一種倒裝結構的發光二極體晶片的製作方法

2023-05-03 22:42:01 2

專利名稱：一種倒裝結構的發光二極體晶片的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及發光器件技術，尤其涉及一種倒裝結構的發光二極體晶片。
背景技術：
隨著發光二極體(即LED)光效的不斷提高，在某些領域，如液晶背光、汽車照明光源等，已逐漸顯露出發光二極體代替傳統發光器件的趨勢。在通用照明領域，大功率發光二極體也同樣具有取代傳統光源的巨大潛力。一般發光二極體主要包括用於發光的晶片、用於封裝及散熱的支架(或散熱基板)，晶片封裝固定於支架。其中，傳統發光二極體的晶片一般採用正裝結構，在這種結構中，η型半導體層、有源層、ρ型半導體層依次沉積在襯底上，然後採用半導體微加工工藝製造η接觸孔、η電極及P電極。但是，這種正裝結構的發光二極體晶片，其存在的問題是首先，通過支架封裝晶片時，需要打線實現η電極、P電極與支架的電連接，而打線往往會存在虛焊等問題，因此導致發光二極體的可靠性差；其次襯底一般厚度較大且導熱性差，影響發光二極體整體的導熱性能；再者，由於P型半導體層導電性能差，一般須在P型半導體層表面引入電流擴散層，而電流擴散層會吸收部分光而降低發光二極體的光效。為了解決正裝結構的發光二極體的問題，有些廠家提出了倒裝結構的發光二極體。倒裝結構的發光二極體是將發光二極體晶片倒轉封裝固定於倒裝基板，倒裝結構的發光二極體無需在出光面製造電極及電流擴散層，因此具有更高的出光效率。請參考圖1，現有技術中倒裝結構的發光二極體的發光二極體晶片通常是在襯底 101的表面依序沉積η型半導體層102、有源層103、ρ型半導體層104，然後，蝕刻部分區域的P型半導體層104和有源層103，使得該部分區域的η型半導體層102外露，接著，在外露部分的η型半導體層102表面依次沉積η極接觸層10fe、n極電極層106a，在外露部分的ρ 型半導體層104表面依次沉積ρ極接觸層105b、ρ極電極層106b，從而形成發光二極體晶片。其中，由於P極接觸層10 與η型半導體層102相比具有更加優良的導電特性，所以， 發光二極體晶片在發光時，電流傾向於選擇電阻最小的路徑流動，即沿P極接觸層10 擴散至η極刻蝕孔107 (ρ型半導體層104和有源層103的蝕刻部分區域)邊沿，再往下經過 P型半導體層104、有源層103和η型半導體層102到達η極電極層106a，顯然，這種結構的發光二極體晶片的電流路徑會造成η極刻蝕孔107邊沿電流擁擠，即η極刻蝕孔107邊沿的電流密度較大，而η極刻蝕孔107邊沿的電流密度較大會導致該區域產生大量的熱量，進而增大該區域非輻射複合的機率，降低發光二極體晶片的發光效率。另外，現有技術中倒裝結構的發光二極體通常存在「波導效應」，即半導體材料層 (η型半導體層和ρ型半導體層)較大的折射率導致光線從半導體材料層出射時會產生較強的全反射。請參考圖2，以藍光發光二極體晶片最常用的GaN (氮化鎵)基材料(即η型半導體層、P型半導體層等半導體層均是以GaN為基材料)為例，其折射率為2. 3左右，而常用的藍寶石襯底折射率為1. 7，因此光線在GaN-藍寶石界面出射時，全反射臨界角約為47. 7度， 這意味著約有50%的光線在GaN-藍寶石界面由於全反射而無法出射，並且由於ρ極接觸層對光線基本為鏡面反射，所以，大於臨界角47. 7度的光線將在發光二極體晶片內部不斷反射並最終被吸收消失，即降低了發光二極體晶片的發光效率。
