專利名稱：發(fā)光二極管組件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管及其制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)基本上是包括P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的結(jié)的PN結(jié)二極管。在LED中，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起之后，通過向P型和N型半導(dǎo)體供電來使電流流入LED中。然后，當(dāng)N型半導(dǎo)體中的電子向P型半導(dǎo)體運(yùn)動時，P型半導(dǎo)體中的空穴向N型半導(dǎo)體運(yùn)動，從而電子和空穴運(yùn)動到PN結(jié)部分。當(dāng)從導(dǎo)帶落向價(jià)帶時，運(yùn)動到PN結(jié)部分的電子與空穴復(fù)合。這里，能量輻射到與導(dǎo)帶與價(jià)帶的高度之間的差(即，導(dǎo)電和價(jià)帶能量之間的能量差)對應(yīng)的程度。這里，能量以光的形式發(fā)射。這樣的LED是發(fā)射光的半導(dǎo)體裝置并且具有環(huán)境友好、低電壓、長壽命和低價(jià)格等特性。通常，LED經(jīng)常被應(yīng)用到用于顯示器的燈具或者用于顯示諸如數(shù)字的簡單信息的裝置。然而，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著信息顯示和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，近來已經(jīng)將LED用于諸如的顯示器、照明裝置、汽車前燈和投影機(jī)的各種應(yīng)用。同時，通過在生長基板等上生長或者沉積N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體，LED可以被形成為LED芯片。此外,可以通過在諸如submount (子安裝件)的載體基板上安裝LED芯片來形成LED組件。這里，有用于在載體基板等上安裝LED芯片的幾種方法。
·
在第一種安裝方法中，在載體基板上對齊LED芯片，然后通過弓I線鍵合將LED芯片安裝在載體基板上。在第二種安裝方法中，凸塊形成在LED芯片上，通過使用凸塊的倒裝結(jié)合來將LED芯片直接安裝在載體基板等上。這里，用于通過使用凸塊來直接安裝LED芯片的第二種方法是用于安裝倒裝芯片的一種方法。在LED芯片中，由于P型半導(dǎo)體層的光吸收和由光吸收引起的熱產(chǎn)生，發(fā)射具有紫外區(qū)波長的光的紫外LED芯片經(jīng)常以倒裝芯片的形式安裝。同時，與使用引線鍵合的第一種安裝方法相比，第二種安裝方法可以實(shí)現(xiàn)微型化、重量輕和成本降低等。然而，需要提高諸如LED組件的壽命的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的一個目的是提供一種實(shí)施了可靠的倒裝結(jié)合的LED組件及其制造方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種具有增強(qiáng)的可靠性的紫外LED組件及其制造方法。本發(fā)明的又一目的是提供一種穩(wěn)定地實(shí)施了倒裝結(jié)合的LED組件及其制造方法。本發(fā)明的再一目的是提供一種具有新結(jié)構(gòu)凸塊的LED組件及其制造方法。
技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一方面提供了一種LED組件，所述LED組件包括:LED，至少包括N型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層；以及凸塊，設(shè)置在LED上并且電連接到半導(dǎo)體層，其中，凸塊包括由包含錫(Sn)的金(Au)化合物構(gòu)成的第一區(qū)域和由金構(gòu)成的第二區(qū)域。LED組件還可以包括與N型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層對應(yīng)的電極焊盤，其中，凸塊的第一區(qū)域是凸塊在電極焊盤側(cè)的預(yù)定區(qū)域，凸塊的第二區(qū)域是凸塊在半導(dǎo)體層側(cè)的預(yù)定區(qū)域。凸塊還可以包括在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間的第三區(qū)域，第三區(qū)域是擴(kuò)散阻擋層。擴(kuò)散阻擋層可以包括鎳。電極焊盤可以由金構(gòu)成并結(jié)合到凸塊的第一區(qū)域。N焊盤可以設(shè)置在N型半導(dǎo)體層和凸塊之間，P焊盤可以設(shè)置在P型半導(dǎo)體層和凸塊之間。N焊盤和P焊盤可以分別鍵合到凸塊，N型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層可以分別通過N焊盤和P焊盤電連接到凸塊。LED可以設(shè)置在第一基板上，電極焊盤可以設(shè)置在第二基板上。第一基板可以是藍(lán)寶石基板，第二基板可以是AlN基板。凸塊可以使LED和電極焊盤彼`此分隔開預(yù)定的間隔。金化合物可以是其中混合了 80% (重量)的金和20% (重量)的錫的化合物。LED可以是用于發(fā)射具有紫外波長的光的紫外LED。 N型半導(dǎo)體層可以包括n-AlGaN，P型半導(dǎo)體層可以包括p_AlGaN，在N型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層之間還可以設(shè)置了包括AlGaN的活性層。