本发明涉及 LED制造技术领域 ,尤其涉及一种倒装 LED芯片及其制造方法。 背景技术

在传统的正装 LED芯片制造工艺中， P型氮化镓（GaN )掺杂困难导致空 穴载流子浓度低下且厚度受到限制，从而导致 电流不易扩散。 因而通常釆用在 P 型 GaN表面制备电流扩散层以使电流均匀扩散。

然而电流扩散层也具有缺点， 一方面电流扩散层会吸收部分光， 降低光析 出率， 如果减薄其厚度又限制电流扩散层在 P型 GaN层表面实现均匀和可靠的 电流扩散的效果。 因而， 在透光率和电流扩散效果二者之间要给以适当 的折衷， 然而， 折衷设计的结果必定使其功率转换的提高受到 了限制。 并且， 这种结构 的电极和引线在发光区同一侧， 工作时会挡住部分光线。 因此， 这种结构制约 了 LED的工作效率。 另一方面， 这种结构的 PN结热量通过蓝宝石^ "底导出， 蓝宝石的导热系数很低， 对大尺寸的功率型芯片来说导热路径太长， 因而 LED 芯片的热阻较大， 工作电流也受到限制。

为了克服正装 LED芯片的这些不足， Lumileds公司于 1998年发明了倒装

LED芯片（ Flip chip )结构。倒装 LED芯片结构制作方法如下： 制备 LED芯片； 同时制备对应芯片尺寸的散热基板， 并在散热基板上制作电极的导电层和引出 导电层（超声波金丝球焊点）； 将 LED 芯片与散热基板焊接在一起。 在这种结 构中，在 PN结与 P电极之间增加了一个金属反射镜层， 消除了电极和引线的挡 光， 使得光从蓝宝石衬底射出。 由于光不从电流扩散层出射， 能将电流扩散层 的厚度设置的更厚， 使倒装 LED芯片的电流密度均匀分布。 同时这种结构还可 以将 PN结的热量直接通过导电层或金属焊点导给热� ��系数比蓝宝石高 3〜5倍的 散热基板， 散热效果更优。 因此这种结构具有电、 光、 热等方面较优的特性。 现有的金属反射镜层的形成方法是将反射率较 高的金属镀到 P型 GaN的表 面， 这样， 从有源层发出的光， 就会在倒装芯片的底部发生反射， 减少了光在 芯片底部被吸收量， 从而提高光析出率。 但是这样的结构使部分的光被限制在 LED各层结构形成的波导结构中， 经过多次反射后， 这些光会衰减或者被吸收 而无法射出， 影响其光析出率。 发明内容

本发明的目的是提供一种提高倒装 LED芯片光析出率的方法。

为达到上述目的， 本发明的第一方面提供一种倒装 LED芯片的制造方法， 包括：

提供衬底， 在衬底上沉积外延层， 所述外延层自下而上包括 N型氮化镓层、 多量子阱有源层和 P型氮化镓层；

刻蚀所述外延层， 形成台阶阵列， 所述台阶阵列暴露出 N型氮化镓层； 在所述 P型氮化镓层上形成第一金属层；

对所述第一金属层进行退火自组装；

以第一金属层为掩膜刻蚀所述 P型氮化镓层， 在所述 P型氮化镓层中形成 坑洞阵列；

在坑洞阵列中沉积第二金属层， 所述第一金属层和第二金属层组成金属反 射镜层。

可选的， 所述金属反射镜层由多层金属组成。

可选的， 组成所述金属反射镜层的多层金属为 Ni/Ag/Ti/Pt/Au 、 Ni/Al/Ti/Pt/Au, Ni/Ag/Ni/Au或 Ni/Al/Ti/Au。

可选的， 所述金属反射镜层的厚度为 0.1nm〜10nm。 可选的， 干法刻蚀所述 P型氮化镓层， 在所述 P型氮化镓层中形成坑洞阵 列。

可选的， 在形成金属反射镜层之后还包括： 在所述 N型氮化镓层上形成 N 电极， 在金属反射镜层上形成 P电极； 将 N电极和 P电极倒装焊接到一散热基 板上。

可选的， 所述电极的材质为 Au、 Au/Sn薄膜或 Sn焊膏。

可选的， 所述衬底为蓝宝石衬底。

本发明的第二方面提供了釆用上述倒装 LED 芯片的制造方法制造的倒装 LED 芯片， 包括： 衬底； 形成在所述衬底上的外延层， 所述外延层从下至上包 括 N型氮化镓层、 多量子阱有源层和 P型氮化镓层， 所述 P型氮化镓层中形成 有坑洞阵列； 以及金属反射镜层， 形成在所述 P型氮化镓层上。

