專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于二次襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)的單電極白光led及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種白光發(fā)光二極管，特別是涉及一種基于二次襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)的單電極白光LED及其制備方法。
背景技術(shù)：
白光LED具有發(fā)光效率高、省電、無(wú)熱幅射、不含水銀等重金屬、無(wú)污染及廢棄物處理問(wèn)題等眾多優(yōu)點(diǎn)，被視為"綠色照明光源"的明日之星。目前主要采用三種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)白光第一種方式是藍(lán)光LED發(fā)光二極管激發(fā)黃色熒光粉產(chǎn)生白光；第二種方式是紫外光LED激發(fā)RGB三波長(zhǎng)熒光粉來(lái)產(chǎn)生白光；第三種方式是RGB三基色LED發(fā)光二極管做混光而形成白光。前兩種方式都是靠發(fā)光二極管激發(fā)熒光粉發(fā)光，光轉(zhuǎn)換效率較低，而且封裝過(guò)程熒光粉涂覆很難控制，容易出現(xiàn)發(fā)光顏色不正，顏色不均勻等現(xiàn)象；第三種方式需要較復(fù)雜的電路驅(qū)動(dòng)，生產(chǎn)成本高，不利其商業(yè)化的推廣應(yīng)用。
光效低一直是制約白光LED應(yīng)用的瓶頸，目前白光LED都是以GaN基LED為基礎(chǔ)，而目前大多數(shù)的GaN基外延主要生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底上，由于藍(lán)寶石導(dǎo)電性能差，普通的GaN基發(fā)光器件采用橫向結(jié)構(gòu)，存在電流堵塞并產(chǎn)生熱量的問(wèn)題；另外，藍(lán)寶石襯底的導(dǎo)熱性能低，因此限制了 GaN基器件的發(fā)光功率及效率?？傊F(xiàn)有白光LED在封裝和結(jié)構(gòu)方面存在的缺陷，導(dǎo)致其亮度不夠高，發(fā)光功率和發(fā)光效率比較低，致使白光LED的廣泛應(yīng)用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述白光LED封裝和結(jié)構(gòu)方面存在的問(wèn)題，提高白光LED的光效，本發(fā)明旨在提出一種基于二次襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)的單電極白光LED及其制備方法。
本發(fā)明解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是 一種基于二次襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)的單電極白光LED，包含
支撐基底；
支撐基底下表面形成第一電極；
在該支撐基底上連接黃光LED;
黃光LED下表面形成反射金屬膜；其特征在于在黃光LED上表面形成第一透明導(dǎo)電層，該黃光LED上方通過(guò)透明介質(zhì)材料連接藍(lán)光LED,在透明介質(zhì)材料外圍部分包裹導(dǎo)電聯(lián)接金屬，在藍(lán)光LED下表囪形成第二透明導(dǎo)電層，在藍(lán)光LED上表面形成第二電極。
本發(fā)明LED的支撐基底是導(dǎo)電基底，導(dǎo)電基底可以是Si、 Ge半導(dǎo)體襯底、金屬襯底或合金襯底；反射金屬膜由反射電極以及在該反射電極上形成的歐姆電極組成；透明介質(zhì)材料為旋轉(zhuǎn)涂布玻璃SOG、 BCB樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂高分子材料之一；第一、第二透明導(dǎo)電層為ITO、 AZO或FTO透明導(dǎo)電膜之一，本發(fā)明優(yōu)先采用ITO (摻錫氧化銦tin-doped indium oxide簡(jiǎn)稱(chēng)ITO)。
制備上述的一種基于二次襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)的單電極白光LED的方法，其步驟
是-
1)在n型GaAs襯底上外延生長(zhǎng)AlGalnP基黃光LED發(fā)光材料，發(fā)光材料依次包括n型AlGalnP基半導(dǎo)體層、活性層和p型AlGalnP基半導(dǎo)體層2) 在AlGalnP基黃光LED的p型歐姆接觸層上沉積反射金屬膜；
3) 將AlGalnP基黃光LED發(fā)光材料連接到支撐基底上；
4) 去除n型GaAs襯底；
5) 在AlGalnP基黃光LED的n型半導(dǎo)體層上沉積第一透明導(dǎo)電層材料，再經(jīng)過(guò)高溫?zé)嵬嘶鹨詶l低透明導(dǎo)電層與黃光LED的n型半導(dǎo)體層的接觸電阻-,
