CN103928599B - 一种发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发光二极管及其制造方法，包括：导热导电衬底，上下表面分别具有键合层与P电极；反射镜；发光外延结构，包括层叠的P型层、量子阱层及N型层；蓝宝石衬底，结合于所述发光外延结构；接触区，由所述蓝宝石衬底贯穿至所述键合层；N电极，藉由所述接触区将所述N型层电性连接至所述蓝宝石衬底表面；钝化层，填充于所述接触区内。本发明提供了一种新型的倒装LED结构，通过晶圆级的键合工艺实现了倒装LED芯片的制造，将LED芯片直接键合于导热导电衬底中，大大地提高了LED芯片的散热效率；先于蓝宝石衬底中形成凹槽结构后进行外延，最后通过减薄将N电极露出，避免后续加工容易出现碎片等缺陷，降低了工艺的难度，并有效提高了产品的良率。
Description
技术领域
本发明属于半导体照明领域，特别是涉及一种发光二极管及其制造方法。
背景技术
半导体照明作为新型高效固体光源，具有寿命长、节能、环保、安全等显著优点，将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃，其应用领域正在迅速扩大，正带动传统照明、显示等行业的升级换代，其经济效益和社会效益巨大。正因如此，半导体照明被普遍看作是21世纪最具发展前景的新兴产业之一，也是未来几年光电子领域最重要的制高点之一。发光二极管LED是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。
随着LED灯市场爆发的日益临近，LED封装技术的研发竞争也十分激烈。目前GaN基LED封装主要有正装结构、倒装结构和垂直结构三种。当前较为成熟的是III族氮化物氮化镓用蓝宝石材料作为衬底，由于蓝宝石衬底的绝缘性，所以普通的GaN基LED采用正装结构。正装结构有源区发出的光经由P型GaN区和透明电极出射。该结构简单，制作工艺相对成熟。然而正装结构LED有两个明显的缺点，首先正装结构LED p、n电极在LED的同一侧，电流须横向流过n-GaN层，导致电流拥挤，局部发热量高，限制了驱动电流；其次，由于蓝宝石衬底的导热性差，严重的阻碍了热量的散失。
为了解决散热问题，美国Lumileds Lighting公司发明了倒装芯片（Flipchip）技术。这种方法首先制备具有适合共晶焊接的大尺寸LED芯片，同时制备相应尺寸的硅底板，并在其上制作共晶焊接电极的金导电层和引出导电层（超声波金丝球焊点）。然后，利用共晶焊接设备将大尺寸LED芯片与硅底板焊在一起。到装结构在散热效果上有了很大的改善。但现有的倒装结构通常是通过焊接的方法固定于硅衬底中，这样的做法往往会引入较多的热阻而且降低LED芯片的散热效率。而且，这中结构的LED芯片，P电极与N电极通常制备于LED芯片的同一侧，往往会增加倒装键合工艺和引线工艺的难度，较难实现晶圆级的制造，容易造成产品良率的降低。
本发明提供一种新型的晶圆级的倒装LED芯片结构，可以有效的提高LED芯片的散热效率，同时降低工艺的难度，提高产品的良率。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种发光二极管及其制造方法，用于解决现有技术中倒装LED芯片较难实现晶圆级制造、散热效率不够高、工艺较复杂、成本过高且良率较低等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种发光二极管，所述发光二极管至少包括：
导热导电衬底，其下表面结合有P电极，上表面结合有键合层；
反射镜，结合于所述键合层；
发光外延结构，结合于所述反射镜，包括依次层叠的P型层、量子阱层及N型层；
蓝宝石衬底，结合于所述发光外延结构；
接触区，由所述蓝宝石衬底贯穿至所述键合层；
N电极，藉由所述接触区将所述N型层电性连接至所述蓝宝石衬底表面；
钝化层，填充于所述接触区内的N电极与键合层之间。
作为本发明的发光二极管的一种优选方案，所述接触区为孔状结构或槽状结构。
作为本发明的发光二极管的一种优选方案，所述接触区内去除了部分的P型层、量子阱层及N型层形成N电极制备平台。
进一步地，所述N电极制备平台与所述蓝宝石衬底的连接面垂直于所述蓝宝石衬底表面。
进一步地，所述N电极制备平台与所述蓝宝石衬底的连接面为斜面。
进一步地，所述N电极包括结合于所述N电极制备平台表面并横跨所述接触区的第一电极、以及填充于所述蓝宝石衬底内并将所述第一电极连接至所述蓝宝石衬底出光面的第二电极。
作为本发明的发光二极管的一种优选方案，所述P型层表面还结合有电流扩展层。
进一步地，所述电流扩展层为包括ITO、ATO、FTO或AZO的透明导电层。
作为本发明的发光二极管的一种优选方案，所述反射镜为具有孔状结构的反射镜。
