CN205790049U - 垂直型发光二极管芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种垂直型发光二极管芯片，其从下至上依次包括：第一电极、导电基板、第一介电层、欧姆接触半导体层、第一覆盖层、发光层、第二覆盖层、第二电极，所述欧姆接触半导体层远离所述导电基板的上表面划分为欧姆接触区和非欧姆接触区，所述欧姆接触区位于所述欧姆接触半导体层的边缘区域，所述第一覆盖层、发光层、第二覆盖层形成于所述非欧姆接触区，一欧姆接触金属层，形成于所述欧姆接触半导体层的欧姆接触区，并通过一导电连接层从所述芯片的侧壁连接与所述导电基板。

Description

垂直型发光二极管芯片

技术领域

本实用新型涉及半导体照明领域，具体的说是一种垂直型发光二极管芯片。

背景技术

发光二极管是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光材料，可以直接将电转换为光。

目前，普遍采用基板转移技术将发光外延叠层通过金属键合层连接至导电基板上形成高亮度垂直型发光二极管，如图1所示，在发光外延叠层的N型层一侧形成N电极，在P型层一侧使用介电层与金属结构形成P型欧姆接触镜面结构，一般P型欧姆接触的位置不能位于N电极下方，避免电极吸光，达到提升亮度效果。

在上述结构中，当芯片尺寸小于200um×200um时，为达到低的顺向电压，P型欧姆接触的面积不能减少的状况下，P型欧姆接触通孔面积所占的镜面面积比例上升，造成亮度下降。另外，在基板转换制程中，键合后将生长基板去除后因为键合应力与外延应力关系，越外侧的芯片的通孔位置与电极相对位置会有偏移的现象，如图2和3所示，造成亮度提升效果降低。

发明内容

针对前述问题，本实用新型提出一种垂直型发光二极管芯片，从下至上依次包括：导电基板，具有相对的上表面和下表面；第一介电层，形成于所述导电基板的上表面之上；欧姆接触半导体层，形成于所述介电层之上，其远离所述导电基板的上表面划分为欧姆接触区和非欧姆接触区，所述欧姆接触区位于所述欧姆接触半导体层的边缘区域；第一覆盖层，形成于所述欧姆半导体层的非欧姆接触区之上；发光层，形成于第一型覆盖层之上；第二覆盖层，形成于所述发光层之上；欧姆接触金属层，形成于所述欧姆接触半导体层的欧姆接触区；导电连接层，位于所述欧姆接触半导体层、介电层的侧壁，连接所述欧姆接触金属层与导电基板，从而构成一垂直型发光二极管。

优选地，所述欧姆接触区呈环状，位于所述欧姆接触半导体层的外周。

优选地，所述第一介电层作为键合结构，粘结所述导电基板和欧姆接触半导体层。

优选地，在所述第一介电层与所述欧姆接触半导体层之间还设有分布式布拉格反射层。

优选地，在所述分布式布拉格反射层与与所述欧姆接触半导体层之间还设有第二介电层。

优选地，所述第二介电层的折射率低于所述欧姆接触半导体层。

优选地，所述欧姆接触半导体层的厚度为500nm以上。

优选地，所述欧姆接触金属层与所述第一覆盖层之间具有一隔离槽。

本实用新型至少具有以下有益效果：（1）上述垂直型发光二极管芯片使用同侧电极，可在基板与发光外延叠层中形成整面镜面结构；（2）避免由于键合应力与外延应力关系，越外侧的芯片的通孔位置与电极相对位置会有偏移的现象。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。

图1为现有的一种高亮度垂直型发光二极管芯片的侧面剖视图。

图2和3为图1所示发光二极管芯片在制作过程中芯片的通孔位置与电极相对位置产生偏移的示意图。

图4为根据本实用新型实施的一种垂直型发光二极管芯片的侧面剖视图。

图5显示了图4所示垂直型发光二极管芯片的P型欧姆接触半导体层上表面的分布图。

图6为图4所示垂直型发光二极管芯片的俯视图。

图中各标号表示如下：

100：导电基板

110：金属键合层

120：金属反射层

130：介电层

141：P型欧姆接触半导体层

142：P型覆盖层

143：发光层

144：N型覆盖层

145：N型欧姆接触层

150：N电极

200：导电基板

211：介电层(1)