6) 在藍(lán)寶石襯底卜.外延生長(zhǎng)GaN基藍(lán)光LED發(fā)光材料，發(fā)光材料依次包括n型GaN基半導(dǎo)體層、活性層和p型GaN基半導(dǎo)體層；
7) 在各單元藍(lán)光LED的p型GaN基半導(dǎo)體層上沉積第二透明導(dǎo)電層材料，再經(jīng)過(guò)高溫?zé)嵬嘶鸾档屯该鲗?dǎo)電層與藍(lán)光LED的p型半導(dǎo)體層的接觸電阻；
8) 通過(guò)透明介質(zhì)材料將GaN基藍(lán)光LED連接到AlGalnP基黃光LED發(fā)光材料上；
9) 將藍(lán)寶石襯底去除；
10) 將露出的透明介質(zhì)材料采用干法或濕法蝕刻去除；
11) 采用干法或者濕法蝕刻去除各單元藍(lán)光LED發(fā)光器件邊緣的GaN外延材料，露出第二透明導(dǎo)電層；
12) 采用蒸發(fā)、濺射或化學(xué)沉積的方法在露出的透明介質(zhì)材料外圍部分包裹一層導(dǎo)電聯(lián)接金屬；
13) 在支撐基底底部沉積第一電極；
14) 在藍(lán)光LED頂部沉積第二電極；
15) 經(jīng)過(guò)劃片處理或切斷處理的過(guò)程形成單電極白光LED發(fā)光芯片。其中步驟1 4是目前制作AlGalnP基倒裝功率型LED所普遍釆用的
工藝步驟，在本發(fā)明中被巧妙地應(yīng)用在制作高光效功率型白光LED芯片上；至此實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明中的第一次襯底轉(zhuǎn)移，這里所用到的高導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明高光效功率型白光LED芯片的關(guān)鍵之一。其中步驟5沉積的第一透明導(dǎo)電層一方面是起到擴(kuò)展電流的作用，同時(shí)與n型AlGalnP半導(dǎo)體層形成歐姆接觸，另一方面是為后續(xù)步驟與頂部藍(lán)光LED的電學(xué)串聯(lián)提供一個(gè)平臺(tái)。
其中步驟7沉積的第二透明導(dǎo)電層一方面起到擴(kuò)展電流的作用，同時(shí)與p型GaN半導(dǎo)體層形成歐姆接觸，另一方面是為后續(xù)步驟與底部黃光LED的電學(xué)串聯(lián)提供一個(gè)平臺(tái)。
以上步驟5和7沉積的透明導(dǎo)電層，分別為十.下兩部分LED提供了良好的電流擴(kuò)展作用，這是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)高光效白光LED芯片的關(guān)鍵之一。
其中步驟8 9是本發(fā)明的創(chuàng)新之處， 一方面利用步驟1 5形成的黃光LED作為藍(lán)光LED薄膜的支撐載體，另一方面乂可以形成黃光LED與藍(lán)光LED的疊層結(jié)構(gòu)，從芯片端混合直接出射白光；至此實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的第二次襯底轉(zhuǎn)移，步驟9去除導(dǎo)熱差的藍(lán)寶石襯底也是本發(fā)明制作單電極高光效功率型白光LED的關(guān)鍵。
其中步驟10 12是要實(shí)現(xiàn)頂部藍(lán)光LED與底部黃光LED的電學(xué)串聯(lián)的目的。
本發(fā)明方法中所采用的第一、第二透明導(dǎo)電層為ITO、 AZO或FTO透明導(dǎo)電膜之一；優(yōu)先采用ITO。透明介質(zhì)材料為旋轉(zhuǎn)涂布玻璃SOG、 BCB樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂高分于材料之一；通過(guò)晶片鍵合方式將黃光LED發(fā)光材料連接到支撐基底上；通過(guò)直接電鍍金屬襯底或電鍍包含金屬的襯底的方式將黃光LED發(fā)光材料連接到支撐基底上；通過(guò)激光剝離、濕法蝕刻或機(jī)械研磨等方法將藍(lán)寶石襯底去除。
本發(fā)明的有益效果是通過(guò)二次襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)將導(dǎo)熱差的藍(lán)寶石襯底及吸光的GaAs襯底完全去除，代之以高導(dǎo)熱導(dǎo)電的Si或金屬襯底及高反射率金屬層，并在藍(lán)光LED和黃光LED中同時(shí)加入了透明電流擴(kuò)展層，最大幅度地提高了功率型白光LED的出光效率；整個(gè)白光LED器件呈單電極垂直芯片結(jié)構(gòu)，只需簡(jiǎn)單封裝工藝。


圖la 圖le是本發(fā)明產(chǎn)品底部黃光LED制造準(zhǔn)備過(guò)程的截面示意圖；圖2a 圖2c是本發(fā)明產(chǎn)品頂部藍(lán)光LED制造準(zhǔn)備過(guò)程的截面示意圖；圖3a 圖3f是本發(fā)明產(chǎn)品繼上述步驟后合成白光LED制造過(guò)程的截面示意圖3g是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所制造的發(fā)光器件的截面示意圖。圖中
100. n型GaAs襯底；110.黃光LED; 120.歐姆接觸及反射層金屬；130.第一透明導(dǎo)電層；
