DE112015003673T5

DE112015003673T5 - Vertikale LED-Chipstruktur und Verfahren zum Herstellen derselben

Info

Publication number: DE112015003673T5
Application number: DE112015003673.3T
Authority: DE
Inventors: Mengyan Lv; Yu Zhang; Qiong Zhang; Ling Tong; Qiming Li
Original assignee: Enraytek Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: Enraytek Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2014-08-08
Filing date: 2015-08-05
Publication date: 2017-05-11
Also published as: GB2542542A; GB2542542B; CN104134723A; GB201701184D0; WO2016019860A1

Abstract

Eine vertikale LED-Chipstruktur und ein Verfahren zum Herstellen derselben sind offenbart. Eine transparente leitfähige Kontaktschicht, eine niedrigbrechende dielektrische Schicht, welche eine Struktur und eine reflektierende Schicht aufweist, sind aufeinander folgend auf einer p-GaN-Schicht gebildet, um einen dreilagigen Verbundreflektor zu bilden. Auf diese Weise ist es möglich, dass die niedrigbrechende dielektrische Schicht eine große Fläche des Verbundreflektors ausmacht, wodurch der Lichtanteil, welcher durch den Reflektor absorbiert wird, wesentlich reduziert ist. Außerdem ist die transparente leitfähige Kontaktschicht äußerst fähig zu lateraler elektrischer Leitfähigkeit und erlaubt daher eine gleichförmige Stromverteilung in der gesamten p-GaN-Schicht. Dies ermöglicht eine wirksame Steigerung des gesamten wirksamen Reflexionsvermögens des Verbundreflektors.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von lichtemittierenden Diodenchips (LED) und insbesondere eine vertikale LED-Chipstruktur und ein Verfahren zum Herstellen der Struktur.
Hintergrund
In den letzten Jahren gewann die Forschung an lichtemittierenden Dioden (LEDs) an Popularität. LED-Chips haben generell zwei Typen von Grundkonstruktionen, welche laterale Konstruktion und vertikale Konstruktion sind. Üblicherweise sind Mainstream-LED-Chips laterale Chips. Durch die Beschränkungen von Saphirsubstraten auf welchen die LED-chips basieren, wie beispielsweise elektrische Nichtleitfähigkeit und geringe thermische Leitfähigkeit, sind laterale Chips seit Einführung von einer Reihe an Defiziten betroffen. Ein Aspekt der Defizite ist, dass die Nichtleitfähigkeit des Saphirsubstrats und die Anordnung von sowohl der p-Elektrode als auch der n-Elektrode auf der gleichen Seite eines LED-Chips zu vielen Nachteilen führt, beispielsweise: 1) in Bezug auf elektrische Leistung haben laterale Strompfade in n- und p-Typ-Grenzschichten in dem LED-Chip unterschiedliche Längen, was zu Stromverdichtung führen kann; und 2) in Bezug auf Lichtauskopplungsleistung sind die p-Elektrode und die n-Elektrode beide auf der Seite, aus welcher Licht austritt, angeordnet und verursachen daher den Verlust eines Teil des Lichtes. Ein anderer Aspekt der Defizite ist, dass das Saphirsubstrat eine sehr geringe thermische Leitfähigkeit aufweist, während der laterale LED-Chip auf das Saphirsubstrat zur Wärmeabfuhr seines p-n-Übergangs angewiesen ist. Für einen großformatigen Leistungschip, welcher einen relativ langen Wärmeleitungspfad aufweist, bedeutet dies einen hohen thermischen Widerstand des LED-Chips und damit Einschränkungen in Bezug auf seinen Arbeitsstrom.
Um diese Defizite von lateralen LED-Chips zu überwinden, investieren Cree Inc. (US), Osram Licht AG (Germany), Philips Lumileds Lighting Company (US) und SemiLEDs Corporation (US) alle aktiv in die Entwicklung von vertikalen LED-Chips (im nachfolgenden als V-LED-Chips bezeichnet), in welchen Silizium- oder Metallsubstrate welche sowohl thermisch als auch elektrisch hoch leitfähig sind, eingesetzt werden. In einem V-LED-Chip sind zum einen p-Elektrode und n-Elektrode an gegenüberliegenden Seiten einer Epitaxialschicht eines LED-Chips angeordnet und eine strukturierte Elektrode und alle p-Typ-Grenzschichten zusammen dienen als p-Seite Elektrode. Dementsprechend fließt nahezu jeder Strom in der Epitaxialschicht des LED-Chips vertikal und es gibt in diesem kaum einen lateralen Strom. Dies ergibt eine Verbesserung gegenüber lateralen Konstruktionen, wie vorstehend dargelegt, sowohl in Bezug auf Stromverteilung als auch auf eine Steigerung der Lichtemissionseffizienz, und kann der Verlust von Licht durch die p-Elektrode vermeiden und damit kann es eine größere Lichtemissionsfläche des LED-Chips ermöglichen. Andererseits kann die Verwendung von elektrisch und thermisch hoch leitfähigen Silizium- oder Metallsubstraten das Wärmeabfuhrproblem für die p-n-Übergänge lösen, sodass die Herstellung von großformatigen Leistungschips möglich ist.
