CN103682020A - 发光二极管晶粒的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管晶粒的制造方法，包括步骤：提供一预成型的发光二极管结构，其包括第一基板、及依次形成于基板上的成核层、缓冲层、N型层、量子阱层、P型层；在该P型层表面形成至少一绝缘块；在该P型层表面形成一反射层并覆盖所述绝缘块；在该反射层表面形成一第二基板，所述第二基板为导电基板；移除第一基板，使所述成核层下表面外露；及在成核层外露的表面对应绝缘块的区域设置N电极。本发明制造中，由于N电极对应该绝缘块区域设置，当电流由第二基板流向N电极时受到绝缘块的阻挡，电流绕过绝缘块从两侧均匀传导，避免集中在第二基板和N电极之间的最短路径上，从而使得形成的发光二极管晶粒发光均匀，且制成简便、成本较低。

Description

发光二极管晶粒的制造方法
技术领域
本发明涉及一种发光二极管晶粒的制造方法，尤其涉及一种电流分布均匀的发光二极管晶粒的制造方法。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)是一种可将电流转换成特定波长范围的光的半导体元件。发光二极管以其亮度高、工作电压低、功耗小、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长等优点，从而可作为光源而广泛应用于照明领域。
在LED工作的过程中，电流由P电极流向N电极时容易汇集在P电极和N电极之间的最短路径上，电流的汇集会造成电流拥挤效应，由于电流过于集中，靠近电极处的亮度最强，导致LED元件出光面的亮度不均匀；同时电流拥挤处温度越来越高，此高温将影响LED的使用寿命。所以如何使电流分布均匀，又能保证LED元件的使用寿命，是目前LED产业努力的课题。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种电流分布均匀的发光二极管晶粒的制造方法。
一种发光二极管晶粒的制造方法，包括步骤：提供一预成型的发光二极管结构，其包括第一基板、及依次形成于基板上的成核层、缓冲层、N型层、量子阱层、P型层；在该P型层表面形成至少一绝缘块；在该P型层表面形成一反射层并覆盖所述绝缘块；在该反射层表面形成一第二基板，所述第二基板为导电基板；移除第一基板，使所述成核层下表面外露；及在成核层外露的表面对应绝缘块的区域设置N电极。
通过本发明制造出方法形成的发光二极管晶粒，由于N电极对应该绝缘块区域设置，当电流由第二基板流向N电极时受到绝缘块的阻挡，电流绕过绝缘块从两侧均匀传导，避免集中在第二基板和N电极之间的最短路径上，从而使得形成的发光二极管晶粒发光均匀，且制成简便、成本较低。
附图说明
图1至图6为是本发明第一实施例的发光二极管晶粒制造方法的各步骤示意图。
图7至图13为本发明第二实施例的发光二极管晶粒的制作方法的各步骤示意图。
主要元件符号说明
发光二极管晶粒 100、200
发光二极管结构 10
第一基板 11
成核层 12
缓冲层 13
N型层 14
量子阱层 15
P型层 16
凹槽 17
绝缘层 20
绝缘块 21
反射层 30
第二基板 40
N电极 50
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1至图6，本发明第一实施例提供的发光二极管晶粒100的制造方法。
首先请参阅图1， 提供一预成型的发光二极管结构10，其包括第一基板11、形成于第一基板11表面的成核层12，形成于成核层12表面的缓冲层13，形成于缓冲层13表面的N型层14，形成于N型层14表面的量子阱层15及形成于量子阱层15表面的P型层16。
所述第一基板11呈规则的平板状，其可由蓝宝石(sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)或氮化镓(GaN)等材料制成，本实施例中优选为蓝宝石。
所述成核层12、缓冲层13、N型层14、量子阱层15及P型层16可通过有机金属化学气相沉积法(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD)、分子束磊晶法(Molecular Beam Epitaxy; MBE)或氢化物气相磊晶法(Hydride Vapor Phase Epitaxy; HVPE)等方式依次生长于第一基板11表面。该成核层12可增强后续生长的各半导体层与第一基板11之间的结合能力。由于缓冲层13是为了减少各半导体层在生长过程中由于晶格不匹配所产生的缺陷而形成的。因此其可由晶格常数与半导体层相匹配的材料制成。本实施例中，N型层14优选为N型氮化镓层，量子阱层15优选为多重量子阱(muti-quantum well)层，P型层16优选为P型氮化镓层。
