一種類垂直式發光二極體及其製作方法
2023-05-03 23:20:21 1
專利名稱：一種類垂直式發光二極體及其製作方法
技術領域：
本發明涉及發光二極體技術，尤其涉及一種類垂直式發光二極體及其製作方法。
背景技術：
LED的晶片結構主要有三種正裝結構、倒裝結構和垂直結構。正裝結構LED製作簡單，但由於電極的存在而犧牲了一部分發光面積。由於P-GaN的載流子濃度低，則要在P-GaN上鍍上一層透明導電層，這樣就會存光的損失。而且這種結構的熱量需要從晶片下部藍寶石襯底處導出，這就導致了 LED的出光效果和散熱效果都不好。倒裝結構的出現就剛好解決了正裝結構散熱不好，效率低的問題，光在晶片中的路徑是經過藍寶石襯底(或者先在晶片底部反射後經藍寶石襯底)再出射到環境中。倒裝 結構還有一個好處就是藍寶石襯底的折射率(n=l. 75)和環氧樹脂(n=l. 56)的折射率比較接近,而GaN的折射率是n=2. 3，所以光從藍寶石襯底出射到環氧樹脂的全反射角較大，光的提取效率就高。另外，LED的主要發熱是在有源區，而在這種結構下PN接面距離熱沉比較接近，可以達到優良的散熱效果。正裝結構和倒裝結構都存在的問題是，它們都需要利用ICP進行刻蝕得到N電極，這樣既犧牲了一部分發光區，也對PN接面有所損傷，降低內量子效率。同時兩者都存在著橫向電流擴展的問題，要實現電流分布均勻也存在著難度，從而產生垂直結構LED，這種結構同時具備發光面積大，散熱效果好等優點，但也失去了一些正裝結構和倒裝結構的好處。
發明內容
本發明的目的是提供一種類垂直式發光二極體及其製作方法，以結合正裝結構、倒裝結構和垂直結構的優點。本發明為解決其技術問題所採用的技術方案是，一種類垂直式發光二極體，從上至下包括打線電極，藍寶石襯底，N-GaN層，發光層，P-GaN層，電流擴散層，絕緣層，邦定金屬介層，支撐基板，藍寶石襯底兩側均具有等離子幹法腐蝕形成的粗糙面，該藍寶石襯底中具有雷射挖孔所形成的通孔，並通過金屬回填通孔，使N-GaN層上的電極和打線電極相連接；所述電流擴散層可以是金屬或合金或金屬氧化物；所述金屬氧化物可以是氧化銦錫，氧化鋅，氧化鋁鋅，氧化銦鋅；所述絕緣層可以是氧化矽，氮化矽，氧氮化矽，氧化鋁，氮化鋁，氧化鈦和由不同透明介電層所組成的布拉格反射層；所述邦定金屬介層可以是金，銀，鋁和以上金屬所形成的合金，其厚度為I
10μ m ；所述支撐基板可以是金屬或娃,其厚度在80 150 μ m。上述類垂直式發光二極體的製作方法，包括以下步驟I)通過等離子幹法腐蝕在藍寶石襯底的正面形成第一粗糙面；
2)從第一粗糙面向外依次生長N-GaN層、發光層、P-GaN層；3)在P-GaN層上蒸鍍電流擴散層並形成歐姆接觸；4)利用等離子幹法刻蝕使N-GaN層曝露，並在N-GaN層上蒸鍍電極形成歐姆接觸；5)在晶圓正面蒸鍍絕緣層；6)利用溼法化學或等離子幹法刻蝕部份絕緣層至電流擴散層；7)在晶圓正面蒸鍍邦定金屬介層和邦定支撐基板；8)將晶圓背面的藍寶石襯底機械研磨至一定厚度；9)在研磨減薄後的藍寶石襯底背面上，以等離子幹法腐蝕形成第二粗糙面；10)從藍寶石襯底背面上雷射挖孔至N-GaN層上的電極；11)將雷射在藍寶石襯底上所形成的通孔用金屬加以回填，使上下電氣導通；12)在回填通孔上方蒸鍍打線電極。步驟8)中，機械研磨藍寶石襯底至10 ΙΟΟμπι厚；步驟10)中，在藍寶石襯底上雷射挖孔的孔徑為10 50 μ m，孔深為15 105μπι ;步驟11)中，將雷射在藍寶石襯底上所形成的通孔用金屬加以回填的方式可以是電鍍或化學鍍。本發明的優點在於，這種類垂直式發光二極體結合正裝結構、倒裝結構和垂直結構的優點，保留了原來外延成長所使用的藍寶石襯底，避免垂直結構的發光二極體在雷射剝離藍寶石襯底所造成的應力損傷，省去倒裝結構的發光二極體植球固晶等繁瑣且精密的工藝，提供了發光二極體另一個增加出光效率和改善散熱的技術途徑。