作为本发明的发光二极管的一种优选方案，所述反射镜包括布拉格反射镜、Ag反射镜、Al反射镜、ITO/Ag复合反射镜、介质/金属复合反射镜的一种。
作为本发明的发光二极管的一种优选方案，所述N型层为N-GaN层，所述量子阱层为InGaN/GaN多量子阱层，所述P型层为P-GaN层。
作为本发明的发光二极管的一种优选方案，所述导热导电衬底为硅衬底、金属衬底、硅和金属的复合衬底。
作为本发明的发光二极管的一种优选方案，所述键合层为Au或Au/Sn合金。
作为本发明的发光二极管的一种优选方案，所述蓝宝石衬底的出光面具有粗化微结构。
本发明还提供一种发光二极管的制造方法，包括以下步骤：
1）提供一蓝宝石衬底，并定义出多个发光单元区域，于每个发光单元区域中刻蚀出至少一个凹槽结构；
2）于所述蓝宝石衬底表面依次形成至少包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构；
3）刻蚀所述凹槽结构两侧的P型层、量子阱层及部分的N型层形成N电极制备平台；
4）于所述凹槽结构内形成填充层；
5）制作反射镜；
6）于所述N电极制备平台及所述填充层表面形成第一电极；
7）于所述N电极制备平台及填充层表面形成钝化层；
8）提供一下表面具有P电极的导热导电衬底，并通过键合层键合所述导热导电衬底及所述反射镜与钝化层；
9）减薄所述蓝宝石衬底直至露出所述凹槽结构；
10）去除所述凹槽结构内的填充物以露出所述第一电极；
11）于所述凹槽结构内及所述蓝宝石衬底表面形成连接于所述第一电极的第二电极，以完成N电极的制备。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，步骤5）之前还包括于所述P型层表面制作电流扩展层的步骤。
进一步地，所述电流扩展层为包括ITO、ATO、FTO或AZO的透明导电层。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，所述凹槽结构为锥形孔、或V形槽。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，步骤3）还包括将所述N电极制备平台与所述蓝宝石衬底的连接面刻蚀成斜面的步骤。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，采用化学气相沉积法形成所述N型层、量子阱层及P型层，其中，所述N型层为N-GaN层，所述量子阱层为InGaN/GaN多量子阱层，所述P型层为P-GaN层。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，步骤5）还包括于所述反射镜中形成多个孔状结构的步骤。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，所述反射镜包括布拉格反射镜、Ag反射镜、Al反射镜、ITO/Ag复合反射镜、介质/金属复合反射镜的一种。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，步骤4）所述的填充层为绝缘物。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，步骤7）包括以下步骤：
7-1）采用气相外延法沉积钝化层；
7-2）采用机械化学抛光法、湿法腐蚀法或干法刻蚀法去除所述反射镜表面的钝化层。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，步骤8）包括以下步骤：
8-1）于所述反射层及钝化层表面形成第一键合层；
8-2）于所述导热导电衬底的上表面形成第二键合层；
8-3）键合所述第一键合层及所述第二键合层。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，所述键合层为Au或Au/Sn合金。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，步骤9）还包括对所述蓝宝石衬底表面进行粗化形成粗化微结构的步骤。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，所述导热导电衬底为硅衬底、金属衬底、硅和金属的复合衬底。
