CN102544048A - 一种大功率GaN基发光二极管及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种大功率GaN基发光二极管及其制作方法，涉及光电技术领域。本发明发光二极管发光结构上方为透明导电层，透明导电层上的一端置有P型电极，N型半导体层上、与P型电极相对的另一端置有N型电极，形成发光二极管芯片。其结构特点是，所述发光二极管芯片通过分割道分隔为至少两个以上至多个小发光二极管。各小发光二极管之间通过金属电极连接，各小发光二极管之间相接处置有避免同一小发光二极管的P、N电极之间短路的绝缘层。同现有技术相比，本发明将发光二极管分隔为两个以上至多个的面积更小的发光二极管，可以提高大电流注入下的电流注入效率，有效提高发光二极管器件的发光效率和可靠性。

Description

一种大功率GaN基发光二极管及其制作方法
技术领域
本发明涉及光电技术领域，特别是大注入电流下GaN基发光二极管管芯结构及其制作方法。
背景技术
发光二极管由于具有低能耗、长寿命、重量轻、体积小等优点，目前已广泛应用于信号显示、显示器背光源、交通信号指示、户外广告显示屏以及景观照明灯领域。特别是以氮化物为基础的蓝色发光二极管的研制成功，使得发光二极管可以实现全色彩发光，并逐步迈向白光照明时代。但从目前的实际情况来看，大功率发光二极管在民用照明市场的广泛应用仍存在技术和价格等方面的诸多问题，在这些问题中，最重要的就是大注入电流条件下发光二极管的发光效率和热稳定性问题。
参看图1，为现有常规结构GaN基发光二极管的俯视结构示意图，图2为图1的A-A向剖面旋转结构示意图。当通过P型电极242给发光二极管结构供电时，电流经过透明导电层23分散流过发光结构，使该发光结构通过光电效应产生光子，进而使发光二极管向外发光。但实际上，如图2所示，常规结构GaN基发光二极管的发光区域较多的集中于透明导电层23靠近N型电极241的地方，从而造成电流注入密度不均匀，发光效率不佳。由于电流的集中效应，使得器件局部温度升高，影响发光二极管的寿命。
现有技术中，中国专利公开号为CN 101452981A的“发光元件”提出了一种具有电流分散电极的发光二极管结构，提高了电流密度分布的均匀性；中国专利公开号为CN 201259895Y的“旋转形GaN基LED芯片电极”提供了一种旋转形GaN基芯片电极设计，增加了电流分布的均匀性，提高了载流子的复合效率和光提取效率，减少了转化为内部热能的损耗；中国专利公开号为CN 2886805Y的“发光二极体电路整合于散热基板的结构”提供了将常规结构发光二极管与高散热基板相结合的方法，以提高电流的分布均匀性，增加器件的散热性能。但是，上述现有技术中都只有一个发光二极管，对电流密度分布的均匀性还不够理想。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种大功率GaN基发光二极管及其制作方法。它将发光二极管分隔为两个以上至多个的面积更小的发光二极管，可以提高大电流注入下的电流注入效率，有效提高发光二极管器件的发光效率和可靠性。
为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：
一种大功率GaN基发光二极管，它包括基板以及置于基板上方的依次由N半导体层、有源发光层和P型半导体层相叠加组成的发光结构。发光结构上方为透明导电层，透明导电层上的一端置有P型电极，N型半导体层上、与P型电极相对的另一端置有N型电极，形成发光二极管芯片。其结构特点是，所述发光二极管芯片通过分割道分隔为至少两个以上至多个小发光二极管。各小发光二极管之间通过金属电极连接，各小发光二极管之间相接处置有避免同一小发光二极管的P、N电极之间短路的绝缘层。
在上述大功率GaN基发光二极管中，所述各小发光二极管之间采用串联、并联或者串联并联相结合的连接方式。
在上述大功率GaN基发光二极管中，所述分割道的深度大于或者等于为获得N型欧姆接触区而暴露出N-GaN区时的刻蚀深度，分隔道的宽度大于10μm。
在上述大功率GaN基发光二极管中，所述小发光二极管的形状为正方形、长方形或者平行四边形，小发光二极管的面积大于100μm×100μm。
在上述大功率GaN基发光二极管中，绝缘层采用SiO2或者SiN材料。
一种大功率GaN基发光二极管的制作方法，其步骤为：
1)在基板上用金属有机化合物化学气相淀积技术分别外延生长N型半导体层、有源发光层以及P型半导体层，形成发光二极管芯片；
2)利用光刻和干法刻蚀技术刻蚀出各小发光二极管的分隔道；
3)利用光刻和干法刻蚀技术刻蚀出N型接触GaN区；
4)利用光刻和蒸发的方法在P型半导体层上制备透明导电层；
5)利用光刻和沉积的方法在分隔道上各小发光二极管相接的地方制备绝缘层；
6)利用光刻和蒸发的方法制备发光二极管芯片的P型电极、N型电极及各小发光二极管的金属电极；
7)将基板从背面减薄；
8)最后将发光二极管芯片沿设计好的分割道分割成单个管芯。
在上述大功率GaN基发光二极管的制作方法中，所述基板的厚度从背面减薄到70μm到200μm之间。
由于本发明采用了上述结构和制作方法，将发光二极管分隔为至少两个及以上的面积更小的小发光二极管，分隔出来的小发光二极管采用串联、并联或串联并联相结合的电路连接方式，从而可以提高大电流注入条件下的电流注入效率，获得发光均匀、稳定可靠的GaN基发光二极管，并使发光二极管的寿命得到提高。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为现有技术发光二极管的俯视结构示意图；
图2为图1的A-A向剖面旋转结构示意图；
图3为本发明中的小发光二极管采用串联连接的结构示意图；
图4为本发明中的小发光二极管采用并联连接的结构示意图；
图5为本发明实施例一的俯视结构示意图；
图6为本发明实施例二的俯视结构示意图。
具体实施方式
参看图3至图6，本发明大功率GaN基发光二极管包括基板21以及置于基板21上方的依次由N型半导体层221、有源发光层222和P型半导体层223相叠加组成的发光结构。发光结构上方为透明导电层23，透明导电层23上的一端置有P型电极242，N型半导体层221上、与P型电极242相对的另一端置有N型电极241，形成发光二极管芯片2。发光二极管芯片2通过分割道33分隔为至少两个以上至多个小发光二极管3，分割道33的深度大于或者等于为获得N型欧姆接触区而暴露出N-GaN区时的刻蚀深度，分隔道33的宽度大于10μm。各小发光二极管3之间通过金属电极34采用串联、并联或者串联并联相结合的方式连接，各小发光二极管3之间相接处置有采用SiO2或者SiN材料的避免同一小发光二极管3的P、N电极之间短路的绝缘层30。小发光二极管3的形状为正方形、长方形或者平行四边形，小发光二极管3的面积大于100μm×100μm。
本发明大功率GaN基发光二极管的制作方法步骤为：
1)在基板21上用金属有机化合物化学气相淀积技术分别外延生长N型半导体层221、有源发光层222以及P型半导体层223，形成发光二极管芯片2；
2)利用光刻和干法刻蚀技术刻蚀出各小发光二极管3的分隔道33；
3)利用光刻和干法刻蚀技术刻蚀出N型接触GaN区；
4)利用光刻和蒸发的方法在P型半导体层223上制备透明导电层23；
5)利用光刻和沉积的方法在分隔道33上各小发光二极管3相接的地方制备绝缘层30；
6)利用光刻和蒸发的方法制备发光二极管芯片2的P型电极242、N型电极241及各小发光二极管3的金属电极34；
7)将基板21的厚度从背面减薄到70μm到200μm之间；
8)最后将发光二极管芯片2沿设计好的分割道33分割成单个管芯。
在本发明制作过程中，基板21一般由晶格常数与发光结构相匹配的材料构成，例如，对于III族氮化物发光二极管材料，该基板21一般为蓝宝石Al203。透明导电层23由可以透光且可使电流均匀分散的材料构成，例如铟锡氧化物ITO。P型电极242、N型电极241以及各小发光二极管3之间的金属电极34的材料由铝、银、铬、镍、铂、金等金属构成。
参看图5，为本发明的一种小发光二极管3按照四行四列分布的布局俯视结构示意图。参看图6，为本发明的另一种小发光二极管3按照三行三列分布的布局俯视结构示意图。