發明內容本實用新型的目的在於針對現有技術的不足而提供一種可減少η極刻蝕孔邊沿的電流密度、提高發光效率的倒裝結構的發光二極體晶片。本實用新型的目的通過以下技術措施實現一種倒裝結構的發光二極體晶片，包括有襯底、η型半導體層、有源層、ρ型半導體層，所述η型半導體層覆蓋在所述襯底的表面， 所述有源層覆蓋在所述η型半導體層的表面，所述P型半導體層覆蓋在所述有源層的表面， 還包括用於外露η型半導體層的η極刻蝕孔，所述η極刻蝕孔的底部和內壁設置有與所述η 型半導體層連接的η極接觸層，所述P型半導體層表面設置有與所述P型半導體層連接的 P極接觸層；所述η極接觸層包括有η極絕緣透明層、η極金屬層，所述η極絕緣透明層覆蓋在所述η極刻蝕孔的內壁，所述η極金屬層覆蓋在所述η極絕緣透明層的表面和η極刻蝕孔的底部，所述η極金屬層的表面設置有η極電極層，所述η極電極層通過所述η極金屬層與所述η型半導體層電連接；所述P極接觸層包括有P極絕緣透明層、P極金屬層，所述P極絕緣透明層覆蓋在所述P型半導體層的表面，且所述P極絕緣透明層開設有P極接觸孔，所述P極金屬層覆蓋在所述P極絕緣透明層的表面，且所述P極金屬層通過所述P極接觸孔與所述P型半導體層電連接，所述P極金屬層的表面設置有P極電極層，所述P極電極層與所述P極金屬層電連接。所述η極刻蝕孔、ρ極接觸孔均為倒錐臺型。所述η極刻蝕孔的孔壁與所述η型半導體層表面的夾角為35 55度。所述ρ極接觸孔的孔壁與所述ρ型半導體層表面的夾角為35 55度。所述η極刻蝕孔的邊沿與ρ極接觸孔的邊沿的距離大於10 μ m。所述η極刻蝕孔位於所述η型半導體層的中央，所述ρ極接觸孔為圓環狀，且P極接觸孔以η極刻蝕孔為圓心。所述η極刻蝕孔的邊沿與ρ極接觸孔的邊沿的距離為11 30 μ m。所述ρ極接觸孔為至少兩個。所述η極接觸層的表面、ρ極接觸層的表面均覆蓋有鈍化層，所述鈍化層開設有用於供η極電極層和ρ極電極層凸出的窗口。所述鈍化層呈圓環狀，且鈍化層以所述η極電極層為圓心圍繞著η極電極層，所述 P極電極層圍繞著所述鈍化層，且P極電極層的外邊緣呈矩形。本實用新型有益效果在於本實用新型包括有襯底、η型半導體層、有源層、P型半導體層，還包括用於外露η型半導體層的η極刻蝕孔，η極刻蝕孔的底部和內壁設置有與η 型半導體層連接的η極接觸層，P型半導體層表面設置有與P型半導體層連接的P極接觸層，其中，本實用新型通過η極絕緣透明層隔開η極刻蝕孔邊沿與ρ極金屬層，使ρ極金屬層的電流較難擴散至η極刻蝕孔邊沿，從而減少η極刻蝕孔邊沿的電流密度，提高晶片整體的有效的輻射複合的效率，即提高發光二極體晶片的發光效率。
4[0021]而且，ρ極接觸孔為圓環狀，且ρ極接觸孔以η極刻蝕孔為圓心，從而可以在相同電流擴散長度的條件下，增大電流擴散面積，減少電流密度，提高發光二極體晶片的發光效率；進一步，倒錐臺型的η極刻蝕孔、ρ極接觸孔可以減弱「波導效應」，減少由於全反射而無法出射的光線，從而提高發光二極體晶片的發光效率。

