CN103378244A - 发光二极管器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种发光二极管器件及其制造方法。其中，发光二极管器件包括：衬底；在所述衬底的一侧上的外延层，所述外延层包括N-型层、P-型层和所述N-型层和P-型层之间的有源层；N-型电极；P-型电极；粘合层以及图案化的基板；其中，所述发光二极管器件还包括在所述N-型电极和所述P-型电极之间的绝缘层，所述绝缘层将所述N-型电极和所述P-型电极电性绝缘。本发明所公开的发光二极管器件及其制造方法可以提高发光二极管器件的发光效率以及出光效率，且比常规的芯片打线容易，并可以优化制造工艺。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管器件及其制造方法，更具体地，涉及具有提高的光效的大功率发光二极管器件及其制造方法。
背景技术
发光二极管（LED）器件是公知的固态照明元件，一旦向其施加电压，其能够产生光。发光二极管器件通常包括二极管区域，所述二极管区域（通常称为外延层）包括在其中的n-型层、p-型层和p-n结，并且阳极触点欧姆性地接触所述p-型层而阴极触点欧姆性地接触所述n-型层。典型地，所述二极管区域（即外延层）可以在衬底上被外延地形成，并且所述外延层通常由基于氮化镓的材料制成。此外，由于氮化镓的晶体结构和生长条件的限制，典型地选择蓝宝石作为所述外延层的生长衬底。
然而，现有的技术方案存在如下问题：由于蓝宝石的热导率和电导率均较差，故导致基于氮化镓的发光二极管器件散热差、寿命短并且其制造工艺较为复杂，因而限制了高功率（即高亮度）发光二极管的应用。此外，针对水平正装电极结构的基于氮化镓的发光二极管器件而言，由于p-型电极会遮挡光，故该p-型电极需要具有良好的ITO扩展层，由此使其光效较低并且制造工艺复杂。
为了解决上述问题，现有的改进方案之一采用碳化硅（SiC）作为衬底并使用上下电极结构。然而，虽然该改进方案有效地解决了上述散热和挡光问题，但碳化硅材料难于加工，且其成本比蓝宝石更高，故制约了该方案的使用和推广。
此外，现有的改进方案之二采用相结合的键合技术和剥离技术，从而将基于氮化镓的发光二极管器件的外延层转移到其它具有高电导率和高热导率的基板（例如由基于Si、Cu和Al的合金材料制成）上。该改进方案消除了蓝宝石衬底对基于氮化镓的发光二极管器件带来的不利影响。然而，由于键合基板具有较低的反射率，故为了提高出光效率，必须在LED芯片的ITO扩展层之外蒸镀反射金属层。但是，由于使用了反射金属层和键合技术，故该改进方案存在如下问题：增加了工艺难度和成本；不能使用具有正装电极结构的芯片制造发光二极管器件；出光面中电极的面积阻挡了出光，从而降低了出光效率；LED芯片的打线难度高。
因此，存在如下需求：提供一种具有提高的光效和改进的电极结构的发光二极管器件（尤其是大功率发光二极管器件）及其制造方法。
发明内容
为了解决上述现有技术方案中所存在的问题，本发明提出了一种发光二极管器件及其制造方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种发光二极管器件，所述发光二极管器件包括：
衬底；
在所述衬底的一侧上的外延层，所述外延层包括N-型层、P-型层和所述N-型层和P-型层之间的有源层；
欧姆性地与所述N-型层的相对于所述衬底的一侧相接触的N-型电极；
欧姆性地与所述P-型层的相对于所述衬底的一侧相接触的P-型电极；
粘合层，所述粘合层的一侧分别与所述N-型电极的相对于所述N-型层的一侧和所述P-型电极的相对于所述P-型层的一侧电性粘合；
图案化的基板，所述图案化的基板与所述粘合层的另一侧电性粘合；
