CN102723429A - 一种类垂直式发光二极管及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种类垂直式发光二极管，从上至下包括打线电极，蓝宝石衬底，N-GaN层，发光层，P-GaN层，电流扩散层，绝缘层，邦定金属介层，支撑基板，蓝宝石衬底两侧均具有等离子干法腐蚀形成的粗糙面，该蓝宝石衬底中具有激光挖孔所形成的通孔，并通过金属回填通孔，使N-GaN层上的电极和打线电极相连接；这种类垂直式发光二极管结合正装结构、倒装结构和垂直结构的优点，保留了原来外延成长所使用的蓝宝石衬底，避免垂直结构的发光二极管在激光剥离蓝宝石衬底所造成的应力损伤，省去倒装结构的发光二极管植球固晶等繁琐且精密的工艺，提供了发光二极管另一个增加出光效率和改善散热的技术途径。

Description

一种类垂直式发光二极管及其制作方法

技术领域

本发明涉及发光二极管技术，尤其涉及一种类垂直式发光二极管及其制作方法。

背景技术

LED的芯片结构主要有三种：正装结构、倒装结构和垂直结构。正装结构LED制作简单，但由于电极的存在而牺牲了一部分发光面积。由于P-GaN的载流子浓度低，则要在P-GaN上镀上一层透明导电层，这样就会存光的损失。而且这种结构的热量需要从芯片下部蓝宝石衬底处导出，这就导致了LED的出光效果和散热效果都不好。

倒装结构的出现就刚好解决了正装结构散热不好，效率低的问题，光在芯片中的路径是经过蓝宝石衬底(或者先在芯片底部反射后经蓝宝石衬底)再出射到环境中。倒装结构还有一个好处就是蓝宝石衬底的折射率(n=1.75)和环氧树脂(n=1.56)的折射率比较接近，而GaN的折射率是n=2.3，所以光从蓝宝石衬底出射到环氧树脂的全反射角较大，光的提取效率就高。另外，LED的主要发热是在有源区，而在这种结构下PN接面距离热沉比较接近，可以达到优良的散热效果。

正装结构和倒装结构都存在的问题是，它们都需要利用ICP进行刻蚀得到N电极，这样既牺牲了一部分发光区，也对PN接面有所损伤，降低内量子效率。同时两者都存在著横向电流扩展的问题，要实现电流分布均匀也存在著难度，从而产生垂直结构LED，这种结构同时具备发光面积大，散热效果好等优点，但也失去了一些正装结构和倒装结构的好处。

发明内容

本发明的目的是提供一种类垂直式发光二极管及其制作方法，以结合正装结构、倒装结构和垂直结构的优点。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，

一种类垂直式发光二极管，从上至下包括打线电极，蓝宝石衬底，N-GaN层，发光层，P-GaN层，电流扩散层，绝缘层，邦定金属介层，支撑基板，蓝宝石衬底两侧均具有等离子干法腐蚀形成的粗糙面，该蓝宝石衬底中具有激光挖孔所形成的通孔，并通过金属回填通孔，使N-GaN层上的电极和打线电极相连接；

所述电流扩散层可以是金属或合金或金属氧化物；

所述金属氧化物可以是氧化铟锡，氧化锌，氧化铝锌，氧化铟锌；

所述绝缘层可以是氧化硅，氮化硅，氧氮化硅，氧化铝，氮化铝，氧化钛和由不同透明介电层所组成的布拉格反射层；

所述邦定金属介层可以是金，银，铝和以上金属所形成的合金，其厚度为1～10μm；

所述支撑基板可以是金属或硅，其厚度在80～150μm。

上述类垂直式发光二极管的制作方法，包括以下步骤：

1）通过等离子干法腐蚀在蓝宝石衬底的正面形成第一粗糙面；

2）从第一粗糙面向外依次生长N-GaN层、发光层、P-GaN层；

3）在P-GaN层上蒸镀电流扩散层并形成欧姆接触；

4）利用等离子干法刻蚀使N-GaN层曝露，并在N-GaN层上蒸镀电极形成欧姆接触；

5）在晶圆正面蒸镀绝缘层；

6）利用湿法化学或等离子干法刻蚀部份绝缘层至电流扩散层；

7）在晶圆正面蒸镀邦定金属介层和邦定支撑基板；

8）将晶圆背面的蓝宝石衬底机械研磨至一定厚度；

9）在研磨减薄后的蓝宝石衬底背面上，以等离子干法腐蚀形成第二粗糙面；

10）从蓝宝石衬底背面上激光挖孔至N-GaN层上的电极；

11）将激光在蓝宝石衬底上所形成的通孔用金属加以回填，使上下电气导通；

12）在回填通孔上方蒸镀打线电极。

步骤8）中，机械研磨蓝宝石衬底至10～100μm厚；

步骤10）中，在蓝宝石衬底上激光挖孔的孔径为10～50μm，孔深为15～105μm；

步骤11）中，将激光在蓝宝石衬底上所形成的通孔用金属加以回填的方式可以是电镀或化学镀。

本发明的优点在于，这种类垂直式发光二极管结合正装结构、倒装结构和垂直结构的优点，保留了原来外延成长所使用的蓝宝石衬底，避免垂直结构的发光二极管在激光剥离蓝宝石衬底所造成的应力损伤，省去倒装结构的发光二极管植球固晶等繁琐且精密的工艺，提供了发光二极管另一个增加出光效率和改善散热的技术途径。

附图说明

图1是通过等离子干法腐蚀在蓝宝石衬底的正面形成第一粗糙面的结构示意图；

图2是在粗糙化的衬底正面生长主要发光所需外延层后的结构示意图；

图3是完成大部份的发光二极管水平结构工艺后的结构示意图；

图4是在晶圆正面蒸镀一层绝缘层后的结构示意图；

图5是利用湿法化学或等离子干法刻蚀部份绝缘层至电流扩散层后的结构示意图；

图6是在晶圆正面蒸镀邦定金属介层后的结构示意图；

图7是邦定支撑基板后的结构示意图；

图8是在研磨减薄后的蓝宝石衬底表面形成第二粗糙面后的结构示意图；

图9是从蓝宝石衬底背面上激光挖孔至N-GaN层上的电极后的结构示意图；

图10是将激光在蓝宝石衬底上所形成的通孔用金属加以回填后的结构示意图；

图11是在回填通孔上方蒸镀打线电极完成类垂直式发光二极管后的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。

本发明提出的类垂直式发光二极管的结构如图11所示，从上至下包括打线电极，蓝宝石衬底，N-GaN层，发光层，P-GaN层，电流扩散层，绝缘层，邦定金属介层，支撑基板，蓝宝石衬底两侧均具有等离子干法腐蚀形成的粗糙面，该蓝宝石衬底中具有激光挖孔所形成的通孔，并通过金属回填通孔，使N-GaN层上的电极和打线电极相连接。

图1是显示根据本发明的第一实施例，在蓝宝石衬底1上通过等离子干法腐蚀在蓝宝石衬底的正面形成第一粗糙面。

图2是显示根据本发明的第一实施例，在粗糙化的蓝宝石衬底1正面向外依次生长主要的N-GaN层2、发光层3、P-GaN层4。

图3是显示根据本发明的第一实施例，在P-GaN层4上蒸镀电流扩散层5并形成欧姆接触，此电流扩散层5可以是金属，合金，氧化铟锡(ITO)，氧化锌(ZnO)，氧化铝锌(AZO)，氧化铟锌(IZO)。再利用等离子干法刻蚀使N-GaN层2曝露，并在N-GaN层2上蒸镀电极6形成欧姆接触。

图4是显示根据本发明的第一实施例，在晶圆正面蒸镀一层绝缘层7，此绝缘层7可以是氧化硅，氮化硅，氧氮化硅，氧化铝，氮化铝，氧化钛和由不同透明介电层所组成的不拉格反射层(DBR)。

图5是显示根据本发明的第一实施例，利用湿法化学或等离子干法刻蚀部份绝缘层7至电流扩散层5。

图6是显示根据本发明的第一实施例，在晶圆正面蒸镀邦定金属介层8，此邦定金属介层可以是金，银，铝和以上金属所形成的合金，其厚度在1～10μm。

图7是显示根据本发明的第一实施例，邦定支撑基板9，此支撑基板9可以是金属或硅，其厚度在80～150μm。

图8是显示根据本发明的第一实施例，将晶圆背面蓝宝石衬底1机械研磨至厚度10～100μm，并在研磨减薄后的蓝宝石衬底1背面以等离子干法腐蚀形成第二粗糙面。

图9是显示根据本发明的第一实施例，在蓝宝石衬底1背面上激光挖孔10至N-GaN层上的电极6，蓝宝石衬底1激光挖孔10孔径10～50μm，孔深15～105μm。

图10是显示根据本发明的第一实施例，将激光在蓝宝石衬底1上所形成的通孔用金属11加以回填，使上下电气导通，回填的方式可以是电镀或化学镀。

图11是显示根据本发明的第一实施例，在回填通孔上方蒸镀打线电极12完成类垂直式发光二极管。

下面说明根据本发明的第二实施例，和第一实施例的差别在于激光挖孔是从蓝宝石衬底的正面来实施，并利用电镀或化学镀的方式在邦定支撑基板前回填此一孔洞。

根据本发明的实施例所完成的类垂直式发光二极管，结合正装结构、倒装结构和垂直结构的优点，本发明的一种类垂直式发光二极管，保留了原来外延成长所使用的蓝宝石衬底，避免垂直结构的发光二极管在激光剥离蓝宝石衬底时，所造成的应力损伤和省去倒装结构发光二极管植球固晶等繁琐且精密的工艺。具有高散热邦定基板降低热阻和高反射DBR层增加光取出效率。使用本发明的实施例，发光面积增加10～20%，热阻不到相同尺寸正装结构芯片的1/3，同时亮度可提高30%以上。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种类垂直式发光二极管，从上至下包括打线电极，蓝宝石衬底，N-GaN层，发光层，P-GaN层，电流扩散层，绝缘层，邦定金属介层，支撑基板，其特征在于，蓝宝石衬底两侧均具有等离子干法腐蚀形成的粗糙面，该蓝宝石衬底中具有激光挖孔所形成的通孔，并通过金属回填通孔，使N-GaN层上的电极和打线电极相连接。

2.根据权利要求1所述的一种类垂直式发光二极管，其特征在于，所述电流扩散层可以是金属或合金或金属氧化物。

3.根据权利要求2所述的一种类垂直式发光二极管，其特征在于，所述金属氧化物可以是氧化铟锡，氧化锌，氧化铝锌，氧化铟锌。

4.根据权利要求1所述的一种类垂直式发光二极管，其特征在于，所述绝缘层可以是氧化硅，氮化硅，氧氮化硅，氧化铝，氮化铝，氧化钛和由不同透明介电层所组成的布拉格反射层。

5.根据权利要求1所述的一种类垂直式发光二极管，其特征在于，所述邦定金属介层可以是金，银，铝和以上金属所形成的合金，其厚度为1～10μm。

6.根据权利要求1所述的一种类垂直式发光二极管，其特征在于，所述支撑基板可以是金属或硅，其厚度在80～150μm。

7.一种类垂直式发光二极管的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）通过等离子干法腐蚀在蓝宝石衬底的正面形成第一粗糙面；

2）从第一粗糙面向外依次生长N-GaN层、发光层、P-GaN层；

3）在P-GaN层上蒸镀电流扩散层并形成欧姆接触；

4）利用等离子干法刻蚀使N-GaN层曝露，并在N-GaN层上蒸镀电极形成欧姆接触；

5）在晶圆正面蒸镀绝缘层；

6）利用湿法化学或等离子干法刻蚀部份绝缘层至电流扩散层；

7）在晶圆正面蒸镀邦定金属介层和邦定支撑基板；

8）将晶圆背面的蓝宝石衬底机械研磨至一定厚度；

9）在研磨减薄后的蓝宝石衬底背面上，以等离子干法腐蚀形成第二粗糙面；

10）从蓝宝石衬底背面上激光挖孔至N-GaN层上的电极；

11）将激光在蓝宝石衬底上所形成的通孔用金属加以回填，使上下电气导通；

12）在回填通孔上方蒸镀打线电极。

8.根据权利要求7所述的一种类垂直式发光二极管的制作方法，其特征在于，步骤8）中，机械研磨蓝宝石衬底至10～100μm厚。

9.根据权利要求7所述的一种类垂直式发光二极管的制作方法，其特征在于，步骤10）中，在蓝宝石衬底上激光挖孔的孔径为10～50μm，孔深为15～105μm。

10.根据权利要求7所述的一种类垂直式发光二极管的制作方法，其特征在于，步骤11）中，将激光在蓝宝石衬底上所形成的通孔用金属加以回填的方式可以是电镀或化学镀。

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