利用附圖對本實用新型作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本實用新型的任何限制。圖1是現有技術的發光二極體晶片的結構示意圖。圖2是現有技術的發光二極體晶片的「波導效應」的部分光線走向示意圖。圖3是本實用新型的一種倒裝結構的發光二極體晶片的剖面結構示意圖。圖4是本實用新型的一種倒裝結構的發光二極體晶片的俯視方向的鈍化層、η極電極層和P極電極層的結構示意圖。圖5是本實用新型的一種倒裝結構的發光二極體晶片的襯底、η型半導體層、有源層、P型半導體層、η極絕緣透明層和ρ極絕緣透明層的剖面結構示意圖。圖6是圖5俯視方向的結構示意圖。圖7是本實用新型的一種倒裝結構的發光二極體晶片的半邊剖面結構示意圖的部分光線走向示意圖。在圖3 7中包括有11——襯底12——η型半導體層13——有源層14——ρ型半導體層151a——η極絕緣透明層 151b——ρ極絕緣透明層152a——η極金屬層152b——ρ極金屬層153a——η極刻蝕孔15 ——ρ極接觸孔16——鈍化層17a——η極電極層17b——ρ極電極層。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步的說明。本實用新型的一種倒裝結構的發光二極體晶片，如圖3 6所示，其包括有襯底 ll、n型半導體層12、有源層13、p型半導體層14，η型半導體層12覆蓋在襯底11的表面， 有源層13覆蓋在η型半導體層12的表面，ρ型半導體層14覆蓋在有源層13的表面，還包括用於外露η型半導體層12的η極刻蝕孔153a，η極刻蝕孔153a的底部和內壁設置有與 η型半導體層12連接的η極接觸層，ρ型半導體層14表面設置有與ρ型半導體層14連接的P極接觸層。η極接觸層包括有η極絕緣透明層151a、η極金屬層152a，η極絕緣透明層151a 覆蓋在η極刻蝕孔153a的內壁，其中，在本實施例中，所述η極刻蝕孔153a兩側部分的ρ 型半導體層14也覆蓋了 η極絕緣透明層151a，使η極刻蝕孔153a邊沿與ρ極金屬層152b 更好地隔離。η極金屬層15 覆蓋在η極絕緣透明層151a的表面和η極刻蝕孔153a的底部，η極金屬層15 的表面設置有η極電極層17a，η極電極層17a通過η極金屬層15 與η型半導體層12電連接。ρ極接觸層包括有ρ極絕緣透明層151b、ρ極金屬層152b，ρ極絕緣透明層151b 覆蓋在P型半導體層14的表面，且P極絕緣透明層151b開設有P極接觸孔15北，P極接觸孔15 貫穿ρ極絕緣透明層151b ；ρ極金屬層152b覆蓋在ρ極絕緣透明層151b的表面， 且P極金屬層152b通過ρ極接觸孔15 與ρ型半導體層14電連接，即部分的ρ極金屬層 152b填充在ρ極接觸孔15 中，從而與ρ型半導體層14電連接；ρ極金屬層152b的表面設置有P極電極層17b，p極電極層17b與ρ極金屬層152b電連接，即ρ極電極層17b通過 P極金屬層152b與ρ型半導體層14電連接。從上述結構可以看出，本實用新型通過η極絕緣透明層151a有效地隔開了 η極刻蝕孔153a邊沿與ρ極金屬層152b，使ρ極金屬層152b的電流較難擴散至η極刻蝕孔153a 邊沿，從而減少η極刻蝕孔153a邊沿的電流密度，提高晶片整體的有效的輻射複合的效率， 即提高發光二極體晶片的發光效率。η極刻蝕孔153a、p極接觸孔15 均為倒錐臺(由上至下，逐漸由寬變窄)型，其中， η極刻蝕孔153a的孔壁與η型半導體層12表面的夾角小於90度，ρ極接觸孔15 的孔壁與P型半導體層14表面的夾角小於90度，更具體地說，本實用新型優選η極刻蝕孔153a 的孔壁與η型半導體層12表面的夾角為35 55度，ρ極接觸孔15 的孔壁與ρ型半導體層14表面的夾角為35 55度。