如上所述，本发明提供一种发光二极管及其制造方法，包括：导热导电衬底，其下表面结合有P电极，上表面结合有键合层；反射镜，结合于所述键合层；发光外延结构，结合于所述反射镜，包括依次层叠的P型层、量子阱层及N型层；蓝宝石衬底，结合于所述发光外延结构；接触区，由所述蓝宝石衬底贯穿至所述键合层；N电极，藉由所述接触区将所述N型层电性连接至所述蓝宝石衬底表面；钝化层，填充于所述接触区内的N电极与键合层之间。本发明提供了一种新型的倒装LED结构，通过晶圆级的键合工艺实现了倒装LED芯片的制造，将LED芯片直接键合于导热导电衬底中，大大地提高了LED芯片的散热效率；先对蓝宝石衬底进行加工后再进行外延，然后通过减薄将N电极露出，使N电极与P电极分别位于LED芯片的两侧，避免后续加工容易出现碎片等缺陷，降低了工艺的难度，并有效提高了产品的良率。
附图说明
图1a～图1b显示为本发明的发光二极管结构示意图。
图2～图3显示为本发明的发光二极管的制造方法实施例3步骤1）所呈现的结构示意图。
图4～图5显示为本发明的发光二极管的制造方法实施例3步骤2）所呈现的结构示意图。
图6显示为本发明的发光二极管的制造方法实施例3步骤3）所呈现的结构示意图。
图7显示为本发明的发光二极管的制造方法实施例3步骤4）所呈现的结构示意图。
图8～图9显示为本发明的发光二极管的制造方法实施例3步骤5）所呈现的结构示意图。
图10显示为本发明的发光二极管的制造方法实施例3步骤6）所呈现的结构示意图。
图11显示为本发明的发光二极管的制造方法实施例3步骤7）所呈现的结构示意图。
图12～图13显示为本发明的发光二极管的制造方法实施例3步骤8）所呈现的结构示意图。
图14～图15显示为本发明的发光二极管的制造方法实施例3步骤9）所呈现的结构示意图。
图16显示为本发明的发光二极管的制造方法实施例3步骤10）所呈现的结构示意图。
图17显示为本发明的发光二极管的制造方法实施例3步骤11）所呈现的结构示意图。
图18显示为本发明的发光二极管的制造方法实施例4最终所呈现的结构示意图。
元件标号说明
101 蓝宝石衬底
102 凹槽结构
103 N型层
104 量子阱层
105 P型层
106 N电极制备平台
116 填充层
107 电流扩展层
108 反射镜
109 第一电极
110 钝化层
111 键合层
112 导热导电衬底
113 P电极
114 粗化微结构
115 第二电极
117 连接面
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1～图18。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例1
如图1a所示，本实施例提供一种发光二极管，所述发光二极管至少包括：
导热导电衬底112，其下表面结合有P电极113，上表面结合有键合层111；
反射镜108，结合于所述键合层111；
发光外延结构，结合于所述反射镜108，包括依次层叠的P型层105、量子阱层104及N型层103；
蓝宝石衬底101，结合于所述发光外延结构；
接触区，由所述蓝宝石衬底101贯穿至所述键合层111；
N电极109及115，藉由所述接触区将所述N型层103电性连接至所述蓝宝石衬底101表面；
钝化层110，填充于所述接触区内的N电极与键合层111之间。
所述导热导电衬底112可以为硅衬底、金属衬底、硅和金属的复合衬底，所述金属衬底包括Al、Cu、Ti、Sn、Ni等或其合金等。在本实施例中，所述导热导电衬底112为硅衬底。当然，在其它的实施例中，所述导热导电衬底112可以是能保证良好导热性能和导电性能的一切预期的衬底材料。
在本实施例中，所述接触区为孔状结构或槽状结构，具体地，所述接触区包括贯穿所述蓝宝石衬底101的锥形孔或V型槽，以及位于该锥形孔或V型槽下方的电极制备区域部分，该电极制备区域部分通常包括直至所述键合层111的通孔以及所述通孔两侧的N电极制备平台106，即所述接触区内去除了部分的P型层105、量子阱层104及N型层103形成的N电极制备平台106。
在本实施例中，所述N电极制备平台106与所述蓝宝石衬底101的连接面垂直于所述蓝宝石衬底101表面。
所述接触区主要的作用是用于形成N电极，即将所述N型层103电性连接至所述蓝宝石衬底101表面，在本实施例中，所述N电极包括结合于所述N电极制备平台106表面并横跨所述接触区的第一电极109、以及填充于所述蓝宝石衬底101内并将所述第一电极109连接至所述蓝宝石衬底101出光面的第二电极115。
对于所述N电极和所述键合层111之间的空隙，则采用钝化层110进行填充，在本实施例中，所述钝化层110为氧化硅、氧化钛或氮化钛等绝缘材料。所述钝化层110的第一个作用是将所述N电极制备平台106上的第一电极109与其它的发光外延层（量子阱和P型层105）进行绝缘，第二个作用是对所述第一电极109及第二电极115起支撑的作用，可以保证电极的稳定性，避免其脱落或者折断，可以大大地提高LED芯片的稳定性和寿命。
