖。圖2B中凹槽220 具有同樣的寬度。更進(jìn)一步的，如圖2C所示，常規(guī)尺寸的LED可能有不同寬度的凹槽分割。 圖2C中凹槽220比凹槽222窄。寬凹槽222劃分LED陣列之間的邊界，窄凹槽220分割陣 列中的單個LED。圖2D圖示了帶有N型電極層及鈍化層LED的橫截圖。注意在此實(shí)施例中，假定N 型層比P型層先制備在生長襯底上，晶片邦定后多層結(jié)構(gòu)被倒置，N型層朝上，P型層與導(dǎo)電 襯底進(jìn)行邦定。根據(jù)步驟150，在LED結(jié)構(gòu)邦定至導(dǎo)電襯底215之后，生長鈍化層240以覆 蓋凹槽220的底部和側(cè)面，接著在LED結(jié)構(gòu)頂部生長N型電極230。所制備的LED預(yù)先進(jìn)行 圖形化或光刻處理，預(yù)留出電極區(qū)域，再生長可由二氧化硅構(gòu)成的鈍化層240。完成后暴露 出電極區(qū)域，可選擇性的沉積電極。圖2E-2G對應(yīng)步驟160。圖2E圖示了根據(jù)本發(fā)明公開的方法制備的基于常規(guī)尺寸 LED的大功率LED陣列的橫截圖，其中多個LED聚集在一起并由同一個電源供電。在此實(shí)施 例中，細(xì)線260連接了兩相鄰的常規(guī)尺寸LED的N型電極232和234，可形成導(dǎo)電通路連接 導(dǎo)電襯底上的一定數(shù)量(例如9)的常規(guī)尺寸LED，從而使陣列中各個LED并聯(lián)并由同一電 源供電。假定每個LED的P型層及導(dǎo)電襯底215之間形成歐姆接觸，作為陣列中所有LED共 用的P電極。此外，除了用焊線連接相鄰的兩個LED之外，還可以在生長電極時同時在相鄰 兩個LED的電極間形成金屬導(dǎo)電通路。鈍化層能夠有效的將LED側(cè)面與金屬分隔開來。圖 2F圖示了由9個用導(dǎo)電線連接的常規(guī)尺寸LED組成的大功率LED陣列的俯視圖。封裝時， 一個或多個LED電極與外部電壓源相連，而且陣列中的LED可以用不同的布線方式連接。圖2G圖示了包括常規(guī)尺寸LED的大功率LED陣列的橫截圖，其中常規(guī)尺寸LED的 歐姆接觸分別與導(dǎo)電線相連。除了圖2F所示布線方式外，用單獨(dú)連接至外部電壓源的導(dǎo)線 262與一定數(shù)量的常規(guī)尺寸LED連接，也可以形成并聯(lián)電路，組成大功率LED陣列。圖2H圖 示了由9個由N型電極連接的常規(guī)尺寸LED組成的大功率LED陣列的俯視圖。更進(jìn)一步的，一個陣列中的LED電極可以在沉積過程中彼此連接。也就是說，晶片和LED器件可被圖形化，使得電極材料沉積時單個LED電極與另一 LED電極相連。這種圖 形化沉積的電極材料可以在一個陣列中的所有LED間形成導(dǎo)電通路，從而避免后續(xù)的LED 間的焊線。注上述實(shí)施例中所描述的3X3陣列結(jié)構(gòu)僅為例證，其他陣列結(jié)構(gòu)，如3X4， 4X4，4X5，5X5等等也是可行的。以下的示范應(yīng)用進(jìn)一步說明了本發(fā)明的實(shí)施例。使用化學(xué)氣相沉積方法制備常 規(guī)尺寸LED。制備過程包括以下步驟首先，對硅生長襯底進(jìn)行圖形化處理及刻槽。在本 發(fā)明一實(shí)施例中，凹槽寬約20 μ m。結(jié)果在生長襯底上形成臺面。接著在生長襯底上制備 InxGayAl1^N多層結(jié)構(gòu)，其中每個臺面支撐獨(dú)立的LED結(jié)構(gòu)。隨后在多層結(jié)構(gòu)及另一導(dǎo)電 硅襯底上分別沉積一層金屬邦定層，例如金。然后倒置多層結(jié)構(gòu)并與導(dǎo)電硅襯底進(jìn)行邦定。 在300°C或低于300°C的溫度下，應(yīng)用600公斤的作用力，在預(yù)定時間段內(nèi)進(jìn)行邦定。邦定 結(jié)構(gòu)包括夾在生長襯底及導(dǎo)電襯底之間的多個LED器件。然后將所述邦定結(jié)構(gòu)放入由氫氟 酸、硝酸及醋酸組成的溶液中，直至硅襯底被去除。應(yīng)注意的是，導(dǎo)電襯底不會被濕法刻蝕 液腐蝕，因此仍與結(jié)構(gòu)邦定在一起。應(yīng)注意的是，移除生長襯底后，凹槽仍然保留并分隔LED，從而形成發(fā)光區(qū)域相互 分離的LED陣列。在一個實(shí)施例中，有兩種不同寬度的凹槽。兩個相鄰的寬凹槽之間有兩 個窄凹槽。該圖案形成了包含9個常規(guī)尺寸LED的大功率LED陣列。隨后形成金鍺鎳合金構(gòu)成的N型電極層和二氧化硅構(gòu)成的鈍化層。最后，鈍化層 上形成的細(xì)金屬導(dǎo)電通路將單個陣列中兩兩相鄰的常規(guī)尺寸LED連接起來。布線方式如圖 2F所示，9個LED并聯(lián)。常規(guī)尺寸LED的頂部形成一個或多個N型電極，作為大功率LED陣 列的負(fù)極。導(dǎo)電襯底作為大功率LED陣列的正極。接著沿寬凹槽對晶片進(jìn)行切割，分割LED 陣列。更進(jìn)一步的，LED結(jié)構(gòu)可直接制備在圖形化的導(dǎo)電襯底上，省去了晶片邦定的步驟。本發(fā)明通過給出不同實(shí)施例詳盡地進(jìn)行描述，并用不同的例子來說明本發(fā)明，其 目的在于幫助實(shí)施本發(fā)明的不同特征或組成。它們并非旨在將本發(fā)明的應(yīng)用限制于所給出 的描述。在不偏離本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)的前提下，可以對本發(fā)明的特征或組成進(jìn)行修改，但修改 仍與所附權(quán)利要求范圍一致。
權(quán)利要求