Da das Silizium- oder Metallsubstrat, welches mit der p-Elektrode an der Unterseite in Berührung kommt, nicht lichtdurchlässig ist, ist im Allgemeinen ein Reflektor an der p-Seite des V-LED-Chips bereitgestellt, um Lichtauskopplung zu ermöglichen, sodass das meiste Licht die obere n-Seite des V-LED-Chips verlassen kann. Demnach sind die ohmsche Kontaktqualität auf der p-Seite und die Reflektivität des Reflektors die wichtigsten Faktoren für die Leistung des V-LED-Chips, und zwischen diesen Faktoren bestimmt die Reflektivität des Reflektors direkt die Helligkeit des V-LED-Chips. Reflektoren in existierenden vertikalen LED-Chips sind meistens metallische Strukturen, welche die hohe Reflektivität von Silber (Ag), Aluminium (Al), Rhodium (Rh) oder einem ähnlichen Metall zur Reflexion des Lichts, welches sich in Richtung der Unterseite des Chips ausbreitet, nutzen.
Es wird nun auf 1 Bezug genommen, welche einen V-LED-Chip des Standes der Technik schematisch darstellt. Der bisher im Handel erhältliche V-LED-Chip umfasst: ein Substrat 10 und, aufeinanderfolgend auf dem Substrat 10 gebildet, eine Schutzschicht, eine metallische Verbindungsschicht 20, einen Reflektor 30, eine p-GaN-Schicht 40, eine Quantentopfschicht 50, eine n-GaN-Schicht 60 und eine n-Elektrode 70. Im Allgemeinen besteht der Reflektor 30 aus einem hochreflektierenden metallischen Material, das typischerweise Ag als Hauptbestandteil enthält. Aufgrund der Aktivität von Ag ist ein solcher Reflektor 30 anfällig für Oxidation, Clusterbildung, Migration und andere nachteilige Effekte, was die Schutzschicht erforderlich macht. Da Ag nicht ausreichend an dem p-GaN des V-LED-Chips gehaftet werden kann, ist außerdem der Reflektor typischerweise mit einer Schicht aus Chrom (Cr), Nickel (Ni) oder einem ähnlichen Metall (nicht gezeigt) versehen, um das Problem der nicht ausreichenden Haftung zu lösen. Jedoch kann ein Reflektor 30, der rein aus Ag oder einem anderen ähnlichen Metall hergestellt ist, Licht an der Grenze absorbieren, was zu einer Verminderung der Lichtemissionseffizienz der V-LED führen kann.
Um dieses Problem zu lösen, ist auch ein vertikaler LED-Chip gemäß dem Stand der Technik, wie in 2 gezeigt, vorgeschlagen. Diese Architektur nutzt das physikalische Phänomen aus, dass das Licht, welches sich innerhalb eines optisch dichten Mediums ausbreitet, vollständig reflektiert wird, wenn es auf eine Grenze mit einem optisch dünnen Medium unter Verwendung eines doppelschichtigen Verbundreflektors auftritt, der durch Hinzufügen einer Schicht nichtleitfähigen Dielektrikums mit einem niedrigeren Brechungsindex (z.B. Siliziumdioxid SiO₂) zu dem Ag-basierten Reflektor 30 hergestellt wird. Dieser Verbundreflektor hat eine verbesserte effektive Reflektivität, da er die Lichtabsorption an der Grenze des Reflektors 30 wirksam reduzieren kann. Wie in 2 gezeigt, ähnelt der vertikale LED-Chip dem von 1, hat aber zusätzlich das niedrigbrechende Dielektrikum 31, welches zwischen dem Reflektor 30 und der p-GaN-Schicht 40 angeordnet ist, um die effektive Reflektivität zu erhöhen.