其中，所述发光二极管器件还包括在所述N-型电极和所述P-型电极之间的绝缘层，所述绝缘层将所述N-型电极和所述P-型电极电性绝缘。
在上面所公开的方案中，优选地，所述衬底是蓝宝石衬底。
在上面所公开的方案中，优选地，所述N-型层由N-型氮化镓材料构成。
在上面所公开的方案中，优选地，所述P-型层由P-型氮化镓材料构成。
在上面所公开的方案中，优选地，所述N-型电极的厚度的范围为500nm-2μm。
在上面所公开的方案中，优选地，所述P-型电极的厚度的范围为500nm-2μm。
在上面所公开的方案中，优选地，所述绝缘层的厚度的范围为50nm-500nm。
在上面所公开的方案中，优选地，所述N-型电极是网格状的形式。
在上面所公开的方案中，优选地，所述P-型电极在所述网格状的N-型电极的每个网格单元的内部，所述P-型电极和所述N-型电极被所述绝缘层电性绝缘。
在上面所公开的方案中，优选地，所述发光二极管器件还包括至少一个用于外引线的焊盘，并且所述至少一个用于外引线的焊盘位于所述图案化的基板上。
在上面所公开的方案中，优选地，所述图案化的基板通过所述粘合层而与所述P-型电极和所述N-型电极键合。
本发明的目的还可以通过以下技术方案实现：
一种用于制造发光二极管器件的方法，所述用于制造发光二极管器件的方法包括如下步骤：
（A1）在衬底上形成外延层；
（A2）在所述外延层的一侧上形成N-型电极、绝缘层和P-型电极，其中，所述N-型电极通过所述绝缘层而与所述P-型电极电性绝缘；
（A3）将图案化的基板通过形成于其上的粘合层键合到所述N-型电极和所述P-型电极上。
在上面所公开的方案中，优选地，所述步骤（A1）进一步包括：
（B1）将生长有外延结构的衬底在标准溶液中清洗；
（B2）采用ICP工艺在所述生长有外延结构的衬底上蚀刻以形成包括N-型层、有源层和P-型层的外延层。
在上面所公开的方案中，优选地，所述步骤（A2）进一步包括：
（C1）将N-型电极蒸镀到所述N-型层并形成欧姆性的接触；
（C2）将绝缘材料沉积于所述外延层之上以形成所述绝缘层；
（C3）使用腐蚀液将所述P-型层的表面上的绝缘层材料刻蚀掉，以暴露出所述P-型层；
（C4）将P-型电极蒸镀到所述被暴露的P-型层上并形成欧姆性的接触。
在上面所公开的方案中，优选地，所述步骤（A3）进一步包括：
（D1）使用腐蚀液将所述基板上的表面金属导电层图案化，以形成所述图案化的基板；
（D2）在所述图案化的基板上涂敷异性导电胶以形成所述粘合层；
（D3）采用倒装技术将所述图案化的基板通过所述粘合层键合到所述N-型电极和所述P-型电极上。
在上面所公开的方案中，优选地，所述衬底是蓝宝石衬底。
在上面所公开的方案中，优选地，所述N-型层由N-型氮化镓材料构成。
在上面所公开的方案中，优选地，所述P-型层由P-型氮化镓材料构成。
在上面所公开的方案中，优选地，所述N-型电极的厚度的范围为500nm-2μm。
在上面所公开的方案中，优选地，所述P-型电极的厚度的范围为500nm-2μm。
在上面所公开的方案中，优选地，所述绝缘层的厚度的范围为50nm-500nm。
在上面所公开的方案中，优选地，所述N-型电极是网格状的形式。
在上面所公开的方案中，优选地，所述P-型电极在所述网格状的N-型电极的每个网格单元的内部，所述P-型电极和所述N-型电极被所述绝缘层电性绝缘。
在上面所公开的方案中，优选地，所述图案化的基板包括至少一个用于外引线的焊盘，所述至少一个用于外引线的焊盘位于所述图案化的基板上。
在上面所公开的方案中，优选地，所述图案化的基板通过所述粘合层而与所述P-型电极和所述N-型电极键合。
