CN112038457A - 一种倒装红光led芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种倒装红光LED芯片及其制作方法，通过在所述p‑GaP窗口层表面沉积第一ITO层，使所述第一ITO层搭配所述p‑GaP窗口层，可减薄所述p‑GaP窗口层的厚度，从而在解决因p‑GaP窗口层太厚导致的吸光问题的同时，还保证了其电流在LED芯片的P面扩展的均匀性；同时，通过所述发光台面的水平裸露面沉积形成第二ITO层，可减薄所述n‑AlGaInP扩展层的厚度，从而在解决因n‑AlGaInP扩展层太厚导致的吸光问题的同时，还保证了其电流在LED芯片的N面扩展的均匀性，进而提高LED芯片的出光率。其次，本发明采用蒸镀与沉积相结合的方法制作复合键合层，既能获得高的制作效率又具有良好的键合率。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管领域，尤其涉及一种倒装红光LED芯片及其制作方法。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)是一种能将电能直接转换为光能的半导体器件，属于固态冷光源。LED固有物理特性使其能够在低电压/电流下工作，具有发光效率高、体积小、寿命长节能等特点。其本身不含汞、铅等有害物质，不会在生产使用中对外界产生污染。因此，LED现已成为交通显示、医疗照明、投影、军事通信等领域的核心发光器件。随着微投影、微显示等概念的提出，科研人员的关注点逐渐由大尺寸器件向微小型器件转移。近年来，微型LED在汽车，可穿戴设备，军事应用，生物传感器，光学生物芯片，微型集成全色系列显示器(集成红、绿、蓝色三种颜色波段)领域极具潜在应用价值。
红光LED芯片一般由AlGaInP四元材料制备而成，为满足外延层生长晶格的匹配，通常选用GaAs作为外延衬底材料。但是GaAs能隙比较小，对于AlGaInP发出光具有吸收作用，因此限制了红色LED的光提取率。GaAs衬底吸收的光能最终转换成热能，使器件阱层内部非辐射复合中心数量增加，导致芯片辐射复合产生的光子数量比例下降，器件的电光转换效率降低。
目前常见的倒装结构的LED芯片为水平同侧电极结构，是将红光LED外延层通过键合的方发转移至透明的蓝宝石衬底上，制作的倒装LED芯片，不但可以提高电光转换效率，还能与蓝绿倒装芯片形成良好的匹配，使微型全色LED阵列的制作工艺得以简化，从而降低器件的制作成本。
作为最新一代的技术，红黄光AlGaInP基的Flip-Chip技术目前处于刚开发应用阶段，技术开发及产品良率、市场应用等需要等待进一步的发展成熟。其中，倒装LED芯片N、P电极在同一平面，电流横向扩展较差产生电流拥挤效应，既制约发光面积的利用率又导致局部温度升高，直接加快了LED芯片老化速度；为改善电流扩展通常采用较厚的GaP，然而过厚的GaP层会吸光，致使出光效率低，还会增加生产成本；另一方面出光角度的大小将直接决定芯片的多项光学性能，比如RGB品质、光学效率以及高亮度饱和等特性。出光性差的话，在实际使用中很容易出现光不均匀以及显示效果差的情况，为了能够获得具备大角度的出光能力、混光度均匀性的倒装LED芯片，因此有必要对倒装红光LED芯片进行研究改进。
有鉴于此，本发明人专门设计了一种倒装红光LED芯片及其制作方法，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种倒装红光LED芯片及其制作方法，以解决现有技术中倒装红光LED芯片的电流扩展效果差及因p-GaP窗口层太厚导致的吸光问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种倒装红光LED芯片的制作方法，所述制作方法包括如下步骤：