LED組件還可以包括在電極焊盤上的反射構(gòu)件或反射膜以沿朝向第一基板的方向反射LED中發(fā)射的光。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種LED芯片，所述LED芯片包括:基板；LED，設(shè)置在基板上，LED至少包括N型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層；以及凸塊，設(shè)置在LED上并且電連接到半導(dǎo)體層，其中，凸塊包括由包含錫的金化合物構(gòu)成的第一區(qū)域和由金構(gòu)成的第二區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種LED組件的制造方法，所述方法包括下述步驟:在第一基板上形成LED，發(fā)光二極管至少包括N型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層，形成LED使得N型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層的表面被暴露；形成分別電連接到N型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層的凸塊；在第二基板上對應(yīng)于凸塊來形成電極焊盤；對齊LED芯片和第二基板使凸塊分別對應(yīng)于電極焊盤，并使至少凸塊的溫度增加到第一溫度；向第一基板和第二基板施加預(yù)定壓力，當(dāng)保持預(yù)定壓力時，在第一時間內(nèi)，使至少凸塊的溫度增加到第二溫度；以及當(dāng)保持預(yù)定壓力時，從第一時間到第二時間保持第二溫度，然后釋放預(yù)定壓力并且冷卻凸塊，其中，凸塊在電極焊盤側(cè)的第一區(qū)域由包含錫的金化合物構(gòu)成，凸塊在半導(dǎo)體層側(cè)的第二區(qū)域由金構(gòu)成。優(yōu)選地，第一溫度是150°C，第二溫度是320°C，預(yù)定壓力是200g，第一時間是70
秒，第二時間是80秒。
有益效果根據(jù)本發(fā)明，有利地提供了一種執(zhí)行了可靠的倒裝結(jié)合的LED組件及其制造方法。另外，根據(jù)本發(fā)明，有利地提供了一種具有增強(qiáng)的可靠性的LED組件及其制造方法。此外，根據(jù)本發(fā)明，有利地提供了一種穩(wěn)定地執(zhí)行了倒裝鍵合的LED組件及其制
造方法。此外，根據(jù)本發(fā)明，有利地提供了一種具有新結(jié)構(gòu)凸塊的LED組件及其制造方法。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LED組件的透視圖。圖2和圖3是圖1中示出的LED組件的分解透視圖。圖4至圖10是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LED組件的制造工藝的剖視圖和曲線圖。圖11是示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的LED組件的剖視圖。圖12是示出根據(jù)本 發(fā)明又一實(shí)施例的LED組件的剖視圖。圖13是示出根據(jù)本發(fā)明示例的LED組件的可靠性的曲線圖。圖14是示出根據(jù)第一對比示例的LED組件的可靠性的曲線圖。圖15是示出根據(jù)第二對比示例的LED組件的可靠性的曲線圖。圖16是示出根據(jù)第三對比示例的LED組件的可靠性的曲線圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LED組件的透視圖。圖2和圖3是圖1中示出的LED組件的分解透視圖。參照圖1至圖3，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LED組件100包括第一基板110、LED120、凸塊130、第二基板140和電極焊盤150。第一基板110可以是使光透射的透光基板。優(yōu)選地，第一基板110可以是用于生長半導(dǎo)體層的生長基板。例如，生長基板可以是藍(lán)寶石基板、碳化硅基板或硅基板等，但是不具體限制。LED120至少包括N型半導(dǎo)體層122和P型半導(dǎo)體層124。如圖1和圖2所示，LED120可以包括設(shè)置在N型半導(dǎo)體層122和P型半導(dǎo)體層124之間的活性層126、以及用于保護(hù)N型半導(dǎo)體層122、P型半導(dǎo)體層124和活性層126的絕緣層128。N型半導(dǎo)體層122可以是由用N型雜質(zhì)摻雜的半導(dǎo)體材料構(gòu)成的層，P型半導(dǎo)體層124可以是由用P型雜質(zhì)摻雜的半導(dǎo)體材料構(gòu)成的層。N型半導(dǎo)體層122和P型半導(dǎo)體層124可以形成為具有單層或多次結(jié)構(gòu)。盡管在圖中未示出，但是N型半導(dǎo)體層或P型半導(dǎo)體層可以包括接觸層和覆蓋，并且還可以包括超晶格層(superlattice layer)?；钚詫?26可以被構(gòu)造為單層，并且可以具有單量子阱結(jié)構(gòu)或多量子阱結(jié)構(gòu)。這里，根據(jù)由LED120發(fā)射的光的波長，N型半導(dǎo)體層122、P型半導(dǎo)體層124和活性層126可以由各種材料構(gòu)成。如果LED120意在發(fā)射紫外光(例如，具有280nm波長的紫外光)，那么N型半導(dǎo)體層122、P型半導(dǎo)體層124和活性層126可以分別包括n-AlGaN、p-AlGaN和AlGaN。絕緣層128用以保護(hù)LED120中的N型半導(dǎo)體層122、P型半導(dǎo)體層124和活性層126。