CN103390709A - 一种具有双重作用电极的发光二极管及其制作方法 - Google Patents

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本发明提供了一种具有双重作用电极的发光二极管，包括衬底、衬底正面依次设置的N型半导体层、有源层和P型半导体层，进一步包括一正面P型电极、一正面N型电极以及一背面与侧面电极，所述正面P型电极设置在P型半导体衬底表面，正面N型电极设置在N型半导体衬底表面，所述背面与侧面电极包裹衬底的背面和侧面，且与N型半导体层的侧面以及正面N型电极接触，以起到扩展发光二极管电流的效果。本发明的优点在于可有效提高芯片亮度降低芯片电压改善芯片性能。

Description

一种具有双重作用电极的发光二极管及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种发光二极管的制作，属于半导体器件技术制造领域。
背景技术
发光二极管（LED）的核心基本结构包括p型半导体层、有源层（发光层）和n型半导体层。当LED受到正向偏压的作用时，p区中的空穴向n区移动，n区中的电子向p区移动，电子和空穴在有源层复合。从理论上讲，电子和空穴复合释放出的能量绝大部分以光（辐射跃迁）的形式释放出来。可以看出，LED可以直接将电能转换成光能，因此具有能量转换效率高、体积小等优点。同时由于LED中不含有有毒有害的物质，因此符合环保可持续发展的要求。由于LED具有低能耗、环保、小型化、寿命长等优点，其具有广阔的市场发展前景。
目前，氮化镓基发光二色极管主要采用金电极。虽然，金属的导电系数愈高，穿透深度愈浅，随之反射率（reflectivity）就愈高。但当波长小于500nm时,金的反射率将大大的降低（低于40%），这对于蓝光LED来说是相当不利的。从LED发射到金属电极上的蓝光有很大一部分会被Au吸收，从而大大降低了发光二极管的发光效率。
由于制作蓝光芯片的基底蓝宝石不导电，所以基于蓝宝石衬底上制作出来的芯片很难制作出垂直电极，故在芯片内部极易造成电子、空穴迁移率低出现电流拥堵现象。
当前，主流的氮化镓基发光二极管芯片按结构可以分为正装、倒装和垂直三种类型，其中以绝缘蓝宝石为衬底的正装结构最为普遍，被业界所广泛采用。对于正装结构LED，为了减少封装环节中基本反射率不佳引起的取光效率降低，通常在蓝宝石衬底的背面加镀一反射镜以减少光的损失。
发明内容
本发明的目的即在于改进现有技术的上述局限，提供一种具有高出光率及低电压的发光二极管及其制备方法。通过背面与侧面电极的制作解决芯片的电极吸光、电子迁移率低、以及封装带来的光损失。
本发明提供了一种具有双重作用电极的发光二极管，包括衬底、衬底正面依次设置的N型半导体层、有源层和P型半导体层，进一步包括一正面P型电极、一正面N型电极以及一背面与侧面电极，所述正面P型电极设置在P型半导体衬底表面，正面N型电极设置在N型半导体衬底表面，所述背面与侧面电极包裹衬底的背面和侧面，且与N型半导体层的侧面以及正面N型电极接触，以起到扩展发光二极管电流的效果。
可选的，正面P型电极和正面N型电极的材料各自独立地选自于Cr/Au、Cr/Pt/Au、Cr/Pd/Au、Ti/Al、Ti/Au、Ti/Al/Ti/Al、Ti/Al/Cr/Au、和Cr/Al/Cr/Au其中的一种或者它们的组合。
可选的，正面P型电极和正面N型电极的厚度范围是300μm～2000μm。
可选的，背面与侧面电极的材料选自于Ti/Al/Ti/Al、Ti/Al/Cr/Au、Cr/Al/Cr/Au、和Ti/Al/Cr/Au其中的一种或者它们的组合。
可选的，背面与侧面电极的厚度范围是300nm～3000nm。