请参阅图2，在所述P型层16的表面形成一绝缘层20。所述绝缘层20可由二氧化硅（SiO2）、氮化铝(AlN)、氮硅化合物（SixNy）等材料的其中一种制成。本实施例中优选为二氧化硅。
请参阅图3，蚀刻所述绝缘层20形成若干相互间隔的绝缘块21。该若干绝缘块21可通过光微影及蚀刻技术形成。本实施例中，绝缘块21的数量为两个。
请参阅图4，在P型层16表面形成一反射层30并覆盖该绝缘块21。该反射层30表面为一光滑的平面，其可增强发光二极管晶粒100的出光效率。
请参阅图5，在所述反射层30表面形成第二基板40。采用电镀或者固晶制程形成第二基板40。由于反射层30的表面光滑平坦，电镀或固晶的支撑效率大大提高，同时成本较低。所述第二基板40为金属基板或者半导体基板。金属可以是钛（Ti）、铝（Al）、银（Ag）、镍（Ni）、钨（W）、铜（Cu）、钯（Pd）、铬（Cr）和金（Au）中的任意之一者或其合金。然后，将所述第一基板11自发光二极管结构10上分离。采用激光分离法或者化学分离法使该第一基板11脱落，此时邻接第一基板11的成核层12的下表面外露。
请参阅图6，倒置所述发光二极管结构10，并在成核层12外露的表面上设置对应绝缘块21的区域设置形成N电极50。N电极50的制作材料可以是钛（Ti）、铝（Al）、银（Ag）、镍（Ni）、钨（W）、铜（Cu）、钯（Pd）、铬（Cr）和金（Au）中的任意之一者或其合金。
工作时，所述第二基板40作为P电极与所述N电极50位于量子阱层15两侧。当在第二基板40和N电极50两端施加正向电压时，P型层16中的空穴和N型层14中的电子将在电场的作用下在量子阱层15中复合，能量以光线的形式释放。由于N电极50对应该绝缘块21区域设置，当电流由第二基板40流向N电极50时受到绝缘块21的阻挡，电流绕过绝缘块从两侧均匀传导，避免集中在第二基板40和N电极之间的最短路径上，从而使得形成的发光二极管晶粒100发光均匀。同时，也避免电流过度拥挤局部受热过高，从而使该发光二极管晶粒100使用寿命较长。同时，上述制程简便、成本较低。
请参阅图7至图13，为本发明第二实施例的提供的发光二极管晶粒200的制造方法。
请参阅图7，提供一预成型的发光二极管结构10。其包括第一基板11、形成于第一基板11表面的成核层12，形成于成核层12表面的缓冲层13，形成于缓冲层13表面的N型层14，形成于N型层14表面的量子阱层15及形成于量子阱层15表面的P型层16。
所述第一基板11呈规则的平板状，其可由蓝宝石(sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)或氮化镓(GaN)等材料制成，本实施例中优选为蓝宝石，以控制发光芯片的制造成本。
所述成核层12、缓冲层13、N型层14、量子阱层15及P型层16可通过有机金属化学气相沉积法(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD)、分子束磊晶法(Molecular Beam Epitaxy; MBE)或氢化物气相磊晶法(Hydride Vapor Phase Epitaxy; HVPE)等方式依次生长于第一基板11表面。该成核层12可增强后续生长的各半导体层与第一基板11之间的结合能力。由于缓冲层13是为了减少各半导体层在生长过程中由于晶格不匹配所产生的缺陷而形成的。因此其可由晶格常数与半导体层相匹配的材料制成。本实施例中，N型层14优选为N型氮化镓层，量子阱层15优选为多重量子阱(muti-quantum well)层，P型层16优选为P型氮化镓层。
蚀刻所述P型层16在其上表面形成若干凹槽17，每一凹槽17深度小于P型层16的厚度。本实施例中，凹槽17的数量为两个且相互间隔，其可通过光微影及蚀刻技术形成需要的图案。
请参阅图8，在该P型层16上表面形成一绝缘层20。所述绝缘层20可由二氧化硅（SiO2）、氮化铝(AlN)、氮硅化合物（SixNy）等材料制成。本实施例中优选为二氧化硅。
请参阅图9，去除P型层16表面的部分绝缘层20，保留凹槽17中的部分绝缘层20形成绝缘块21，所述绝缘块21的上表面与未被蚀刻的P型层16上表面齐平。本实施例中采用化学机械抛光（CMP）技术处理去除部分绝缘层20。
