《倒裝發光二極體結構及其製作方法》是廈門市三安光電科技有限公司於2015年9月28日申請的專利，該專利公布號為CN105336829A，公布日為2016年2月17日，發明人是何安和、林素慧、鄭建森、彭康偉、林瀟雄等，該發明涉及光電及半導體技術領域。
《倒裝發光二極體結構及其製作方法》包括：基板；外延層，位於所述基板之上，外延層包括：第一半導體層、第二半導體層以及夾於第一半導體層與第二半導體層之間的發光層；第一電極結構，位於所述第一半導體層上；第二電極結構，位於所述第二半導體層上；第一電極結構包括第一電極本體和第一電極環，第二電極結構包括第二電極本體和第二電極環；第一電極環的厚度大於或等於第一電極本體的厚度，且第二電極環的厚度大於或等於第二電極本體的厚度。第一電極環、第二電極環作為阻隔柵結構，用於避免發光二極體在封裝使用中由於固晶導電材料的溢流導致短路，提高可靠性。
2019年9月，《倒裝發光二極體結構及其製作方法》獲得2019年度福建省專利獎二等獎。
（概述圖為《倒裝發光二極體結構及其製作方法》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：倒裝發光二極體結構及其製作方法
- 公布號：CN105336829A
- 公布日：2016年2月17日
- 申請號：2015106255780
- 申請日：2015年9月28日
- 申請人：廈門市三安光電科技有限公司
- 地址：福建省廈門市思明區呂嶺路1721-1725號
- 發明人：何安和、林素慧、鄭建森、彭康偉、林瀟雄、徐宸科
- 分類號：H01L33/38(2010.01)I、H01L33/00(2010.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
發光二極體（英文為Light Emitting Diode，縮寫為LED）由於具有壽命長、耗能低等優點，套用於各種領域，其中以氮化鎵（GaN）為代表的III-V族化合物半導體由於具有帶隙寬、發光效率高、電子飽和漂移速度高、化學性質穩定等特點，在高亮度發光二極體、雷射器等光電子器件領域有著巨大的套用潛力，引起了人們的廣泛關注。
2015年9月之前的倒裝LED晶片，通常設計成矩形形狀，結構上一般是由基板、外延層、P型歐姆接觸層（兼做反射金屬層）、絕緣層以及N型歐姆接觸層自下而上形成的層狀堆疊結構，其中金屬層均做成較大面狀結構，因此絕緣層設計尤為重要，一旦絕緣層有破損，就會造成P、N金屬電極短路；一般晶片內部的絕緣層較為穩定不易破裂，但是晶片邊緣的絕緣層往往會在晶片後段製程中（例如研磨、劃裂、切割工藝中）產生破裂，或是由於應力原因破裂。另一方面，由於考慮晶片的出光效率、電流分布，尤其是對於大尺寸晶片設計，P、N金屬電極的大小、位置受限，在封裝時如採用錫膏焊接的作業方式，往往會造成錫膏塗布不均、錫膏溢流出焊盤區域，若遇到芯粒邊緣絕緣層受損時就會發生電路不良、漏電等異常，如圖1和2所示，影響封裝作業的良率，不利於倒裝晶片的推廣套用。此外，為了製作側壁絕緣層，需要在晶片前段製程增加乾法蝕刻工藝（如ICP）或濕法蝕刻工藝，該蝕刻工藝對黃光、蝕刻技術要求較高，大幅增加了晶片製作成本。
發明內容
專利目的
《倒裝發光二極體結構及其製作方法》所要解決的技術問題是克服2015年9月之前技術的不足，從晶片設計與製作工藝中採用電極作為阻隔柵結構，提供一種具有提高可靠性的倒裝發光二極體晶片及其製作方法。
技術方案