Eine weitere wichtige Funktion des Verbundreflektors ist es als p-seitige ohmsche Kontaktschicht für den vertikalen LED-Chip zu dienen. Da das niedrigbrechende Dielektrikum 31 (im allgemeinen SiO₂) nicht leitfähig ist, muss diese ohmsche Kontaktfunktion durch den Ag-basierten Reflektor 30 erreicht werden. Aus diesem Grund muss ein relativ großer Anteil des Ag-basierten Reflektors 30 in dem Verbundreflektor gewährleistet sein. Im Allgemeinen macht das niedrigbrechende Dielektrikum 31 nur 20% bis 80% des Verbundreflektors in Bezug auf die Oberfläche aus. Daher ist es nicht zweckmäßig, das Reflexionsvermögen des Verbundreflektors durch unendliche Erhöhung des Anteils des niedrigbrechenden Dielektrikums 31 in dem Verbundreflektor zu verbessern. Da die Stromausbreitungsfähigkeit der p-Seite extrem schwach ist, ist es für den doppelschichtigen Verbundreflektor kaum möglich, eine gleichförmige Stromdiffusion an der p-Seite durch Stromverteilungsanpassungen, basierend auf Modifikationen der Konfiguration des Ag-basierten Reflektors 30 zu erhalten.
Daher ist es eine wichtige Aufgabe für den Fachmann, die mit diesen herkömmlichen Reflektoren verbundenen Probleme zu lösen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine vertikale LED-Chipstruktur und ein Verfahren zum Herstellen derselben bereitzustellen, welche den Anteil des in dem Reflektor absorbierten Lichts unter Berücksichtigung der Stromverteilungsgleichförmigkeit in der p-Seite verringern kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines vertikalen LED-Chips gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst, mit:
Bereitstellen eines Aufwachssubstrats und Bilden einer Epitaxialschicht auf dem Aufwachssubstrat, wobei die Epitaxialschicht, aufeinanderfolgend gebildet, eine nichtdotierte Schicht, eine n-GaN-Schicht, eine Quantentopfschicht und eine p-GaN-Schicht umfasst, wobei die nichtdotierte Schicht direkt auf dem Aufwachssubstrat gebildet ist;
Bilden einer transparenten leitfähigen Kontaktschicht auf der p-GaN-Schicht;
Bilden einer niedrigbrechenden dielektrischen Schicht und Strukturieren der niedrigbrechenden dielektrischen Schicht unter Verwendung eines fotolithografischen Prozesses, um eine Struktur zu bilden, wobei die Struktur einen Teil der darunterliegenden transparenten leitfähigen Kontaktschicht freilegt;
Bilden einer reflektierenden Schicht auf der niedrigbrechenden dielektrischen Schicht und der transparenten, leitfähigen Kontaktschicht;
Bilden einer Schutzschicht und einer metallischen Verbindungsschicht auf der reflektierenden Schicht;
Verbinden eines Verbindungssubstrats an die metallische Verbindungsschicht;
Entfernen des Aufwachssubstrats und Ätzen der nichtdotierten Schicht, um zumindest einen Teil der n-GaN-Schicht freizulegen; und
Bilden einer n-Elektrode auf dem freigelegten Teil der n-GaN-Schicht.
Ferner kann bei dem Verfahren zum Herstellen eines vertikalen LED-Chips die transparente leitfähige Kontaktschicht aus ITO, ZnO oder AZO gebildet sein.
Weiterhin kann bei dem Verfahren zum Herstellen eines vertikalen LED-Chips die niedrigbrechende dielektrische Schicht aus einem oder einem Stapel von solchen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SiO₂, SiN_x, Ti₃O₅ und Al₂O₃ geformt sein, und die niedrigbrechende dielektrische Schicht hat eine Dicke von 10 Å bis 50 µm.
Ferner kann bei dem Verfahren zum Herstellen eines vertikalen LED-Chips die niedrigbrechende dielektrische Schicht eine Querschnittsfläche aufweisen, die 85% bis 95% einer Querschnittsfläche des vertikalen LED-Chips bildet.
Ferner kann bei dem Verfahren zum Herstellen eines vertikalen LED-Chips die reflektierende Schicht durch Dampfabscheidung unter Verwendung eines Negativlack-Lift-off-Verfahrens derart gebildet sein, dass die gebildete reflektierende Schicht eine Querschnittsfläche aufweist, welche kleiner als die Querschnittsfläche des vertikalen LED-Chips ist.
Ferner kann bei dem Verfahren zur Herstellung eines vertikalen LED-Chips die reflektierende Schicht aus Ag, Al oder Rh gebildet sein.
Ferner kann in dem Verfahren zum Herstellen eines vertikalen LED-Chips die Schutzschicht aus (Ti-Pt)_x oder einer Kombination aus TiW und Pt gebildet sein, wobei die metallische Bindungsschicht aus Au, Sn oder einer Au-Sn-Legierung gebildet ist.