本實用新型ρ極接觸孔15 為圓環狀，且ρ極接觸孔15 以η極刻蝕孔153a為圓心，相比於現有技術中η極刻蝕孔與P極電極相對設置的發光二極體晶片，本實用新型這種結構可以在相同電流擴散長度的條件下，增大電流擴散面積，減少電流密度，提高發光二極體晶片的發光效率。進一步，這種倒錐臺型的η極刻蝕孔153a、p極接觸孔15 可以減弱「波導效應」， 減少由於全反射而無法出射的光線，請參考圖7，為本實用新型半邊剖面(為了清楚表示光線走向，並未標識剖面線)結構示意圖的部分光線走向示意圖，當光線從有源層13發出後， 穿過P極絕緣透明層151b後，經過有一定角度的ρ極金屬層152b的反射，可以改變出射角度，從而小於η型半導體層12與襯底11界面的全反射臨界角度，穿過襯底11而出射。因此，本實用新型錐臺型的η極刻蝕孔153a、ρ極接觸孔15 可以減少由於全反射而無法出射的光線，從而提高發光二極體晶片的發光效率。η極刻蝕孔153a的邊沿與(最近的)ρ極接觸孔15 的邊沿的距離(d)大於10 μ m，使η極刻蝕孔153a邊沿與ρ極金屬層152b具有較好的隔離效果，以減少η極刻蝕孔 153a邊沿的電流密度，更具體地說，本實用新型優選η極刻蝕孔153a的邊沿與ρ極接觸孔 153b的邊沿的距離為11 30 μ m。η極刻蝕孔153a位於η型半導體層12的中央，ρ極接觸孔15 為圓環狀，且ρ極接觸孔15 以η極刻蝕孔153a為圓心，即ρ極接觸孔15 圍繞著η極刻蝕孔153a，其中， P極接觸孔15 為至少兩個，即ρ極接觸孔15 為多個同心圓環狀，使ρ極金屬層152b可以通過至少兩個P極接觸孔15 與ρ型半導體層14均勻接觸，具有較好的電連接效果。η極接觸層的表面、ρ極接觸層的表面均覆蓋有鈍化層16，鈍化層16開設有用於供η極電極層17a和ρ極電極層17b凸出的窗口，鈍化層16具有絕緣效果，從而防止η極接觸層和P極接觸層與外界接觸。其中，在本實施例中，鈍化層16呈圓環狀，且鈍化層16 以η極電極層17a為圓心圍繞著η極電極層17a，p極電極層17b圍繞著鈍化層16，且ρ極電極層17b的外邊緣呈矩形，此種結構，使η極電極層17a位於中心，而ρ極電極層17b具有對稱性，所以，本實用新型在安裝時，無需專門對準η極電極層17a或ρ極電極層17b，可以隨意調整方向，從而使得發光二極體晶片的安裝十分方便。當然，所述η極電極層17a和 P極電極層17b也可以為其它形狀，只要其具有安裝方便的效果即可。其中，本實用新型的ρ極金屬層15 為Ag (銀)、Al (鋁)、Ti (鈦)、Ni (鎳)、Au (金)、Cr (鉻)中的一種或多種製成；本實用新型的η極金屬層15 為Ag (銀)、A1 (鋁)、Ti (鈦)、Ni (鎳)、Au (金)、Cr (鉻)中的一種或多種製成；本實用新型的η極絕緣透明層151a 和P極絕緣透明層151b均為高折射率透明層；本實用新型的η極刻蝕孔153a貫穿有源層 13和ρ型半導體層14。本實用新型在安裝時，可通過各向異性導電膠倒裝固定在倒裝基板上，形成發光二極體晶片倒裝的發光二極體，使應用本實用新型的發光二極體的發光效率較高。最後應當說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對本實用新型保護範圍的限制，儘管參照較佳實施例對本實用新型作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的實質和範圍。