《倒裝發光二極體結構及其製作方法》包括：一基板；一外延層，位於所述基板之上，所述外延層包括：第一半導體層、第二半導體層以及夾於第一半導體層與第二半導體層之間的發光層；
第一電極結構，位於所述第一半導體層上；
第二電極結構，位於所述第二半導體層上；
其特徵在於：所述第一電極結構包括第一電極本體和第一電極環，第二電極結構包括第二電極本體和第二電極環；所述第一電極環的厚度大於或等於第一電極本體的厚度，且第二電極環的厚度大於或等於第二電極本體的厚度。
進一步地，所述第一電極環環繞第一電極本體，且第一電極環與第一電極本體存在間隔；第二電極環環繞第二電極本體，且第二電極環與第二電極本體存在間隔。
進一步地，所述第一電極環、第二電極環均至少1圈。
進一步地，所述第一電極環、第二電極環作為阻隔柵結構，用於避免發光二極體在封裝使用中由於固晶導電材料的溢流導致短路，提高可靠性。
上述倒裝發光二極體結構，還包括在外延層上形成第一、第二電極結構之前先設定反射層或，所述反射層可以是單層金屬層或者是複合金屬層。
上述倒裝發光二極體結構，還可以包括在外延層上形成第一、第二電極結構之前先設定導電層，所述導電層可以是氧化銦錫（ITO）或氧化鋅（ZnO）或氧化鎘錫（CTO）或氧化銦（InO）或銦（In）摻雜氧化鋅（ZnO）或鋁（Al）摻雜氧化鋅（ZnO）或鎵（Ga）摻雜氧化鋅（ZnO）或前述任意組合之一。
為解決上述技術問題，該發明採用的另一個技術方案為：一種倒裝發光二極體結構的製作方法，其包括以下工藝步驟：
1）提供一基板；
2）在基板上製作外延層，所述外延層包括：第一半導體層、第二半導體層以及夾於第一半導體層與第二半導體層之間的發光層；
3）在所述第一半導體層上製作第一電極結構，所述第一電極結構包括第一電極本體和第一電極環，第一電極環的厚度大於或等於第一電極本體的厚度；
4）在所述第二半導體層上製作第二電極結構，所述第二電極結構包括第一電極本體和第二電極環，第二電極環的厚度大於或等於第二電極本體的厚度。
進一步地，所述第一電極環環繞第一電極本體，且第一電極環與第一電極本體存在間隔；第二電極環環繞第二電極本體，且第二電極環與第二電極本體存在間隔。
進一步地，所述第一電極環、第二電極環均至少1圈。
進一步地，所述第一電極環、第二電極環作為阻隔柵結構，用於避免發光二極體在封裝使用中由於固晶導電材料的溢流導致短路，提高可靠性。
上述倒裝發光二極體結構的製作方法，還可以包括以下工藝步驟：在外延層上製作第一、第二電極結構之前先形成反射層，所述反射層可以是單層金屬層或者是複合金屬層，材質選用Ag或Al或Ti或Ni或前述任意組合之一。
上述倒裝發光二極體結構的製作方法，還可以包括以下工藝步驟：在外延層上製作第一、第二電極結構之前先形成導電層，所述導電層可以是氧化銦錫（ITO）或氧化鋅（ZnO）或氧化鎘錫（CTO）或氧化銦（InO）或銦（In）摻雜氧化鋅（ZnO）或鋁（Al）摻雜氧化鋅（ZnO）或鎵（Ga）摻雜氧化鋅（ZnO）或前述任意組合之一。
進一步地，所述基板可以是生長基板或者是散熱基板或者是粘合基板或者是前述任意組合之一。
進一步地，所述生長基板材料可以是藍寶石（Al2O3）或碳化矽（SiC）或氮化鎵（GaN）或前述任意組合之一。
進一步地，所述第一、第二電極結構可以是Ni/Au或Cr/Pt/Au或Ti/Al/Ti/Au或前述任意組合之一。
改善效果