圖I是通過等離子幹法腐蝕在藍寶石襯底的正面形成第一粗糙面的結構示意圖；圖2是在粗糙化的襯底正面生長主要發光所需外延層後的結構示意圖；圖3是完成大部份的發光二極體水平結構工藝後的結構示意圖；圖4是在晶圓正面蒸鍍一層絕緣層後的結構示意圖；圖5是利用溼法化學或等離子幹法刻蝕部份絕緣層至電流擴散層後的結構示意圖；圖6是在晶圓正面蒸鍍邦定金屬介層後的結構示意圖；圖7是邦定支撐基板後的結構示意圖；圖8是在研磨減薄後的藍寶石襯底表面形成第二粗糙面後的結構示意圖；圖9是從藍寶石襯底背面上雷射挖孔至N-GaN層上的電極後的結構示意圖；圖10是將雷射在藍寶石襯底上所形成的通孔用金屬加以回填後的結構示意圖；圖11是在回填通孔上方蒸鍍打線電極完成類垂直式發光二極體後的結構示意圖。具體實施例方式為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合圖示與具體實施例，進一步闡述本發明。
本發明提出的類垂直式發光二極體的結構如圖11所示，從上至下包括打線電極，藍寶石襯底，N-GaN層，發光層，P-GaN層，電流擴散層，絕緣層，邦定金屬介層，支撐基板，藍寶石襯底兩側均具有等離子幹法腐蝕形成的粗糙面，該藍寶石襯底中具有雷射挖孔所形成的通孔，並通過金屬回填通孔，使N-GaN層上的電極和打線電極相連接。圖I是顯示根據本發明的第一實施例，在藍寶石襯底I上通過等離子幹法腐蝕在藍寶石襯底的正面形成第一粗糙面。圖2是顯示根據本發明的第一實施例，在粗糙化的藍寶石襯底I正面向外依次生長主要的N-GaN層2、發光層3、P-GaN層4。圖3是顯示根據本發明的第一實施例，在P-GaN層4上蒸鍍電流擴散層5並形成歐姆接觸，此電流擴散層5可以是金屬，合金，氧化銦錫(ITO)，氧化鋅(ZnO)，氧化鋁鋅(AZO)，氧化銦鋅(IZO)。再利用等離子幹法刻蝕使N-GaN層2曝露，並在N-GaN層2上蒸鍍電極6形成歐姆接觸。 圖4是顯示根據本發明的第一實施例，在晶圓正面蒸鍍一層絕緣層7，此絕緣層7可以是氧化矽，氮化矽，氧氮化矽，氧化鋁，氮化鋁，氧化鈦和由不同透明介電層所組成的不拉格反射層(DBR)。圖5是顯示根據本發明的第一實施例，利用溼法化學或等離子幹法刻蝕部份絕緣層7至電流擴散層5。圖6是顯示根據本發明的第一實施例，在晶圓正面蒸鍍邦定金屬介層8，此邦定金屬介層可以是金，銀，鋁和以上金屬所形成的合金，其厚度在I ΙΟμπι。圖7是顯示根據本發明的第一實施例，邦定支撐基板9，此支撐基板9可以是金屬或矽，其厚度在80 150 μ m。圖8是顯示根據本發明的第一實施例，將晶圓背面藍寶石襯底I機械研磨至厚度10 100 μ m，並在研磨減薄後的藍寶石襯底I背面以等離子幹法腐蝕形成第二粗糙面。圖9是顯示根據本發明的第一實施例，在藍寶石襯底I背面上雷射挖孔10至N-GaN層上的電極6，藍寶石襯底I雷射挖孔10孔徑10 50 μ m,孔深15 105 μ m。圖10是顯示根據本發明的第一實施例，將雷射在藍寶石襯底I上所形成的通孔用金屬11加以回填，使上下電氣導通，回填的方式可以是電鍍或化學鍍。圖11是顯示根據本發明的第一實施例，在回填通孔上方蒸鍍打線電極12完成類垂直式發光二極體。下面說明根據本發明的第二實施例，和第一實施例的差別在於雷射挖孔是從藍寶石襯底的正面來實施，並利用電鍍或化學鍍的方式在邦定支撐基板前回填此一孔洞。根據本發明的實施例所完成的類垂直式發光二極體，結合正裝結構、倒裝結構和垂直結構的優點，本發明的一種類垂直式發光二極體，保留了原來外延成長所使用的藍寶石襯底，避免垂直結構的發光二極體在雷射剝離藍寶石襯底時，所造成的應力損傷和省去倒裝結構發光二極體植球固晶等繁瑣且精密的工藝。具有高散熱邦定基板降低熱阻和高反射DBR層增加光取出效率。使用本發明的實施例，發光面積增加10 20%，熱阻不到相同尺寸正裝結構晶片的1/3，同時亮度可提高30%以上。以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下本發明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等同物界定。