S01、在临时衬底上生长外延叠层，所述外延叠层至少包括沿生长方向依次堆叠的n-AlGaInP扩展层、n-AlInP限制层、有源层、p-AlInP限制层、p-GaP窗口层；
S02、在所述p-GaP窗口层表面沉积第一ITO层；
S03、在所述第一ITO层上蒸镀形成第一SiO2键合层；
S04、将永久衬底抛光并在表面沉积形成第二SiO2键合层后，将其与所述外延叠层进行键合；
S05、剥离所述临时衬底；
S06、通过ICP刻蚀至部分所述p-GaP窗口层，形成发光台面；
S07、在所述发光台面的水平裸露面沉积形成第二ITO层，并裸露部分所述n-AlGaInP扩展层；
S08、在所述n-AlGaInP扩展层的裸露面蒸镀形成第二电极；
S09、在所述p-GaP窗口层的裸露面蒸镀形成第一电极；
S10、沉积形成一隔离层，所述隔离层覆盖所述外延叠层背离所述永久衬底一侧的裸露面；
S11、切割、裂片，取得LED芯片。
优选地，所述步骤S02包括：粗化所述p-GaP窗口层，并在所述p-GaP窗口层的粗化表面沉积所述第一ITO层。
优选地，所述步骤S11还包括对经切割、裂片所取得的LED芯片进行激光切割，使所述永久衬底通过激光切割形成斜侧壁。
优选地，所述永久衬底包括蓝宝石衬底或SiC衬底。
优选地，在所述n-AlGaInP扩展层及n-AlInP限制层之间设有DBR层。
本发明还提供了一种倒装红光LED芯片，包括：
永久衬底；
外延叠层，所述外延叠层通过所述复合键合层键合形成于所述永久衬底的表面；所述复合键合层包括沿第一方向依次堆叠的第一SiO2键合层和第二SiO2键合层，所述第一SiO2键合层靠近所述永久衬底设置；所述外延叠层至少包括沿第一方向依次堆叠的n-AlGaInP扩展层、n-AlInP限制层、有源层、p-AlInP限制层及p-GaP窗口层，且所述外延叠层的局部区域蚀刻至p-GaP窗口层的表面形成凹槽及发光台面；所述第一方向垂直于所述永久衬底，并由所述外延叠层指向所述永久衬底；
第一ITO层，所述第一ITO层层叠于所述p-GaP窗口层背离所述p-AlInP限制层的一层表面，且所述第二SiO2键合层设置于所述第一ITO层背离所述p-GaP窗口层的一侧表面；
第二ITO层，所述第二ITO层沉积于所述发光台面的水平表面并裸露部分所述n-AlGaInP扩展层；
第一电极，所述第一电极层叠于所述p-GaP窗口层的裸露面；
第二电极，所述第二电极层叠于所述n-AlGaInP扩展层的裸露面；
隔离层，所述隔离层覆盖所述外延叠层背离所述永久衬底一侧的裸露面。
优选地，所述第二SiO2键合层的粘附性大于所述第一SiO2键合层的粘附性。
优选地，所述p-GaP窗口层具有粗化表面，所述第一ITO层层叠于所述粗化表面。
优选地，所述永久衬底具有斜侧壁。
优选地，在所述n-AlGaInP扩展层及n-AlInP限制层之间设有DBR层。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的倒装红光LED芯片及其制作方法，首先，通过在所述p-GaP窗口层表面沉积第一ITO层，使所述第一ITO层搭配所述p-GaP窗口层，可减薄所述p-GaP窗口层的厚度，从而在解决因p-GaP窗口层太厚导致的吸光问题的同时，还保证了其电流在LED芯片的P面扩展的均匀性；同时，通过所述发光台面的水平裸露面沉积形成第二ITO层，可减薄所述n-AlGaInP扩展层的厚度，从而在解决因n-AlGaInP扩展层太厚导致的吸光问题的同时，还保证了其电流在LED芯片的N面扩展的均匀性，进而提高LED芯片的出光率。