本发明所公开的发光二极管器件及其制造方法具有如下优点：（1）由于使用了镜面化的具有高反射率的P-型电极作为反射层，故提高了发光二极管器件的发光效率；（2）由于所述N-型电极是网格状的形式并且所述P-型电极在所述网格状的N-型电极的每个网格单元的内部，故可以省去具有较大面积的打线电极，从而提高了出光效率；（3）由于焊盘位于图案化的基板上，而不是位于LED芯片上，故比常规的芯片打线容易；（4）由于使用了大面积的具有高的反射率的P-型电极，故不需要附加的扩展层（例如ITO、ZnO等），从而优化了制造工艺；（5）N电极和P电极分布结构有利于P-型氮化镓上面的电流扩展，从而提高了外部量子效率，增加了光效。
附图说明
结合附图，本发明的技术特征以及优点将会被本领域技术人员更好地理解，其中：
图1是根据本发明的实施例的发光二极管器件的示意性横截面视图；
图2是根据本发明的实施例的发光二极管器件的示意性平面图；
图3是根据本发明的实施例的用于制造发光二极管器件的方法的流程图。
具体实施方式
图1是根据本发明的实施例的发光二极管器件的示意性横截面视图。如图1所示，本发明所公开的发光二极管器件包括：衬底1；在所述衬底1的一侧上的外延层，所述外延层包括N-型层2、P-型层4和所述N-型层和P-型层之间的有源层3；欧姆性地与所述N-型层的相对于所述衬底的一侧相接触的N-型电极5；欧姆性地与所述P-型层的相对于所述衬底的一侧相接触的P-型电极7；粘合层8，所述粘合层8的一侧分别与所述N-型电极5的相对于所述N-型层2的一侧和所述P-型电极7的相对于所述P-型层4的一侧电性粘合；图案化的基板9，所述图案化的基板9与所述粘合层8的另一侧电性粘合；其中，所述发光二极管器件还包括在所述N-型电极5和所述P-型电极7之间的绝缘层6，所述绝缘层6将所述N-型电极5和所述P-型电极7电性绝缘。
优选地，在本发明所公开的发光二极管器件中，所述衬底1是蓝宝石衬底（其具有高的透光率）。
优选地，在本发明所公开的发光二极管器件中，所述N-型层2由N-型氮化镓材料构成。
优选地，在本发明所公开的发光二极管器件中，所述P-型层4由P-型氮化镓材料构成。
优选地，在本发明所公开的发光二极管器件中，所述有源层是多量子阱有源层。
优选地，在本发明所公开的发光二极管器件中，所述N-型电极5可以由下列项中的一个或其任意组合而构成：Ni/Ag（镍/银）合金、Ni/Au（镍/金）合金、Ti/Au（钛/金）合金、Ti/Al/Ti/Au（钛/铝/钛/金）合金和Cr/Pt/Au（铬/铂/金）合金。例如，所述Ni/Ag（镍/银）合金包括镍层和银层，以此类推。
优选地，在本发明所公开的发光二极管器件中，所述P-型电极7可以由下列项中的一个或其任意组合而构成：Ni/Ag（镍/银）合金、Ni/Au（镍/金）合金、Ti/Au（钛/金）合金、Ti/Al/Ti/Au（钛/铝/钛/金）合金和Cr/Pt/Au（铬/铂/金）合金。例如，所述Ni/Ag（镍/银）合金包括镍层和银层，以此类推。此外，所述P-型电极7具有高的反射率。
优选地，在本发明所公开的发光二极管器件中，所述绝缘层由SiO2（二氧化硅）材料，或SiN（氮化硅）材料，或SiON（氮氧化硅）材料构成。此外，所述绝缘层具有高的透光率
优选地，在本发明所公开的发光二极管器件中，所述粘合层8是异性导电胶。所述异性导电胶具有高的导热率和高的导电率。
优选地，在本发明所公开的发光二极管器件中，所述图案化的基板9具有表面金属导电层，并且具有高的导热率和导电率。
优选地，在本发明所公开的发光二极管器件中，所述N-型电极5的厚度的范围为500nm-2μm。
优选地，在本发明所公开的发光二极管器件中，所述P-型电极7的厚度的范围为500nm-2μm。
优选地，在本发明所公开的发光二极管器件中，所述绝缘层的厚度的范围为50nm-500nm。