《倒裝發光二極體結構及其製作方法》通過在倒裝發光二極體晶片的電極結構中，增設環狀電極作為阻隔柵結構，避免晶片在封裝使用中由於固晶導電材料的溢流導致短路，提高晶片的可靠性；該製作方法無需採用乾法或濕法蝕刻工藝形成側壁絕緣層，簡化工藝環節，提升晶片的良率，降低生產成本。
附圖說明
圖1是2015年9月之前的倒裝發光二極體的剖視圖。
圖2是2015年9月之前的倒裝發光二極體的頂視圖。
圖3和圖4是該發明實施例1的倒裝發光二極體的剖視圖。
圖5是《倒裝發光二極體結構及其製作方法》實施例1的倒裝發光二極體的頂視圖。
圖6~13是該發明實施例2製作倒裝發光二極體的工藝流程示意圖。
圖14是該發明實施例3的倒裝發光二極體的剖視圖。
圖15是該發明實施例4的倒裝發光二極體的剖視圖。
圖16是該發明實施例5的倒裝發光二極體的剖視圖。
圖17是該發明實施例5的倒裝發光二極體的頂視圖。
圖18是該發明實施例6的倒裝發光二極體的剖視圖。
圖19是該發明實施例7的倒裝發光二極體的剖視圖。
圖20是該發明實施例8的倒裝發光二極體的剖視圖。
圖21是該發明實施例9的倒裝發光二極體的剖視圖。
圖中部件符號說明：100：生長基板；101：N型層；102：發光層；103：P型層；104：P型電極；1041：P型電極本體；1042：P型電極環；105：N型電極；1051：N型電極本體；1052：N型電極環；106：絕緣層；107：導電層；108：反射層；109：錫膏。
權利要求
1.《倒裝發光二極體結構及其製作方法》包括：一基板；一外延層，位於所述基板之上，所述外延層包括：第一半導體層、第二半導體層以及夾於第一半導體層與第二半導體層之間的發光層；第一電極結構，位於所述第一半導體層上；第二電極結構，位於所述第二半導體層上；其特徵在於：所述第一電極結構包括第一電極本體和第一電極環，第二電極結構包括第二電極本體和第二電極環；所述第一電極環的厚度大於或等於第一電極本體的厚度，且第二電極環的厚度大於或等於第二電極本體的厚度；所述第一電極環環繞第一電極本體，且第一電極環與第一電極本體存在間隔；第二電極環環繞第二電極本體，且第二電極環與第二電極本體存在間隔。
2.根據權利要求1所述的倒裝發光二極體結構，其特徵在於：所述第一電極環、第二電極環均至少1圈。
3.根據權利要求1所述的倒裝發光二極體結構，其特徵在於：所述第一電極環、第二電極環作為阻隔柵結構，用於避免發光二極體在封裝使用中由於固晶導電材料的溢流導致短路，提高可靠性。
4.根據權利要求1所述的倒裝發光二極體結構，其特徵在於：還包括在外延層上形成第一、第二電極結構之前先設定反射層或導電層。
5.一種倒裝發光二極體結構的製作方法，其包括以下工藝步驟：1） 提供一基板；2） 在基板上製作外延層，所述外延層包括：第一半導體層、第二半導體層以及夾於第一半導體層與第二半導體層之間的發光層；3） 在所述第一半導體層上製作第一電極結構，所述第一電極結構包括第一電極本體和第一電極環，第一電極環的厚度大於或等於第一電極本體的厚度；4） 在所述第二半導體層上製作第二電極結構，所述第二電極結構包括第一電極本體和第二電極環，第二電極環的厚度大於或等於第二電極本體的厚度；所述第一電極環環繞第一電極本體，且第一電極環與第一電極本體存在間隔；第二電極環環繞第二電極本體，且第二電極環與第二電極本體存在間隔。
6.根據權利要求5所述的一種倒裝發光二極體結構的製作方法，其特徵在於：所述第一電極環、第二電極環均至少1圈。
7.根據權利要求5所述的一種倒裝發光二極體結構的製作方法，其特徵在於：所述第一電極環、第二電極環作為阻隔柵結構，用於避免發光二極體在封裝使用中由於固晶導電材料的溢流導致短路，提高可靠性。