其次，由于蒸镀工艺的腔体较大、具备较好的制作效率，而沉积工艺属于化学气相沉积的薄膜生长，分子内部形成的化学键相比属于物理沉积的蒸镀形成的分子间范德华力更加牢固，基于此，本发明提供的倒装红光LED芯片的制作方法，分别在第一ITO层上通过蒸镀工艺快速形成所述第一SiO2键合层、在永久衬底表面通过沉积工艺过程的精准可控性形成具有较好粘附性的所述第二SiO2键合层；因此，采用蒸镀与沉积相结合的方法制作复合键合层，既能获得高的制作效率又具有良好的键合率。进一步地，粗化所述p-GaP窗口层，使所述p-GaP窗口层形成粗化表面，解决p-GaP窗口层与空气折射率差异较大、全反射角过小的问题。
进一步地，所述永久衬底通过激光切割形成斜侧壁，通过简单的用激光切割去除永久衬底的边缘，使倒装LED芯片具备大角度的出光能力。
最后，在所述n-AlGaInP扩展层及n-AlInP限制层之间设有DBR层，通过DBR层配合所述p-GaP窗口层的粗化表面，藉以提高倒装红光LED芯片的电光转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1.1至图1.11为本发明实施例所提供的倒装红光LED芯片的制作方法步骤所对应的结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的倒装红光LED芯片的结构示意图；
图中符号说明：1、永久衬底，1.1、临时衬底，2、复合键合层，2.1、第一SiO2键合层，2.2、第二SiO2键合层，3、第一ITO层，4、隔离层，5、外延叠层，5.1、p-GaP窗口层，5.2、p-AlInP限制层，5.3、有源层，5.4、n-AlInP限制层，5.5、DBR层，5.6、n-AlGaInP扩展层，5.7、发光台面，5.8、凹槽，6、第二ITO层，7、第二电极，8、第一电极。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清晰，下面结合附图对本发明的内容作进一步说明。本发明不局限于该具体实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种倒装红光LED芯片的制作方法，制作方法包括如下步骤：
S01、如图1.1所示，在临时衬底1.1上生长外延叠层5，外延叠层5至少包括沿生长方向依次堆叠的n-AlGaInP扩展层5.6、n-AlInP限制层5.4、有源层5.3、p-AlInP限制层5.2、p-GaP窗口层5.1；
S02、如图1.3所示，在p-GaP窗口层5.1表面沉积第一ITO层3；
S03、如图1.4所示，在第一ITO层3上蒸镀形成第一SiO2键合层2.1；
S04、如图1.5及图1.6所示，将永久衬底1抛光并在表面沉积形成第二SiO2键合层2.2后，将其与外延叠层5进行键合；
S05、如图1.7所示，剥离临时衬底1.1；
S06、如图1.8所示，通过ICP刻蚀至部分p-GaP窗口层5.1，形成发光台面5.7及凹槽5.8；
S07、如图1.9所示，在发光台面5.7的水平裸露面沉积形成第二ITO层6，并裸露部分n-AlGaInP扩展层；
S08、如图1.10所示，在n-AlGaInP扩展层5.6的裸露面蒸镀形成第二电极7；
S09、如图1.10所示，在p-GaP窗口层5.1的裸露面蒸镀形成第一电极8；
S10、如图1.11所示，沉积形成一隔离层4，隔离层4覆盖外延叠层5背离永久衬底1一侧的裸露面；
S11、切割、裂片，取得LED芯片。
本发明实施例中，如图1.2及图1.3所示，步骤S02包括：粗化p-GaP窗口层5.1，并在p-GaP窗口层5.1的粗化表面沉积第一ITO层3。
本发明实施例中，步骤S11还包括对经切割、裂片所取得的LED芯片进行激光切割，使永久衬底1通过激光切割形成斜侧壁。