可选的， 所述金属反射镜层由多层金属组成。

可选的， 组成金属反射镜层的多层金属为 Ni/Ag/Ti/Pt/Au、 Ni/Al/Ti/Pt/Au, Ni/Ag/Ni/Au或 Ni/Al/Ti/Au。

可选的， 所述金属反射镜层的厚度为 0.1nm〜10nm。

可选的， 所述 LED芯片还包括： 形成在所述金属反射镜层上的 P电极， 形 成于所述 N型氮化镓层上的 N电极，以及与所述 N电极和 P电极连接的散热基 板。

可选的， 所述电极的材质为 Au、 Au/Sn薄膜或 Sn焊膏。

本发明的倒装 LED芯片的制造方法先在 P型氮化镓层上形成第一金属层， 通过退火工艺使第一金属层自组装， 以自组装后的第一金属层为掩膜刻蚀 P型 氮化镓层， 再形成第二金属层， 由第一金属层和第二金属层组成凹凸不平的金 属反射镜层， 使多量子阱有源层发出的光在金属反射镜层上 散射， 而不被 LED 各层结构形成的波导结构限制， 最终射出， 提高 LED的光析出率。 附图说明 意图 具体实施方式

在背景技术中已经提及， 现有的金属反射镜层， 仍会影响倒装 LED的光析 出率。本发明提供一种倒装 LED芯片的结构及其制造方法，所述倒装 LED芯片 的制造方法先形成第一金属层， 利用退火工艺自组装第一金属层， 利用第一金 属层为掩膜刻蚀 P型氮化镓层， 再形成第二金属层， 由第一金属层和第二金属 层组成凹凸不平的金属反射镜层， 提高光析出率。

下面将结合附图对本发明进行更详细的描述， 其中表示了本发明的优选实 施例， 应所述理解本领域技术人员可以修改在此描述 的本发明， 而仍然实现本 发明的有利效果。 因此， 下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的 广泛知 道， 而并不作为对本发明的限制。

为了清楚， 不描述实际实施例的全部特征。 在下列描述中， 不详细描述公 知的功能和结构， 因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱 。 应当认为在 任何实际实施例的开发中， 必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目 标， 例如按照有关系统或有关商业的限制， 由一个实施例改变为另一个实施例。 另 外， 应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间 的， 但是对于本领域技术人 员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描 述本发明。 根据下面说明和 权利要求书， 本发明的优点和特征将更清楚。 需说明的是， 附图均釆用非常简 化的形式且均使用非精准的比例， 仅用以方便、 明晰地辅助说明本发明实施例 的目的。 述方法包括如下步骤：

步骤 S021 , 提供衬底， 在衬底上沉积外延层， 所述外延层包括 N型氮化镓 层、 多量子阱有源层和 P型氮化镓层；

步骤 S022, 刻蚀所述外延层， 形成台阶阵列， 所述台阶阵列暴露出 N型氮 化镓层；

步骤 S023 , 在所述 P型氮化镓层上形成第一金属层；

步骤 S024, 对所述第一金属层进行退火自组装；

步骤 S025 , 以第一金属层为掩膜刻蚀所述 P型氮化镓层， 在所述 P型氮化 镓层中形成坑洞阵列；

步骤 S026, 在坑洞阵列中沉积第二金属层， 所述第一金属层和第二金属层 组成金属反射镜层。

该方法的核心思想在于， 先在 P型氮化镓层上形成第一金属层， 通过退火 工艺使第一金属层自组装， 以自组装后的金属层为掩膜刻蚀 P型氮化镓， 再最 后形成凹凸不平的金属反射镜层， 使有源层发出的光在金属反射镜层上散射， 而不被 LED各层结构形成的波导结构限制， 最终射出， 提高 LED的光析出率。

参照图 2A, 执行步骤 S021 , 提供衬底 101 , 在衬底 101上沉积外延层 131。 本实施例中， 所述衬底 101 为蓝宝石衬底， 优选的所述蓝宝石衬底表面经过图 形化处理。 所述外延层 131 自下而上包括 N型氮化镓层 102、 多量子阱有源层 103和 P型氮化镓层 104。

