倒装发光二极管器件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种倒装发光二极管器件，其包括：A）倒装基板，该基板包括绝缘性基板或导电性基板及其上的各种配件；B）发光二极管，其正面具有n‑GaN层（3）作为发光层，其背面具有n侧电极和p侧电极；其中所述发光二极管的n侧电极与所述倒装基板的第一贴合电极电接触，所述发光二极管的p侧电极与所述倒装基板的第二贴合电极电接触。本发明专利技术还涉及上述倒装发光二极管器件的制造方法。

【技术实现步骤摘要】
倒装发光二极管器件及其制造方法
本专利技术属于发光二极管制造领域。技术背景氮化镓（GaN）半导体材料是氮化物半导体材料中重要的材料，氮化物半导体材料能带是直接间隙半导体，适宜用来制造光电器件。以氮化镓基化合物半导体材料制成的发光器件的波长范围由深紫外到红外光谱的范围，覆盖了整个可见光的波段范围。氮化镓基化合物半导体材料已用来制造如发光二极管（LED）的发光器件，用来照明和指示等。发光二极管是一种将电能转换成光能的半导体器件。由于目前发光二极管的芯片未达到将注入的电能全部转换成光能的水平，注入电能的一部分转换成光能，一部分转换成热能，致使发光管芯片部分的温度上升，使发光二极管的电特性和光特性劣化。所以，发光二极管特别是大功率的发光二极管的散热问题一直是发光二极管设计、制造工程师们应解决的难题之一。本专利技术专利提出的倒装型发光二极管器件及其制造方法，改善了芯片的散热效果、降低了发光二极管结温、提高了芯片的发光效率。此外，提高芯片各个方位的出光效率也是发光二极管制造者们关心的另一个问题，本专利技术提出了综合型的解决方案，提高了发光二极管的出光效率。专利技术概述本专利技术的第一方面提供了一种倒装发光二极管器件；其包括：A）倒装基板，该基板包括：绝缘性基板17，其至少具有第一通孔和第二通孔，各通孔内放置贯通导电体20；第一通孔内的贯通导电体20在所述绝缘性基板17的背面从内到外依次覆有Ni层和Au层作为第一组装电极，在所述绝缘性基板17的正面从内到外依次覆有Ni层、Au层和焊料金属层18，作为第一贴合电极；第二通孔内的贯通导电体20在所述绝缘性基板17的背面从内到外依次覆有Ni层和Au层作为第二组装电极，在所述绝缘性基板17的正面从内到外依次覆有Ni层、Au层和焊料金属层18，作为第二贴合电极；或者导电性基板19，其上具有至少一个通孔，所述通孔内放置贯通导电体20，所述贯通导电体20在所述导电性基板19的背面从内到外依次覆有Ni层和Au层作为第一组装电极，所述贯通导电体20在所述导电性基板19的正面从内到外依次覆有Ni层、Au层和焊料金属层18作为第一贴合电极，所述贯通导电体20、第一组装电极和第一贴合电极均通过绝缘层21与该导电性基板19绝缘；且所述导电性基板19本身的至少一部分的背面从内到外依次覆有Ni层和Au层作为第二组装电极，且所述导电性基板19本身的该至少一部分的正面上从内到外依次覆有Ni层、Au层和焊料金属层18作为第二贴合电极；B）发光二极管，其正面具有n-GaN层3作为出光层，其背面具有n侧电极和p侧电极；其中所述发光二极管的n侧电极与所述倒装基板的第一贴合电极电接触，所述发光二极管的p侧电极与所述倒装基板的第二贴合电极电接触。本专利技术的第二方面提供了一种倒装发光二极管器件的制造方法，包括以下步骤：A）提供如本专利技术的第一方面中所提到的倒装基板；B）提供发光二极管半成品，其中，该半成品依次包括以下各层：硅衬底1；AlN缓冲层2；n-GaN层3；n-AlGaN层4；至少一对超晶格层5，每对超晶格层由叠置的AlN层和GaN层组成；n-GaN层6；至少一对量子阱层7，每对量子阱层由叠置的GaN层和InGaN层组成；电子阻挡层8，其为p-AlGaN层；和，p-GaN层9；其中，在该p-GaN层9上的第一局部区域上设置p