8.根據權利要求5所述的一種倒裝發光二極體結構的製作方法，其特徵在於：還包括在外延層上製作第一、第二電極結構之前先形成反射層或導電層。
實施方式
- 實施例1
參閱圖3~圖5，其中圖3為圖5中沿A-A方向的剖面圖，圖4為圖5中沿沿B-B方向的剖面圖。本實施例提供的氮化鎵基倒裝發光二極體，包括：生長基板100、N型層101、發光層102、P型層103、P型電極本體1041、P型電極環1042、N型電極本體1051以及N型電極環1052。具體來說，上述氮化鎵基倒裝發光二極體結構中生長基板100為藍寶石基板；外延層，形成於發光層102上，其中外延層依次包括N型層101、發光層102和P型層103；P型電極結構，包括P型電極本體1041和P型電極環1042，位於所述P型層103上；N型電極結構，包括N型電極本體1051和N型電極環1052，位於所述N型層101上；其中所述P型電極環1042的厚度大於P型電極本體1041的厚度，且N型電極環1052的厚度大於N型電極本體1051的厚度。優選地，所述P型電極環1042環繞P型電極本體1041，且P型電極環1042與P型電極本體1041存在間隔；N型電極環1052環繞N型電極本體1051，且N型電極環1052與N型電極本體1051存在間隔，如此P型電極環、N型電極環作為阻隔柵結構，類似“擋牆”的作用，增加固晶導電材料（如錫膏109）攀爬的難度，用於避免發光二極體在封裝使用中由於錫膏的溢流導致短路，從而改善倒裝發光二極體晶片的可靠性和良率。
- 實施例2
參閱圖6~13所示的倒裝發光二極體結構的製作工藝流程剖面示意圖，具體來說：
參閱圖6，首先，提供生長基板100，在本實施例中，所述生長基板100選用藍寶石，用以形成GaN基倒裝發光二極體的磊晶基板；然而應當認識到，所述生長基板100還可以是碳化矽或氮化鎵或矽或其它基板。
參閱圖7，在生長基板100上長外延層，外延層依次包括N-GaN層101、發光層102和P-GaN層103，優選地，還可以先在生長基板上生長GaN緩衝層，再生長外延層，以取得更優的晶格質量。
參閱圖8~10，其中圖8為圖10中沿A-A方向的剖面圖，圖9為圖10中沿沿B-B方向的剖面圖。採用ICP蝕刻工藝定義晶片尺寸，從外延層之P-GaN層103表面往下蝕刻至N-GaN層101，使得部分N-GaN層101表面裸露，然後採用黃光、蒸鍍工藝，在所述P-GaN層103上形成厚度為1~5微米的P型電極本體1041，在所述N-GaN層101上形成厚度為1~5微米的N型電極本體1051。
參閱圖11~13，其中圖11為圖13中沿A-A方向的剖面圖，圖12為圖13中沿沿B-B方向的剖面圖。再一次採用黃光、蒸鍍工藝，在所述P-GaN層103上，且位於P型電極本體1041的周圍形成厚度大於P型電極本體1041的P型電極環1042，即使得P型電極環1042環繞P型電極本體1041，且P型電極環1042與P型電極本體1041存在間隔；在所述N-GaN層101上，且位於N型電極本體1051的周圍形成厚度大於N型電極本體1051的N型電極環1052，即使得N型電極環1052環繞N型電極本體1051，且N型電極環1052與N型電極本體1051存在間隔。