参考图 2B, 执行步骤 S022, 刻蚀所述外延层 131 , 形成台阶阵列 105 , 所 述台阶阵列 105暴露出 N型氮化镓层 102。

参考图 2C, 执行步骤 S023 , 在所述 P型氮化镓层 104上形成第一金属层 106。 优选的， 所述第一金属层 106为多层金属组成以兼顾反射镜、 电流扩散及 散热性能， 例如可使用 Ni/Ag/Ti/Pt/Au、 Ni/Al/Ti/Pt/Au、 Ni/Ag/Ni/Au 或 Ni/Al/Ti/Au等组合。所述第一金属层 106的厚度为 0.1nm〜10nm。可以利用电镀、 沉积等方法在台阶阵列 105和 P型氮化镓层 104上形成所述第一金属层 106,然 后选择性去除台阶阵列 105 中的第一金属层 106, 例如， 可以先在第一金属层 106上形成光阻层， 利用光刻工艺选择暴露出台阶阵列 105表面的第一金属层， 然后利用刻蚀工艺去除 N型氮化镓层 102表面的第一金属层。

参考图 2D, 执行步骤 S024, 对所述第一金属层 106进行退火自组装。 第一 金属层 106在退火工艺的作用下结晶， 并发生 Oswald ripening效应 (奥斯瓦尔 德熟化效应） ， 小的晶体颗粒消失， 大的晶体颗粒长大， 从而自组装成不连续 的第一金属层， 在第一金属层 106 中形成阵列分布的孔洞 106，， 部分暴露出 P 型氮化镓层 104。 退火温度为 200。C〜900。C, 可以根据第一金属层 106的具体材 质来选择不同的退火温度。

参考图 2E, 执行步骤 S025, 以第一金属层 106为掩膜刻蚀所述 P型氮化镓 层 104, 在所述 P型氮化镓层 104中形成坑洞阵列 104，。 优选的， 利用干法刻蚀 来刻蚀所述 P型氮化镓层 104, 并且， 不暴露出其下的多量子阱有源层 103。

参考图 2F, 执行步骤 S026, 在坑洞阵列中沉积第二金属层， 所述第二金属 层为多层金属组成， 例如可使用 Ni/Ag/Ti/Pt/Au、 Ni/Al/Ti/Pt/Au, Ni/Ag/Ni/Au 或 Ni/Al/Ti/Au等组合。 所述第一金属层和第二金属层共同组成金属反 射镜层

107, 金属反射镜层的多层金属以兼顾反射镜、 电流扩散及散热性能。 这样从多 量子阱有源层发出的光， 经过凹凸不平的金属反射层的散射作用， 不会被 LED 的各层结构形成的波导结构所限制， 从衬底端射出， 提高了 LED器件的光析出 率。

当然， 在形成金属反射镜层 107之后还包括常规的后续倒装 LED芯片制造 步骤， 参考图 2G, 例如将图 2F所示的芯片结构翻转之后可以包括在所述 N型 氮化镓层 102上形成 N电极的步骤和在金属反射镜层 107上形成 P电极 109的 步骤， 以及将 N电极 108和 P电极 109倒装焊接到散热基板 110上的步骤和裂 片封装的步骤等， 本领域技术人员可以根据已知技术将这些步骤 加入本发明中。

根据本发明的另一面， 还提供一种利用上述实施例所述倒装 LED芯片的制 造方法制造的 LED芯片， 参考图 2G, 包括： 衬底 101、 形成在所述衬底 101上 的外延层和形成在所述 P型氮化镓层上的金属反射镜层。 所述外延层包括 N型 氮化镓层 102、多量子阱有源层 103和 P型氮化镓层 104,所述 P型氮化镓层 104 中形成有坑洞阵列， 所述金属反射镜层 107 为凹凸不平的结构。 由于金属反射 镜层 107 为凹凸不平的结构， 使得多量子阱有源层发出的光在金属反射镜层 上 散射， 而不被 LED各层结构形成的波导结构限制，能经过多次 反射后最终射出， 提高 LED的光析出率。

综上所述， 本发明提供一种倒装 LED芯片的结构及其制造方法， 所述方法 先在 P型氮化镓层上形成第一金属层， 通过退火工艺使第一金属层自组装， 以 自组装后的金属层为掩膜刻蚀 P型氮化镓， 再最后形成凹凸不平的金属反射镜 层， 使多量子阱有源层发出的光在金属反射镜层上 散射， 而不被 LED各层结构 形成的波导结构限制， 最终射出， 以提高 LED的光析出率。 明的精神和范围。 这样， 倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利 要求及 其等同技术的范围之内， 则本发明也意图包含这些改动和变型在内。