本发明进一步提供了一种具有双重作用电极的发光二极管的制作方法，包括如下步骤：在一衬底的正面依次生长N型半导体层、有源层和P型半导体层；刻蚀露出部分N型半导体层；在N型半导体层表面形成正面N型电极、并在P型半导体层表面形成正面P型电极；在衬底正面形成覆盖层，所述覆盖层覆盖正面P型电极和正面N型电极，但暴露出正面N型电极的至少一侧面；划片形成分立发光二极管；在分立发光二极管表面形成包覆层，所述包覆层覆盖分立发光二极管侧面以及衬底的背面；除去覆盖层，从而形成包裹衬底的背面和侧面，且与N型半导体层的侧面以及正面N型电极接触的背面与侧面电极，以起到扩展发光二极管电流的效果。
可选的，正面P型电极和正面N型电极的材料各自独立地选自于Cr/Au、Cr/Pt/Au、Cr/Pd/Au、Ti/Al、Ti/Au、Ti/Al/Ti/Al、Ti/Al/Cr/Au、和Cr/Al/Cr/Au其中的一种或者它们的组合。
可选的，正面P型电极和正面N型电极的厚度范围是300μm～2000μm。
可选的，背面与侧面电极的材料选自于Ti/Al/Ti/Al、Ti/Al/Cr/Au、Cr/Al/Cr/Au、和Ti/Al/Cr/Au其中的一种或者它们的组合。
可选的，背面与侧面电极的厚度范围是300nm～3000nm。
本发明的优点在于，背面与侧面电极与N型半导体层的侧面以及正面N型电极接触，因此可以起到扩展电流的作用。并且对于蓝宝石衬底而言，背面与侧面电极还可以代替现有技术中的反光镜起到反光的作用。因此这种设计可有效提高芯片亮度降低芯片电压改善芯片性能。
附图说明
附图1至附图9所示是本发明具体实施方式的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的一种具有双重作用电极的发光二极管及其制作方法的具体实施方式做详细说明。
参考附图1，在蓝宝石衬底4上生长发光结构，通过外延生长（如MOCVD）沉积在蓝宝石衬底4。发光结构的材料为半导体材料，例如可以是氮化镓基化合物。以GaN材料为例，发光结构包括n-GaN层3、量子阱发光层2、p-GaN层1。本步骤的蓝宝石衬底4也可以代之以其他衬底，例如SiC等。
参考附图2，通过例如等离子增强化学气相沉淀等工艺生长绝缘层5，绝缘层5的材料例如可以是氧化硅或者氮化硅
参考附图3，通过光刻做掩膜蚀刻形成图形化绝缘层6。
参考附图4，采用例如离子镀膜工艺形成的透明电极层7，透明电极层7的材料例如可以是ITO。
参考附图5，通过光刻，实现透明电极层7、量子阱发光层2、p-GaN层1的刻蚀，留下图形化电极层8，并暴露出部分n-GaN层3。
参考附图6，通过例如等离子增强化学气相沉淀等工艺形成绝缘保护层，并通过光刻留下电极区域图形10，并再次蒸镀制作电极层，电极层的材料选自于Cr/Au、Cr/Pt/Au、Cr/Pd/Au、Ti/Al、Ti/Au、Ti/Al/Ti/Al、Ti/Al/Cr/Au、和Cr/Al/Cr/Au其中的一种或者它们的组合，厚度范围是300μm～2000μm，并图形化形成正面P型电极9，和正面N型电极11。
参考附图7，利用匀胶，光刻，显影制作出由光刻胶构成的覆盖层12，并保留出为芯片刻蚀GaN后的过道区域13。所述覆盖层12覆盖正面P型电极9和正面N型电极11，但暴露出正面N型电极11的至少一侧面。
沿着过道区域13进行划片和劈裂，形成分立发光二极管。
参考附图8，采用载具将分立发光二极管背面与侧面暴露在外，制作包覆层14将暴露出的表面覆盖，材料选自于Ti/Al/Ti/Al、Ti/Al/Cr/Au、Cr/Al/Cr/Au、和Ti/Al/Cr/Au其中的一种或者它们的组合，厚度范围是300nm～3000nm。