200.藍(lán)寶石襯底； 210.藍(lán)光LED; 220.第二透明導(dǎo)電層；
300. Si或金屬襯底；310.透明介質(zhì)材料；320.串聯(lián)金屬；
330. p電極； 340. n電極
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
一種基于二次襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)的單電極白光LED的制備方法，其步驟如下-
步驟一如圖la所示，采用MOCVD方法在n型GaAs襯底100上外延生長(zhǎng)AlGalnP基黃光LED發(fā)光材料110，其中包含n型蝕刻截至半導(dǎo)體層；步驟二如圖lb所示，采用電子束蒸發(fā)在AlGalnP基黃光外延層表面沉積歐姆接觸及反射金屬層120，選用Au/AuBe，經(jīng)過(guò)高溫退火后形成歐姆接觸；步驟三如圖lc所示，采用晶片鍵合方法將AlGalnP基黃光LED鍵合在 Si襯底300上；
步驟四如圖ld所示，先后依次濕法蝕刻去除n型GaAs襯底100和蝕刻 截至半導(dǎo)體層；
步驟五如圖le所示，采用電子束蒸發(fā)在AlGalnP基黃光LED的n型平 導(dǎo)休層上沉積ITO作為透明導(dǎo)電層130，經(jīng)過(guò)高溫退火后形成歐姆接觸； 步驟六如圖2a所示，采用MOCVD方法在藍(lán)寶石襯底200上外延生長(zhǎng)GaN 基藍(lán)光LED發(fā)光材料210;
步驟七如圖2b所示，采用干法蝕刻周期性去除GaN外延，形成分離的 單元藍(lán)光LED;
步驟八如圖2c所示，采用電子束蒸發(fā)在各單元藍(lán)光LED的p-GaN表面 上沉積ITO作為透明導(dǎo)電層220，經(jīng)過(guò)高溫退火后形成歐姆接觸； 步驟九如圖3a所示，采用BCB樹(shù)脂310將GaN基藍(lán)光LED210粘接到 AlGalnP基黃光LED110上；
步驟十如圖3b所示，采用激光剝離方法將頂部的藍(lán)寶石襯底200去除， 選用248nm KrF準(zhǔn)分子激光器；
步驟十一如圖3c所示，釆用干法蝕刻將露出的BCB樹(shù)脂310去除； 步驟十二如圖3d所示，采用干法蝕刻去除各單元藍(lán)光LED發(fā)光器件邊 緣的GaN外延材料，露出p型GaN基上的ITO透明導(dǎo)電層220; 步驟十三如圖3e所示，采用電子束蒸發(fā)的方式在露出的BCB樹(shù)脂310 外圍部分沉積導(dǎo)電金屬320，選用Cr/Au;
步驟十四如圖3f所示，在黃光LED底部沉積p電極材料330，選用Ti/Au; 步驟十五在藍(lán)光LED頂部沉積n電極材料340，選用Cr/Pt/Au; 步驟十六經(jīng)過(guò)劃片處理或切斷處理的過(guò)程形成單電極白光LED發(fā)光芯 片。至此完成根據(jù)本發(fā)明制造的高光效單電極白光LED發(fā)光器件，如圖 3g所示。
權(quán)利要求
1. 一種基于二次襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)的單電極白光LED，包含支撐基底；支撐基底下表面形成第一電極；在該支撐基底上連接黃光LED；黃光LED下表面形成反射金屬膜；其特征在于在黃光LED上表面形成第一透明導(dǎo)電層，該黃光LED上方通過(guò)透明介質(zhì)材料連接藍(lán)光LED，在透明介質(zhì)材料外圍部分包裹導(dǎo)電聯(lián)接金屬，在藍(lán)光LED下表面形成第二透明導(dǎo)電層，在藍(lán)光LED上表面形成第二電極。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二次襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)的單電極白光LED,其特 征在于支撐基底是導(dǎo)電基底，導(dǎo)電基底可以是Si、 Ge半導(dǎo)體襯底、 金屬襯底或合金襯底。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二次襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)的單電極白光LED,其特 征在于反射金屬膜由反射電極以及在該反射電極上形成的歐姆電極組 成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二次襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)的單電極白光LED,其特 征在于透明介質(zhì)材料為旋轉(zhuǎn)涂布玻璃SOG、 BCB樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂高分子 材料之一。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二次襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)的單電極白光LED,其特 征在于第一、第二透明導(dǎo)電層為ITO、 AZO或FTO透明導(dǎo)電膜之一。
6. —種基于二次襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)的單電極白光LED的制備方法，其步驟是1)在n型GaAs襯底上外延生長(zhǎng)AlGalnP基黃光LED發(fā)光材料，發(fā)光材料 依次包括n型AlGalnP基半導(dǎo)體層、活性層和p型AlGalnP基半導(dǎo)體 層；2) 在AlGalnP基黃光LED的p型歐姆接觸層上沉積反射金屬膜；3) 將AlGalnP基黃光LED發(fā)光材料連接到支撐基底上；4) 去除n型GaAs襯底；5) 在AlGalnP基黃光LED的n型半導(dǎo)體層上沉積第一透明導(dǎo)電層材料， 再經(jīng)過(guò)高溫?zé)嵬嘶鹨越档屯该鲗?dǎo)電層與黃光LED的n型半導(dǎo)體層的接 觸電阻；6) 在藍(lán)寶石襯底上外延生長(zhǎng)GaN基藍(lán)光LED發(fā)光材料，發(fā)光材料依次包 括n型GaN基半導(dǎo)體層、活性層和p型GaN基半導(dǎo)體層；7) 在各單元藍(lán)光LED的p型GaN基半導(dǎo)體層上沉積第二透明導(dǎo)電層材料， 再經(jīng)過(guò)高溫?zé)嵬嘶鸾档屯该鲗?dǎo)電層與藍(lán)光LED的p型半導(dǎo)體層的接觸 電阻；8) 通過(guò)透明介質(zhì)材料將GaN基藍(lán)光LED連接到AlGalnP基黃光LED發(fā)光 材料上；9) 將藍(lán)寶石襯底去除；10) 將露出的透明介質(zhì)材料采用干法或濕法蝕刻去除；11) 采用干法或者濕法蝕刻去除各單元藍(lán)光LED發(fā)光器件邊緣的GaN外 延材料，露出第二透明導(dǎo)電層；12) 采用蒸發(fā)、濺射或化學(xué)沉積的方法在露出的透明介質(zhì)材料外圍部分 包裹一層導(dǎo)電聯(lián)接金屬；13) 在支撐基底底部沉積第一電極；14) 在藍(lán)光LED頂部沉積第二電極；15) 經(jīng)過(guò)劃片處理或切斷處理的過(guò)程形成單電極白光LED發(fā)光芯片。
7. 如權(quán)利要求6所述的s種基于二次襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)的單電極白光LED的制備方 法，其特征是:第一、第二透明導(dǎo)電層為ITO、 AZO或FTO透明導(dǎo)電膜之一。
8. 如權(quán)利要求6所述的一種基于二次襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)的單電極白光LED的制備方 法，其特征是透明介質(zhì)材料為旋轉(zhuǎn)涂布玻璃SOG、 BCB樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂高分子材料之一。
9. 如權(quán)利要求6所述的一種基于二次襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)的單電極白光LED的制備方 法，其特征是通過(guò)晶片鍵合方式將黃光LED發(fā)光材料連接到支撐基底 上。
10. 如權(quán)利要求6所述的一種基于二次襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)的單電極白光LED的制備方 法，其特征是通過(guò)直接電鍍金屬襯底或電鍍包含金屬的襯底的方式將 黃光LED發(fā)光材料連接到支撐基底上。
11. 如權(quán)利要求6所述的一種基于二次襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)的單電極白光LED的制備方 法，其特征是通過(guò)激光剝離、濕法蝕刻或機(jī)械研磨等方法將藍(lán)寶石襯 底去除。
全文摘要
一種基于二次襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)的單電極白光LED及其制備方法，利用常規(guī)工藝形成黃光LED作為藍(lán)光LED薄膜的支撐載體，又可以形成黃光LED與藍(lán)光LED的疊層結(jié)構(gòu)，從芯片端混合直接出射白光，實(shí)現(xiàn)襯底的二次轉(zhuǎn)移將導(dǎo)熱差的藍(lán)寶石襯底及吸光的GaAs襯底完全去除，代之以高導(dǎo)熱導(dǎo)電的Si或金屬襯底及高反射率金屬層，并在藍(lán)光LED和黃光LED中同時(shí)加入了透明電流擴(kuò)展層，最大幅度地提高了功率型白光LED的出光效率；整個(gè)白光LED器件呈單電極垂直芯片結(jié)構(gòu)，只需簡(jiǎn)單封裝工藝。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101465398SQ20081001586
公開(kāi)日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2008年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月5日
發(fā)明者林雪嬌 申請(qǐng)人:廈門(mén)市三安光電科技有限公司