Ferner kann bei dem Verfahren zur Herstellung eines vertikalen LED-Chips das Verbindungssubstrat aus Si, Cu oder MoCu gebildet sein.
Ferner kann bei dem Verfahren zum Herstellen eines vertikalen LED-Chips das Aufwachssubstrat unter Verwendung eines Lasers oder eines chemischen Prozesses entfernt werden.
Ferner kann in dem Verfahren zur Herstellung eines vertikalen LED-Chips vor dem Entfernen des Aufwachssubstrats und vor dem Bilden der n-Elektrode die nichtdotierte Schicht unter Verwendung eines Nassätzverfahrens oder eines Trockenätzprozesses geätzt werden, um die n-GaN-Schicht freizulegen, und dann kann die n-GaN-Schicht unter Verwendung einer KOH- oder H₂SO₄-Lösung aufgeraut werden, um eine raue Oberfläche zu bilden.
Ferner kann bei dem Verfahren zum Herstellen eines vertikalen LED-Chips eine Passivierungsschicht auf der rauen Oberfläche nach dem Bilden der n-Elektrode gebildet werden, wobei die Passivierungsschicht SiO₂ ist.
Ferner kann bei dem Verfahren zur Herstellung eines vertikalen LED-Chips die n-Elektrode aus Ni/Au, Al/Ti/Pt/Au oder Cr/Pt/Au gebildet sein.
Die vorliegende Erfindung stellt auch einen vertikalen LED-Chip bereit, welcher unter Verwendung des oben definierten Verfahrens hergestellt wird, mit, aufeinanderfolgend gestapelt, einem Verbindungssubstrat, einer metallischen Verbindungsschicht, einer Schutzschicht, einer Reflexionsschicht, einer niedrigbrechenden dielektrischen Schicht mit einer darin gebildeten Struktur, einer transparenten leitfähigen Kontaktschicht, einer p-GaN-Schicht, einer Quantentopfschicht, einer n-GaN-Schicht und einer n-Elektrode, wobei die n-Elektrode mit der n-GaN-Schicht verbunden ist.
Ferner kann der vertikale LED-Chip auch eine raue Oberfläche und eine Passivierungsschicht umfassen, wobei die raue Oberfläche auf einer Oberseite der n-GaN-Schicht ausgebildet ist; die Passivierungsschicht auf der rauen Oberfläche ausgebildet ist; und sowohl die raue Oberfläche als auch die Passivierungsschicht die n-Elektrode freilegen.
Gegenüber dem Stand der Technik bietet die vorliegende Erfindung hauptsächlich die folgenden Vorteile: Die transparente leitfähige Kontaktschicht, die niedrigbrechende dielektrische Schicht mit einer darin ausgebildeten Struktur und die reflektierende Schicht, welche aufeinanderfolgend auf der p-GaN-Schicht gebildet sind, bilden einen dreischichtigen Verbundreflektor, in welchem die niedrigbrechende dielektrische Schicht einen großen Flächenanteil ausmacht, was zu einer signifikanten Verringerung des im Reflektor absorbierten Lichtanteils führt. Zusätzlich ist die transparente leitfähige Kontaktschicht in hohem Maße zu lateraler elektrischer Leitfähigkeit fähig und ermöglicht somit eine gleichförmige Stromverteilung innerhalb der gesamten p-GaN-Schicht. Dies ermöglicht eine effektive Steigerung der gesamten effektiven Reflektivität des Verbundreflektors.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch einen vertikalen LED-Chip des Standes der Technik.
2 zeigt schematisch einen weiteren vertikalen LED-Chip des Standes der Technik.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung einer vertikalen LED-Chipstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung graphisch darstellt.
4–12 sind schematische Schnittansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer vertikalen LED-Chipstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
Detaillierte Beschreibung
Vertikale LED-Chipstrukturen und Verfahren zur Herstellung derselben gemäß der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung ausführlicher beschrieben, welche bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellt und in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist. Es ist anzuerkennen, dass Fachleute Änderungen an der hierin offenbarten Erfindung durchführen können, sodass die vorteilhaften Ergebnisse davon erhalten werden. Daher ist die folgende Beschreibung so zu verstehen, dass sie von Fachleuten als weithin bekannt und nicht als die Erfindung einschränkend angesehen wird.