为了增加LED芯片的电流使用效率和发光效率，在本实施例中，所述P型层105表面还结合有电流扩展层107，一般地，所述电流扩展层107为包括ITO、ATO、FTO或AZO的透明导电层。当然，在本发明的LED中，该电流扩展层107位于出光面的另一侧，故其并不限定为透明材料，其也可以采用如Pt、Au、Ag、Ti、W等金属材料，且并不限定于此处所列举的几种。
为了提高反射镜108的反射效率，所述反射镜108可以根据需求设计为平面型的反射镜108或者是具有孔状结构的反射镜108。所述孔状结构可以是以如四方阵列排列、六方阵列排列或其它方式排列的圆孔、椭圆孔、多边形孔或圆角多边形孔等。
若采用平面型的反射镜，所述反射镜为导电反射镜，包括布拉格反射镜、Ag反射镜、Al反射镜、ITO/Ag复合反射镜的一种；
若采用具有孔状结构的反射镜，则不要求所述反射镜导电，所述反射镜可以包括布拉格反射镜、Ag反射镜、Al反射镜、ITO/Ag复合反射镜、介质/金属复合反射镜的一种。
当然，此处所列举的反射镜种类仅为优选方案，在其它的实施例中，可以采用一切预期的反射材料作为本发明的反射镜。
在本实施例中，所述N型层103为N-GaN层，所述量子阱层104为InGaN/GaN多量子阱层，所述P型层105为P-GaN层。当然在其它的实施例中，所述发光外延结构可以采用如GaAs基、GaP基等发光外延结构，且不限于此处所列举的几种。
为了提高LED芯片的散热效率，降低热阻，在本实施例中，所述键合层111为Au或Au/Sn合金。
为了进一步提供LED芯片的出光效率，所述蓝宝石衬底101的出光面具有粗化微结构114。所述粗化微结构114包括以有序或无序方式排列的三角锥状突起、四方锥状突起、圆锥状突起、圆包状突起等。
本实施例提供的发光二极管，结构简单，只需通过一层键合层将发光结构键合于导热导电衬底，提高了芯片的散热效率，本发明可以提高芯片可以有效提高发光二极管的出光效率，提高产品的寿命，降低生产成本，提高产品的良率。
实施例2
如图1b所示，本实施例提供一种发光二极管，其基本结构如实施例1，其中，为了保证电极在制备时的有效生长，所述N电极制备平台106与所述蓝宝石衬底101的连接面为斜面，该斜面与所述蓝宝石衬底101表面的夹角范围为大于0°且小于90°，在本实施例中，所述斜面与所述蓝宝石衬底101表面的夹角为30°～60°。
实施例3
如图2～图17所示，本实施例提供一种发光二极管的制造方法，包括以下步骤：
如图2～图3所示，首先进行步骤1），提供一蓝宝石衬底101，并定义出多个发光单元区域，于每个发光单元区域中刻蚀出至少一个凹槽结构102。
具体地，先于晶圆级的蓝宝石衬底101中定义出多个发光单元，然后于其表面制作光刻胶图形，接着采用电感耦合等离子体ICP刻蚀法于所述蓝宝石衬底101表面刻蚀出所述凹槽结构102，在本实施例中，所述凹槽结构102为锥形孔、或V形槽。当然，在其它的实施例中，所述凹槽结构102也可以是如圆柱状孔结构、圆台结构、截面为梯形的槽状结构、截面为矩形的槽状结构等，且并不限于此处所列举的几种。为了更好说明本发明的具体制造过程，以下以一个发光单元的制造过程为例进行说明。
如图4～图5所示，然后进行步骤2），于所述蓝宝石衬底101表面依次形成至少包括N型层103、量子阱层104及P型层105的发光外延结构；
在本实施例中，采用化学气相沉积法形成所述N型层103、量子阱层104及P型层105，其中，所述N型层103为N-GaN层，所述量子阱层104为InGaN/GaN多量子阱层，所述P型层105为P-GaN层。
当然在其它的实施例中，所述发光外延结构可以采用如GaAs基、GaP基等发光外延结构，且不限于此处所列举的几种。
如图6所示，然后进行步骤3），刻蚀所述凹槽结构102两侧的P型层105、量子阱层104及部分的N型层103形成N电极制备平台106。
如图7所示，然后进行步骤4），于所述凹槽结构102内形成填充层116。
在本实施例中，所述的填充层116为绝缘物，具体为氧化硅。
如图8所示，然后于所述P型层105表面制作电流扩展层107，所述电流扩展层107为包括ITO、ATO、FTO或AZO的透明导电层。
需要说明的是，在本发明的LED中，该电流扩展层107位于出光面的另一侧，故其并不限定为透明材料，其也可以采用如Pt、Au、Ag、Ti、W等金属材料，且并不限定于此处所列举的几种。
如图9所示，然后进行步骤5），制作反射镜108；
为了提高反射镜108的反射效率，所述反射镜108可以根据需求设计为平面型的反射镜或者是具有孔状结构的反射镜。所述孔状结构可以是以如四方阵列排列、六方阵列排列或其它方式排列的圆孔、椭圆孔、多边形孔或圆角多边形孔等。
若采用平面型的反射镜，所述反射镜为导电反射镜，包括布拉格反射镜、Ag反射镜、Al反射镜、ITO/Ag复合反射镜的一种；
若采用具有孔状结构的反射镜，则不要求所述反射镜导电，所述反射镜可以包括布拉格反射镜、Ag反射镜、Al反射镜、ITO/Ag复合反射镜、介质/金属复合反射镜的一种。