權利要求1.一種倒裝結構的發光二極體晶片，包括有襯底、η型半導體層、有源層、ρ型半導體層，所述η型半導體層覆蓋在所述襯底的表面，所述有源層覆蓋在所述η型半導體層的表面，所述P型半導體層覆蓋在所述有源層的表面，其特徵在於還包括用於外露η型半導體層的η極刻蝕孔，所述η極刻蝕孔的底部和內壁設置有與所述η型半導體層連接的η極接觸層，所述P型半導體層表面設置有與所述P型半導體層連接的P極接觸層；所述η極接觸層包括有η極絕緣透明層、η極金屬層，所述η極絕緣透明層覆蓋在所述 η極刻蝕孔的內壁，所述η極金屬層覆蓋在所述η極絕緣透明層的表面和η極刻蝕孔的底部，所述η極金屬層的表面設置有η極電極層，所述η極電極層通過所述η極金屬層與所述 η型半導體層電連接；所述P極接觸層包括有P極絕緣透明層、P極金屬層，所述P極絕緣透明層覆蓋在所述 P型半導體層的表面，且所述P極絕緣透明層開設有P極接觸孔，所述P極金屬層覆蓋在所述P極絕緣透明層的表面，且所述P極金屬層通過所述P極接觸孔與所述P型半導體層電連接，所述P極金屬層的表面設置有P極電極層，所述P極電極層與所述P極金屬層電連接。
2.根據權利要求1所述的倒裝結構的發光二極體晶片，其特徵在於所述η極刻蝕孔、 P極接觸孔均為倒錐臺型。
3.根據權利要求2所述的倒裝結構的發光二極體晶片，其特徵在於所述η極刻蝕孔的孔壁與所述η型半導體層表面的夾角為35 55度。
4.根據權利要求2所述的倒裝結構的發光二極體晶片，其特徵在於所述ρ極接觸孔的孔壁與所述P型半導體層表面的夾角為35 55度。
5.根據權利要求1 4任意一項所述的倒裝結構的發光二極體晶片，其特徵在於所述η極刻蝕孔的邊沿與ρ極接觸孔的邊沿的距離大於10 μ m。
6.根據權利要求1 4任意一項所述的倒裝結構的發光二極體晶片，其特徵在於所述η極刻蝕孔位於所述η型半導體層的中央，所述ρ極接觸孔為圓環狀，且ρ極接觸孔以η 極刻蝕孔為圓心。
7.根據權利要求5所述的倒裝結構的發光二極體晶片，其特徵在於所述η極刻蝕孔的邊沿與P極接觸孔的邊沿的距離為11 30 μ m。
8.根據權利要求6所述的倒裝結構的發光二極體晶片，其特徵在於所述ρ極接觸孔為至少兩個。
9.根據權利要求6所述的倒裝結構的發光二極體晶片，其特徵在於所述η極接觸層的表面、P極接觸層的表面均覆蓋有鈍化層，所述鈍化層開設有用於供η極電極層和P極電極層凸出的窗口。
10.根據權利要求9所述的倒裝結構的發光二極體晶片，其特徵在於所述鈍化層呈圓環狀，且鈍化層以所述η極電極層為圓心圍繞著η極電極層，所述P極電極層圍繞著所述鈍化層，且P極電極層的外邊緣呈矩形。
專利摘要本實用新型涉及發光器件技術，尤其涉及一種倒裝結構的發光二極體晶片，其包括有襯底、n型半導體層、有源層、p型半導體層，還包括用於外露n型半導體層的n極刻蝕孔，n極刻蝕孔的底部和內壁設置有與n型半導體層連接的n極接觸層，p型半導體層表面設置有與p型半導體層連接的p極接觸層，其中，本實用新型通過n極絕緣透明層隔開n極刻蝕孔邊沿與p極金屬層，使p極金屬層的電流較難擴散至n極刻蝕孔邊沿，從而減少n極刻蝕孔邊沿的電流密度，提高晶片整體的有效的輻射複合的效率，即提高發光二極體晶片的發光效率。
文檔編號H01L33/38GK202221774SQ20112028180
公開日2012年5月16日 申請日期2011年8月4日 優先權日2011年8月4日
發明者吳烜梁, 李永德, 王維昀 申請人:東莞市福地電子材料有限公司