[发明专利]发光二极管芯片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管(LED)芯片的结构设计及其制造方法，特别涉及大功率倒装焊结构的发光二极管芯片的结构设计及其制造方法。

背景技术

传统的发光二极管LED晶粒的电极金属面向上，放置固定在一底板上。应用金线焊接(wire-bonding)工艺，把金线焊接在晶粒的电极金属层上并和底板相连。为改善电流分布和器件性能，在传统发光二极管晶粒上，正负电极金属层覆盖整个器件，同时在此电极层上制备引线焊接盘(wire-bonding pad)，用于金线焊接。由于发光二极管发光层在电极金属层以下，发出的光部分被电极金属层吸收，此种结构会影响器件的出光效率。

为了改善以上所述的发光二极管的出光效率，倒装焊结构被应用于发光二极管的制造中。在60年代倒装焊技术和可控塌陷凸点(C4)技术开发并获得应用。倒装焊技术是通过在芯片表面形成的焊球，使芯片翻转与底板形成连接，从而减小封装尺寸，满足电子产品的高性能、小外形的要求，使产品具有很好的电学性能和传热性能。目前，广泛使用的倒装焊发光二极管结构如图1所示，其中采用氮化镓作为发光器件，该发光器件由在蓝宝石(sapphire)基板1上形成氮化镓多层晶体层的外延晶片2制成。

由图1可以看出，与倒装焊在集成电路上的应用相似，现有的倒装焊发光二极管应用硅集成电路制成技术，在氮化镓晶片2的表面制备金属电极层3，并且在金属电极层3上制备金属凸点5，然后倒装焊接在底板4上对应的金属凸点6上面。其中，氮化镓晶片上的金属电极层材料3与硅集成电路技术中的材料相似，为改进出光效率，通常使用如铝、银等高反射材料作为金属电极层。尽管在氮化镓外延晶片上的金属电极层的制成工艺已经在硅集成电路技术中广泛应用，但是，对于大功率LED，由于输入电流大，器件对电流在金属电极层的均匀分布要求很高，因此，目前还存在以下缺陷：首先，现有的金属电极层的结构与设计对于大功率倒装焊LED器件，并不能够提供良好的电流与电压性能，导致器件金属电极层接触电阻大，工作电压过高。另一方面，随着芯片尺寸的增加，由于热匹配的原因，对导电金属层的机械黏附性要求亦增加，如何改善倒装焊LED金属电极层与焊接点的可靠性是需要解决的关键问题。此外，为使电流分布和散热性能够得到进一步改善，LED芯片倒装焊所在的底板亦需要改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可进一步改善电学性能和传热性能的大功率发光二极管芯片及其制造方法。由此克服传统倒装焊发光二极管所存在的上述问题。

上述发明目的是通过以下技术措施来实现的：

本发明的发光二极管芯片包括：

形成于蓝宝石衬底的外延晶片，其中，所述外延晶片包括N型区域和P型区域，在所述的N型区域和P型区域上均覆盖有金属电极层，在金属电极层上具有凸点下金属层和金属凸点；

适于倒装焊的底板，所述底板上具有金属线路层和形成于该金属线路层上的凸点，与所述P形区域和N型区域上的金属凸点相对应；

其特征在于：所述的N型区域尽可能包围P型区域，所述的N型区域及其上覆盖的金属电极层保持连通，P型区域被N型区域及其金属电极层分隔成若干区域；所述的P型区域上的金属凸点均匀分布在所述被分隔成的若干区域中。

本发明所述的大功率发光二极管芯片的制造方法包括以下步骤：

(a)根据设计图形和尺寸，在形成于蓝宝石衬底上的外延晶片中形成P型区域和N型区域，其中，所述的N型区域尽可能包围P型区域；

(b)在所述的P型区域和N型区域上沉积金属电极层，所述金属电极层包括透明金属层和金属反光层，由此形成所需的金属电极层的图形；

(c)在所述的金属电极层上制备凸点下金属层和凸点，其中，所述的N型区域以及其上覆盖的金属电极层保持连通，P型区域被N型区域及其上覆盖的金属电极层分隔成若干区域；所述的P型区域上的金属凸点均匀分布在所述被分隔成的若干区域中；

(d)根据上述设计的凸点图形，将步骤(c)得到的晶片倒装焊至一底板上，其中，所述底板具有相应于所述LED晶片的金属线路层和凸点。

在本发明的优选实施方式中，P型区域被N型区域及其金属电极层均匀地分隔成若干区域，并且在每个分隔区域中分布一个金属凸点。

在本发明的优选实施方式中，被N型区域及其金属电极层分隔的P型区域上面覆盖的金属电极层与N型区域上覆盖的金属电极层相距的最短距离小于350微米。