CN108365056A - 一种垂直结构发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种垂直结构发光二极管及其制造方法,在生长衬底上形成掺杂氮化镓层,在掺杂氮化镓层上形成N型氮化镓层,在N型氮化镓层上形成多量子阱层,在多量子阱层上形成P型氮化镓层,在外延层上形成功能层,去除生长衬底,并将键合衬底与功能层键合,刻蚀掺杂氮化镓层,暴露出N型氮化镓层,并对暴露出的N型氮化镓层进行表面粗化处理,在N型氮化镓层上形成多层结构N型电极,该N型电极的顶层材质为Al。本发明在N型电极的顶层电极层采用铝材质,增强了LED晶片与荧光粉之间的粘附力,改善了荧光粉脱落的问题,减少了异常,提高了产品品质。
Description
技术领域
本发明涉及一种垂直结构发光二极管及其制造方法。
背景技术
LED芯片是一种固态的半导体发光器件,也称为LED发光二极管、LED芯片二极管、LED发光芯片,具有能耗低,体积小、寿命长,稳定性好,响应快,发光波长稳定等光电性能特点,是LED灯的核心组件,目前已经在照明、家电、显示屏、指示灯等领域有广范的应用。其主要功能是可以直接将电能转化为光能,LED芯片的主要材料为单晶硅。半导体晶片由两部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一部分是N型半导体,在其中主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理。
LED芯片有两种基本结构,横向结构(Lateral)和垂直结构(Vertical)。横向结构LED芯片的两个电极位于LED芯片的同一侧,电流在n-和p-类型限制层中横向流动不等的距离。垂直结构的LED芯片的两个电极位于LED外延层的两侧,由于图形化电极和全部的p-类型限制层作为第二电极,使得电流几乎全部垂直流过LED外延层,减少了横向流动的电流,可以改善横向结构的电流分布问题,提高发光效率,也可以解决P极的遮光问题,提升LED的发光面积。基垂直结构LED具有散热好,能够承载大电流,发光强度高,耗电量小、寿命长等优点,在通用照明、景观照明、特种照明、汽车照明中被广泛应用。GaN基垂直结构LED是半导体器件的研究热点。
如图1所示,是典型的垂直结构LED晶片的结构示意图,衬底1上设置有功能层2,功能层上设置有外延层。功能层包含设置在衬底1上的阻挡层(Barrier)201,设置在阻挡层201上的反射层(REF)202,以及设置在反射层202上的欧姆接触层(ITO)203。外延层包含设置在欧姆接触层203上的P型氮化镓层(P-GaN)3,设置在P型氮化镓层3上的多量子阱层(MQW)4,以及设置在多量子阱层4上的N型氮化镓层(N-GaN)5。N型电极(N-Pad)6设置在N型氮化镓层5上。
N型电极结构一般采用金属或合金材料,可以设置为多层结构,最上层采用贵金属金(Au)。在白光封装工艺中,在LED晶片上涂布荧光粉需要使用硅胶(一种有机硅),有机硅与Au金属的黏附性较差,在后续工艺中易发生荧光粉涂层脱落的情况,降低了产品品质。
发明内容
本发明提供一种垂直结构发光二极管及其制造方法,增强了LED晶片与荧光粉之间的粘附力,改善了荧光粉脱落的问题,减少了异常,提高了产品品质。
为了达到上述目的,本发明提供一种垂直结构发光二极管制造方法,包含以下步骤:
步骤S1、在生长衬底上形成外延层;
外延层包含形成在生长衬底的掺杂氮化镓层,形成在掺杂氮化镓层上的N型氮化镓层,形成在N型氮化镓层上的多量子阱层,以及形成在多量子阱层上的P型氮化镓层;
步骤S2、在外延层上形成功能层;
步骤S3、去除生长衬底,并将键合衬底与功能层键合;
步骤S4、刻蚀掺杂氮化镓层,暴露出N型氮化镓层,并对暴露出的N型氮化镓层进行表面粗化处理;
步骤S5、在N型氮化镓层上形成多层结构N型电极,该N型电极的顶层材质为Al。
所述的形成多层结构N型电极的方法包含:
在N型氮化镓层上形成第一电极层,第一电极层的材质是Cr;
在第一电极层上形成第二电极层,第二电极层是金属Ti和金属Pt的叠层结构;
在第二电极层上形成第三电极层,第三电极层的材质是Au;
以及在第三电极层上形成顶层电极层,顶层电极层的材质是Al。
所述的顶层电极层的厚度为5~200Å,蒸镀速率为5~15 Å /S。
所述的形成功能层的方法包含:
在P型氮化镓层上形成欧姆接触层;
在欧姆接触层上形成反射层;
以及在反射层上形成阻挡层。
本发明还提供一种垂直结构发光二极管,包含:
键合衬底;
位于键合衬底上的功能层;
位于功能层上的外延层,该外延层包含位于功能层上的P型氮化镓层,位于P型氮化镓层上的多量子阱层,以及位于多量子阱层上的N型氮化镓层;