Zur Vereinfachung und Klarheit der Darstellung werden nicht alle Merkmale der offenbarten spezifischen Ausführungsformen beschrieben. Zusätzlich werden Beschreibungen und Details bekannter Funktionen und Strukturen weggelassen, um eine unnötige Verschleierung der Erfindung zu vermeiden. Die Entwicklung einer spezifischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet spezifische Entscheidungen, die getroffen werden, um die spezifischen Ziele des Entwicklers zu erreichen, wie etwa die Einhaltung von systembezogenen und geschäftlichen Einschränkungen, die von einer Implementierung zu einer anderen variieren werden. Darüber hinaus könnte ein derartiger Entwicklungsaufwand komplex und zeitaufwendig sein, wäre aber dennoch eine routinemäßige Aufgabe für den Durchschnittsfachmann.
Die vorliegende Erfindung wird in den folgenden Abschnitten anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen hervor. Es ist zu beachten, dass die beigefügten Zeichnungen in einer sehr vereinfachten Form bereitgestellt werden, die nicht zwingend maßstäblich dargestellt ist, mit der einzigen Absicht, die Zweckmäßigkeit und Klarheit bei der Erläuterung einiger anschaulicher Beispiele der Erfindung zu erleichtern.
Es wird nun auf 3 Bezug genommen, ein Verfahren zur Herstellung eines vertikalen LED-Chips gemäß einer Ausführungsform enthält die nachfolgend beschriebenen Schritte.
In Schritt S100 wird ein Aufwachssubstrat bereitgestellt, und eine Epitaxialschicht wird auf dem Aufwachssubstrat gebildet. Die Epitaxialschicht enthält aufeinanderfolgend eine nichtdotierte Schicht, eine n-GaN-Schicht, eine Quantentopfschicht und eine p-GaN-Schicht, wobei die nichtdotierte Schicht direkt auf dem Aufwachssubstrat ausgebildet ist.
In Schritt S200 wird eine transparente leitfähige Kontaktschicht auf der p-GaN-Schicht gebildet.
In Schritt S300 wird eine niedrigbrechende dielektrische Schicht auf der transparenten leitfähigen Kontaktschicht gebildet und unter Verwendung eines fotolithografischen Prozesses strukturiert, um eine Struktur zu bilden, wobei die Struktur einen Teil der darunter liegenden transparenten leitfähigen Kontaktschicht freilegt.
In Schritt S400 wird eine reflektierende Schicht auf dem niedrigbrechenden Dielektrikum und der transparenten leitfähigen Kontaktschicht gebildet.
In Schritt S500 werden eine Schutzschicht und eine metallische Verbindungsschicht auf der reflektierenden Schicht gebildet.
In Schritt S600 wird ein Verbindungssubstrat auf die metallische Verbindungsschicht gebunden;
In Schritt S700 wird das Aufwachssubstrat entfernt und die nichtdotierte Schicht wird so geätzt, dass die n-GaN-Schicht freiliegt;
In Schritt S800 wird eine n-Elektrode auf der n-GaN-Schicht gebildet.
Insbesondere in Bezug auf 4 wird in dem Schritt S100 das Aufwachssubstrat 100 bereitgestellt, welches ein Saphirsubstrat, ein Siliziumsubstrat, ein SiC-Substrat, ein strukturiertes Substrat oder dergleichen sein kann. In dieser Ausführungsform umfasst die Epitaxialschicht die nichtdotierte Schicht 210, die n-GaN-Schicht 220, die Quantentopfschicht 230 und die p-GaN-Schicht 240. Die Epitaxialschicht kann durch einen Wachstumsprozess wie metallorganische chemische Dampfabscheidung (MOCVD) oder Molekularstrahlepitaxie (MBE) gebildet werden.
Bezugnehmend auf 5 wird in Schritt S200 die transparente leitfähige Kontaktschicht 300 auf der p-GaN-Schicht 240 gebildet. Die transparente leitfähige Kontaktschicht 300 kann eine dünne Schicht mit niedrigem Widerstand und hoher Lichtdurchlässigkeit sein, die beispielsweise aus Indiumzinnoxid (ITO), Zinkoxid (ZnO) oder Aluminium-dotiertem Zinkoxid (AZO) besteht. Die transparente leitfähige Kontaktschicht 300 dient als ohmsche Kontaktschicht.