侧电极，该p侧电极包括：p侧金属电极11p；中间过渡层12，其由Cr层、Cu层和Au层叠置形成；和焊料金属层13；其中，在该p-GaN层9上与第一局部区域不同的第二局部区域，腐蚀去除p-GaN层9，电子阻挡层8，量子阱层7，露出层n-GaN层6，在该露出的n-GaN层6上设置n侧电极，该n侧电极包含：n侧金属电极11n；中间过渡层15，其由Cr层、Cu层和Au层叠置形成；和焊料金属层16；C）将上述发光二极管半成品倒装在所述倒装基板上，使得所述发光二极管的n侧电极的焊料金属层16与所述倒装基板的第一贴合电极电接触；所述发光二极管的p侧电极的焊料金属层13与所述倒装基板的第二贴合电极电接触；D）升温使得所有焊料金属层融化；然后冷却，则融化后焊料金属重新固化，将倒装基板与发光二极管成品焊接在一起；E）从所述发光二极管半成品上剥离硅衬底1和AlN缓冲层2，以便暴露出n-GaN层3，该n-GaN层3作为所述LED芯片的出光层。任选地，在上述步骤E之后，还对露出的n-GaN层3的外表面用常规n-GaN腐蚀液进行粗化处理，以提高发光二极管的出光效率。附图简述图1是用于制备本专利技术的发光二极管器件中的发光二极管的原料外延片结构图，其带有硅衬底且尚未被加工出n侧电极和p侧电极。图2是图1的原料外延片局部区域，腐蚀去除p-GaN层9，电子阻挡层8，量子阱层7，露出n-GaN层6状态的结构示意图。图3是在图2基础上覆上保护膜10，并分别做好p侧金属电极11p和n侧金属电极11n之后的结构示意图。图4是在其中的p侧金属电极11p上又覆上中间过渡层12和焊料金属层13后的示意图，至此，p侧电极加工完成。图5-1至图5-5是n侧电极的加工过程示意图。加工n侧电极和p侧电极后得到的结构被称为所述发光二极管半成品。图6至图8是本专利技术的倒装发光二极管器件中的倒装基板的结构示意图和加工过程图，其中图6和图7为主视图，图8为俯视图。其中该倒装基板为绝缘性基板。图9至图10是本专利技术的倒装发光二极管器件中的倒装基板的结构示意图和加工过程图，其中该倒装基板为导电性基板。图11是完成n侧电极和p侧电极加工后的发光二极管的结构示意图，其中仅示出了其临近正背两面的各层，中间各层略去未标注。该图11所示之物也是所述发光二极管半成品。图12是将图11所示的发光二极管半成品倒装在绝缘基板上的示意图，其中硅衬底和AlN缓冲层尚未被剥离。图13是本专利技术的倒装发光二极管器件的结构示意图，其中硅衬底层和AlN缓冲层已经被剥离，露出了n-GaN出光层。图14是对图13中的n-GaN出光层进行表面粗化处理后的倒装发光二极管器件，并显示了出光方向。各图中的附图标记所指代的对象如下：1、硅衬底；2、AlN缓冲层；3、n-GaN层；4、n-AlGaN层；5、至少一对超晶格层,该超晶格层由叠置的AlN层和GaN层组成;6、n-GaN层；7、至少一对量子阱层，每对量子阱层由叠置的GaN层和InGaN层组成；8、电子阻挡层，其为p-AlGaN层；9、p-GaN层；10、保护膜；11p、p侧金属电极；11n、n侧金属电极；12、p侧中间过渡层；13、p侧焊料金属层13；14、光刻胶；15、n侧中间过渡层；16、n侧焊料金属层；17、绝缘性基板；18、焊料金属层；19、导电性基板；20、贯通导电体；21、绝缘层。以上附图仅用于示例性地显示本专利技术的倒装发光二极管器件的结构及其制作方法，并不以任何方式限制本专利技术。专利技术详述本专利技术提供一种倒装方式的氮化物半导体发光二极管器件及其制造方法。通过独特的器件结构改善了芯片的散热效果、降低了发光二极管结温、提高了芯片的发光效率，从而提高了发光二极管的发光效率。本专利技术中采用硅基板为衬底生长氮化物半导体材料，使半导体器件方便地与衬底剥离。