權利要求
1.一種類垂直式發光二極體，從上至下包括打線電極，藍寶石襯底，N-GaN層，發光層，P-GaN層，電流擴散層，絕緣層，邦定金屬介層，支撐基板，其特徵在於，藍寶石襯底兩側均具有等離子幹法腐蝕形成的粗糙面，該藍寶石襯底中具有雷射挖孔所形成的通孔，並通過金屬回填通孔，使N-GaN層上的電極和打線電極相連接。
2.根據權利要求I所述的一種類垂直式發光二極體，其特徵在於，所述電流擴散層可以是金屬或合金或金屬氧化物。
3.根據權利要求2所述的一種類垂直式發光二極體，其特徵在於，所述金屬氧化物可以是氧化銦錫，氧化鋅，氧化鋁鋅，氧化銦鋅。
4.根據權利要求I所述的一種類垂直式發光二極體，其特徵在於，所述絕緣層可以是氧化矽，氮化矽，氧氮化矽，氧化鋁，氮化鋁，氧化鈦和由不同透明介電層所組成的布拉格反射層。
5.根據權利要求I所述的一種類垂直式發光二極體，其特徵在於，所述邦定金屬介層可以是金，銀，鋁和以上金屬所形成的合金，其厚度為I ΙΟμπι。
6.根據權利要求I所述的一種類垂直式發光二極體，其特徵在於，所述支撐基板可以是金屬或矽，其厚度在80 150 μ m。
7.—種類垂直式發光二極體的製作方法，其特徵在於，包括以下步驟 .1)通過等離子幹法腐蝕在藍寶石襯底的正面形成第一粗糙面； . 2)從第一粗糙面向外依次生長N-GaN層、發光層、P-GaN層； . 3)在P-GaN層上蒸鍍電流擴散層並形成歐姆接觸； . 4)利用等離子幹法刻蝕使N-GaN層曝露，並在N-GaN層上蒸鍍電極形成歐姆接觸； . 5)在晶圓正面蒸鍍絕緣層； .6)利用溼法化學或等離子幹法刻蝕部份絕緣層至電流擴散層； .7)在晶圓正面蒸鍍邦定金屬介層和邦定支撐基板； .8)將晶圓背面的藍寶石襯底機械研磨至一定厚度； .9)在研磨減薄後的藍寶石襯底背面上，以等離子幹法腐蝕形成第二粗糙面； . 10)從藍寶石襯底背面上雷射挖孔至N-GaN層上的電極； . 11)將雷射在藍寶石襯底上所形成的通孔用金屬加以回填，使上下電氣導通； . 12)在回填通孔上方蒸鍍打線電極。
8.根據權利要求7所述的一種類垂直式發光二極體的製作方法，其特徵在於，步驟8)中，機械研磨藍寶石襯底至10 100 μ m厚。
9.根據權利要求7所述的一種類垂直式發光二極體的製作方法，其特徵在於，步驟10)中，在藍寶石襯底上雷射挖孔的孔徑為10 50 μ m,孔深為15 105 μ m。
10.根據權利要求7所述的一種類垂直式發光二極體的製作方法，其特徵在於，步驟.11)中，將雷射在藍寶石襯底上所形成的通孔用金屬加以回填的方式可以是電鍍或化學鍍。
全文摘要
本發明提出一種類垂直式發光二極體，從上至下包括打線電極，藍寶石襯底，N-GaN層，發光層，P-GaN層，電流擴散層，絕緣層，邦定金屬介層，支撐基板，藍寶石襯底兩側均具有等離子幹法腐蝕形成的粗糙面，該藍寶石襯底中具有雷射挖孔所形成的通孔，並通過金屬回填通孔，使N-GaN層上的電極和打線電極相連接；這種類垂直式發光二極體結合正裝結構、倒裝結構和垂直結構的優點，保留了原來外延成長所使用的藍寶石襯底，避免垂直結構的發光二極體在雷射剝離藍寶石襯底所造成的應力損傷，省去倒裝結構的發光二極體植球固晶等繁瑣且精密的工藝，提供了發光二極體另一個增加出光效率和改善散熱的技術途徑。
文檔編號H01L33/46GK102723429SQ20121021185
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月25日 優先權日2012年6月25日
發明者李政憲, 熊威, 鍾偉榮 申請人:鍾偉榮