本发明实施例中，永久衬底1包括蓝宝石衬底或SiC衬底。
本发明实施例中，在n-AlGaInP扩展层5.6及n-AlInP限制层5.4之间设有DBR层5.5。
本实施例还提供了一种倒装红光LED芯片，如图2所示，包括：
永久衬底1；
外延叠层5，外延叠层5通过复合键合层2键合形成于永久衬底1的表面；复合键合层2包括沿第一方向依次堆叠的第一SiO2键合层2.1和第二SiO2键合层2.2，第一SiO2键合层2.1靠近永久衬底1设置；外延叠层5至少包括沿第一方向依次堆叠的n-AlGaInP扩展层5.6、n-AlInP限制层5.4、有源层5.3、p-AlInP限制层5.2及p-GaP窗口层5.1，且外延叠层5的局部区域蚀刻至p-GaP窗口层5.1的表面形成凹槽5.8及发光台面5.7；第一方向垂直于永久衬底1，并由外延叠层5指向永久衬底1；
第一ITO层3，第一ITO层3层叠于p-GaP窗口层5.1背离p-AlInP限制层5.2的一层表面，且第二SiO2键合层2.2设置于第一ITO层3背离p-GaP窗口层5.1的一侧表面；
第二ITO层6，第二ITO层6沉积于发光台面5.7的水平表面并裸露部分n-AlGaInP扩展层5.6；
第一电极7，第一电极7层叠于p-GaP窗口层5.1的裸露面；
第二电极8，第二电极8层叠于n-AlGaInP扩展层5.6的裸露面；
隔离层4，隔离层4覆盖外延叠层5背离永久衬底1一侧的裸露面。
本发明实施例中，，第二SiO2键合层2.2的粘附性大于第一SiO2键合层2.1的粘附性。
本发明实施例中，p-GaP窗口层5.1具有粗化表面，第一ITO层3层叠于粗化表面。
本发明实施例中，永久衬底1具有斜侧壁。
需要说明的是，本实施例不限定所述斜侧壁的具体倾斜角。
本发明实施例中，在n-AlGaInP扩展层5.6及n-AlInP限制层5.4之间设有DBR层5.5。
经由上述的技术方案可知，本实施例提供的倒装红光LED芯片及其制作方法，首先，通过在p-GaP窗口层5.1表面沉积第一ITO层3，使第一ITO层3搭配p-GaP窗口层5.1，可减薄p-GaP窗口层5.1的厚度，从而在解决因p-GaP窗口层5.1太厚导致的吸光问题的同时，还保证了其电流在LED芯片的P面扩展的均匀性；同时，通过发光台面5.7的水平裸露面沉积形成第二ITO层6，可减薄n-AlGaInP扩展层5.6的厚度，从而在解决因n-AlGaInP扩展层5.6太厚导致的吸光问题的同时，还保证了其电流在LED芯片的N面扩展的均匀性，进而提高LED芯片的出光率。其次，由于蒸镀工艺的腔体较大、具备较好的制作效率，而沉积工艺属于化学气相沉积的薄膜生长，分子内部形成的化学键相比属于物理沉积的蒸镀形成的分子间范德华力更加牢固，基于此，本发明提供的倒装红光LED芯片的制作方法，分别在第一ITO层3上通过蒸镀工艺快速形成第一SiO2键合层2.1、在永久衬底1表面通过沉积工艺过程的精准可控性形成具有较好粘附性的第二SiO2键合层2.2；因此，采用蒸镀与沉积相结合的方法制作复合键合层2，既能获得高的制作效率又具有良好的键合率。
进一步地，粗化p-GaP窗口层5.1，使p-GaP窗口层5.1形成粗化表面，解决p-GaP窗口层5.1与空气折射率差异较大、全反射角过小的问题。
进一步地，永久衬底1通过激光切割形成斜侧壁，通过简单的用激光切割去除永久衬底1的边缘，使倒装LED芯片具备大角度的出光能力。
最后，在n-AlGaInP扩展层5.6及n-AlInP限制层5.4之间设有DBR层5.5，通过DBR层5.5配合p-GaP窗口层5.1的粗化表面，藉以提高倒装红光LED芯片的电光转换效率。