图2是根据本发明的实施例的发光二极管器件的示意性平面图。如图1-2所示，优选地，在本发明所公开的发光二极管器件中，所述N-型电极5是网格状的形式。
如图1-2所示，优选地，在本发明所公开的发光二极管器件中，所述P-型电极7在所述网格状的N-型电极5的每个网格单元的内部（其中，所述P-型电极7和所述N-型电极5被所述绝缘层6电性绝缘）。
如图2所示，优选地，本发明所公开的发光二极管器件还包括至少一个用于外引线的焊盘10（示例性地，在图2所示的实施例中，该发光二极管器件包括两个焊盘），其位于所述图案化的基板9上。
如图1-2所示，优选地，在本发明所公开的发光二极管器件中，所述图案化的基板9通过所述粘合层8而与所述P-型电极7和所述N-型电极5键合。
由上可见，由于使用了镜面化的具有高反射率的P-型电极7作为反射层，故提高了发光二极管器件的发光效率。此外，由于采用了如下结构：所述N-型电极5是网格状的形式并且所述P-型电极7在所述网格状的N-型电极5的每个网格单元的内部，故可以省去具有较大面积的打线电极，从而提高了出光效率。另外，由于使用键合后的所述图案化的基板9上的所述焊盘10打线（即焊盘位于图案化的基板9上，而不是位于LED芯片上），故比常规的芯片打线容易。
图3是根据本发明的实施例的用于制造发光二极管器件的方法的流程图。如图3所示，本发明所公开的用于制造发光二极管器件的方法包括如下步骤：（A1）在衬底上形成外延层；（A2）在所述外延层的一侧上形成N-型电极、绝缘层和P-型电极，其中，所述N-型电极通过所述绝缘层而与所述P-型电极电性绝缘；（A3）将图案化的基板通过形成于其上的粘合层键合到所述N-型电极和所述P-型电极上。
如图3所示，在本发明所公开的用于制造发光二极管器件的方法中，所述步骤（A1）进一步包括：（B1）将生长有外延结构的衬底在标准溶液中清洗；（B2）采用ICP工艺在所述生长有外延结构的衬底上蚀刻以形成包括N-型层、有源层和P-型层的外延层。
如图3所示，在本发明所公开的用于制造发光二极管器件的方法中，所述步骤（A2）进一步包括：（C1）将N-型电极蒸镀到所述N-型层并形成欧姆性的接触；（C2）将绝缘材料沉积于所述外延层之上以形成所述绝缘层；（C3）使用腐蚀液将所述P-型层的表面上的绝缘层材料刻蚀掉，以暴露出所述P-型层；（C4）将P-型电极蒸镀到所述被暴露的P-型层上并形成欧姆性的接触。
如图3所示，在本发明所公开的用于制造发光二极管器件的方法中，所述步骤（A3）进一步包括：（D1）使用腐蚀液将所述基板上的表面金属导电层图案化，以形成所述图案化的基板；（D2）在所述图案化的基板上涂敷异性导电胶以形成所述粘合层；（D3）采用倒装技术将所述图案化的基板通过所述粘合层键合到所述N-型电极和所述P-型电极上。
优选地，在本发明所公开的用于制造发光二极管器件的方法中，所述衬底是蓝宝石衬底（其具有高的透光率）。
优选地，在本发明所公开的用于制造发光二极管器件的方法中，所述N-型层由N-型氮化镓材料构成。
优选地，在本发明所公开的用于制造发光二极管器件的方法中，所述P-型层由P-型氮化镓材料构成。
优选地，在本发明所公开的用于制造发光二极管器件的方法中，所述有源层是多量子阱有源层。
优选地，在本发明所公开的用于制造发光二极管器件的方法中，所述N-型电极可以由下列项中的一个或其任意组合而构成：Ni/Ag（镍/银）合金、Ni/Au（镍/金）合金、Ti/Au（钛/金）合金、Ti/Al/Ti/Au（钛/铝/钛/金）合金和Cr/Pt/Au（铬/铂/金）合金。例如，所述Ni/Ag（镍/银）合金包括镍层和银层，以此类推。