212：介电层(2)

220：分布式布拉格反射层（DBR）

230：介电层(3)

241：P型欧姆接触半导体层

241a：P型欧姆接触半导体层的上表面；

2411：P型欧姆接触半导体层的欧姆接触区；

2412：P型欧姆接触半导体层的非欧姆接触区；

21412a：功能区；

21412b：隔离区；

242：P型覆盖层

243：发光层

244：N型覆盖层

245：N型欧姆接触层

250：N电极

260：P型欧姆接触金属层

261：导电连接层

262：P电极

270：隔离槽。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，借此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本实用新型中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本实用新型的保护范围之内。

在本实用新型中，第一覆盖层和第二覆盖层系互为反型的半导体层，诸如第一覆盖层为N型半导体层时，则第二覆盖层为P型半导体层，如果第一覆盖层为P型半导体层时，则第二覆盖层为N型半导体层。

请参看附图4，根据本实用新型实施的一种垂直型发光二极管芯片，从下至上包括：P电极262、导电基板200、介电层（1） 211、介电层（2）212、分布式布拉格反射层（DBR）220、介电层（3）230、P型欧姆接触半导体层241、P型覆盖层242、发光层243、N型覆盖层244、N型欧姆接触层245和N电极250。请参看图5， P欧姆接触半导体层241远离导电基板200的上表面241a划分为欧姆接触区2411、非欧姆接触区2412，其中欧姆接触区位于P型欧姆接触半导体层241的外周区域，非欧姆接触区2412位于内部，进一步划分为功能区2412a和隔离区2412b，P型覆盖层242、发光层243、N型覆盖层244位于所述非欧姆接触区2412的功能区2412a，一P型欧姆接触金属层260形成于P型欧姆接触半导体层241的欧姆接触区2411，并通过导电连接层261从所述芯片的侧壁连接与导电基板200，从而构成垂直型发光二极管芯片。请参看图4和6，P型覆盖层242、发光层243、N型覆盖层244等发光外延叠层与P型欧姆接触金属层260在P型欧姆接触半导体层241的隔离区2412b形成一隔离槽270。

下面结合制作方法对上述垂直型发光二极管芯片进行详细说明。

首先，采用外延生长方式在GaAs衬底上依次形成N-GaAs、N-AlGaInP、MQW、P-AlGaInP、P-GaP作为N型欧姆接触层245、N型覆盖层244、发光层243、P型覆盖层242和P型欧姆接触半导体层241。其中，P型欧姆接触半导体层241的掺杂浓度大于1E18，其掺杂材料为料可为Mg、C、Zn等材料，厚度大于500nm，最佳厚度为1200nm。

接着，在P型欧姆接触半导体层241的表面上依序镀上介电层(3) 230、DBR 220和介电层(2)212，其中介电层(3) 230、DBR 220为镜面结构，介电层(1)的材料选择折射率低于P型欧姆接触半导体层241的材料，可为SiO₂、TiO₂、ITO、Al₂O₃、MgF₂、IZO、AZO等，DBR 220的材料可为SiO₂/TiO₂、MgF₂/TiO₂、MgF₂/ITO等组合，介电层(2) 212可为SiO₂、Al₂O₃等材料，优选材料为SiO2，其厚度大于2μm。