本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种倒装红光LED芯片的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括如下步骤：
S01、在临时衬底上生长外延叠层，所述外延叠层至少包括沿生长方向依次堆叠的n-AlGaInP扩展层、n-AlInP限制层、有源层、p-AlInP限制层、p-GaP窗口层；
S02、在所述p-GaP窗口层表面沉积第一ITO层；
S03、在所述第一ITO层上蒸镀形成第一SiO2键合层；
S04、将永久衬底抛光并在表面沉积形成第二SiO2键合层后，将其与所述外延叠层进行键合；
S05、剥离所述临时衬底；
S06、通过ICP刻蚀至部分所述p-GaP窗口层，形成发光台面；
S07、在所述发光台面的水平裸露面沉积形成第二ITO层，并裸露部分所述n-AlGaInP扩展层；
S08、在所述n-AlGaInP扩展层的裸露面蒸镀形成第二电极；
S09、在所述p-GaP窗口层的裸露面蒸镀形成第一电极；
S10、沉积形成一隔离层，所述隔离层覆盖所述外延叠层背离所述永久衬底一侧的裸露面；
S11、切割、裂片，取得LED芯片。
2.根据权利要求1所述的倒装红光LED芯片的制作方法，其特征在于，所述步骤S02包括：粗化所述p-GaP窗口层，并在所述p-GaP窗口层的粗化表面沉积所述第一ITO层。
3.根据权利要求1所述的倒装红光LED芯片的制作方法，其特征在于，所述步骤S11还包括对经切割、裂片所取得的LED芯片进行激光切割，使所述永久衬底通过激光切割形成斜侧壁。
4.根据权利要求1所述的倒装红光LED芯片的制作方法，其特征在于，所述永久衬底包括蓝宝石衬底或SiC衬底。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的倒装红光LED芯片的制作方法，其特征在于，在所述n-AlGaInP扩展层及n-AlInP限制层之间设有DBR层。
6.一种倒装红光LED芯片，其特征在于，包括：
永久衬底；
外延叠层，所述外延叠层通过所述复合键合层键合形成于所述永久衬底的表面；所述复合键合层包括沿第一方向依次堆叠的第一SiO2键合层和第二SiO2键合层，所述第一SiO2键合层靠近所述永久衬底设置；所述外延叠层至少包括沿第一方向依次堆叠的n-AlGaInP扩展层、n-AlInP限制层、有源层、p-AlInP限制层及p-GaP窗口层，且所述外延叠层的局部区域蚀刻至p-GaP窗口层的表面形成凹槽及发光台面；所述第一方向垂直于所述永久衬底，并由所述外延叠层指向所述永久衬底；
第一ITO层，所述第一ITO层层叠于所述p-GaP窗口层背离所述p-AlInP限制层的一层表面，且所述第二SiO2键合层设置于所述第一ITO层背离所述p-GaP窗口层的一侧表面；
第二ITO层，所述第二ITO层沉积于所述发光台面的水平表面并裸露部分所述n-AlGaInP扩展层；
第一电极，所述第一电极层叠于所述p-GaP窗口层的裸露面；
第二电极，所述第二电极层叠于所述n-AlGaInP扩展层的裸露面；
隔离层，所述隔离层覆盖所述外延叠层背离所述永久衬底一侧的裸露面。
7.根据权利要求6所述的倒装红光LED芯片，其特征在于，所述第二SiO2键合层的粘附性大于所述第一SiO2键合层的粘附性。
8.根据权利要求6所述的倒装红光LED芯片，其特征在于，所述p-GaP窗口层具有粗化表面，所述第一ITO层层叠于所述粗化表面。
9.根据权利要求6所述的倒装红光LED芯片，其特征在于，所述永久衬底具有斜侧壁。
10.根据权利要求6所述的倒装红光LED芯片，其特征在于，在所述n-AlGaInP扩展层及n-AlInP限制层之间设有DBR层。
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