采用AlN为缓冲层并采用GaN/AlN超晶格层中间过渡层，改善生长在衬底上的GaN半导体材料的性能，减少晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种倒装发光二极管器件；其包括：A)倒装基板，该基板为导电性基板(19)，其上具有至少一个通孔，所述通孔内放置贯通导电体(20)，所述贯通导电体(20)在所述导电性基板(19)的背面从内到外依次覆有Ni层和Au层作为第一组装电极，所述贯通导电体(20)在所述导电性基板(19)的正面从内到外依次覆有Ni层、Au层和焊料金属层(18)作为第一贴合电极，所述贯通导电体(20)、第一组装电极和第一贴合电极均通过绝缘层(21)与该导电性基板(19)绝缘；且所述导电性基板(19)本身的至少一部分的背面从内到外依次覆有Ni层和Au层作为第二组装电极，且所述导电性基板(19)本身的该至少一部分的正面上从内到外依次覆有Ni层、Au层和焊料金属层(18)作为第二贴合电极；所述导电性基板(19)为导电性单晶硅基板；B)发光二极管，其正面具有n‑GaN层(3)作为出光层，其背面具有n侧电极和p侧电极；所述发光二极管的出光面积等于所述出光层n‑GaN层(3)的面积；其中所述发光二极管的n侧电极与所述倒装基板的第一贴合电极电接触，所述发光二极管的p侧电极与所述倒装基板的第二贴合电极电接触。

【技术特征摘要】
1.一种倒装发光二极管器件；其包括：A)倒装基板，该基板为导电性基板(19)，其上具有至少一个通孔，所述通孔内放置贯通导电体(20)，所述贯通导电体(20)在所述导电性基板(19)的背面从内到外依次覆有Ni层和Au层作为第一组装电极，所述贯通导电体(20)在所述导电性基板(19)的正面从内到外依次覆有Ni层、Au层和焊料金属层(18)作为第一贴合电极，所述贯通导电体(20)、第一组装电极和第一贴合电极均通过绝缘层(21)与该导电性基板(19)绝缘；且所述导电性基板(19)本身的至少一部分的背面从内到外依次覆有Ni层和Au层作为第二组装电极，且所述导电性基板(19)本身的该至少一部分的正面上从内到外依次覆有Ni层、Au层和焊料金属层(18)作为第二贴合电极；所述导电性基板(19)为导电性单晶硅基板；B)发光二极管，其正面具有n-GaN层(3)作为出光层，其背面具有n侧电极和p侧电极；所述发光二极管的出光面积等于所述出光层n-GaN层(3)的面积；其中所述发光二极管的n侧电极与所述倒装基板的第一贴合电极电接触，所述发光二极管的p侧电极与所述倒装基板的第二贴合电极电接触。2.权利要求1的倒装发光二极管器件，其中作为出光层的所述至少一层n-GaN层(3)是粗化了的n-GaN层。3.权利要求1的倒装发光二极管器件，其中所述倒装基板由热膨胀系数与GaN材料相差±60％以内且导热系数大于20W/m·K的材料构成。4.权利要求1的倒装发光二极管器件，该发光二极管器件依次包括以下各层：n-GaN层(3)；n-AlGaN层(4)；至少一对超晶格层(5)，每对超晶格层由叠置的AlN层和GaN层组成；n-GaN层(6)；至少一对量子阱层(7)，每对量子阱层由叠置的GaN层和InGaN层组成；电子阻挡层(8)，其为p-AlGaN层；和，p-GaN层(9)；其中，在该p-GaN层(9)上的第一局部区域上设置p侧电极，该p侧电极包括：p侧金属电极(11p)；中间过渡层(12)，其由Cr层、Cu层和Au层叠置形成；和焊料金属层(13)；其中，在该p-GaN层(9)上与第一局部区域不同的第二局部区域，腐蚀去除p-GaN层(9)，电子阻挡层(8)，量子阱层(7)，露出层n-GaN层(6)，在该露...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵春林，林岳明，汪英杰，
申请(专利权)人：内蒙古华延芯光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15