S卩，絕緣層128用以保護(hù)作為最上層的P型半導(dǎo)體層124的表面、被蝕刻以暴露N型半導(dǎo)體層122的P型半導(dǎo)體層124和活性層126的側(cè)表面以及N型半導(dǎo)體層122的被蝕刻并且暴露的表面。這里，絕緣層128可以設(shè)置成預(yù)定區(qū)域是開口的形式，以使凸塊130連接到N型半導(dǎo)體層122和P型半導(dǎo)體層124。另外，絕緣層128可以由包括氧化物或氮化物的絕緣體構(gòu)成，并且可以優(yōu)選地由氧化硅構(gòu)成。同時，盡管在附圖中未示出，但是焊盤138可以設(shè)置在后面將描述的凸塊130與半導(dǎo)體層122和124之間。具體地講，N焊盤可以設(shè)置在N型半導(dǎo)體層122和凸塊130之間，P焊盤可以設(shè) 置在P型半導(dǎo)體層124和凸塊130之間。這里，N焊盤可以由Ti/Au構(gòu)成，P焊盤也可以由Ti/Au構(gòu)成。每個焊盤138可以包括在焊盤下部的預(yù)定區(qū)域中接觸半導(dǎo)體層122或124的歐姆接觸層(未示出)。這里，歐姆接觸層可以包括Ti/Au或Ni/Au層。具體地講，N型半導(dǎo)體層122可以具有包括形成在其上的Ti/Au層的歐姆接觸層，考慮到P型半導(dǎo)體層124的性質(zhì)，P型半導(dǎo)體層124可以具有包括形成在其上的Ni/Au層的歐姆接觸層。盡管未在附圖中明確地示出，但是包括歐姆接觸層的N焊盤可以設(shè)置在N型半導(dǎo)體層122和凸塊130之間，包括歐姆接觸層的P焊盤可以設(shè)置在P型半導(dǎo)體層124和凸塊130之間?？梢栽O(shè)置焊盤138，但是可以省略歐姆接觸層。相反地，可以設(shè)置歐姆接觸層，但是可以省略焊盤138。這里,第一基板110和設(shè)置在第一基板110上的LED120的組合可以被稱為LED芯片。因此，LED芯片指的是包括LED120和第一基板110。LED120至少包括半導(dǎo)體層122和124，且還包括焊盤138或絕緣層128。凸塊130可以設(shè)置在LED120上。對應(yīng)的凸塊130電連接到LED120中N型半導(dǎo)體層122和P型半導(dǎo)體層124。凸塊130可以通過直接接觸N型半導(dǎo)體層122和P型半導(dǎo)體層124來形成。在歐姆接觸層或焊盤138分別設(shè)置在N型半導(dǎo)體層122和P型半導(dǎo)體層124上的情況下，凸塊130可以通過接觸歐姆接觸層或焊盤138來形成。凸塊130不但用以使LED120連接到電極焊盤150而且用以使LED120與電極焊盤150或第二基板140分隔開預(yù)定的間隔。LED120與電極焊盤150或第二基板140之間的間隔使在LED120中產(chǎn)生的熱可以被容易地消散到外部。每個凸塊130可以包括三個區(qū)域。即，每個凸塊130可以包括:第一區(qū)域132，第一區(qū)域132是在電極焊盤150側(cè)的預(yù)定區(qū)域；第二區(qū)域134，第二區(qū)域134是在N型半導(dǎo)體層122或P型半導(dǎo)體層124側(cè)的預(yù)定區(qū)域；以及第三區(qū)域136，第三區(qū)域136在第一區(qū)域132和第二區(qū)域134之間，其中，下面將描述這些區(qū)域。這里，“在電極焊盤150側(cè)的預(yù)定區(qū)域”和“在N型半導(dǎo)體層122或P型半導(dǎo)體層124側(cè)的預(yù)定區(qū)域”表示凸塊130分別接觸或者臨近于電極焊盤150以及N型半導(dǎo)體層122或P型半導(dǎo)體層124所處的預(yù)定區(qū)域。第一區(qū)域132可以由包含錫(Sn)的金(Au)化合物構(gòu)成。第一區(qū)域132優(yōu)選由具有低熔點(diǎn)的材料構(gòu)成。這里，金化合物可以是AuSn，在AuSn中，混合了 80% (重量)的金和20% (重量)的錫。優(yōu)選地，第二區(qū)域134具有比第一區(qū)域132更高的熔點(diǎn)和更大的硬度。此外，第二區(qū)域優(yōu)選由具有高熱導(dǎo)性的材料構(gòu)成。第二區(qū)域被設(shè)置為在支撐LED120的同時使LED120中產(chǎn)生的熱量很容易地消散。第二區(qū)域134可以由金構(gòu)成。第三區(qū)域136設(shè)置在第一區(qū)域132和第二區(qū)域134之間，并且可以是用以防止構(gòu)成第一區(qū)域132和第二區(qū)域134的材料向彼此擴(kuò)散的擴(kuò)散阻擋層。具體地講，擴(kuò)散阻擋層用以防止由于第一區(qū)域132中的錫或金向第二區(qū)域134擴(kuò)散而導(dǎo)致第一區(qū)域132中的金化合物的成分改變。在金化合物是錫和金的化合物的情況下，其原因?yàn)榈谝粎^(qū)域132的熔點(diǎn)隨著錫和金的重量比的改變而改變，從而，可能不能容易地執(zhí)行凸塊130的倒裝結(jié)合。第三區(qū)域136防止構(gòu)成第一區(qū)域132和第二區(qū)域134的材料向彼此擴(kuò)散，并且可以由任何材料 構(gòu)成，只要該材料具有高導(dǎo)電性即可。優(yōu)選地，第三區(qū)域136 (B卩，擴(kuò)散阻擋層)可以包括鎳(Ni)。同時，所有的凸塊130可以設(shè)置為具有相同的厚度。因此，如圖1和圖2中所示，分別設(shè)置在N型半導(dǎo)體層122和P型半導(dǎo)體層124上的凸塊130的高度彼此不同。這樣的差異由后面將描述的電極焊盤150補(bǔ)償。第二基板140可以是安裝基板或者載體基板，并且可以是由AlN構(gòu)成的AlN基板。此外，第二基板140可以是具有LED120安裝在其上的子安裝件(submount)。