当然，此处所列举的反射镜种类仅为优选方案，在其它的实施例中，可以采用一切预期的反射材料作为本发明的反射镜。
如图10所示，然后进行步骤6），于所述N电极制备平台106及所述填充层116表面形成第一电极109。
在本实施例中，通过电镀或沉积的方法制备所述第一电极109，所述第一电极109的材料可以为Ti、Al、Ag、Pt、Au、W、Ni等材料。
如图11所示，然后进行7）于所述N电极制备平台106及填充层116表面形成钝化层110。
具体地，包括以下步骤：7-1）采用气相外延法沉积钝化层110；7-2）采用机械化学抛光法、湿法腐蚀法或干法刻蚀法去除所述反射镜表面的钝化层110。
在本实施例中，所述钝化层110为氧化硅、氧化钛或氮化钛等绝缘材料，所述钝化层110的第一个作用是将所述N电极制备平台106上的第一电极109与其它的发光外延层（量子阱和P型层105）进行绝缘，第二个作用是保证后续键合工艺的稳定性，所述钝化层110还可以保证电极的稳定性，避免其脱落或者折断，可以大大地提高LED芯片的稳定性和寿命。
如图12～图13所示，然后进行步骤8），提供一下表面具有P电极113的导热导电衬底112，并通过键合层111键合所述导热导电衬底112及所述反射镜与钝化层110。
具体地，包括以下步骤：8-1）于所述反射层及钝化层110表面形成第一键合层；8-2）于所述导热导电衬底112的上表面形成第二键合层；8-3）键合所述第一键合层及所述第二键合层。
所述导热导电衬底112同时具有导电功能，可以为硅衬底、金属衬底、硅和金属的复合衬底，所述金属衬底包括Al、Cu、Ti、Sn、Ni等或其合金等。在本实施例中，所述导热导电衬底112为硅衬底。当然，在其它的实施例中，所述导热导电衬底112可以是能保证良好导热性能和导电性能的一切预期的衬底材料。
如图14所示，然后进行步骤9），减薄所述蓝宝石衬底101直至露出所述凹槽结构102。
在本实施例中，采用研磨或湿法腐蚀工艺减薄所述蓝宝石衬底101，直至露出所述凹槽结构102。
为了进一步提供LED芯片的出光效率，如图15所示，本实施例还包括对所述蓝宝石衬底101表面进行粗化形成粗化微结构114的步骤。具体地，采用湿法腐蚀或ICP刻蚀等工艺对所述蓝宝石衬底101表面进行粗化处理，所述粗化微结构114包括以有序或无序方式排列的三角锥状突起、四方锥状突起、圆锥状突起、圆包状突起等。
如图16所示，然后进行步骤10），去除所述凹槽结构102内的填充物以露出所述第一电极109。
在本实施例中，所述填充物为氧化硅，可以采用HF溶液将其去除。
如图17所示，然后进行步骤11），于所述凹槽结构102内及所述蓝宝石衬底101表面形成连接于所述第一电极109的第二电极115，以完成N电极的制备。
在本实施例中，所述第二电极115的材料与第一电极109的材料相同，可以为Ti、Al、Ag、Pt、Au、W、Ni等材料。
本发明提供了一种新型的倒装LED结构，通过晶圆级的键合工艺实现了倒装LED芯片的制造，将LED芯片直接键合于导热导电衬底中，大大地提高了LED芯片的散热效率；先对蓝宝石衬底进行加工后再进行外延，然后通过减薄将N电极露出，使N电极与P电极分别位于LED芯片的两侧，避免后续加工容易出现碎片等缺陷，降低了工艺的难度，并有效提高了产品的良率。
实施例4
如图1a～图18所示，本实施例提供一种发光二极管的制造方法，其基本步骤如实施例3，其中，为了保证电极在制备时的有效生长，步骤3）还包括将所述N电极制备平台106与所述蓝宝石衬底101的连接面117刻蚀成斜面的步骤。该斜面与所述蓝宝石衬底101表面的夹角范围为大于0°且小于90°，在本实施例中，所述斜面与所述蓝宝石衬底101表面的夹角为30°～60°。
综上所述，本发明提供一种发光二极管及其制造方法，包括：导热导电衬底112，其下表面结合有P电极113，上表面结合有键合层111；反射镜，结合于所述键合层111；发光外延结构，结合于所述反射镜，包括依次层叠的P型层105、量子阱层104及N型层103；蓝宝石衬底101，结合于所述发光外延结构；接触区，由所述蓝宝石衬底101贯穿至所述键合层111；N电极，藉由所述接触区将所述N型层103电性连接至所述蓝宝石衬底101表面；钝化层110，填充于所述接触区内的N电极与键合层111之间。本发明提供了一种新型的倒装LED结构，通过晶圆级的键合工艺实现了倒装LED芯片的制造，将LED芯片直接键合于导热导电衬底112中，大大地提高了LED芯片的散热效率；先对蓝宝石衬底101进行加工后再进行外延，然后通过减薄将N电极露出，使N电极与P电极113分别位于LED芯片的两侧，避免后续加工容易出现碎片等缺陷，降低了工艺的难度，并有效提高了产品的良率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (14)
