CN102244175A - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管及其制造方法，在衬底上表面依次形成n型GaN层、n型掺杂的AlGaN层、InGaN发光层、p型掺杂的AlGaN层、p型GaN层，以及在所述p型GaN层表面形成透明导电接触层，和在所述透明导电接触层表面形成p电极，所述衬底中具有接触孔，所述衬底的下表面具有金属电极层，所述金属电极层通过所述接触孔与所述n型GaN层连接作为n电极。本发明的发光二极管及其制造方法能够在使用蓝宝石作为衬底的前提下，极大地提高LED芯片的散热性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体照明器件技术领域，具体涉及一种发光二极管(LED)及其制造方法。
背景技术
半导体发光二极管简称为LED。由镓(Ga)与砷(AS)、磷(P)的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。发光二极管(LED)作为光源以其功耗低、寿命长、可靠性高等特点，在日常生活中的许多领域得到了普遍的认可，在电子产品中得到广泛应用，例如显示器背光等。
以基于宽禁带半导体材料氮化稼(GaN)和铟氮化稼(InGaN)的发光二极管为代表的近紫外线、蓝绿色和蓝色等短波长发光二极管在1990年代后期得到广泛应用，在基础研究和商业应用上取得了很大进步。目前，普遍应用的GaN基发光二极管的典型结构如图1所示，GaN基发光二极管的结构包括蓝宝石衬底10，在衬底10表面利用MOCVD工艺沉积的n型GaN层201，由n型掺杂的AlGaN层203、InGaN发光层205(包括单量子肼或多量子肼)和p型掺杂的AlGaN层207组成的发光单元，以及p型GaN层209。此外还包括利用LPCVD工艺或磁控溅射工艺沉积的透明导电氧化物(TCO)接触层211，和通过沉积、掩模、光刻和刻蚀等工艺形成的p电极213和n电极215。
LED芯片的散热问题越来越受到人们的重视，这主要是由于LED的光衰或其寿命直接与其结温有关，散热不好结温越高，寿命也就越短。而且，结温不但影响长时间的使用寿命，还直接影响短时间的发光效率。假如以结温为25度时的发光量为100％，那么结温上升至60度时，其发光量就只有90％；结温为100度时就下降到80％；140度就只有70％。可见改善散热、控制结温是十分重要的。除此以外，LED的发热还会使得其光谱移动，色温升高，正向电流增大(恒压供电时)，反向电流也增大，热应力增高，荧光粉环氧树脂老化加速等等种种问题。所以说，LED的散热是LED灯具的设计中最为重要的一个问题。
LED芯片的特点是在极小的体积内产生极高的热量。而LED本身的热容量很小，所以必须以最快的速度将这些热量传导出去，否则就会产生很高的结温。为了尽可能地把热量引出到芯片外面，人们在LED的芯片结构上进行了很多改进。为了改善LED芯片本身的散热，其最主要的改进就是采用导热更好的衬底材料。早期的LED只是采用硅作为衬底，后来改为蓝宝石作为衬底。但是蓝宝石衬底的导热性能不是太好，(在100℃时约为25W/(m-K))，而且蓝宝石要使用银胶固晶，而银胶的导热也很差。为了改善衬底的散热，Cree公司采用碳化硅作为衬底，它的导热性能(490W/(m-K))要比蓝宝石高将近20倍。但是，碳化硅的成本比较高，不利于生产成本的降低。
发明内容
本发明提供了一种发光二极管及其制造方法，能够在使用蓝宝石作为衬底的前提下，极大地提高LED芯片的散热性能。
本发明提供的一种发光二极管，包括衬底，在所述衬底上表面依次形成的n型GaN层、n型掺杂的AlGaN层、InGaN发光层、p型掺杂的AlGaN层、p型GaN层，以及在所述p型GaN层表面形成的透明导电接触层，和在所述透明导电接触层表面形成的p电极，其特征在于：所述衬底中具有接触孔，所述衬底的下表面具有金属电极层，所述金属电极层通过所述接触孔与所述n型GaN层连接作为n电极。
所述衬底为蓝宝石衬底。
所述金属电极层的材料为铜或铝。
所述接触孔中填充的材料与金属电极层的材料相同。
所述接触孔中填充的材料与金属电极层的材料不同。
所述接触孔中填充的材料为钨、钛或其它导电氧化物或导电氮化物。
本发明提供的一种发光二极管的制造方法，包括：
提供衬底；
在所述衬底表面依次沉积n型GaN层、n型掺杂的AlGaN层、InGaN发光层、p型掺杂的AlGaN层、p型GaN层、透明导电接触层、p电极；
在所述衬底中形成通孔；
在所述通孔中填充导电物质形成接触孔；
在所述衬底的另一个表面沉积金属电极层，该金属电极层通过所述接触孔与n型GaN层连接。
所述通孔的形成方法包括干法刻蚀或激光刻蚀。
所述接触孔中填充的材料为钨、钛或其它导电氧化物或导电氮化物。
所述金属电极层的材料为铜或铝。
本发明提供的另一种发光二极管的制造方法，包括：
提供衬底；
在所述衬底表面依次沉积n型GaN层、n型掺杂的AlGaN层、InGaN发光层、p型掺杂的AlGaN层、p型GaN层、透明导电接触层、p电极；
在所述衬底中形成通孔；
在所述衬底的另一个表面沉积金属，直至该金属填满所述通孔与n型GaN层连接，并在衬底的该另一个表面形成金属层作为金属电极层。
所述通孔的形成方法包括干法刻蚀或激光刻蚀。
所述金属为铜或铝。
附图说明
通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1为GaN基发光二极管的结构示意图；
图2至图5为说明本发明方法的器件结构示意图；
图6和图7为本发明发光二极管的结构示意图。
所述示图是说明性的，而非限制性的，在此不能过度限制本发明的保护范围。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
图2至图5为说明本发明方法的器件结构示意图。如图所示，本发明的方法首先提供衬底，例如蓝宝石衬底10，然后在衬底10表面利用MOCVD工艺依次沉积的n型GaN层201、n型掺杂的AlGaN层203、InGaN发光层205(包括单量子肼或多量子肼)和p型掺杂的AlGaN层207，以及p型GaN层209。然后，利用LPCVD工艺或磁控溅射工艺沉积透明导电氧化物(TCO)接触层211，并通过沉积、掩模、光刻和刻蚀等工艺形成的p电极213。
