CN204144301U - 一种垂直结构发光二极管 - Google Patents

Abstract

一种垂直结构发光二极管，涉及光电技术领域。本实用新型发光二极管包括从下至上依次叠加的金属支撑衬底、蓝宝石支撑衬底、非掺杂层、N型半导体层、量子阱发光层和P型半导体层。其结构特点是采用薄蓝宝石支撑衬底，同时经由蓝宝石开孔制作N型欧姆接触层并在其上制作金属支撑层。同现有技术相比，本实用新型可增进LED内电流扩展，同时避免剥离衬底过程对芯片的损伤，从而可提高芯片良品率，降低成本。

Description

一种垂直结构发光二极管

技术领域

本实用新型涉及光电器件领域，特别是涉及一种垂直结构发光二极管。 

背景技术

目前在以Ga(Al，In)N为半导体材料所制作的发光二极管(LED)中，垂直结构LED由于半导体界面接近高热导率的衬底材料，比较传统的以蓝宝石为衬底的正装型LED芯片结构具有更高的可靠性及更大的操作功率，受到很大的关注与研究。 

现有技术中，GaN基LED的外延生长多数还是以蓝宝石为生长衬底。然而由于蓝宝石不导电，所以GaN基发光二极管多数采用电极在同一侧的横向结构。对于这种横向结构有以下几个方面的缺点，首先由于p、n电极在发光二极管的同一侧，电流在n-GaN层中横向流动不等距，存在电流拥堵现象，导致局部发热量高，从而可靠性受到影响；其次，横向结构需要刻蚀台面，牺牲了有源区的面积；第三，由于蓝宝石衬底的导热性差(35W/(m·K))，还限制了GaN基发光器件的散热。为了克服以上问题，GaN基垂直结构发光二极管成为近年来研究的热点。 

现有技术中，垂直结构发光二极管利用衬底置换的技术，首先通过键合或电镀的方法将转移衬底(高热导率、高热导率衬底)120与GaN基外延片粘合在一起，然后通过准分子激光剥离的方法去除原先的蓝宝石衬底100，将包含p型层106和n型层104的外延层转移到转移衬底120上，如图1所示。激光剥离技术是指用紫外激光辐照蓝宝石表面，使GaN发生分解，在GaN和蓝宝石界面产生金属镓和氮气，此过程在瞬间产生巨大的冲击波，如此巨大的冲击波很容易对芯片造成损伤，从而会造成可靠性不好和良率低下的问题。 

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提出一种新型垂直结构发光二极管。它能避免剥离蓝宝石衬底，采用分布式通孔N型欧姆接触，可增进LED内电流扩展，同时避免剥离衬底过程对芯片的损伤，从而可提高芯片良品率，降低成本。 

为了达到上述发明目的，本实用新型的技术方案以如下方式实现：.一种垂直结构发光二极管，其包括依次叠加的导电导热的支撑衬底、复合金属层、蓝宝石衬底、非掺杂层、N型半导体层、量子阱发光层、P型半导体层、以及P型电极；所述蓝宝石衬底底部具有开孔至N型半导体层的盲孔，所述复合金属层通过所述盲孔将N型半导体层和支撑衬底电连接。 

所述盲孔与所述P型电极在平行于N型半导体层204的方向上相互交错。 

所述复合金属层包含N型欧姆接触层和隔离层，所述隔离层用于阻止N型欧姆接触层与支 撑衬底之间的扩散。 

所述蓝宝石衬底的厚度为20-300um，优选20-120um。 

所述支撑衬底为金属衬底或半导体衬底，所述支撑衬底的厚度为20-120um，优选为20-50um。 

所述盲孔的形状是圆形、多边形或倒梯形开孔。 

在所述P型电极与P型半导体层之间形成透明导电薄膜，所述透明导电薄膜与P型半导体层形成欧姆接触。 

在上述发光二极管中，所述支撑衬底具有良好的导电导热能力，采用金属、半导体或者这些材料的复合，或者由这些材料组成的多层材料构成。 

在上述发光二极管中，所述N型欧姆接触层与所述N型半导体层有部分区域接触。 

附图说明

图1为现有技术中垂直结构LED的结构示意图； 

图2至图6为制备本实用新型发光二极管的方法步骤示意图。 

具体实施方式

以下，参照附图说明用于实施本实用新型的最佳方式。但是，以下所示的方式仅是对本实用新型的垂直结构的发光二极管及其制造方法的示例，本实用新型并不限于此方式。 

另外，本说明书并没有将权利要求书公开的构件限定于实施方式的构件。特别是，在实施方式中记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其结构顺序和邻接顺序等只要没有具体的限定，就仅作为说明例，而不是将本实用新型的范围限定于此。附图中所示的结构部件的大小和位置关系是为了清楚地进行说明而放大示出。 

实施例1 

图6示出了本实施例的垂直结构发光二极管260，其包含蓝宝石衬底200以及位于蓝宝石衬底200上的非掺杂层202、N型半导体层204、量子阱发光层206和P型半导体层208；在所述蓝宝石衬底200的底部具有盲孔230，所述盲孔230贯穿蓝宝石衬底200和非掺杂层202直至暴露出N型半导体层204，在蓝宝石衬底200底部形成支撑衬底222，该支撑衬底222通过所述盲孔230与N型半导体层204电连接，从而形成垂直结构的发光二极管260。 