上述電極結構可以選用Ni/Au或Cr/Pt/Au或Ti/Al/Ti/Au或前述的任意組合之一，在本實施例優選Cr/Pt/Au金屬材料。由於所述P型電極環1042的厚度大於P型電極本體1041的厚度，且N型電極環1052的厚度大於N型電極本體1051的厚度，發揮P型電極環、N型電極環的擋牆作用，增加固晶導電材料（如錫膏109）攀爬的難度，用於避免發光二極體在封裝使用中由於錫膏的溢流導致短路，從而改善倒裝發光二極體晶片的可靠性和良率。
- 實施例3
參閱圖14，與實施例2不同的是，為了使得第一電極厚度與第二電極厚度一致（等高），便於電極製作，本實施例在外延層上製作第一、第二電極結構之前先形成導電層107，所述導電層可以是氧化銦錫（ITO）或氧化鋅（ZnO）或氧化鎘錫（CTO）或氧化銦（InO）或銦（In）摻雜氧化鋅（ZnO）或鋁（Al）摻雜氧化鋅（ZnO）或鎵（Ga）摻雜氧化鋅（ZnO）或前述任意組合之一，本實施例優選氧化銦錫（ITO）。需要說明的是，在第一電極結構（1051、1052）形成導電層107之前，還可以在N型層101與導電層之間製作一絕緣層106。
- 實施例4
參閱圖15，與實施例2不同的是，本實施例的P型電極環1042的厚度等於P型電極本體1041的厚度，且N型電極環1052的厚度等於N型電極本體1051的厚度，如此則製作電極結構只需要一次黃光、蒸鍍工藝，有效地降低了製作成本，提高產能。
- 實施例5
參閱圖16和17，與實施例2不同的是，本實施例的第一電極環、第二電極環均至少1圈，其中內外圈的P型電極環1042厚度相同，內外圈的N型電極環1052厚度相同，更優地，所述P型電極環1042厚度與N型電極環1052厚度相同，且均比P型電極本體1041、N型電極本體1051的厚度大60%。由於設定了多圈電極環，如此更進一步增加固晶導電材料攀爬的難度，提升倒裝發光二極體的可靠性。
- 實施例6
參閱圖18，與實施例2不同的是，本實施例在外延層上製作第一、第二電極結構之前先形成反射層108，所述反射層108可以是單層金屬層或者是複合金屬層，材質選用Ag或Al或Ti或Ni或前述任意組合之一，本實施例優選Al/Ti/Ag複合金屬層，如此反射發光層向下發出的光線，增加出光效率。
- 實施例7
參閱圖19，與實施例5不同的是，本實施例內圈的P型電極環1042厚度小於外圈的P型電極環1042厚度；相應地，內圈的N型電極環厚度小於外圈的N型電極環厚度。此外，內圈的P型電極環1042厚度等於P型電極本體1041厚度，內圈的N型電極環厚度等於N型電極本體厚度。
- 實施例8
參閱圖20，與實施例5不同的是，本實施例的P型電極本體1041、內圈的P型電極環1042、外圈的P型電極環1042的厚度依次逐漸增加；相應地，N型電極本體、內圈的N型電極環、外圈的N型電極環的厚度也依次逐漸增加。由於電極結構從電極本體至外圈電極環厚度依次增加（外圈電極環厚度比內圈電極環厚），使得發光二極體在封裝使用中固晶導電材料的溢流難度從內圈到外圈逐漸增加，如此利於提升倒裝發光二極體的可靠性。
- 實施例9
參閱圖21，與實施例2不同的是，本實施例P型電極環1042緊挨在P型電極本體1041周邊，二者不存在間隔，且P型電極環1042的厚度比P型電極本體1041厚一倍以上；相應地，N型電極環緊挨在N型電極本體周邊，二者不存在間隔，且N型電極環的厚度比N型電極本體厚一倍以上。P型電極環（厚度大於P型電極本體）、N型電極環（厚度大於N型電極本體）作為阻隔柵結構，用於避免發光二極體在封裝使用中由於固晶導電材料的溢流導致短路，提高倒裝發光二極體的可靠性。
榮譽表彰
2019年9月，《倒裝發光二極體結構及其製作方法》獲得2019年度福建省專利獎二等獎。
