CN105895758A - 发光二极管、发光二极管模块及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发光二极管、发光二极管模块及其制作方法。发光二极管包括：非掺杂层；依次形成在非掺杂层上的N型半导体层、量子阱发光层以及P型半导体层；开槽，从P型半导体层表面延伸到N型半导体层表面或延伸到N型半导体层中；P型欧姆接触层，形成在开槽后剩余的P型半导体层上；绝缘介质膜，形成在开槽的侧壁和P型欧姆接触层上；金属层，形成在开槽底部的N型半导体部以及绝缘介质膜上；支撑衬底，形成在金属层上；第一盲孔和第二盲孔，第一盲孔从非掺杂层表面延伸到P型欧姆接触层表面，第二盲孔从非掺杂层表面延伸到金属层表面；P型及N型压焊部，分别形成在露出的P型欧姆接触层以及金属层上。

Description

发光二极管、发光二极管模块及其制作方法

技术领域

本发明涉及光电器件领域，特别是涉及一种发光二极管、发光二极管模块及其制作方法。

背景技术

发光二极管(LED)具有发热量低、耗电量小、寿命长、反应速度快、体积小等特点，被广泛的应用于固态照明。传统发光二极管普遍采用蓝宝石衬底，由于蓝宝石的热导率差(35W/m·K)，不能将芯片工作时产生的热量及时的导出，严重限制了其在高功率领域的应用。另外，对于传统发光二极管，蓝宝石衬底参与内部光学传输，由于蓝宝石对光的吸收以及蓝宝石与半导体界面对光的反射，阻碍了发光二极管的光提取效率的进一步提高。薄膜结构发光二极管是将原来光学及热学性能较差的衬底材料去掉，换上导电好、高导热、带高反射膜的衬底，衬底不参与光学传输，不仅减少了原衬底材料光吸收，而且增强了发光二极管的导热功能，比较传统发光二极管，具有更高的光提取效率及更高的操作功率，受到很大的关注与研究。

现有技术中，薄膜结构发光二极管利用衬底置换的技术，如图1A所示，首先通过键合或电镀的方法将转移衬底(高热导率衬底)112与发光二极管外延片粘合在一起。发光二极管外延片由支撑衬底102，N型半导体层104，量子阱发光层106以及P型半导体层108构成。接着，通过剥离或者机械研磨的方法去除支撑衬底102，然后在转移衬底112上以及N型半导体层104上分别制作P型电极110及N型电极114，得到具有上下电极结构的发光二极管芯片100(如图1B所示)。以下，为了描述方便起见，将图1B的结构简化为图1C的形式，其中附图标记120指代发光二极管芯片100的发光结构，等同于图1B中的N型半导体层104、量子阱发光层106、P型半导体层108以及转移衬底112的叠层。本领域技术人员能够明了，这样的简化并不会影响对本发明的理解。由于单颗发光二极管光通量小，所以在多数实际应用中往往需要在支撑基板上串联多颗如图1C所示的发光二极管，如图1D所示。然而对于这种上下结构发光二极管要实现串联，首先所采用的基板124必须是绝缘的，其次需要在绝缘基板上制作电路122，然后才能通过连接导线126实现串联。一般的绝缘基板热导率低，导热效果不好，影响发光二极管的热学性能，而热导率高的绝缘基板价格高，再加上要在绝缘基板上制作电路会额外的增加成本。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，提出了本发明。

本发明第一方面涉及一种发光二极管，其包括非掺杂层；依次形成在该非掺杂层上的N型半导体层、量子阱发光层以及P型半导体层；开槽，从该P型半导体层表面延伸到该N型半导体层表面或延伸到该N型半导体层中，开槽后剩余的P型半导体层、量子阱发光层及N型半导体层分别为P型半导体部、量子阱发光部及N型半导体部；P型欧姆接触层，形成在该P型半导体部上；绝缘介质膜，形成在该开槽的侧壁和该P型欧姆接触层上；金属层，形成在该开槽底部的N型半导体部以及该绝缘介质膜上；支撑衬底，形成在该金属层上；第一盲孔和第二盲孔，该第一盲孔从非掺杂层表面延伸到P型欧姆接触层表面，该第二盲孔从非掺杂层表面延伸到金属层表面；P型及N型压焊部，分别形成在露出的P型欧姆接触层以及金属层上。