1.一种发光二极管的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)提供一蓝宝石衬底，并定义出多个发光单元区域，于每个发光单元区域中刻蚀出至少一个凹槽结构；
2)于所述蓝宝石衬底表面依次形成至少包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构；
3)刻蚀所述凹槽结构两侧的P型层、量子阱层及部分的N型层形成N电极制备平台；
4)于所述凹槽结构内形成填充层；
5)制作反射镜；
6)于所述N电极制备平台及所述填充层表面形成第一电极；
7)于所述N电极制备平台及填充层表面形成钝化层；
8)提供一下表面具有P电极的导热导电衬底，并通过键合层键合所述导热导电衬底及所述反射镜与钝化层；
9)减薄所述蓝宝石衬底直至露出所述凹槽结构；
10)去除所述凹槽结构内的填充物以露出所述第一电极；
11)于所述凹槽结构内及所述蓝宝石衬底表面形成连接于所述第一电极的第二电极，以完成N电极的制备。
2.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：步骤5)之前还包括于所述P型层表面制作电流扩展层的步骤。
3.根据权利要求2所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述电流扩展层为包括ITO、ATO、FTO或AZO的透明导电层。
4.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述凹槽结构为锥形孔、或V形槽。
5.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：步骤3)还包括将所述N电极制备平台与所述蓝宝石衬底的连接面刻蚀成斜面的步骤。
6.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：采用化学气相沉积法形成所述N型层、量子阱层及P型层，其中，所述N型层为N-GaN层，所述量子阱层为InGaN/GaN多量子阱层，所述P型层为P-GaN层。
7.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：步骤5)还包括于所述反射镜中形成多个孔状结构的步骤。
8.根据权利要求7所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述反射镜包括布拉格反射镜、Ag反射镜、Al反射镜、ITO/Ag复合反射镜、介质/金属复合反射镜的一种。
9.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：步骤4)所述的填充层为绝缘物。
10.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：步骤7)包括以下步骤：
7-1)采用气相外延法沉积钝化层；
7-2)采用机械化学抛光法、湿法腐蚀法或干法刻蚀法去除所述反射镜表面的钝化层。
11.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：步骤8)包括以下步骤：
8-1)于所述反射层及钝化层表面形成第一键合层；
8-2)于所述导热导电衬底的上表面形成第二键合层；
8-3)键合所述第一键合层及所述第二键合层。
12.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述键合层为Au或Au/Sn合金。
13.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：步骤9)还包括对所述蓝宝石衬底表面进行粗化形成粗化微结构的步骤。
14.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述导热导电衬底为硅衬底、金属衬底、硅和金属的复合衬底。
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Citations (3)
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| CN101604717A (zh) * | 2009-07-15 | 2009-12-16 | 山东华光光电子有限公司 | 一种垂直GaN基LED芯片及其制作方法 |
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