電極焊盤50可以設(shè)置在第二基板140上。電極焊盤150可以包括P電極焊盤152和N電極焊盤154。這里，P電極焊盤152和N電極焊盤154設(shè)置為具有彼此不同的厚度以補(bǔ)償凸塊130之間的高度差。即，N電極焊盤154被形成為比P電極焊盤152厚，從而補(bǔ)償由凸塊130之間的高度差引起的階梯。出于倒裝結(jié)合到凸塊130的簡化以及導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性的目的，電極焊盤150可以由金或者包含金的金化合物(例如，AuSn)構(gòu)成。S卩，在凸塊130的第一區(qū)域132由包含錫的金化合物構(gòu)成的情況下，凸塊130的第一區(qū)域132可以很容易地倒裝結(jié)合到由金構(gòu)成的電極焊盤150。在電極焊盤150包含具有高導(dǎo)熱性的金的情況下，電極焊盤150使LED120中產(chǎn)生的熱能夠被平穩(wěn)地傳導(dǎo)并然后在LED120中產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)通過凸塊130時被消散。圖4至圖10是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LED組件的制造工藝的剖視圖和曲線圖。這里，圖4至圖9是示出沿圖1的線A-A’截取的橫截面的剖視圖。參照圖4，將N型半導(dǎo)體層122、活性層126和P型半導(dǎo)體層124形成在第一基板110 上。這里，可以通過使用諸如金屬氧化物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)法、分子束外延(MBE)法和外延生長法的本領(lǐng)域已知的半導(dǎo)體層形成方法順序地形成半導(dǎo)體層，然后蝕刻P型半導(dǎo)體層124和活性層126的一部分使得N型半導(dǎo)體層122的部分表面暴露，來形成N型半導(dǎo)體層122、活性層126和P型半導(dǎo)體層124。參照圖5，在N型半導(dǎo)體層122和P型半導(dǎo)體層124上形成焊盤138，即，N焊盤(形成在N型半導(dǎo)體層122上的焊盤138)和P焊盤(形成在P型半導(dǎo)體層124上的焊盤138)。焊盤138可以由Ti/Au形成。在形成均具有歐姆接觸層的焊盤138的情況下，首先在N型半導(dǎo)體層122和P型半導(dǎo)體層124上分別形成Ti/Al層和Ni/Al層，然后在它們上分別形成Ti/Au層，從而形成均具有歐姆接觸層的焊盤138。S卩，可以通過在N型半導(dǎo)體層122上順序地形成Ti/Al層和Ti/Au層來形成在N型半導(dǎo)體層122上具有歐姆接觸層的焊盤138，可以通過在P型半導(dǎo)體層124上順序地形成Ni/Al層和Ti/Au層來形成在P型半導(dǎo)體層124上具有歐姆接觸層的焊盤138。參照圖6，在N型半導(dǎo)體層122、活性層126和P型半導(dǎo)體層124形成在其上的第一基板110的表面上形成絕緣膜之后，蝕刻絕緣膜的預(yù)定區(qū)域使得焊盤138的部分表面被暴露，從而形成絕緣層128。S卩，在基板的整個表面上形成絕緣膜，然后暴露焊盤138的預(yù)定區(qū)域，從而絕緣層128用以覆蓋并且保護(hù)由參照圖4描述的蝕刻步驟暴露的P型半導(dǎo)體層124和活性層126的側(cè)表面、以及參照圖5描述的形成焊盤138的步驟之后暴露的N型半導(dǎo)體層122和P型半導(dǎo)體層124的表面。通過上述工藝，可以通過形成包括在第一基板110上形成的半導(dǎo)體層122、124和126、焊盤138以及絕緣層128的LED120來形成LED芯片100。參照圖7，在LED芯片100的焊盤138上分別形成凸塊130。這里，可以通過形成分別由用于形成LED芯片100上的第二區(qū)域134、第三區(qū)域136和第一區(qū)域132的材料構(gòu)成的三層，然后蝕刻上述三層，來形成凸塊130。S卩，通過順序地形成用于在第一基板110上形成用于形成第二區(qū)域的材料層(例如，包含金的金層)、擴(kuò)散阻擋層(例如，包含鎳的鎳 層)和包含錫的金化合物層(例如，AuSn層)來形成均具有第二區(qū)域134、第三區(qū)域136和第一區(qū)域132的凸塊130。這里，如果凸塊130同時形成在N型半導(dǎo)體層122和P型半導(dǎo)體層124上，那么它們具有相同的厚度(即，高度)。因此，如圖7中所示，在形成在N型半導(dǎo)體層122上的凸塊130和形成在P型半導(dǎo)體層124上的凸塊130之間可能出現(xiàn)階梯?？梢杂煤竺鎸⒄請D8進(jìn)行描述的電極焊盤150來補(bǔ)償這樣的階梯。參照圖8，在第二基板140上形成電極焊盤150。這里，可以與參照圖7描述的凸塊130(即，N型半導(dǎo)體層122和P型半導(dǎo)體層124)對應(yīng)地形成電極焊盤150。電極焊盤150可以包括與形成在N型半導(dǎo)體層122上的凸塊130對應(yīng)的N電極焊盤154和與形成在P型半導(dǎo)體層124上的凸塊130對應(yīng)的P電極焊盤152。如圖8中所示，N電極焊盤154可以被形成為比P電極焊盤152厚。較厚的N電極焊盤是154用于補(bǔ)償參照圖7描述的凸塊130之間的階梯。因此，可以通過使用兩次執(zhí)行沉積工藝分別形成P電極焊盤152和N電極焊盤154的方法，或者可以通過使用同時形成P電極焊盤152和N電極焊盤154直到P電極焊盤152具有期望的厚度為止、使用掩模覆蓋P電極焊盤152、然后將N電極焊盤154形成得更厚的方法，來形成電極焊盤150。