请参阅图10，在P型层16表面形成一反射层30并覆盖该绝缘块21。该反射层30表面为一光滑的平面，其可增强发光二极管晶粒100的出光效率。
请参阅图11，在所述反射层30表面形成第二基板40。该第二基板40为导电基板，其可采用电镀或者固晶制程形成。由于反射层30的表面光滑平坦，电镀或固晶的制程效率大大提高，同时成本较低。所述第二基板40为金属基板或者半导体基板。金属可以是钛（Ti）、铝（Al）、银（Ag）、镍（Ni）、钨（W）、铜（Cu）、钯（Pd）、铬（Cr）和金（Au）中的任意之一者或其合金。
将所述第一基板11自发光二极管结构10上分离。采用激光分离法或者化学分离法使该第一基板11脱落，此时邻接第一基板11的成核层12的下表面外露。
请参阅图12，倒置所述发光二极管结构10，并在成核层12外露的表面上设置对应绝缘块21的区域设置形成N电极50。N电极50的制作材料可以是钛（Ti）、铝（Al）、银（Ag）、镍（Ni）、钨（W）、铜（Cu）、钯（Pd）、铬（Cr）和金（Au）中的任意之一者或其合金。
请参阅图13，工作时，所述第二基板40作为P电极与所述N电极50位于量子阱层15两侧。当在第二基板40和N电极50两端施加正向电压时，P型层16中的空穴和N型层14中的电子将在电场的作用下在量子阱层15中复合，能量以光线的形式释放。由于N电极50对应该绝缘块21区域设置，当电流由第二基板40流向N电极50时受到绝缘块21的阻挡，电流绕过绝缘块从两侧均匀传导，避免集中在第二基板40和N电极之间的最短路径上，从而使得形成的发光二极管晶粒100发光均匀。同时，也避免电流过度拥挤局部受热过高，从而使该发光二极管晶粒100使用寿命较长。同时，上述制程简便、成本较低。
应该指出，上述实施方式仅为本发明的较佳实施方式，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种发光二极管晶粒的制造方法，包括步骤：
提供一预成型的发光二极管结构，其包括第一基板、及依次形成于基板上的成核层、缓冲层、N型层、量子阱层、P型层；
在该P型层表面形成至少一绝缘块；
在该P型层表面形成一反射层并覆盖所述绝缘块；
在该反射层表面形成一第二基板，所述第二基板为导电基板；
移除第一基板，使所述成核层下表面外露；及
在成核层外露的表面对应绝缘块的区域设置N电极。
2.如权利要求1所述的发光二极管晶粒的制造方法，其特征在于，在形成至少一绝缘块的步骤中，先在P型层表面形成一绝缘层，然后蚀刻所述绝缘层形成绝缘块。
3.如权利要求1所述的发光二极管晶粒的制造方法，其特征在于，在形成至少一绝缘块的步骤中，先对P型层表面蚀刻形成凹槽，然后在P型层表面形成绝缘层，进而去除部分绝缘层，并保留凹槽内的绝缘层部分形成所述绝缘块。
4.如权利要求3所述的发光二极管晶粒的制造方法，其特征在于，所述凹槽中的绝缘块上表面与未被蚀刻的P型层上表面相齐平。
5.如权利要求4所述的发光二极管晶粒的制造方法，其特征在于，采用化学机械抛光处理去除部分绝缘层而形成所述绝缘块。
6.如权利要求1所述的发光二极管晶粒的制造方法，其特征在于，所述反射层表面为光滑的平面，所述第二基板通过电镀或固晶的方式形成在反射层的表面上。
7.如权利要求1所述的发光二极管晶粒的制造方法，其特征在于，所述绝缘层由二氧化硅、氮化铝、氮硅化合物等材料制成。
8.一种发光二极管晶粒的制造方法，包括步骤：
提供一预成型的发光二极管结构，其包括第一基板、及依次形成于基板上的成核层、缓冲层、N型层、量子阱层、P型层；
在该P型层表面形成若干绝缘块；
在该P型层表面形成一反射层并覆盖所述绝缘块；
在该反射层表面形成一第二基板，所述第二基板为导电基板；
移除第一基板，使所述成核层下表面外露；及
在成核层外露的表面设置与绝缘块数量相同的若干N电极，所述N电极与所述绝缘块一一对齐设置。
9.如权利要求8所述的发光二极管晶粒的制造方法，其特征在于，在形成若干绝缘块的步骤中，先在P型层表面形成一绝缘层，然后蚀刻所述绝缘层形成所述绝缘块。
10.如权利要求8所述的发光二极管晶粒的制造方法，其特征在于，在形成若干绝缘块的步骤中，先对P型层表面蚀刻形成若干凹槽，然后在P型层表面形成绝缘层，进而去除部分绝缘层，并保留凹槽内的绝缘层部分形成所述绝缘块。
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