Bezugnehmend auf 6 wird in Schritt S300 die niedrigbrechende dielektrische Schicht 400 auf der transparenten leitfähigen Kontaktschicht 300 ausgebildet, und eine Struktur, beispielsweise ein Durchgangsloch 410, ist in der niedrigbrechenden dielektrischen Schicht 400 ausgebildet. Während eines der Durchgangslöcher der Einfachheit halber in der Zeichnung schematisch dargestellt ist, ist die vorliegende Erfindung in dieser Hinsicht nicht eingeschränkt. Die transparente leitfähige Kontaktschicht 300 ist in der Struktur freigelegt, welche eine von einer Vielzahl von Formen, beispielsweise kreisförmige Löcher, rechteckige Löcher, Ellipsoidlöcher oder eine Kombination davon ohne Beschränkung annehmen kann. Die niedrigbrechende dielektrische Schicht 400 kann aus SiO₂, Siliziumnitrid (SiN_x), Titanoxid (Ti₃O₅) und Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder einem Stapel aus mehreren davon bestehen. Die niedrigbrechende dielektrische Schicht 400 kann eine Dicke von 10 Å bis 50 μm, beispielsweise 100 Å, aufweisen. Die niedrigbrechende dielektrische Schicht 400 kann beispielsweise unter Verwendung eines e-beam Prozesses, eines Sputterprozesses oder eines reaktiven Plasmaabscheidungsprozesses (RPD) ausgebildet werden. Vorzugsweise macht die gebildete niedrigbrechende dielektrische Schicht 400 hinsichtlich der Querschnittsfläche 85% bis 95% des hergestellten vertikalen LED-Chips aus, was zu einer signifikanten Verringerung des von einem nachfolgend gebildeten Reflektor absorbierten Lichtanteils führen kann.
Bezugnehmend auf 7 wird in Schritt S400 eine reflektierende Schicht 500 auf der niedrigbrechenden dielektrischen Schicht 400 und der freiliegenden transparenten leitfähigen Kontaktschicht 300 gebildet. Insbesondere kann die reflektierende Schicht 500 durch Dampfablagerung in vorbestimmten Bereichen unter Verwendung eines Negativlack-Lift-off-Verfahren gebildet werden und die geformte reflektierende Schicht 500 kann eine Größe aufweisen, die kleiner als diejenige des herzustellenden vertikalen LED-Chips ist. Das heißt, eine Kante des herzustellenden vertikalen LED-Chips wird nach der Bildung der reflektierenden Schicht 500 freigelegt, wodurch es ermöglicht ist, dass die reflektierende Schicht 500 vollständig durch die nachfolgend gebildete Schutzschicht geschützt wird. Die reflektierende Schicht 500 kann aus Ag, Al oder Rh gebildet sein.
Bezugnehmend auf 8 werden in Schritt S500 die Schutzschicht und die metallische Bindungsschicht 600 auf der Reflexionsschicht 500 ausgebildet (die Schutzschicht und die metallische Verbindungsschicht sind der Einfachheit halber schematisch als eine einzelne Schicht gezeigt). Die Schutzschicht kann aus (Ti-Pt)_x oder einer Kombination von TiW und Pt gebildet sein und bedeckt die reflektierende Schicht 500 vollständig, um sie zu schützen. Die metallische Verbindungsschicht kann aus Gold (Au), Zinn (Sn) oder einer Au-Sn-Legierung gebildet und in dem anschließenden Schritt mit dem Verbindungssubstrat verbunden sein.
Bezugnehmend auf 9 wird in Schritt S600 das Verbindungssubstrat 700 auf die metallische Verbindungsschicht gebunden. Das Verbindungssubstrat 700 kann ein Substrat mit einer hohen Leitfähigkeit und einer hohen Wärmeableitung sein, welches aus Si, Cu, MoCu oder dergleichen gebildet ist.
Bezugnehmend auf 10 wird in Schritt S700 das Aufwachssubstrat 100 entfernt. Das Entfernen des Aufwachssubstrats 100 kann im Allgemeinen unter Verwendung eines Lasers oder eines chemischen Verfahrens erfolgen. Im Allgemeinen kann die Verwendung eines Lasers zur Bildung einer Galliumschicht auf der Oberfläche der nichtdotierten Schicht 210 führen. In diesem Fall kann eine Säure, ein Alkali oder dergleichen, beispielsweise eine HCl- oder KOH-Lösung, zum Entfernen der Galliumschicht verwendet werden.
Bezugnehmend auf 11 kann vor der Bildung der n-Elektrode die nichtdotierte Schicht 210 unter Verwendung eines Nassätzverfahrens oder eines Trockenätzverfahrens (ICP) so geätzt werden, dass die n-GaN-Schicht 220 freiliegt, wobei die nichtdotierte Schicht 210 ganz oder teilweise weggeätzt werden kann. Anschließend kann die n-GaN-Schicht 220 aufgeraut werden, so dass sie eine raue Oberfläche 211 aufweist. Die so erhaltene raue Oberfläche 211 kann die Oberfläche der n-GaN-Schicht 220 vergrößern, was zu einer größeren Lichtemissionsfläche und höherer Lichtemissionseffizienz führt.