位于外延层上的多层结构N型电极,该N型电极的顶层材质为Al。
所述的功能层包含:
位于键合衬底上的阻挡层;
位于阻挡层上的反射层;
以及位于反射层上的欧姆接触层。
所述的N型电极包含:
位于N型氮化镓层上的第一电极层,第一电极层的材质是Cr;
位于第一电极层上的第二电极层,第二电极层是金属Ti和金属Pt的叠层结构;
位于第二电极层上的第三电极层,第三电极层的材质是Au;
以及位于第三电极层上的顶层电极层,顶层电极层的材质是Al。
所述的顶层电极层的厚度为5~200Å,蒸镀速率为5~15 Å /S。
本发明在N型电极的顶层电极层采用铝材质,增强了LED晶片与荧光粉之间的粘附力,改善了荧光粉脱落的问题,减少了异常,提高了产品品质。
附图说明
图1是背景技术中垂直结构LED的结构示意图。
图2是本发明提供的一种垂直结构发光二极管制造方法的流程图。
图3是本发明实施例中形成外延层的示意图。
图4是本发明实施例中提供的一种垂直结构发光二极管的结构示意图。
图5是本发明中N型电极的结构示意图。
具体实施方式
以下根据图2~图5,具体说明本发明的较佳实施例。
如图2所示,本发明提供一种垂直结构发光二极管制造方法,包含以下步骤:
步骤S1、在生长衬底8上形成外延层;
外延层包含形成在生长衬底8的掺杂氮化镓层9,形成在掺杂氮化镓层9上的N型氮化镓层5,形成在N型氮化镓层5上的多量子阱层4,以及形成在多量子阱层4上的P型氮化镓层3;
步骤S2、在外延层上形成功能层;
功能层包含形成在P型氮化镓层3上的欧姆接触层203,形成在欧姆接触层203上的反射层202,以及形成在反射层202上的阻挡层201;
步骤S3、去除生长衬底8,并将键合衬底1与功能层键合;
步骤S4、刻蚀掺杂氮化镓层9,暴露出N型氮化镓层5,并对暴露出的N型氮化镓层5进行表面粗化处理;
步骤S5、在N型氮化镓层5上形成多层结构N型电极6,该N型电极6的顶层电极层604的材质为铝(Al)。
进一步地,该顶层电极层604的厚度为5~200Å,蒸镀速率为5~15埃/秒(Å /S)。
在本发明的一个实施例中,如图3所示,首先提供一生长衬底8,生长衬底8 可以为蓝宝石衬底、硅衬底、碳化硅衬底或图形化衬底。在该生长衬底8上形成外延层。采用MOCVD金属有机气相沉积/MBE分子束外延等生长方法在生长衬底8上依次形成掺杂氮化镓层9、N型氮化镓层5、多量子阱层4和P型氮化镓层3。
在P型氮化镓层3上形成功能层2。首先,在P型氮化镓层3上形成欧姆接触层203,欧姆接触层203的材料包含氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)或掺铝氧化锌(AZO)等低电阻,高透光率的氧化物,可以通过溅射(Sputter)方式或者等离子辅助沉积(RPD)方式形成。继续在欧姆接触层203上形成反射层202,反射层202的材料包含银(Ag)、铝(Al)或铑(Rh)等高反射率金属。最后在欧姆接触层203上形成阻挡层201,所述阻挡层201的材料包含氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)或氮化硅(SiN),可以通过CVD工艺进行沉积,然后经过光刻刻蚀工艺之后得到具有所需图形的阻挡层201。
提供一键合衬底1,键合衬底1的材质为Si、Cu 或MoCu 等导电且散热良好的衬底,将该键合衬底1与阻挡层201键合,并去除生长衬底8,可以采用激光剥离或化学剥离去除所述生长衬底8。
对掺杂氮化镓层9进行整面刻蚀或者图形化刻蚀,暴露出N型氮化镓层5。对暴露出的N型氮化镓层5进行表面粗化处理,增加N型氮化镓层5的表面积,进而增加出光的面积,从而提高垂直型LED 芯片结构的出光效率。这一粗化过程可以利用湿法刻蚀来完成,例如使用的刻蚀液可以是氢氧化钾(KOH)溶液、硫酸(H2SO4)溶液等。
在N型氮化镓层5上,采用电子枪蒸发金属镀膜机通过蒸镀工艺在N型氮化镓层5上形成N型电极6,N型电极6的上表面高于N型氮化镓层5的粗糙上表面以暴露出所述N型电极6。
N型电极6可以为多层结构,每层由不同的金属构成。如图5所示,在本实施例中,首先蒸镀第一电极层601,第一电极层601的材质是铬(Cr),接着在第一电极层601上蒸镀第二电极层602,第二电极层602是金属钛(Ti)和金属铂(Pt)的叠层结构,在该叠层结构中,可以交叠设置多层金属钛和金属铂,继续在第二电极层602上蒸镀第三电极层603,第三电极层603的材质是金(Au),最后在第三电极层603上蒸镀顶层电极层604,顶层电极层604的材质是铝(Al),Al层的蒸镀速率为100Å /S,厚度为10 Å。金属铝增强了LED晶片与荧光粉之间的粘附力,改善了荧光粉脱落的问题,减少了异常,提高了产品品质。