參照圖9和圖10，設(shè)置有凸塊130的LED芯片(這里，LED芯片具有設(shè)置在第一基板上的LED120)、設(shè)置有電極焊盤150的第二基板140以及至少凸塊130被加熱到如圖10的曲線圖中所示的第一溫度，同時，LED芯片和第二基板140彼此對齊。這里，可以基于凸塊130和電極焊盤150來對齊LED芯片和第二基板140。如圖9和圖10中所示，當(dāng)將預(yù)定壓力160施加到第一基板110或第二基板140時，使至少凸塊130的溫度增加達(dá)到第二溫度。這里，從第一溫度增加到第二溫度執(zhí)行了第一時間，第二溫度維持長達(dá)從第一時間到第二時間的預(yù)定時間。然后，通過在第二時間之后釋放該預(yù)定壓力并且使凸塊130冷卻到室溫，來將凸塊130倒裝結(jié)合到電極焊盤150，且將具有凸塊130的LED芯片安裝在具有電極焊盤150的第二基板140上，從而形成根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LED組件100。這里，如上所述的施加壓力并同時增加溫度的方法可以是熱壓(T/C)法。在這種情況下，第一溫度、第二溫度、預(yù)定溫度、第一時間和第二時間的條件根據(jù)凸塊130和電極焊盤150而改變。S卩，在每個凸塊130包括金為80% (重量)且錫為20%(重量)的AuSn層的第一區(qū)域并且電極焊盤150由金構(gòu)成的情況下，優(yōu)選地是，第一溫度是150°C，第二溫度是320°C，預(yù)定壓力是200g，第一時間是70秒，以及第二時間是80秒。也就是說，在第一基板110和第二基板140彼此對齊之后，將第一基板110和第二基板140加熱到150°C。然后，在 向第一基板110和第二基板140施加200g的壓力的同時，通過長達(dá)70s的溫度增加來將第一基板110和第二基板140加熱到320°C，然后維持200g的壓力和320°C的溫度長達(dá)10秒。接著，在釋放壓力的同時，使第一基板110和第二基板140冷卻，從而凸塊130分別倒裝結(jié)合到電極焊盤150。如果凸塊130和電極焊盤150與上述凸塊130和電極焊盤150不同，則可以改變條件。圖11是示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的LED組件的剖視圖。參照圖11，根據(jù)本發(fā)明當(dāng)前的實(shí)施例的LED組件100’與參照圖1至圖3描述的LED組件100幾乎是相似的，用于制造LED組件100’的方法也與參照圖4至圖10描述的用于制造LED組件100的方法幾乎是相似的。因此，將只描述不同，并將省略對相同構(gòu)造的描述。除了在第二基板140上設(shè)置反射構(gòu)件170之外，根據(jù)本發(fā)明當(dāng)前的實(shí)施例的LED組件100，與LED組件100相同。另外，除了在第二基板140上形成電極150之后并且在對齊第一基板110和第二基板140之前形成反射構(gòu)件170之外，根據(jù)本發(fā)明當(dāng)前的實(shí)施例的用于制造LED組件100’的方法與用于制造LED組件100的方法相同。反射構(gòu)件170通過反射從LED組件100’的LED120發(fā)射的光來起到增加光提取效率的作用。S卩，LED組件100’可以包括反射構(gòu)件170，該反射構(gòu)件170通過反射在LED120中產(chǎn)生的、朝向第二基板140傳播并然后在第二基板140中被吸收的光或者在朝向第二基板140傳播的同時損失的光，并然后使光沿朝向第一基板110的方向傳播，來起到增加沿朝向第一基板110的方向的提取的光的量的作用。如圖11中所示，反射構(gòu)件170被設(shè)置為具有三角形的橫截面，使得LED120中產(chǎn)生的光在第一基板110的上方向上集中，并且可以根據(jù)從LED120產(chǎn)生的光的波長而由合適的材料構(gòu)成。在LED120發(fā)射可見光的情況下,反射構(gòu)件可以由金屬材料(例如，Cu、Al、Cr、Au或Ag等)構(gòu)成，在LED發(fā)射紫外光的情況下，反射構(gòu)件可以包括Hf02。在反射構(gòu)件170由金屬材料構(gòu)成的情況下，為了使反射構(gòu)件170與電極焊盤150之間絕緣，還可以將絕緣構(gòu)件(未示出)設(shè)置在反射構(gòu)件170和電極焊盤150之間。另外，在反射構(gòu)件170包括HfO2以反射紫外光的情況下，難以形成具有與圖12中示出的反射構(gòu)件170的形狀相同形狀的絕緣體反射構(gòu)件。在這種情況下，具有與反射構(gòu)件170的形狀相同形狀的反射構(gòu)件可以由另一材料形成，然后，包括HfO2的涂層或薄膜層可以形成在反射構(gòu)件的表面上。圖12是示出根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的LED組件的剖視圖。參照圖12，根據(jù)本發(fā)明當(dāng)前的實(shí)施例的LED組件100”與參照圖1至圖3描述的LED組件100幾乎是相似的，用于制造LED組件100”的方法也與參照圖4至圖10描述的用于制造LED組件100的方法幾乎是相似的。因此，將只描述不同，并將省略對相同構(gòu)造的描述。除了在第二基板140上設(shè)置反射膜180之外，根據(jù)本發(fā)明當(dāng)前的實(shí)施例的LED組件100”與LED組件100相同。另外，除了在第二基板140上形成電極150之后并且在對齊第一基板110和第二基板140之前形成反射膜180之外，根據(jù)本發(fā)明當(dāng)前的實(shí)施例的用于制造LED組件100”的方法與用于制造LED組件100的方法相同。即，可以通過下述步驟形成反射膜180:在第二基板140上形成電極焊盤150，僅使預(yù)定部分分別結(jié)合到電極焊盤150的表面的凸塊130，然后在其它的表面上形成反射膜180。