可选地，该金属层由N型欧姆接触层和位于N型欧姆接触层上的隔离层构成。

可选地，该支撑衬底由金属支撑层和其上的高阻支撑层组成。

可选地，该发光二极管还包括用于提高光提取效率的结构，形成在该非掺杂层表面上。

本发明的第二方面涉及一种发光二极管模块，其包括支撑基板；多个根据第一方面所述的发光二极管，该多个发光二极管设置在该支撑基板上；连接导线，用于将该多个发光二极管串联或并联连接在一起。

本发明第三方面涉及一种发光二极管的制作方法，其包括：提供第一衬底；在第一衬底上依次形成非掺杂层、N型半导体层、量子阱发光层和P型半导体层；形成开槽，该开槽从该P型半导体层表面延伸到该N型半导体层表面或延伸到该N型半导体层中，开槽后剩余的P型半导体层、量子阱发光层及N型半导体层分别为P型半导体部、量子阱发光部及N型半导体部；在该P型半导体部上形成P型欧姆接触层；在该开槽的侧壁和该P型欧姆接触层上形成绝缘介质膜；在该开槽底部的N型半导体部以及该绝缘介质膜上形成金属层；在该金属层上形成支撑衬底；去除第一衬底；形成第一盲孔和第二盲孔，该第一盲孔从该非掺杂层表面延伸到该P型欧姆接触层表面，该第二盲孔从该非掺杂层表面延伸到该金属层表面；在露出的P型欧姆接触层以及金属层上，分别形成P型及N型压焊部。

可选地，该金属层被形成为由N型欧姆接触层和位于N型欧姆接触层上的隔离层构成。

可选地，该支撑衬底被形成为由金属支撑层和其上的高阻支撑层组成。

可选地，该方法还包括在该非掺杂层表面上形成用于提高光提取效率的结构。

本发明第四方面涉及一种发光二极管模块的制作方法，其包括：根据第三方面所述方法制作半导体二极管；将多个该发光二极管设置在支撑基板上；将该多个发光二极管用连接导线串联或并联连接在一起。

由于本发明的发光二极管的P型压焊部与N型压焊点部均处于芯片同侧，当将本发明的发光二极管安装在支撑基板上制作发光二极管模块时，容易通过连接导线进行串联(并联也是如此)，并且，不要求支撑基板必须绝缘，更不用在其上制作电路，有利于多芯片集成，降低封装应用成本。另外，P型压焊部与N型压焊部都设置在金属层上，电流都在欧姆接触层及复合金属层内扩展，电流扩展更均匀，可进一步提高发光二极管的光提取效率。

附图说明

以下参照附图来详细说明本发明的技术方案，其中：

图1A-1C为现有技术中薄膜结构发光二极管的剖视图；

图1D为将图1C所示的发光二极管进行串联的示意图；

图2-图6为制作本发明发光二极管的步骤对应的结构剖视图；

图7为图6的简化形式；以及

图8为将图7所示的本发明的发光二极管进行串联的示意图。

具体实施方式

以下，通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在附图中示出了根据本发明实施例的层结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

参看图2-图6，说明本发明薄膜结构发光二极管的制备方法。

如图2所示，提供第一衬底202。第一衬底202的材料可以是砷化镓、硅、蓝宝石或者碳化硅单晶。

在第一衬底202上依次形成非掺杂层204、N型半导体层206、量子阱发光层208和P型半导体层210。形成这些层的方法是本领域技术人员所熟知的，例如金属有机化学气相沉积。这些层的厚度优选为3-10μm。

如图3所示，形成开槽，该开槽从P型半导体层210表面经过量子阱发光层208延伸到N型半导体层206表面或延伸到N型半导体层206中。开槽后剩余的P型半导体层、量子阱发光层及N型半导体层分别可以称为P型半导体部、量子阱发光部及N型半导体部。形成开槽的方法例如采用常规半导体光刻及干法刻蚀或湿法腐蚀的办法，部分刻蚀P型半导体层210和量子阱发光层208停止在N型半导体层206表面或N型半导体层206内。

如图4所示，在剩余P型半导体层(即P型半导体部)上形成P型欧姆接触层212。形成P型欧姆接触层的方法例如采用光刻及蒸镀或溅镀的方法在剩余P型半导体层上，镀高反射P型欧姆接触层212。高反射P型欧姆接触层212可以由Al、Ag、Ti、Cr、Ni、Au等一种或多种金属构成。