参考附图9，去除覆盖层12，形成背面与侧面电极15，背面与侧面电极15与n-GaN层3的侧面以及正面N型电极11接触。
背面与侧面电极15与与n-GaN层3的侧面以及正面N型电极11接触，因此可以起到扩展电流的作用。并且对于蓝宝石衬底4而言，背面与侧面电极15还可以代替现有技术中的反光镜起到反光的作用。因此这种设计可有效提高芯片亮度降低芯片电压改善芯片性能。经测试，以45X45为例，与普通发光二极管芯片相比可以降低电压0-0.12V，提升亮度10%以上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有双重作用电极的发光二极管，包括衬底、衬底正面依次设置的N型半导体层、有源层和P型半导体层，其特征在于，进一步包括一正面P型电极、一正面N型电极以及一背面与侧面电极，所述正面P型电极设置在P型半导体衬底表面，正面N型电极设置在N型半导体衬底表面，所述背面与侧面电极包裹衬底的背面和侧面，且与N型半导体层的侧面以及正面N型电极接触，以起到扩展发光二极管电流的效果。
2.根据权利要求1所述的具有双重作用电极的发光二极管，其特征在于，正面P型电极和正面N型电极的材料各自独立地选自于Cr/Au、Cr/Pt/Au、Cr/Pd/Au、Ti/Al、Ti/Au、Ti/Al/Ti/Al、Ti/Al/Cr/Au、和Cr/Al/Cr/Au其中的一种或者它们的组合。
3.根据权利要求1所述的具有双重作用电极的发光二极管，其特征在于，正面P型电极和正面N型电极的厚度范围是300μm～2000μm。
4.根据权利要求1所述的具有双重作用电极的发光二极管，其特征在于，背面与侧面电极的材料选自于Ti/Al/Ti/Al、Ti/Al/Cr/Au、Cr/Al/Cr/Au、和Ti/Al/Cr/Au其中的一种或者它们的组合。
5.根据权利要求1所述的具有双重作用电极的发光二极管，其特征在于，背面与侧面电极的厚度范围是300nm～3000nm。
6.一种具有双重作用电极的发光二极管的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
在一衬底的正面依次生长N型半导体层、有源层和P型半导体层；
刻蚀露出部分N型半导体层；
在N型半导体层表面形成正面N型电极、并在P型半导体层表面形成正面P型电极；
在衬底正面形成覆盖层，所述覆盖层覆盖正面P型电极和正面N型电极，但暴露出正面N型电极的至少一侧面；
划片形成分立发光二极管；
在分立发光二极管表面形成包覆层，所述包覆层覆盖分立发光二极管侧面以及衬底的背面；
除去覆盖层，从而形成包裹衬底的背面和侧面，且与N型半导体层的侧面以及正面N型电极接触的背面与侧面电极，以起到扩展发光二极管电流的效果。
7.根据权利要求6所述的具有双重作用电极的发光二极管的制作方法，其特征在于，正面P型电极和正面N型电极的材料各自独立地选自于Cr/Au、Cr/Pt/Au、Cr/Pd/Au、Ti/Al、Ti/Au、Ti/Al/Ti/Al、Ti/Al/Cr/Au、和Cr/Al/Cr/Au其中的一种或者它们的组合。
8.根据权利要求6所述的具有双重作用电极的发光二极管的制作方法，其特征在于，正面P型电极和正面N型电极的厚度范围是300μm～2000μm。
9.根据权利要求6所述的具有双重作用电极的发光二极管的制作方法，其特征在于，背面与侧面电极的材料选自于Ti/Al/Ti/Al、Ti/Al/Cr/Au、Cr/Al/Cr/Au、和Ti/Al/Cr/Au其中的一种或者它们的组合。
10.根据权利要求6所述的具有双重作用电极的发光二极管的制作方法，其特征在于，背面与侧面电极的厚度范围是300nm～3000nm。
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