反射膜180可以通過反射從LED組件100”的LED120發(fā)射的光來起到增加光提取效率的作用。S卩，LED組件100”可以包括反射膜180，該反射膜180通過反射在LED120中產(chǎn)生、朝向第二基板140傳播并然后在第二基板140中被吸收的光或者在朝向第二基板140傳播的同時損失的光，并然后使光沿朝向第一基板110的方向傳播，來起到增加沿朝向第一基板110的方向的提取的光的量的作用。這里，反射膜180可以根據(jù)從LED120產(chǎn)生的光的波長而由合適的材料構(gòu)成。在LED120發(fā)射可見光的 情況下，反射膜可以由金屬材料(例如，Cu、Al、Cr、Au或Ag等)構(gòu)成，在LED發(fā)射紫外光的情況下，反射膜可以包括Hf02。在反射膜180由金屬材料構(gòu)成的情況下，為了使反射膜180與電極焊盤150之間絕緣，還可以將絕緣構(gòu)件(未示出)設(shè)置在反射膜180和電極焊盤150之間。另外，在反射膜180包括HfO2以反射紫外光的情況下，可以通過用HfO2涂覆電極焊盤150來形成反射膜180。這里，為了提高HfO2層的涂覆或者反射性質(zhì)，還可以將另一層(例如，SiO2層)設(shè)置在電極焊盤150和HfO2層之間。實(shí)驗(yàn)性示例在本實(shí)驗(yàn)性示例中，評價(jià)了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LED組件的可靠性。評價(jià)了參照圖1至圖3描述的LED組件100的可靠性。這里，LED組件100的LED120是發(fā)射具有紫外波長的光的紫外LED。紫外LED包括包含η-AlGaN的N型半導(dǎo)體層122、包含p-AlGaN的P型半導(dǎo)體層124和包含AlGaN的活性層126。通過使用外延生長法在藍(lán)寶石基板上生長包括N型半導(dǎo)體層122、P型半導(dǎo)體層124和活性層126的半導(dǎo)體層來形成紫外LED。N型半導(dǎo)體層122、P型半導(dǎo)體層124和活性層126主要包括AlGaN，并且通過向AlGaN添加N型雜質(zhì)或P型雜質(zhì)來生長。凸塊130包括由金為80% (重量)和錫為20% (重量)的AuSn層構(gòu)成的第一區(qū)域132、由金構(gòu)成的第二區(qū)域134和由鎳構(gòu)成的第三區(qū)域136。
在紫外LED中，設(shè)置有凸塊130的LED芯片安裝在設(shè)置有電極焊盤150的第二基板(即，通過使用參照圖9和圖10描述的T/C方法作為安裝方法而設(shè)置有電極焊盤150的子安裝件)上。這里，在以常溫向LED組件施加20mA的功率的同時，來評價(jià)評價(jià)作為表示輸出功率根據(jù)時間(小時)相對于初始輸出功率的減小的程度的變化率(％)的可靠性。低變化率(％)指的是盡管測試時間逝去，但是輸出功率幾乎不從初始輸出功率發(fā)生改變，即，根據(jù)時間的變化變小。因此，由于變化率(％)低，所以LED組件的可靠性優(yōu)異。圖13是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LED組件的可靠性的曲線圖。如圖13所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LED組件100示出了隨著測試時間逝去，在初始測試時間(即，大約25小時內(nèi)的測試時間)內(nèi)變化率減小的趨勢。然而，在測試時間超過50小時之后，測量的變化率為大約為_10%，其中，變化稍微減小但是幾乎沒有改變。盡管測試時間接近250小時，但是測量的變化率為大約-10%。對比示例I對比示例I與實(shí)驗(yàn)性示例的相同之處在于:使用T/C方法(與實(shí)驗(yàn)性示例的安裝方法相同的安裝方法)來設(shè)置凸塊，以及在設(shè)置有電極焊盤的子安裝件上安裝具有紫外LED的LED芯片。然而，對比示例I與實(shí)驗(yàn)性示例的不同之處在于:與實(shí)驗(yàn)性示例的LED組件不同,對比示例I的凸塊僅由金構(gòu)成。使用與上文的 實(shí)驗(yàn)性示例的LED組件的可靠性測量方法相同的方法來測量對比示例I的LED組件的可靠性。圖14是示出根據(jù)第一對比示例的LED組件的可靠性的曲線圖。如圖14所示，在凸塊僅由金構(gòu)成的情況下，可靠性測量一開始，測量的變化率就迅速增加了將近_50%。在測試時間超過100小時之后，變化率是大約_85%，由此可以理解的是，與初始輸出功率相比，輸出功率顯著減小。對比示例2對比示例2與實(shí)驗(yàn)性示例的相同之處在于:設(shè)置了與實(shí)驗(yàn)性示例的凸塊相同的凸塊，具有紫外LED的LED芯片安裝在設(shè)置有電極焊盤的子安裝件上。然而，對比示例2與實(shí)驗(yàn)性示例的不同之處在于:不通過T/C方法而通過熱超聲(T/S)法來將LED芯片安裝在子安裝件上。T/S方法是這樣一種將設(shè)置有凸塊的LED芯片安裝在設(shè)置有電極焊盤的子安裝件上的方法:在子安裝件上對齊LED芯片，然后在向LED芯片的基板或子安裝件施加700g的壓力的同時用IW的功率施加超聲波長達(dá)120秒。這里，子安裝件保持在170°C的溫度，但是不向LED芯片施加熱。使用與實(shí)驗(yàn)性示例的LED組件可靠性測量方法相同的方法來測量對比示例2的LED組件的可靠性。圖15是示出根據(jù)第二對比示例的LED組件的可靠性的曲線圖。如圖15所示，在對比示例的LED組件中，在實(shí)驗(yàn)的初始階段，測量的變化率為-10%。當(dāng)測試時間接近大約250小時時，測量的變化率為-15%。直到測試時間接近500小時，測量的變化率幾乎不變。對比示例3
與對比示例I類似,對比示例3是凸塊僅由金構(gòu)成的LED組件,與對比示例2類似，LED芯片使用T/S方法安裝在子安裝件上。使用與實(shí)驗(yàn)性示例的LED組件的可靠性測量方法相同的方法測量對比示例3的LED組件的可靠性。圖16是示出根據(jù)第三對比示例的LED組件的可靠性的曲線圖。如圖16中所示，在本對比示例的LED組件中，在實(shí)驗(yàn)的初始階段，迅速增加的變化率是大約-30%。然后，隨著測試時間流逝，變化率逐漸增加。因此，可以看出的是，隨著測試時間流逝，與初始輸出功率相比，輸出功率平穩(wěn)減小。因此，通過在實(shí)驗(yàn)性示例和對比示例I至3中測量的可靠性，可以看出的是，包括金為80% (重量)和錫為20% (重量)的AuSn層的凸塊130增加了 LED組件的可靠性，具體地講，與凸塊130相比，設(shè)置有紫外LED的LED組件不僅僅是由金構(gòu)成。另外，還可以看出的是，與T/S方法相比，通過T/C方法在子安裝件上安裝LED芯片增加了 LED組件的可靠性。通過實(shí)驗(yàn)性示例和對比示例I至3,可以看出的是，當(dāng)設(shè)置有包括金為80% (重量)和錫為20% (重量)的AuSn層的凸塊的倒裝結(jié)合到由金構(gòu)成的電極焊盤時，LED芯片使用本發(fā)明中公開的T/C方法來安裝在子安裝件上，從而提供一種可靠的LED組件。這是由于實(shí)驗(yàn)性示例和對比示例I至3中的LED組件包括紫外LED芯片，并且使用外延生長法來生長紫外LED芯片的半導(dǎo)體層，即，N型半導(dǎo)體層122、P型半導(dǎo)體層124和活性層126。在LED組件具有紫外LED芯片的情況下，構(gòu)成紫外LED芯片中的N型半導(dǎo)體層122、P型半導(dǎo)體層124和活性層126的基礎(chǔ)材料可以是AlGaN。在相同的溫度條件下，AlGaN中的Al和Ga具有彼此不同的擴(kuò)散長度,Ga的擴(kuò)散長度比Al的擴(kuò)散長度長。這意味著，在相同的溫度條件下，與Al相比，Ga具有更高的屬于第III族位置的概率。在相同的溫度條件下，與Al相比，Ga具有更高 的屬于第III族位置的概率，這意味著與Al相比，Ga具有更高的結(jié)晶度的可能性。因此，為了針對包括Ga和Al的AlGaN執(zhí)行具有優(yōu)異結(jié)晶度的外延生長，必須在具有高的Al結(jié)晶度的溫度條件下執(zhí)行外延生長。然而，在具有高的Al結(jié)晶度的溫度條件下執(zhí)行外延生長的情況下，存在Ga可能蒸發(fā)的問題。因此，由于在GaN的生長溫度和AlN的生長溫度之間的中間溫度條件下生長AlGaN，所以難以生長具有高結(jié)晶度的AlGaN。使用引起低結(jié)晶度的生長方法生長的AlGaN在層內(nèi)部中具有高位錯密度，因此，對紫外LED芯片的可靠性具有不良影響。此外，因?yàn)榕cAlN的生長溫度相比，AlGaN層在較低的溫度條件下生長，所以在AlGaN層中Al附近的碳(C)和氫(H)的含量增加，碳和氫導(dǎo)致存在降低AlGaN層的發(fā)光功率的非發(fā)光能級。因此，當(dāng)?shù)寡b結(jié)合紫外LED芯片時，如對比示例I至3中所述，凸塊僅由金構(gòu)成或者使用τ/s方法進(jìn)行結(jié)合，因此，由于對包括具有高位錯密度和高碳?xì)浜康腁lGaN層的半導(dǎo)體層具有不良影響而劣化LED組件的可靠性。然而，凸塊被設(shè)置為使用如實(shí)驗(yàn)性示例中描述的T/C方法進(jìn)行結(jié)合并且具有金為80% (重量)和錫為20% (重量)的AuSn層，因此，可以通過使對包括具有高位錯密度和高碳?xì)浜康腁lGaN層的半導(dǎo)體層的不良影響最小化來增加LED組件的可靠性。另外，由于碳(C)和氫(H)的含量高，所以紫外LED芯片具有高位錯密度并且可以很容易受到熱的不良影響。與使用如對比示例I至3中描述的Τ/S方法結(jié)合或者僅由金構(gòu)成的凸塊相比，在凸塊被設(shè)置為使用如實(shí)驗(yàn)性示例中描述的τ/c方法進(jìn)行結(jié)合并且具有金為80% (重量)和錫為20% (重量)的AuSn層的情況下，可以穩(wěn)定地執(zhí)行并且維持通過凸塊的結(jié)合。因此，紫外LED芯片中產(chǎn)生的熱通過凸塊被有效地傳導(dǎo)到子安裝件，從而增加了散熱效果。因此，可能使由紫外LED芯片中產(chǎn)生的熱引起的不良影響最小化并且增加可靠性。盡管已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，在不脫離由權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對其做出各種修改和改變，并 且這些修改和改變將落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管(LED)組件，包括 LED,至少包括N型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層；以及 凸塊，設(shè)置在LED上并且電連接到半導(dǎo)體層， 其中，凸塊包括由包含錫(Sn )的金(Au )化合物構(gòu)成的第一區(qū)域和由金構(gòu)成的第二區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED組件，還包括與N型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層對應(yīng)的電極焊盤， 其中，凸塊的第一區(qū)域是凸塊在電極焊盤側(cè)的預(yù)定區(qū)域，凸塊的第二區(qū)域是凸塊在半導(dǎo)體層側(cè)的預(yù)定區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED組件，其中，凸塊還包括在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間的第三區(qū)域，第三區(qū)域是擴(kuò)散阻擋層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的LED組件，其中，擴(kuò)散阻擋層包括鎳。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED組件，其中，電極焊盤由金構(gòu)成并結(jié)合到凸塊的第一區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED組件，其中，N焊盤設(shè)置在N型半導(dǎo)體層和凸塊之間，P焊盤設(shè)置在P型半導(dǎo)體層和凸塊之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的LED組件，其中，N焊盤和P焊盤分別結(jié)合到凸塊，N型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層分別通過N焊盤和P焊盤電連接到凸塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED組件，其中，LED設(shè)置在第一基板上，電極焊盤設(shè)置在第~■基板上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的LED組件，其中，第一基板是藍(lán)寶石基板，第二基板是AlN基 板。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED組件，其中，凸塊使LED和電極焊盤彼此分隔開預(yù)定的間隔。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED組件，其中，金化合物是混合了80% (重量)的金和20%(重量)的錫的化合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED組件，其中，LED是用于發(fā)射具有紫外波長的光的紫外LED。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的LED組件，其中，N型半導(dǎo)體層包括n-AlGaN，P型半導(dǎo)體層包括p-AlGaN，在N型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層之間還設(shè)置了包括AlGaN的活性層。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED組件，還包括在電極焊盤上的反射構(gòu)件或反射膜，以沿朝向第一基板的方向反射LED中發(fā)射的光。
15.一種LED芯片，包括 基板； LED,設(shè)置在基板上，LED至少包括N型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層；以及 凸塊，設(shè)置在LED上并且電連接到半導(dǎo)體層， 其中，凸塊包括由包含錫的金化合物構(gòu)成的第一區(qū)域和由金構(gòu)成的第二區(qū)域。
16.一種LED芯片的制造方法，包括下述步驟 在第一基板上形成LED，LED至少包括N型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層，形成LED使得N型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層的表面被暴露； 形成分別電連接到N型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層的凸塊； 在第二基板上形成與凸塊對應(yīng)的電極焊盤； 對齊LED芯片和第二基板，使凸塊分別對應(yīng)于電極焊盤，并使至少凸塊的溫度增加到第一溫度； 向第一基板和第二基板施加預(yù)定壓力，并在保持所述預(yù)定壓力的同時，在第一時間內(nèi)，使至少凸塊的溫度增加到第二溫度；以及 在保持所述預(yù)定壓力的同時，從第一時間到第二時間保持第二溫度，然后釋放所述預(yù)定壓力并且冷卻凸塊， 其中，凸塊在電極焊盤側(cè)的第一區(qū)域由包含錫的金化合物構(gòu)成，凸塊在半導(dǎo)體層側(cè)的第二區(qū)域由金構(gòu)成。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，第一溫度是150°C，第二溫度是320°C，所述預(yù)定壓力是200g，第一時間是70秒，第二時間是80秒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管(LED)組件及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種LED組件，所述LED組件包括LED，至少包括N型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層；以及凸塊，設(shè)置在LED上并且電連接到半導(dǎo)體層，其中，凸塊包括由包含錫(Sn)的金化合物構(gòu)成的第一區(qū)域和由金構(gòu)成的第二區(qū)域。
文檔編號H01L33/62GK103238225SQ201080070001
公開日2013年8月7日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者李圭浩, 徐大雄, 崔載良, 金昶勛 申請人:首爾Opto儀器股份有限公司