优选地，在本发明所公开的用于制造发光二极管器件的方法中，所述P-型电极可以由下列项中的一个或其任意组合而构成：Ni/Ag（镍/银）合金、Ni/Au（镍/金）合金、Ti/Au（钛/金）合金、Ti/Al/Ti/Au（钛/铝/钛/金）合金和Cr/Pt/Au（铬/铂/金）合金。例如，所述Ni/Ag（镍/银）合金包括镍层和银层，以此类推。此外，所述P-型电极7具有高的反射率。
优选地，在本发明所公开的用于制造发光二极管器件的方法中，所述绝缘层由SiO2（二氧化硅）材料，或SiN（氮化硅）材料，或SiON（氮氧化硅）材料构成。此外，所述绝缘层具有高的透光率
优选地，在本发明所公开的用于制造发光二极管器件的方法中，所述粘合层具有高的导热率和高的导电率。
优选地，在本发明所公开的用于制造发光二极管器件的方法中，所述图案化的基板具有高的导热率和导电率。
优选地，在本发明所公开的用于制造发光二极管器件的方法中，所述N-型电极的厚度的范围为500nm-2μm。
优选地，在本发明所公开的用于制造发光二极管器件的方法中，所述P-型电极的厚度的范围为500nm-2μm。
优选地，在本发明所公开的用于制造发光二极管器件的方法中，所述绝缘层的厚度的范围为50nm-500nm。
优选地，在本发明所公开的用于制造发光二极管器件的方法中，所述N-型电极是网格状的形式。
优选地，在本发明所公开的用于制造发光二极管器件的方法中，所述P-型电极在所述网格状的N-型电极的每个网格单元的内部（其中，所述P-型电极和所述N-型电极被所述绝缘层电性绝缘）。
优选地，在本发明所公开的用于制造发光二极管器件的方法中，所述图案化的基板包括至少一个用于外引线的焊盘10（示例性地，包括两个焊盘），其位于所述图案化的基板上。
优选地，在本发明所公开的用于制造发光二极管器件的方法中，所述图案化的基板通过所述粘合层而与所述P-型电极和所述N-型电极键合。
由上可见，由于使用了大面积的具有高的反射率的P-型电极，故不需要附加的扩展层（例如ITO、ZnO等），从而优化了制造工艺。
尽管本发明是通过上述的优选实施方式进行描述的，但是其实现形式并不局限于上述的实施方式。应该认识到：在不脱离本发明主旨和范围的情况下，本领域技术人员可以对本发明做出不同的变化和修改。
Claims (25)
1.一种发光二极管器件，所述发光二极管器件包括：
衬底；
在所述衬底的一侧上的外延层，所述外延层包括N-型层、P-型层和所述N-型层和P-型层之间的有源层；
欧姆性地与所述N-型层的相对于所述衬底的一侧相接触的N-型电极；
欧姆性地与所述P-型层的相对于所述衬底的一侧相接触的P-型电极；
粘合层，所述粘合层的一侧分别与所述N-型电极的相对于所述N-型层的一侧和所述P-型电极的相对于所述P-型层的一侧电性粘合；
图案化的基板，所述图案化的基板与所述粘合层的另一侧电性粘合；
其中，所述发光二极管器件还包括在所述N-型电极和所述P-型电极之间的绝缘层，所述绝缘层将所述N-型电极和所述P-型电极电性绝缘。
2.根据权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于，所述衬底是蓝宝石衬底。
3.根据权利要求2所述的发光二极管器件，其特征在于，所述N-型层由N-型氮化镓材料构成。
4.根据权利要求3所述的发光二极管器件，其特征在于，所述P-型层由P-型氮化镓材料构成。
5.根据权利要求4所述的发光二极管器件，其特征在于，所述N-型电极的厚度的范围为500nm-2μm。
6.根据权利要求5所述的发光二极管器件，其特征在于，所述P-型电极的厚度的范围为500nm-2μm。
7.根据权利要求6所述的发光二极管器件，其特征在于，所述绝缘层的厚度的范围为50nm-500nm。
8.根据权利要求7所述的发光二极管器件，其特征在于，所述N-型电极是网格状的形式。