如图4所示,采用上述制造方法获得的垂直结构发光二极管的结构包含:
键合衬底1;
位于键合衬底1上的功能层2,该功能层进一步包含位于键合衬底1上的阻挡层201,位于阻挡层201上的反射层202,以及位于反射层202上的欧姆接触层203;
位于功能层2上的外延层,该外延层进一步包含位于欧姆接触层203上的P型氮化镓层3,位于P型氮化镓层3上的多量子阱层4,以及位于多量子阱层4上的N型氮化镓层5;
位于外延层上的N型电极6,该N型电极进一步包含位于N型氮化镓层5上的第一电极层601,位于第一电极层601上的第二电极层602,位于第二电极层602上的第三电极层603,以及位于第三电极层603上的顶层电极层604,第一电极层601的材质是铬(Cr),第二电极层602是金属Ti和金属Pt的叠层结构,第三电极层603的材质是金(Au),顶层电极层604的材质是铝(Al)。
本发明在N型电极的顶层电极层采用铝材质,增强了LED晶片与荧光粉之间的粘附力,改善了荧光粉脱落的问题,减少了异常,提高了产品品质。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍,但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后,对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此,本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (8)
1.一种垂直结构发光二极管制造方法,其特征在于,包含以下步骤:
步骤S1、在生长衬底上形成外延层;
外延层包含形成在生长衬底的掺杂氮化镓层,形成在掺杂氮化镓层上的N型氮化镓层,形成在N型氮化镓层上的多量子阱层,以及形成在多量子阱层上的P型氮化镓层;
步骤S2、在外延层上形成功能层;
步骤S3、去除生长衬底,并将键合衬底与功能层键合;
步骤S4、刻蚀掺杂氮化镓层,暴露出N型氮化镓层,并对暴露出的N型氮化镓层进行表面粗化处理;
步骤S5、在N型氮化镓层上形成多层结构N型电极,该N型电极的顶层材质为Al。
2.如权利要求1所述的垂直结构发光二极管制造方法,其特征在于,所述的形成多层结构N型电极的方法包含:
在N型氮化镓层上形成第一电极层,第一电极层的材质是Cr;
在第一电极层上形成第二电极层,第二电极层是金属Ti和金属Pt的叠层结构;
在第二电极层上形成第三电极层,第三电极层的材质是Au;
以及在第三电极层上形成顶层电极层,顶层电极层的材质是Al。
3.如权利要求2所述的垂直结构发光二极管制造方法,其特征在于,所述的顶层电极层的厚度为5~200Å,蒸镀速率为5~15 Å /S。
4.如权利要求1所述的垂直结构发光二极管制造方法,其特征在于,所述的形成功能层的方法包含:
在P型氮化镓层上形成欧姆接触层;
在欧姆接触层上形成反射层;
以及在反射层上形成阻挡层。
5.一种垂直结构发光二极管,其特征在于,包含:
键合衬底;
位于键合衬底上的功能层;
位于功能层上的外延层,该外延层包含位于功能层上的P型氮化镓层,位于P型氮化镓层上的多量子阱层,以及位于多量子阱层上的N型氮化镓层;
位于外延层上的多层结构N型电极,该N型电极的顶层材质为Al。
6.如权利要求5所述的垂直结构发光二极管,其特征在于,所述的功能层包含:
位于键合衬底上的阻挡层;
位于阻挡层上的反射层;
以及位于反射层上的欧姆接触层。
7.如权利要求5所述的垂直结构发光二极管,其特征在于,所述的N型电极包含:
位于N型氮化镓层上的第一电极层,第一电极层的材质是Cr;
位于第一电极层上的第二电极层,第二电极层是金属Ti和金属Pt的叠层结构;
位于第二电极层上的第三电极层,第三电极层的材质是Au;
以及位于第三电极层上的顶层电极层,顶层电极层的材质是Al。
8.如权利要求7所述的垂直结构发光二极管,其特征在于,所述的顶层电极层的厚度为5~200Å,蒸镀速率为5~15 Å /S。
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CN201711460134.1A CN108365056A (zh) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | 一种垂直结构发光二极管及其制造方法 |
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