Bezugnehmend auf 12 wird im Schritt S800 ist die n-Elektrode 212 auf der n-GaN-Schicht 220 ausgebildet. Die n-Elektrode 212 kann aus Ni/Au, Al/Ti/Pt/Au oder Cr/Pt/Au gebildet sein. Mit der Fertigstellung der n-Elektrode 212 kann eine Passivierungsschicht 800 über der rauen Oberfläche 211 gebildet werden. Die Passivierungsschicht 800 kann SiO₂ sein und dient zum Schutz des gesamten hergestellten Chips. Die n-Elektrode 212 ist in der gebildeten Passivierungsschicht 800 freigelegt.
Unter weiterer Bezugnahme auf 12 ist in einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ebenfalls eine vertikale LED-Chipstruktur, die unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens hergestellt wurde, bereitgestellt. Die Struktur umfasst, aufeinanderfolgend gestapelt, ein Verbindungssubstrat 700, eine metallische Verbindungs- und Schutzschicht 600, eine Reflexionsschicht 500, eine strukturierte niedrigbrechende dielektrische Schicht 400, eine transparente leitfähige Kontaktschicht 300, eine p-GaN-Schicht 240, eine Quantentopfschicht 230, eine n-GaN-Schicht 220, eine n-Elektrode 212, eine raue Oberfläche 211 und eine Passivierungsschicht 800. Die n-Elektrode 212 ist mit der n-GaN-Schicht 220 verbunden und die raue Oberfläche 211 ist auf der Oberseite der n-GaN-Schicht 220 ausgebildet. Die Passivierungsschicht 800 bedeckt die raue Oberfläche 211 und die n-Elektrode 212 ist sowohl in der rauen Oberfläche 211 als auch in der Passivierungsschicht 800 freigelegt.
Zusammenfassend bilden in den vertikalen LED-Chipstrukturen und Verfahren zur Herstellung derselben gemäß der vorliegenden Erfindung die transparente leitfähige Kontaktschicht, die strukturierte niedrigbrechende dielektrische Schicht und die reflektierende Schicht, welche aufeinanderfolgend über der p-GaN-Schicht gebildet werden, einen dreischichtigen Verbundreflektor, bei welchem die niedrigbrechende dielektrische Schicht einen großen Flächenanteil des Verbundreflektors ausmacht, was zu einer signifikanten Verringerung des im Reflektor absorbierten Lichtanteils führt. Zusätzlich ist die transparente leitfähige Kontaktschicht in hohem Maße zur lateralen elektrischen Leitfähigkeit fähig und ermöglicht somit eine gleichförmige Stromverteilung innerhalb der gesamten p-GaN-Schicht. Dies ermöglicht eine effektive Erhöhung der gesamten effektiven Reflektivität des Verbundreflektors.
Die vorstehende Beschreibung stellt lediglich eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar und beschränkt den Umfang der Erfindung in keiner Weise. Alle von Fachleuten an dem hierin offenbarten Gegenstand vorgenommen äquivalenten Ersetzungen oder Änderungen, welche nicht vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abweichen, fallen in den Umfang der Erfindung.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines vertikalen LED-Chips, mit: Bereitstellen eines Aufwachssubstrats und Bilden einer Epitaxialschicht auf dem Aufwachssubstrat, wobei die Epitaxialschicht, aufeinanderfolgend gebildet, eine nichtdotierte Schicht, eine n-GaN-Schicht, eine Quantentopfschicht und eine p-GaN-Schicht umfasst, wobei die nichtdotierte Schicht direkt auf dem Aufwachssubstrat gebildet ist; Bilden einer transparenten leitfähigen Kontaktschicht auf der p-GaN-Schicht; Bilden einer niedrigbrechenden dielektrischen Schicht auf der transparenten leitfähigen Kontaktschicht und Strukturieren der niedrigbrechenden dielektrischen Schicht unter Verwendung eines fotolithografischen Prozesses, um eine Struktur zu bilden, wobei die Struktur einen Teil der darunterliegenden transparenten leitfähigen Kontaktschicht freilegt; Bilden einer reflektierenden Schicht auf der niedrigbrechenden dielektrischen Schicht und der transparenten leitfähigen Kontaktschicht; Bilden einer Schutzschicht und einer metallischen Verbindungsschicht auf der reflektierenden Schicht; Verbinden eines Verbindungssubstrats an die metallische Verbindungsschicht; Entfernen des Aufwachssubstrats und Ätzen der nichtdotierten Schicht, um zumindest einen Teil der n-GaN-Schicht freizulegen; und Bilden einer n-Elektrode auf dem freigelegten Teil der n-GaN-Schicht.
Verfahren zum Herstellen eines vertikalen LED-Chips nach Anspruch 1, wobei die transparente leitfähige Kontaktschicht aus ITO, ZnO oder AZO gebildet ist.
Verfahren zum Herstellen eines vertikalen LED-Chips nach Anspruch 1, wobei die niedrigbrechende dielektrische Schicht aus einem oder einem Stapel von solchen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SiO₂, SiN_x, Ti₃O₅ und Al₂O₃, gebildet ist und die niedrigbrechende dielektrische Schicht eine Dicke von 10 Å bis 50 µm hat.
Verfahren zum Herstellen eines vertikalen LED-Chips nach Anspruch 1, wobei die niedrigbrechende dielektrische Schicht eine Querschnittsfläche aufweist, welche 85% bis 95% von einer Querschnittsfläche des vertikalen LED-Chips bildet.
Verfahren zum Herstellen eines vertikalen LED-Chips nach Anspruch 1, wobei die reflektierende Schicht durch Dampfabscheidung unter Verwendung eines Negativlack-Lift-off-Verfahrens derart gebildet ist, dass die gebildete reflektierende Schicht eine Querschnittsfläche aufweist, welche kleiner als die Querschnittsfläche des vertikalen LED-Chips ist.
Verfahren zum Herstellen eines vertikalen LED-Chips nach Anspruch 5, wobei die reflektierende Schicht aus Ag, Al oder Rh gebildet ist.
Verfahren zum Herstellen eines vertikalen LED-Chips nach Anspruch 1, wobei die Schutzschicht aus (Ti-Pt)_x oder einer Kombination von TiW und Pt gebildet ist, und wobei die metallische Verbindungsschicht aus Au, Sn oder einer Au-Sn-Legierung gebildet ist.
Verfahren zum Herstellen eines vertikalen LED-Chips nach Anspruch 1, wobei das Verbindungssubstrat aus Si, Cu der MoCu gebildet ist.
Verfahren zum Herstellen eines vertikalen LED-Chips nach Anspruch 1, wobei das Aufwachssubstrat unter Verwendung eines Lasers oder eines chemischen Prozesses entfernt wird.
Verfahren zum Herstellen eines vertikalen LED-Chips nach Anspruch 1, wobei das Ätzen der nichtdotierten Schicht umfasst: Ätzen der nichtdotierten Schicht unter Verwendung eines Nassätzverfahrens oder eines Trockenätzverfahrens, um die n-GaN-Schicht freizulegen.
Verfahren zum Herstellen eines vertikalen LED-Chips nach Anspruch 10, welches ferner, vor dem Bilden der n-Elektrode, ein Aufrauen der n-GaN-Schicht unter Verwendung einer KOH- oder H₂SO₄-Lösung umfasst, um eine raue Oberfläche zu bilden.
Verfahren zum Herstellen eines vertikalen LED-Chips nach Anspruch 11, welches ferner das Bilden einer Passivierungsschicht auf der rauen Oberfläche nach dem Bilden der n-Elektrode umfasst, wobei die Passivierungsschicht die n-Elektrode freilegt.
Verfahren zum Herstellen eines vertikalen LED-Chips nach Anspruch 1, wobei die n-Elektrode aus Ni/Au, Al/Ti/Pt/Au oder Cr/Pt/Au gebildet ist.
Vertikaler LED-Chip, welcher unter Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestellt wird, mit, sequenziell gestapelt, einem Verbindungssubstrat, einer metallischen Verbindungsschicht, einer Schutzschicht, einer reflektierenden Schicht, einer niedrigbrechenden dielektrischen Schicht mit einer darin gebildeten Struktur, einer transparenten leitfähigen Schicht, einer p-GaN-Schicht, einer Quantentopfschicht, einer n-GaN-Schicht und einer n-Elektrode, wobei die n-Elektrode mit der n-GaN-Schicht verbunden ist.
Vertikale LED-Chip nach Anspruch 14, welcher ferner ein raue Oberfläche und eine Passivierungsschicht umfasst, wobei die raue Oberfläche auf einer Oberseite der n-GaN-Schicht gebildet ist; die Passivierungsschicht auf der rauen Oberfläche gebildet ist; und sowohl die raue Oberfläche als auch die Passivierungsschicht die n-Elektrode freilegen.