9.根据权利要求8所述的发光二极管器件，其特征在于，所述P-型电极在所述网格状的N-型电极的每个网格单元的内部，所述P-型电极和所述N-型电极被所述绝缘层电性绝缘。
10.根据权利要求9所述的发光二极管器件，其特征在于，所述发光二极管器件还包括至少一个用于外引线的焊盘，并且所述至少一个用于外引线的焊盘位于所述图案化的基板上。
11.根据权利要求10所述的发光二极管器件，其特征在于，所述图案化的基板通过所述粘合层而与所述P-型电极和所述N-型电极键合。
12.一种用于制造发光二极管器件的方法，所述用于制造发光二极管器件的方法包括如下步骤：
（A1）在衬底上形成外延层；
（A2）在所述外延层的一侧上形成N-型电极、绝缘层和P-型电极，其中，所述N-型电极通过所述绝缘层而与所述P-型电极电性绝缘；
（A3）将图案化的基板通过形成于其上的粘合层键合到所述N-型电极和所述P-型电极上。
13.根据权利要求12所述的用于制造发光二极管器件的方法，其特征在于，所述步骤（A1）进一步包括：
（B1）将生长有外延结构的衬底在标准溶液中清洗；
（B2）采用ICP工艺在所述生长有外延结构的衬底上蚀刻以形成包括N-型层、有源层和P-型层的外延层。
14.根据权利要求13所述的用于制造发光二极管器件的方法，其特征在于，所述步骤（A2）进一步包括：
（C1）将N-型电极蒸镀到所述N-型层并形成欧姆性的接触；
（C2）将绝缘材料沉积于所述外延层之上以形成所述绝缘层；
（C3）使用腐蚀液将所述P-型层的表面上的绝缘层材料刻蚀掉，以暴露出所述P-型层；
（C4）将P-型电极蒸镀到所述被暴露的P-型层上并形成欧姆性的接触。
15.根据权利要求14所述的用于制造发光二极管器件的方法，其特征在于，所述步骤（A3）进一步包括：
（D1）使用腐蚀液将所述基板上的表面金属导电层图案化，以形成所述图案化的基板；
（D2）在所述图案化的基板上涂敷异性导电胶以形成所述粘合层；
（D3）采用倒装技术将所述图案化的基板通过所述粘合层键合到所述N-型电极和所述P-型电极上。
16.根据权利要求15所述的用于制造发光二极管器件的方法，其特征在于，所述衬底是蓝宝石衬底。
17.根据权利要求16所述的用于制造发光二极管器件的方法，其特征在于，所述N-型层由N-型氮化镓材料构成。
18.根据权利要求17所述的用于制造发光二极管器件的方法，其特征在于，所述P-型层由P-型氮化镓材料构成。
19.根据权利要求18所述的用于制造发光二极管器件的方法，其特征在于，所述N-型电极的厚度的范围为500nm-2μm。
20.根据权利要求19所述的用于制造发光二极管器件的方法，其特征在于，所述P-型电极的厚度的范围为500nm-2μm。
21.根据权利要求20所述的用于制造发光二极管器件的方法，其特征在于，所述绝缘层的厚度的范围为50nm-500nm。
22.根据权利要求21所述的用于制造发光二极管器件的方法，其特征在于，所述N-型电极是网格状的形式。
23.根据权利要求22所述的用于制造发光二极管器件的方法，其特征在于，所述P-型电极在所述网格状的N-型电极的每个网格单元的内部，所述P-型电极和所述N-型电极被所述绝缘层电性绝缘。
24.根据权利要求23所述的用于制造发光二极管器件的方法，其特征在于，所述图案化的基板包括至少一个用于外引线的焊盘，所述至少一个用于外引线的焊盘位于所述图案化的基板上。
25.根据权利要求24所述的用于制造发光二极管器件的方法，其特征在于，所述图案化的基板通过所述粘合层而与所述P-型电极和所述N-型电极键合。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20131030 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |