一種疊層式led晶片及其製造方法
2023-12-07 05:30:46 3
專利名稱：一種疊層式led晶片及其製造方法
技術領域：
本發明涉及LED製造技術領域，尤其涉及一種疊層式LED晶片及其製造方法。
背景技術：
發光二級管(LED,Light Emitting Diode)是一種半導體固體發光器件,其利用半導體PN結作為發光材料，可以將電轉換為光。當半導體PN結的兩端加上正向電壓後，注入PN結中的電子和空穴發生複合，將過剩的能量以光子的形式釋放出來。LED具有壽命長，功耗低的優點，隨著技術的日漸成熟，對LED的功率和亮度的要求要求也越來越高。高光效(Lm/W)是LED取代傳統光源的主要優勢所在，但真正的普及應用取決於成本的降低。這就要求單位面積的晶片能夠提供更多的光，即單位面積晶片總光通量需要更進一步的提升。常規的做法是增加晶片的驅動電流，但由於LED晶片固有的Efficiency-Droop從原理上限制了驅動電流的極限，隨著電流密度的增加伴隨著熱的加速積累，壽命縮短、光效降低等問題接踵而來。
發明內容
本發明提供一種疊層式LED晶片及其製造方法，用以解決疊層式LED晶片電壓畸高的難題，達到提高光效的目的。為解決以上問題，本發明提供一種疊層式LED晶片的製造方法，包括:提供襯底；在所述襯底上形成第一層至第n層管芯，並在相鄰層管芯之間形成透明導電層，n大於等於2 ;以及在第一層管芯上形成N電極，並在第n層管芯上形成P電極。可選的，形成每一層透明導電層後，還包括:形成貫穿所述透明導電層的孔洞。可選的，所述孔洞形狀為圓形或正六邊形。可選的，所述孔洞均勻分布在透明導電層中。可選的，所述透明導電層為IT0。可選的，每一層管芯均包括:N型半導體層、多量子阱有源層和P型半導體層。可選的，在第一層管芯上形成N電極，並在第n層管芯上形成P電極的步驟包括:刻蝕所述第一層管芯至第n層管芯，以暴露出第一層管芯的N型半導體層；在所述第n層管芯的P型半導體層上形成P電極，並在所述第一層管芯的N型半導體層上形成N電極。可選的，其中n大於等於3。本發明的另一面還提供一種疊層式LED晶片，包括:襯底；形成於所述襯底上的第一層至第n層管芯；形成於相鄰層管芯之間的透明導電層；
形成於所述第一層管芯上的N電極，其中n大於等於2 ;以及形成於所述第n層管芯上的P電極。本發明提供一種疊層式LED晶片及其製造方法，所述疊層式LED晶片形成有多層管芯，並且在管芯之間形成與管芯歐姆接觸的透明導電層，這樣管芯之間不形成與管芯中PN結反向的PN結，從而避免了電壓畸高的問題，達到提高光效的目的。
圖1為本發明實施例的疊層式LED晶片的製造方法的流程圖；圖2A 2H為本發明實施例的疊層式LED晶片的製造方法的各步驟的剖面結構示意圖；圖3A和3B為本發明實施例中疊層式LED晶片的透明導電層的俯視結構示意圖。
具體實施例方式在背景技術中已經提及，現有的LED結構無滿足達到更高光效的市場需求。為了解決這一問題，業界嘗試在傳統的單層管芯結構(N型半導體層-多量子阱有源層-P型半導體層)上繼續堆疊生長管芯結構，即直接形成多層管芯結構，這樣讓同樣面積的疊層式LED晶片可以相當於數個傳統的LED晶片。然而，本申請發明人研究發現，這種多層管芯結構有著一個關鍵問題-電壓畸高，使得這種疊層LED的實際光效反而遠低於傳統的單層管芯結構。這是因為後一層管芯的N型半導體層生長於前一層管芯的P型半導體層之上，兩層之間無法形成歐姆接觸，而是形成PN結，且該PN結與管芯中的PN結方向相反。這意味著當在疊層式LED上外加正向電壓時，相鄰兩層管芯間的PN結是反向耗盡，絕大部分電壓降都落在此反向PN結上。因此，要獲得同傳統的LED結構相等的工作電流，該疊層LED結構的工作電壓遠遠高於相同數量的傳統LED通過導線串聯的電壓。因此，本發明提供的疊層式LED晶片及其製造方法在襯底上形成有多層管芯，在相鄰層管芯間用透明導電層連接，形成歐姆接觸，來解決疊層式LED晶片電壓畸高的問題。下面將結合附圖對本發明進行更詳細的描述，其中表示了本發明的優選實施例，應所述理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發明，而仍然實現本發明的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對於本領域技術人員的廣泛知道，而並不作為對本發明的限制。為了清楚，不描述實際實施例的全部特徵。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結構，因為它們會使本發明由於不必要的細節而混亂。應當認為在任何實際實施例的開發中，必須做出大量實施細節以實現開發者的特定目標，例如按照有關系統或有關商業的限制，由一個實施例改變為另一個實施例。另外，應當認為這種開發工作可能是複雜和耗費時間的，但是對於本領域技術人員來說僅僅是常規工作。在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發明。根據下面說明和權利要求書，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。請參考圖1，其為本發明實施例中疊層式LED晶片製造方法的流程圖，所述方法包括如下步驟:
步驟S31，提供襯底；步驟S32，在所述襯底上形成第一層至第n層管芯，並在相鄰層管芯之間形成透明導電層，n大於等於2 ；步驟S33，在第一層管芯上形成N電極，並在第n層管芯上形成P電極。該方法的核心思想在於，在所述襯底上形成第一層至第n層管芯，並在相鄰層管芯之間形成透明導電層，由於在相鄰的兩層管芯之間形成有透明導電層，透明導電層與管芯形成歐姆接觸，這樣相鄰的管芯之間不會形成反向的PN結而產生電壓畸高的問題。參照圖2A，執行步驟S31，提供襯底101，本實例中，所述襯底101為藍寶石(Al2O3)襯底。當然，根據工藝，也可以選用其他適用於LED晶片製造的襯底，例如是尖晶石(MgAl2O4)' SiC, ZnS, ZnO 或 GaAs 襯底。參照圖2B至2F，執行步驟S32，在所述襯底上形成第一層至第n層管芯，並在相鄰層管芯之間形成透明導電層，n大於等於2。以下以形成n等於3的疊層式LED晶片為例，參照圖2B，先在襯底101上形成第一層管芯102，第一層管芯102包括:N型半導體層104、多量子阱有源層105和P型半導體層106。本實施例中，N型半導體層104的材質為N型AlInGaN, P型半導體層106的材質為P型AlInGaN。第一層管芯102的結構以及後續步驟中形成的第二層至第n層管芯結構相同，外延生長管芯的手段和具體工藝步驟為本領域技術人員的公知常識，在此不再贅述。參照圖2C至2F，在所述第一層管芯102上交替生長透明導電層和管芯直至形成第n層管芯，在本實施例中n為3。參照圖2C，在生長完第一層管芯102後，形成第一層透明導電層103 ;參照圖2D，之後在第一層透明導電層103上形成第二層管芯112，第一層透明導電層103分別與第一層管芯102和第二層管芯112之間形成歐姆接觸；參照圖2E和圖2F，然後在第二層管芯112上依次生長第二層透明導電層113和第三層管芯122。同樣的，第二層透明導電層113與第二層管芯112和第三層管芯122都形成歐姆接觸。這樣，相鄰的兩層管芯之間沒有形成與管芯的PN結反向的PN結，並不會產生額外的壓降，造成疊層式LED結構工作電壓畸高的問題。為了圖示清楚，除了第一層管芯其它各層管芯的N型半導體層、多量子阱有源層和P型半導體層均未圖示。本實施例中透明導電層的材質為IT0，當然也可以使用其他透光性好並且和管芯能形成歐姆接觸的材質。由於ITO的晶格結構與管芯材質的晶格結構不同，為了使下一層管芯有較優的生長質量，優選的在透明導電層中形成有貫穿所述透明導電層的孔洞，以暴露出前一層管芯。以第一層透明導電層為例，參照圖2C和圖3B，在第一層透明導電層103中形成第一層透明導電層103的孔洞107，以暴露出第一層管芯102，這樣在後續的工藝中，第二層管芯112以第一層管芯102的晶格結構為模版生長，能生長出較優質的管芯。所述孔洞107的形狀可以是圓形或正六邊形，更優選的，參照圖3A，所述孔洞107均勻的分布在第一層透明導電層103中。本領域技術人員可以選擇公知的工藝手段來形成所述孔洞，例如可以使用光刻或壓印等方法。參照圖2G至圖2H，執行步驟S33，分別在第一層管芯102上形成N電極131，在並在第n層管芯上形成P電極132。具體的，利用刻蝕工藝刻蝕所述第一層管芯至第n層管芯，以暴露出第一層管芯的N型半導體層。分別在第一層管芯的N型半導體層上形成N電極，在所述第n層管芯的P型半導體層上的P型半導體層中形成P電極。上述各圖中僅圖示出一個疊層式LED晶片的結構示意圖，可以理解的是，在實際生產中襯底上形成多個疊層式LED晶片結構，經過裂片封裝等本領域人員的常用手段最終形成單顆的疊層式LED。本發明的另一面，提供一種由上述方法製造的疊層式LED晶片，所述疊層式LED晶片包括:襯底；形成於所述襯底上的第一層至第n層管芯，其中n大於等於2 ;形成於相鄰層管芯之間的透明導電層；形成於所述第一層管芯上的N電極；以及形成於所述第n層管芯上的P電極。n的具體取值取決於工藝設計的需求，參見圖2H，圖示了 n等於3的疊層式LED晶片的結構示意圖，具體包括:襯底101，形成於所述襯底上的第一層至第三層管芯，形成於第一層管芯102和第二層管芯112之間的第一層透明導電層103，形成於第二層管芯112和第三層管芯122之間的第二層透明導電層113，透明導電層分別與相鄰的管芯形成歐姆接觸，這樣避免了各層管芯之間形成與管芯中PN結反向的PN結，從而避免了電壓畸高的問題，達到提聞光效的目的。綜上所述，本發明所提供的疊層式LED晶片的結構及其製造方法，所述疊層式LED晶片形成有多層管芯，並且在管芯之間形成與管芯歐姆接觸的透明導電層，使得管芯之間不形成與管芯中PN結反向的PN結，從而避免了電壓畸高的問題，這樣，同樣面積的疊層式LED晶片可以相當於數個傳統的LED晶片，達到提高光效的目的。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種疊層式LED晶片的製造方法，包括: 提供襯底； 在所述襯底上形成第一層至第n層管芯，並在相鄰層管芯之間形成透明導電層，n大於等於2 ;以及 在第一層管芯上形成N電極，並在第n層管芯上形成P電極。
2.如權利要求1所述的疊層式LED晶片的製造方法，其特徵在於:形成每一層透明導電層後，還包括: 形成貫穿所述透明導電層的孔洞。
3.如權利要求2所述的疊層式LED晶片的製造方法，其特徵在於:所述孔洞形狀為圓形或正六邊形。
4.如權利要求2或3所述的疊層式LED晶片的製造方法，其特徵在於:所述孔洞均勻分布在透明導電層中。
5.如權利要求1所述的疊層式LED晶片的製造方法，其特徵在於:所述透明導電層為ITO。
6.如權利要求1所述的疊層式LED晶片的製造方法，其特徵在於:每一層管芯均包括:N型半導體層、多量子阱有源層和P型半導體層。
7.如權利要求6所述的疊層式LED晶片的製造方法，其特徵在於:在第一層管芯上形成N電極，並在第n層管芯上形成P電極的步驟包括: 刻蝕所述第n層管芯至第一層管芯，以暴露出第一層管芯的N型半導體層； 在所述第n層管芯的P型半導體層上形成P電極，並在所述第一層管芯的N型半導體層上形成N電極。
8.如權利要求1所述的疊層式LED晶片的製造方法，其特徵在於:其中n大於等於3。
9.一種疊層式LED晶片,包括: 襯底； 形成於所述襯底上的第一層至第n層管芯，其中n大於等於2 ； 形成於相鄰層管芯之間的透明導電層； 形成於所述第一層管芯上的N電極；以及 形成於所述第n層管芯上的P電極。
10.如權利要求9所述的疊層式LED晶片，其特徵在於:還包括:貫穿所述透明導電層的孔洞。
11.如權利要求10所述的疊層式LED晶片，其特徵在於:所述孔洞形狀為圓形或正六邊形。
12.如權利要求10或11所述的疊層式LED晶片，其特徵在於:所述孔洞均勻分布在透明導電層中。
13.如權利要求9所述的疊層式LED晶片，其特徵在於:所述透明導電層為ITO。
14.如權利要求9所述的疊層式LED晶片，其特徵在於:其中n大於等於3。
全文摘要
本發明揭露了一種疊層式LED晶片的結構及其製造方法，所述疊層式LED晶片的製造方法，包括提供襯底；在所述襯底上形成第一層至第n層管芯，並在相鄰層管芯之間形成透明導電層，n大於等於2；以及在第一層管芯上形成N電極，並在第n層管芯上形成P電極。這樣，管芯之間不形成與管芯中PN結反向的PN結，避免了電壓畸高的問題，使得同樣面積的疊層式LED晶片可以相當於數個傳統的LED晶片，達到提高光效的目的。
文檔編號H01L33/14GK103208567SQ20131009078
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月20日 優先權日2013年3月20日
發明者汪洋 申請人:映瑞光電科技(上海)有限公司