在带有盲孔230的蓝宝石衬底200上，具有复合金属层220，复合金属层220由反射型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。反射型N欧姆接触层由Al、Ag、Ti、Cr、Ni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。所述隔离层(未示出)用于阻止N型欧姆接触电极(未示出)与支撑衬底之间的互扩散，也可增加其间的粘附性。 

所述支撑衬底222可以采用金属衬底，半导体衬底，或者其他导电导热的复合衬底。金属衬底优选采用金属铜(Cu)衬底，或钨铜、钼铜等合金衬底，金属衬底采用蒸镀、溅射或电镀方式形成，厚度为20-120um，优选20-50um。 

所述支撑衬底222还可以采用Si、SiGe和GaAs等导电导热的半导体衬底，所述半导体衬底通过键合、导电粘接材料粘合等手段与蓝宝石衬底200连接。 

所述蓝宝石衬底200在具有非掺杂层202一侧可具有微米或纳米尺寸的图形化结构，以增加出光。优选地、蓝宝石衬底200通过机械抛光和研磨等手段减薄到20-300um范围，优选在20-120um之间。 

在形成支撑衬底222之前对于从P型半导体层208一侧出光的发光二极管，在P型半导体层208上还形成透明导电薄膜210，并通过退火使得P型半导体层208与透明导电薄膜210之间合金形成欧姆接触。透明导电薄膜210采用的材料可以是ITO、AZO或CTO等。然后采用常规的光刻镀膜的办法，在透明导电薄膜210上形成P电极图案212。 

所述P电极图案212与蓝宝石衬底200底部的盲孔230在平行于N型半导体层204的方向上相互交错，以获得更好的电流分布。 

所述盲孔230形状可以是圆形、多边形或倒梯形开孔，可通过干法或湿法刻蚀形成，也可通过激光打孔等烧蚀的方法形成。 

实施例2 

参照图2-6说明制作本实用新型所述的发光二极管的步骤。 

首先，选择有图案的蓝宝石衬底200，用金属有机化学气象沉积的设备在蓝宝石衬底200上成长3～10um厚度的外延层，外延层依序为非掺杂层202、N型半导体层204、量子阱发光层206和P型半导体层208； 

采用蒸镀或溅镀等镀膜办法在P型半导体层208上镀一层透明导电薄膜210，并通过退火的方法使透明导电薄膜210与P型半导体层208形成欧姆接触，透明导电薄膜210采用的材料可以是ITO、AZO或CTO等。然后采用常规的光刻镀膜的办法，在210上形成P电极图案212。 

然后，采用常规半导体晶片减薄工艺将蓝宝石层200减薄，使其厚度在20um至300um的范围，优选在20-120um范围内。采用机械、激光、化学腐蚀、等离子增强化学刻蚀或者其中两种及以上的联合的办法，在蓝宝石200上开孔至N型半导体层204形成盲孔230，盲孔230位置与P型电极图案212相互交错，目的是为了获得更好的电流分布。 

最后，采用常规半导体蒸镀或溅镀技术，在带有盲孔230的蓝宝石衬底200上，镀上复合金属层220，复合金属层220由反射型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。反射型N欧姆接触层由Al、Ag、Ti、Cr、Ni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。 

在复合金属层220上形成金属层222，金属层222选用铜、铬、铝、镍、钼、钨、硅、碳化硅中的一种或者几种元素的合金及复合金属材料，通过电镀、化学镀、复合电镀、喷涂或者键合的方式制备而成。 

Claims (9)

1.一种垂直结构发光二极管，其包括依次叠加的导电导热的支撑衬底、复合金属层、蓝宝石衬底、非掺杂层、N型半导体层、量子阱发光层、P型半导体层、以及P型电极；所述蓝宝石衬底底部具有开孔至N型半导体层的盲孔，所述复合金属层通过所述盲孔将N型半导体层和支撑衬底电连接。 

2.如权利要求1所述的垂直结构发光二极管，所述盲孔与所述P型电极在平行于N型半导体层(204)的方向上相互交错。 

3.如权利要求1所述的垂直结构发光二极管，所述复合金属层包含N型欧姆接触层和隔离层，所述隔离层用于阻止N型欧姆接触层与支撑衬底之间的扩散。 

4.如权利要求3所述的垂直结构发光二极管，所述N型欧姆接触层与所述N型半导体层有部分区域接触。 

5.如权利要求1所述的垂直结构发光二极管，所述蓝宝石衬底的厚度为20-120um。 

6.如权利要求1所述的垂直结构发光二极管，所述支撑衬底为金属衬底或半导体衬底。 

7.如权利要求6所述的垂直结构发光二极管，所述支撑衬底的厚度为20-50um。 

8.如权利要求1所述的垂直结构发光二极管，所述盲孔的形状是圆形、多边形或倒梯形开孔。 

9.如权利要求1所述的垂直结构发光二极管，在所述P型电极与P型半导体层之间形成透明导电薄膜，所述透明导电薄膜与P型半导体层形成欧姆接触。