一種制備大功率發(fā)光二極管(LED)的方法，該方法包括在生長襯底上刻蝕凹槽，從而在所述生長襯底上形成臺面；在所述生長襯底上的臺面上制備銦鎵鋁氮(InGaAlN)LED多層結(jié)構(gòu)，其中各個臺面支撐獨(dú)立的LED結(jié)構(gòu)；將所述多層結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電襯底進(jìn)行邦定；去除生長襯底；在所述的InGaAlN多層結(jié)構(gòu)上沉積一層鈍化層和電極層，所述鈍化層覆蓋凹槽的側(cè)面和底部；形成導(dǎo)電通路以連接多個相鄰的單個LED，使所述LED由同一個電源同時供電，從而形成大功率LED陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備大功率LED陣列的方法，其特征在于所述凹槽的寬度為 15-25 μ m0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備大功率LED陣列的方法，其特征在于所述凹槽的寬度約 為 20 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備大功率LED陣列的方法，其特征在于所述凹槽寬度大致 相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備大功率LED陣列的方法，其特征在于所述凹槽的寬度有 所區(qū)別；寬的凹槽劃分LED陣列之間的邊界；窄的凹槽劃分陣列中的單個LED。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備大功率LED陣列的方法，其特征在于所述電極由金鍺鎳 合金構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備大功率LED陣列的方法，其特征在于所述鈍化層由二氧 化硅構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備大功率LED陣列的方法，其特征在于在相鄰的LED電極 之間沉積一層金屬層，從而形成連接相鄰LED的導(dǎo)電通路。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備大功率LED陣列的方法，其特征在于將導(dǎo)電線連接至所 述相鄰LED的電極，再將導(dǎo)電線連接起來，形成導(dǎo)電通路連接相鄰的LED。
10.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括由一共同導(dǎo)電襯底支撐并連接的多個LED器件；所述每個LED器件由一個或多個凹槽分隔開；所述每個LED器件包括多層結(jié)構(gòu)上的電極；所述凹槽覆蓋了一層鈍化層；至少一個導(dǎo)電通路連接相鄰LED的電極，使得所述多個 LED器件由同一電源供電并同時發(fā)光，形成大功率LED陣列。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于所述凹槽的寬度為 15-25 μ m0
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于所述凹槽的寬度約為20μ m。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于所述凹槽寬度大致相同。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于所述凹槽的寬度有所區(qū)別；寬的凹槽劃分LED陣列之間的邊界；窄的凹槽劃分陣列中的單個LED。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于所述電極由金鍺鎳合金構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于所述鈍化層由二氧化硅構(gòu)成。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于在相鄰的LED電極之間按預(yù) 定圖案沉積一層金屬層，從而形成連接相鄰LED的導(dǎo)電通路。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于將導(dǎo)電線連接至所述相鄰 LED的電極，再將導(dǎo)電線連接起來，形成導(dǎo)電通路連接相鄰的LED。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備大功率發(fā)光二極管(LED)的方法。該方法包括在生長襯底上刻蝕凹槽，從而在所述生長襯底上形成臺面；然后在所述生長襯底上的臺面上制備銦鎵鋁氮(InGaAlN)LED多層結(jié)構(gòu)，其中各個臺面支撐獨(dú)立的LED結(jié)構(gòu)；然后將所述多層結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電襯底進(jìn)行邦定；去除生長襯底；隨后在所述的InGaAlN多層結(jié)構(gòu)上沉積一層鈍化層和電極層，所述鈍化層覆蓋凹槽的側(cè)面和底部；形成導(dǎo)電通路以連接一定數(shù)量相鄰的單個LED，使所述LED由同一個電源同時供電，從而形成大功率LED陣列。
文檔編號H01L33/44GK101919075SQ200880128209
公開日2010年12月15日 申請日期2008年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月25日
發(fā)明者劉軍林, 江風(fēng)益, 湯英文, 王立 申請人:晶能光電(江西)有限公司