CN106328636A - 集成式led器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种集成式LED器件及其制造方法,所述集成式LED器件包括:若干LED芯片,所述LED芯片包括N型半导体层、多量子阱发光层、P型半导体层、以及N电极和P电极,所述N电极与N型半导体层电性连接,P电极与P型半导体层电性连接;图形化基板,用于承载所述LED芯片,所述图形化基板包括若干第一互联区及第二互联区,所述LED芯片上的N电极和P电极分别与图形化基板上的第一互联区和第二互联区电性连接。本发明将LED芯片与图形化基板电性连接,其结构及制造工艺简单,提高了器件的可靠性,可实现大功率高电流。
Description
技术领域
本发明涉及半导体芯片领域,尤其涉及一种集成式LED器件及其制造方法。
背景技术
发光二极管(Light-Emitting Diode,LED)是一种能发光的半导体电子元件。这种电子元件早在1962年出现,早期只能发出低光度的红光,之后发展出其他单色光的版本,时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线,光度也提高到相当的光度。由于其具有节能、环保、安全、寿命长、低功耗、低热、高亮度、防水、微型、防震、易调光、光束集中、维护简便等特点,可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明等领域。
集成式LED器件为将多颗LED芯片串联或并联后形成的器件,以满足高电压低电流工作的需求,目前的集成式LED器件,主要工艺步骤包括:
1.在LED芯片上沉积较大厚度的掩模层(如厚度大于1微米的SiO2、Si3N4等);
2.使用ICP(感应等离子耦合刻蚀设备)对外延层进行ICP刻蚀、或者使用KOH溶液或用H2SO4:H3PO4=3:1的溶液对外延层进行腐蚀,使多颗LED芯片之间实现隔离沟槽;
3. 沉积绝缘包覆膜层(氧化物、或氮化物、或氮氧化物)填充沟槽或者包覆沟槽底部和侧壁;
4.将多颗LED芯片的电极通过半导体工艺实现金属互联。
然而上述方法制备的集成式LED器件具有以下不足:
沟槽较深(通常为4-7μm),刻蚀时间长,成本高;
为了保证有效的电气绝缘,必须沉积较厚的绝缘包覆膜层,因包覆不完整或者膜层致密性差,会造成的ESD和IR良率低,同时厚度大的绝缘包覆膜层沉积时间长成本高;
不同LED芯片之间存在沟槽,沟槽较深,沟槽侧壁角度较陡,金属蒸发在LED芯片表面生长平整均一,但侧壁沉积厚度较薄,成为电性连接薄弱点。
因此,针对上述问题,有必要提供一种集成式LED器件及其制造方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集成式LED器件及其制造方法,其能够提高高压LED器件的稳定性。
为了实现上述目的,本发明实施例提供的技术方案如下:
一种集成式LED器件,所述集成式LED器件包括:
若干LED芯片,所述LED芯片包括N型半导体层、多量子阱发光层、P型半导体层、以及N电极和P电极,所述N电极与N型半导体层电性连接,P电极与P型半导体层电性连接;
图形化基板,用于承载所述LED芯片,所述图形化基板包括若干第一互联区及第二互联区,所述LED芯片上的N电极和P电极分别与图形化基板上的第一互联区和第二互联区电性连接。
作为本发明的进一步改进,所述LED芯片在图形化基板上串联、并联或混联设置。
作为本发明的进一步改进,所述第一互联区上设有若干第一过孔,第二互联区上设有若干第二过孔,图形化基板上第一互联区及第二互联区的两面分别贯穿第一过孔及第二过孔电性连接。
作为本发明的进一步改进,所述N电极与第一互联区、P电极与第二互联区通过In焊料、Au-Sn焊料、锡焊料、ACF异性导电胶中的一种或多种进行键合。
作为本发明的进一步改进,所述LED芯片的侧面至少一侧为激光划刻的斜面。
本发明另一实施例提供的技术方案如下:
一种集成式LED器件的制造方法,所述制造方法包括:
提供一衬底,并在衬底上外延生长N型半导体层、多量子阱发光层、P型半导体层;
刻蚀部分外延层至N型半导体层形成N台阶;
在P型半导体层上形成P电极,在N台阶上形成N电极;
对LED芯片之间进行激光划刻;
提供图形化基板,所述图形化基板包括若干第一互联区及第二互联区;
将划刻好的LED晶圆与图形化基板倒装键合,使LED芯片上的N电极和P电极分别与图形化基板上的第一互联区和第二互联区电性连接;
剥离衬底,得到集成式LED器件。
作为本发明的进一步改进,对LED芯片之间进行激光划刻至少划刻至部分衬底。
作为本发明的进一步改进,所述图形化基板中,第一互联区上设有若干第一过孔,第二互联区上设有若干第二过孔,图形化基板上第一互联区及第二互联区的两面分别贯穿第一过孔及第二过孔电性连接。