在开槽的侧壁和P型欧姆接触层212上形成绝缘介质膜214。该绝缘介质膜214覆盖开槽的侧壁(也即N型半导体部、量子阱发光部及P型半导体部的侧壁)以及P型欧姆接触层212上，但仍露出开槽内的N型半导体部表面。绝缘介质膜214可以是氧化硅、氮化硅或者其它聚合物薄膜。形成绝缘介质膜的方法可以通过在已形成的结构上沉积绝缘介质，并去除开槽底部的N型半导体部上的绝缘介质。

在开槽底部的N型半导体部以及绝缘介质膜214上形成金属层216，与N型半导体部形成欧姆接触。形成金属层216的方法例如采用蒸镀或者溅镀的办法。

优选地，金属层216由N型欧姆接触层(未示出)和位于N型欧姆接触层上的隔离层(未示出)构成。N型欧姆接触层由Al、Ag、Ti、Cr、Ni、Au等一种或多种金属构成。隔离层由W、TiW、Ta、TaN、Ni、Ti、Cr、Au、Cu等一种或多种金属构成。

如图5所示，在金属层216上形成金属支撑层218。形成金属支撑层218例如采用化学镀或者电镀的办法在金属层216上镀一定厚度的金属并平坦化。金属支撑层218可采用铬、铜、镍、钼铜、钨铜以及其中两种或多种材料的组合。金属支撑层厚度可以在30μm-80μm之间。

在金属支撑层218上制作高阻支撑层220。形成高阻支撑层220的方法例如采用晶片键合的方法。高阻支撑层220可以是氧化铝片、氮化铝片、碳硅片化硅片、表面附着绝缘层的金属片等。

金属支撑层218与高阻支撑层220可合称为支撑衬底。

去除第一衬底202。比较图4和5可知，图5中所示为已经去除了第一衬底、并将所得到的结构倒置的视图。去除第一衬底例如采用衬底剥离、化学腐蚀或者机械研磨的办法。

形成第一盲孔和第二盲孔，该第一盲孔从非掺杂层204表面延伸到P型欧姆接触层212表面，以露出P型欧姆接触层212；该第二盲孔从非掺杂层204表面延伸到金属层216表面，以露出金属层216。形成第一盲孔和第二盲孔的方法例如采用光刻与干法刻蚀或湿法腐蚀的办法。其中第一盲孔和第二盲孔通过选择对金属和半导体材料具有较高选择比的干法刻蚀气体或湿法腐蚀液体可以在同一次干法刻蚀或湿法腐蚀步骤中形成。

可选地，如图6所示，可以采用腐蚀或刻蚀的办法在非掺杂层204表面形成粗化图形222，使得原本平坦的非掺杂层变粗糙，可提高发光二极管的光提取效率。这样的微结构可以呈凹坑状、凸球面状或者锯齿形。

然后，在露出的P型欧姆接触层212以及金属层216上，分别形成P型及N型压焊部224和226。

参看图6，本发明的发光二极管200包括非掺杂层204；依次形成在非掺杂层204上的N型半导体层206、量子阱发光层208以及P型半导体层210；开槽，从P型半导体层表面延伸到N型半导体层表面或延伸到N型半导体层中，开槽后剩余的P型半导体层、量子阱发光层及N型半导体层分别为P型半导体部206、量子阱发光部208及N型半导体部210；P型欧姆接触层212，形成在P型半导体部206上；绝缘介质膜214，形成在开槽的侧壁和P型欧姆接触层212上；金属层216，形成在开槽底部的N型半导体部210以及绝缘介质膜214上；支撑衬底，形成在所述金属层216上；第一盲孔和第二盲孔，该第一盲孔从非掺杂层204表面延伸到P型欧姆接触层212表面；该第二盲孔从非掺杂层204表面延伸到金属层216表面；P型及N型压焊部224和226，分别形成在露出的P型欧姆接触层212以及金属层216上。

可选地，本发明的发光二极管的金属层216由N型欧姆接触层(未示出)和位于N型欧姆接触层上的隔离层(未示出)构成。N型欧姆接触层由Al、Ag、Ti、Cr、Ni、Au等一种或多种金属构成。隔离层由W、TiW、Ta、TaN、Ni、Ti、Cr、Au、Cu等一种或多种金属构成。