然后，本发明的方法在衬底10的另一个表面，利用掩模、光刻工艺刻蚀出孔，直至在孔底露出n型GaN层201，或者继续刻蚀进n型GaN层201一点，从而形成通孔300。
在其它实施例中，还可以利用激光打孔的方法刻蚀出通孔300。
接着，在所述通孔300中填充导电物质形成接触孔310，所填充的导电物质包括金属，例如铜、铝、钨、钛等，或其它导电氧化物或导电氮化物。然后，在上述的衬底10的另一个表面，沉积金属层320，该金属层通过接触孔310与n型GaN层201连接，如图4所示。
在本发明方法的另一个实施例中，在衬底10的另一个表面利用干法刻蚀或激光刻蚀的方法刻蚀直至形成露出所述n型GaN层的通孔300之后，本发明的方法直接在所述衬底10的另一个表面沉积金属，直至该金属填满所述通孔300，并在所述表面形成金属层320，该金属层320与n型GaN层201连接。本实施例中，金属层320和通孔300中填充的物质是相同的，如图5所示。
图6和图7为本发明发光二极管的结构示意图。本发明的发光二极管包括衬底10，在所述衬底10上表面依次形成的n型GaN层201、n型掺杂的AlGaN层203、InGaN发光层205、p型掺杂的AlGaN层207、p型GaN层209，以及在所述p型GaN层209表面形成的透明导电接触层211，和在所述透明导电接触层表面形成的p电极213。在衬底10中具有接触孔310，所述衬底10的下表面具有金属电极层320，所述金属电极层320通过所述接触孔310与所述n型GaN层201连接作为n电极。其中，所述衬底10为蓝宝石衬底，金属电极层320的材料为铜或铝，接触孔310中填充的材料与金属电极层320的材料相同，如图7所示。
在其它实施例中，如图6所示，接触孔310中填充的材料也可以金属电极层320的材料不同，例如当金属电极层320的材料为铜或铝时，接触孔310中填充的材料为钨、钛或其它导电氧化物或导电氮化物。
本发明的金属电极层320在很大程度上提高了芯片的散热性能，并通过接触孔与n型GaN层201相连，巧妙地充当了n型电极，同时起到了n型电极和散热片的双重作用。此外，金属电极层320作为芯片背部的金属涂层，还可以起到光反射层的作用，进一步提高LED芯片的发光性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (13)
1.一种发光二极管，包括衬底，在所述衬底上表面依次形成的n型GaN层、n型掺杂的AlGaN层、InGaN发光层、p型掺杂的AlGaN层、p型GaN层，以及在所述p型GaN层表面形成的透明导电接触层，和在所述透明导电接触层表面形成的p电极，其特征在于：所述衬底中具有接触孔，所述衬底的下表面具有金属电极层，所述金属电极层通过所述接触孔与所述n型GaN层连接作为n电极。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述衬底为蓝宝石衬底。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述金属电极层的材料为铜或铝。
4.根据权利要求1或3所述的发光二极管，其特征在于：所述接触孔中填充的材料与金属电极层的材料相同。
5.根据权利要求1或3所述的发光二极管，其特征在于：所述接触孔中填充的材料与金属电极层的材料不同。
6.根据权利要求5所述的发光二极管，其特征在于：所述接触孔中填充的材料为钨、钛或其它导电氧化物或导电氮化物。
7.一种发光二极管的制造方法，包括：
提供衬底；
在所述衬底表面依次沉积n型GaN层、n型掺杂的AlGaN层、InGaN发光层、p型掺杂的AlGaN层、p型GaN层、透明导电接触层、p电极；
在所述衬底中形成通孔；
在所述通孔中填充导电物质形成接触孔；
在所述衬底的另一个表面沉积金属电极层，该金属电极层通过所述接触孔与n型GaN层连接。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述通孔的形成方法包括干法刻蚀或激光刻蚀。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述接触孔中填充的材料为钨、钛或其它导电氧化物或导电氮化物。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述金属电极层的材料为铜或铝。
11.一种发光二极管的制造方法，包括：
提供衬底；
在所述衬底表面依次沉积n型GaN层、n型掺杂的AlGaN层、InGaN发光层、p型掺杂的AlGaN层、p型GaN层、透明导电接触层、p电极；
在所述衬底中形成通孔；
在所述衬底的另一个表面沉积金属，直至该金属填满所述通孔与n型GaN层连接，并在衬底的该另一个表面形成金属层作为金属电极层。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述通孔的形成方法包括干法刻蚀或激光刻蚀。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述金属为铜或铝。
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|---|---|---|---|---|
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| CN103824923A (zh) * | 2012-11-19 | 2014-05-28 | 罗容 | 一种半导体发光芯片、半导体照明灯具及其制造方法 |
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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