作为本发明的进一步改进,所述N电极与第一互联区、P电极与第二互联区通过In焊料、Au-Sn焊料、锡焊料、ACF异性导电胶中的一种或多种进行键合。
作为本发明的进一步改进,所述LED芯片在图形化基板上串联、并联或混联设置。
本发明的有益效果是:
将LED芯片与图形化基板电性连接,其结构及制造工艺简单,LED芯片与现有传统低压LED芯片相同;
图形化基板电气连接良好、可靠性高,提高了器件的可靠性;
通过图形化基板上互联区的串联、并联及混联结构,可实现大功率高电流。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施方式中集成式LED器件的剖视结构示意图;
图2为本发明第一实施方式中LED芯片的剖视结构示意图;
图3为本发明第一实施方式中图形化基板的俯视结构示意图;
图4为本发明第一实施方式中图形化基板的剖视结构示意图;
图5a~5h为本发明第二实施方式中集成式LED器件的制造方法工艺步骤图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
参图1所示,本发明第一实施方式中的集成式LED器件,包括图形化LED芯片10及用于承载LED芯片10的图形化基板20,以下对LED芯片10及图形化基板20作详细说明。
参图1并结合图2所示,本实施方式中的LED芯片10依次包括:
N型半导体层11,N型半导体层可以是N型GaN等,N型半导体层上形成有N型台面101;
多量子阱发光层12,发光层可以是GaN、InGaN等;
P型半导体层13,P型半导体层可以是P型GaN等;
位于N型台面101上且与N型半导体层11电性连接的N电极14、以及位于P型半导体层13上且与P型半导体层13电性连接的P电极15。
应当理解的是,本发明中的LED芯片不限于上述实施方式中的LED芯片,在其他实施方式中LED芯片也可以包括电流阻挡层、透明导电层等,此处不再一一举例进行说明。
参图1并结合图3、图4所示,本实施方式中的图形化基板20位于LED芯片10下方,用于承载LED芯片,图形化基板20包括若干第一互联区21及第二互联区22,第一互联区21和第二互联区22可以为金属线路等,金属线路在基板上通过蒸发工艺生长,以实现电信号的传输。LED芯片上的N电极14和P电极15分别与图形化基板上的第一互联区21和第二互联区22电性连接。
第一互联区21上设有若干第一过孔211,第二互联区22上设有若干第二过孔221,图形化基板20上第一互联区21及第二互联区22的两面分别贯穿第一过孔211及第二过孔221以将图形化基板20的两面电性连接。
LED芯片10上的N电极14与图形化基板20上的第一互联区21通过第一焊接部31固定键合,LED芯片10上的P电极15与图形化基板20上的第二互联区22通过第二焊接部32固定键合,第一焊接部31和第二焊接部32的材料可选用In焊料、Au-Sn焊料、锡焊料、ACF(Anisotropic Conductive Film)异性导电胶中的一种或多种。
优选地,本实施方式中以两个LED芯片10为例进行说明,两个LED芯片10上的N电极14和P电极15分别通过第一焊接部31和第二焊接部32与图形化基板20上的第一互联区21及第二互联区22相键合,中间相邻的第一互联区21和第二互联区22为导通设置,以形成由两个LED芯片串联形成的集成式LED器件。
由上述实施方式变形得到的实施方式包括:
将基板上的两个第一互联区21导通,两个第二互联区导通,以将两个LED芯片进行并联形成集成式LED器件;
集成式LED器件由2个以上的LED芯片集成,通过设置不同方式导通的第一互联区21与第二互联区22,可以将多个LED芯片串联、并联或混联,以得到不同种类的集成式LED器件。
参图2所示,LED芯片的一侧侧面为激光划刻的斜面102,当然,当LED芯片的两侧均需激光划刻时,两侧侧面均为斜面。
参图5a~5h所示,本发明第二实施方式中集成式LED器件的制备方法,包括以下步骤:
提供一衬底,并在衬底上外延生长N型半导体层、多量子阱发光层、P型半导体层;
刻蚀部分外延层至N型半导体层形成N台阶;
在P型半导体层上形成P电极,在N台阶上形成N电极;
对LED芯片之间进行激光划刻;
提供图形化基板,所述图形化基板包括若干第一互联区及第二互联区;
将划刻好的LED晶圆与图形化基板倒装键合,使LED芯片上的N电极和P电极分别与图形化基板上的第一互联区和第二互联区电性连接;
剥离衬底,得到集成式LED器件。
以下结合附图进行详细说明。
参图5a所示,提供一衬底10’,并在衬底上外延生长N型半导体层11、多量子阱发光层12、P型半导体层13;
参图5b所示,MESA刻蚀,刻蚀部分外延层至N型半导体层形成N台阶101,优选地,本步骤中的刻蚀可以采用ICP刻蚀(感应等离子耦合刻蚀)或湿法刻蚀。