接着，选择一导电基板200，在其上表面上形成介电层(1) 211，其材料可为为SiO₂、Al₂O₃等材料,最佳优选材料为SiO₂，厚度大于2μm。

接着，衬底转换制程：进行利用化学机械研磨方式(CMP)对介电层(1) 211与介电层(2) 212的表面进行平坦化处理，较佳的其表面粗糙度RMS小于10nm，最佳值为3nm；使用硷性溶液将平坦化后介电层(1) 211与介电层(2) 212表面做活化制程，利用高压高温键合方式将介电层(1)与介电层(2)做键合制程，完成介电质键合制程，其中，键合压力较佳值为15000kg，键合温度较佳值为360℃，键合时间较佳值为10分钟；将GaAs衬底利用碱性溶液将其去除，露出N型欧姆接触层244，完成衬底转换制程。

接着，在N型欧姆接触层244上制作N电极250，经过350 N型欧姆接触层244熔合10分钟，形成N侧欧姆接触。

接着，使用ICP干蚀刻制程或酸性溶液湿蚀刻制程，将欧姆接触区2411和隔离区2142b的外延层部分去除，停至P型欧姆接触半导体层241，形成一第一凹槽结构，裸露出P型欧姆接触半导体层2411的欧姆接触区2411和隔离区2142b的表面。

接着，在P型欧姆接触半导体层2411的欧姆接触区2411形成P型欧姆接触金属层260，并520℃下进行熔合15分钟，形成P侧欧姆接触。

接着，使用钻石切割刀于第一凹槽结构处，P-GaP P型欧姆接触半导体层241、介电层(3) 、DBR、介电层(2) 、介电层(1)切穿，并至部分导电基板200，形成第二凹槽；

接着，使用溅镀的方法，在第二凹槽结构上形成导电连接层，使得导电基板200与相连P型欧姆接触金属层260，形成垂直结构。

最后，在导电基板200的另一侧上形成P电极260，完成高亮度垂直型小尺寸发光二级管结构。

以上实施例以第一覆盖层为P型覆盖层、第二覆盖层为N型覆盖层为例，需要特别说明的是，本发明同样适用于第一覆盖层为N型半导体层的发光二极管器件结构，相应的，欧姆接触半导体层、欧姆接触金属层等为N型材料。

很明显地，本实用新型的说明不应理解为仅仅限制在上述实施例，而是包括利用本实用新型构思的所有可能的实施方式。

Claims (8)

1.垂直型发光二极管芯片，从下至上依次包括：

导电基板，具有相对的上表面和下表面；

第一介电层，形成于所述导电基板的上表面之上；

欧姆接触半导体层，形成于所述介电层之上，其远离所述导电基板的上表面划分为欧姆接触区和非欧姆接触区，所述欧姆接触区位于所述欧姆接触半导体层的边缘区域；

第一覆盖层，形成于所述欧姆半导体层的非欧姆接触区之上；

发光层，形成于第一型覆盖层之上；

第二覆盖层，形成于所述发光层之上；

欧姆接触金属层，形成于所述欧姆接触半导体层的欧姆接触区；

导电连接层，位于所述欧姆接触半导体层、第一介电层的侧壁，连接所述欧姆接触金属层与导电基板，从而构成一垂直型发光二极管。

2.根据权利要求1所述的垂直型发光二极管芯片，其特征在于：所述欧姆接触区呈环状，位于所述欧姆接触半导体层的外周。

3.根据权利要求1所述的垂直型发光二极管芯片，其特征在于：所述第一介电层作为键合结构，粘结所述导电基板和欧姆接触半导体层。

4.根据权利要求1所述的垂直型发光二极管芯片，其特征在于：在所述第一介电层与所述欧姆接触半导体层之间还设有分布式布拉格反射层。

5.根据权利要求4所述的垂直型发光二极管芯片，其特征在于：在所述分布式布拉格反射层与与所述欧姆接触半导体层之间还设有第二介电层。

6.根据权利要求5所述的垂直型发光二极管芯片，其特征在于：所述第二介电层的折射率低于所述欧姆接触半导体层。

7.根据权利要求1所述的垂直型发光二极管芯片，其特征在于：所述欧姆接触半导体层的厚度为500nm以上。

8.根据权利要求1所述的垂直型发光二极管芯片，其特征在于：所述欧姆接触金属层与所述第一覆盖层之间具有一隔离槽。