Claims (7)

1.一种大功率GaN基发光二极管，它包括基板(21)以及置于基板(21)上方的依次由N半导体层(221)、有源发光层(222)和P型半导体层(223)相叠加组成的发光结构，发光结构上方为透明导电层(23)，透明导电层(23)上的一端置有P型电极(242)，N型半导体层(221)上、与P型电极(242)相对的另一端置有N型电极(241)而形成发光二极管芯片(2)，其特征在于，所述发光二极管芯片(2)通过分割道(33)分隔为至少两个以上小发光二极管(3)，各小发光二极管(3)之间通过金属电极(34)连接，各小发光二极管(3)之间相接处置有避免同一小发光二极管(3)的P、N电极之间短路的绝缘层(30)。
2.根据权利要求1所述的大功率GaN基发光二极管，其特征在于，所述各小发光二极管(3)之间采用串联、并联或者串联并联相结合的连接方式。
3.根据权利要求1或2所述的大功率GaN基发光二极管，其特征在于，所述分割道(33)的深度大于或者等于为获得N型欧姆接触区而暴露出N-GaN区时的刻蚀深度，分隔道(33)的宽度大于10μm。
4.根据权利要求3所述的大功率GaN基发光二极管，其特征在于，所述小发光二极管(3)的形状为正方形、长方形或者平行四边形，小发光二极管(3)的面积大于100μm×100μm。
5.根据权利要求4所述的大功率GaN基发光二极管，其特征在于，所述绝缘层(30)采用SiO2或者SiN材料。
6.一种大功率GaN基发光二极管的制作方法，其步骤为：
1)在基板(21)上用金属有机化合物化学气相淀积技术分别外延生长N型半导体层(221)、有源发光层(222)以及P型半导体层(223)，形成发光二极管芯片(2)；
2)利用光刻和干法刻蚀技术刻蚀出各小发光二极管(3)的分隔道(33)；
3)利用光刻和干法刻蚀技术刻蚀出N型接触GaN区；
4)利用光刻和蒸发的方法在P型半导体层(223)上制备透明导电层(23)；
5)利用光刻和沉积的方法在分隔道(33)上各小发光二极管(3)相接的地方制备绝缘层(30)；
6)利用光刻和蒸发的方法制备发光二极管芯片(2)的P型电极(242)、N型电极(241)及各小发光二极管(3)的金属电极(34)；
7)将基板(21)从背面减薄；
8)最后将发光二极管芯片(2)沿设计好的分割道(33)分割成单个管芯。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述基板(21)的厚度从背面减薄到70μm到200μm之间。
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