可选地，本发明的支撑衬底由金属支撑层218和其上的高阻支撑层220组成。

可选地，本发明的发光二极管还包括粗化图形222，形成在非掺杂层204表面，使得原本平坦的非掺杂层变粗糙，可提高发光二极管的光提取效率。这样的微结构可以呈凹坑状、凸球面状或者锯齿形。

图7为图6所示结构的简化形式，其中仅仅示出了支撑层220、P型压焊部224及N型压焊部226。可以清楚地看到，P型压焊部与N型压焊点部都设置在发光二极管芯片的同侧。

相比于图1D所示的结构，如图8所示，由于P型压焊部与N型压焊点部均处于芯片同侧，当将本发明的发光二极管安装在支撑基板230上时，容易通过连接导线232进行串联(并联也是如此)，并且，不要求支撑基板230必须绝缘，更不用在其上制作电路，有利于多芯片集成，降低封装应用成本。另外，P型压焊部与N型压焊部都设置在金属层上，电流都在欧姆接触层212及复合金属层216内扩展，电流扩展更均匀，可进一步提高发光二极管的光提取效率。

尽管已详细说明了本发明的一个或多个实施例，但是技术人员将理解，可以在不偏离在随后权利要求中提出的本发明的范围的情况下对这些实施例做出修改和变化。

Claims (10)

1.一种发光二极管，其特征在于，该发光二极管包括：

非掺杂层；

依次形成在该非掺杂层上的N型半导体层、量子阱发光层以及P型半导体层；

开槽，从该P型半导体层表面延伸到该N型半导体层表面或延伸到该N型半导体层中，开槽后剩余的P型半导体层、量子阱发光层及N型半导体层分别为P型半导体部、量子阱发光部及N型半导体部；

P型欧姆接触层，形成在该P型半导体部上；

绝缘介质膜，形成在该开槽的侧壁和该P型欧姆接触层上；

金属层，形成在该开槽底部的N型半导体部以及该绝缘介质膜上；

支撑衬底，形成在该金属层上；

第一盲孔和第二盲孔，该第一盲孔从非掺杂层表面延伸到P型欧姆接触层表面，该第二盲孔从非掺杂层表面延伸到金属层表面；

P型及N型压焊部，分别形成在露出的P型欧姆接触层以及金属层上。

2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该金属层由N型欧姆接触层和位于N型欧姆接触层上的隔离层构成。

3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该支撑衬底由金属支撑层和其上的高阻支撑层组成。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的发光二极管，其特征在于，该发光二极管还包括用于提高光提取效率的结构，形成在该非掺杂层表面上。

5.一种发光二极管模块，包括：

支撑基板；

多个根据权利要求1-4中任一项所述的发光二极管，该多个发光二极管设置在该支撑基板上；

连接导线，用于将该多个发光二极管串联或并联连接在一起。

6.一种发光二极管的制作方法，其特征在于，该方法包括：

提供第一衬底；

在第一衬底上依次形成非掺杂层、N型半导体层、量子阱发光层和P型半导体层；

形成开槽，该开槽从该P型半导体层表面延伸到该N型半导体层表面或延伸到该N型半导体层中，开槽后剩余的P型半导体层、量子阱发光层及N型半导体层分别为P型半导体部、量子阱发光部及N型半导体部；

在该P型半导体部上形成P型欧姆接触层；

在该开槽的侧壁和该P型欧姆接触层上形成绝缘介质膜；

在该开槽底部的N型半导体部以及该绝缘介质膜上形成金属层；

在该金属层上形成支撑衬底；

去除第一衬底；

形成第一盲孔和第二盲孔，该第一盲孔从该非掺杂层表面延伸到该P型欧姆接触层表面，该第二盲孔从该非掺杂层表面延伸到该金属层表面；

在露出的P型欧姆接触层以及金属层上，分别形成P型及N型压焊部。

7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，该金属层被形成为由N型欧姆接触层和位于N型欧姆接触层上的隔离层构成。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该支撑衬底被形成为由金属支撑层和其上的高阻支撑层组成。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括在该非掺杂层表面上形成用于提高光提取效率的结构。

10.一种发光二极管模块的制作方法，其特征在于，该方法包括：

根据权利要求6-9中任一项所述方法制作半导体二极管；

将多个该发光二极管设置在支撑基板上；

将该多个发光二极管用连接导线串联或并联连接在一起。