参图5c所示,在P型半导体层13上形成P电极15,在N台阶101上形成N电极14,本步骤中,N电极14和P电极15可以通过蒸发生长的方式形成,N电极14和P电极15为采用多种金属材料蒸发生长的反射电极。
参图5d所示,对LED芯片之间进行激光划刻,激光划刻可以通过各种激光切割机完成,对LED芯片之间进行激光划刻至少划刻至部分衬底。
参图5e所示,提供图形化基板20,图形化基板20包括若干第一互联区21及第二互联区22,其与第一实施方式中的图形化基板20完全相同,此处不再进行赘述。
参图5f所示,将划刻好的LED晶圆与图形化基板20倒装键合,使LED芯片上的N电极14和P电极15分别与图形化基板20上的第一互联区21和第二互联区22电性连接。
其中,N电极14和P电极15分别通过第一焊接部31和第二焊接部32与图形化基板20上的第一互联区21及第二互联区22相键合,第一焊接部31和第二焊接部32的材料可选为In焊料、Au-Sn焊料、锡焊料、ACF异性导电胶中的一种或多种。
最后剥离衬底10’,将LED芯片留在图形化基板上,并且LED芯片与图形化基板电性连接,得到图5g、5f所示的集成式LED器件。
其中,本实施方式中图形化基板上第一互联区和第二互联区的串联、并联及混联结构决定了整个集成式LED器件的电流和电压特性。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
LED芯片之间不需要通过深槽刻蚀来实现,可通过激光划片和裂片来实现LED芯片之间的电气隔离;
电性互联结构在另外一块图形化基板上通过金属图形化实现,互联区的金属在基板上通过蒸发工艺生长,图形可靠性高,电气连接良好;
无需隔离沟槽,故不需要沉积厚度较大的氧化物、或氮化物、或氮氧化物电气绝缘包覆膜层。
由以上技术方案可以看出,本发明的有益效果是:
将LED芯片与图形化基板电性连接,其结构及制造工艺简单,LED芯片与现有传统低压LED芯片相同;
图形化基板电气连接良好、可靠性高,提高了器件的可靠性;
通过图形化基板上互联区的串联、并联及混联结构,可实现大功率高电流。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种集成式LED器件,其特征在于,所述集成式LED器件包括:
若干LED芯片,所述LED芯片包括N型半导体层、多量子阱发光层、P型半导体层、以及N电极和P电极,所述N电极与N型半导体层电性连接,P电极与P型半导体层电性连接;
图形化基板,用于承载所述LED芯片,所述图形化基板包括若干第一互联区及第二互联区,所述LED芯片上的N电极和P电极分别与图形化基板上的第一互联区和第二互联区电性连接。
2.根据权利要求1所述的集成式LED器件,其特征在于,所述LED芯片在图形化基板上串联、并联或混联设置。
3.根据权利要求1所述的集成式LED器件,其特征在于,所述第一互联区上设有若干第一过孔,第二互联区上设有若干第二过孔,图形化基板上第一互联区及第二互联区的两面分别贯穿第一过孔及第二过孔电性连接。
4.根据权利要求4所述的集成式LED器件,其特征在于,所述N电极与第一互联区、P电极与第二互联区通过In焊料、Au-Sn焊料、锡焊料、ACF异性导电胶中的一种或多种进行键合。
5.根据权利要求1所述的集成式LED器件,其特征在于,所述LED芯片的侧面至少一侧为激光划刻的斜面。
6.一种集成式LED器件的制造方法,其特征在于,所述制造方法包括:
提供一衬底,并在衬底上外延生长N型半导体层、多量子阱发光层、P型半导体层;
刻蚀部分外延层至N型半导体层形成N台阶;
在P型半导体层上形成P电极,在N台阶上形成N电极;
对LED芯片之间进行激光划刻;
提供图形化基板,所述图形化基板包括若干第一互联区及第二互联区;
将划刻好的LED晶圆与图形化基板倒装键合,使LED芯片上的N电极和P电极分别与图形化基板上的第一互联区和第二互联区电性连接;
剥离衬底,得到集成式LED器件。
7.根据权利要求6所述的集成式LED器件的制造方法,其特征在于,对LED芯片之间进行激光划刻至少划刻至部分衬底。
8.根据权利要求6所述的集成式LED器件的制造方法,其特征在于,所述图形化基板中,第一互联区上设有若干第一过孔,第二互联区上设有若干第二过孔,图形化基板上第一互联区及第二互联区的两面分别贯穿第一过孔及第二过孔电性连接。
9.根据权利要求8所述的集成式LED器件的制造方法,其特征在于,所述N电极与第一互联区、P电极与第二互联区通过In焊料、Au-Sn焊料、锡焊料、ACF异性导电胶中的一种或多种进行键合。
10.根据权利要求6所述的集成式LED器件的制造方法,其特征在于,所述LED芯片在图形化基板上串联、并联或混联设置。
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