專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)光二極管芯片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明技術(shù)，特別涉及發(fā)光二極管芯片及其制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED，Light Emitting Diode)是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的固 態(tài)半導(dǎo)體器件。由于其具有體積小、耗電量低及使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，已逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源而 被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于照明領(lǐng)域。目前，III-V族氮化物半導(dǎo)體材料已廣泛用于發(fā)光二極管的制造工藝中。以GaN 為例，其通常生長(zhǎng)于藍(lán)寶石襯底上。然而，由于藍(lán)寶石本身為絕緣體，無(wú)法通過(guò)摻雜等手段 去改變其導(dǎo)電特性。因此，需要通過(guò)電極使生長(zhǎng)于藍(lán)寶石襯底上的發(fā)光二極管器件與外界 形成電連接。參照?qǐng)D1所示，例如中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)200610004656. 6中，發(fā)光二極管的制造方 法包括在粗糙化的藍(lán)寶石襯底上1依次生長(zhǎng)GaN結(jié)晶層2、GaN 二維平化層3、n型GaN層 4、發(fā)光層5和ρ型GaN層6 ；對(duì)ρ型GaN層6進(jìn)行部分刻蝕至η型GaN層4 ；在ρ型GaN層 6上及所暴露的η型GaN層4上分別形成ρ電極8、η電極7。ρ、η電極的制作，一方面是為了實(shí)現(xiàn)歐姆接觸，另一方面也可作為封裝時(shí)釘線之 用。但是，類(lèi)似上述中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的發(fā)光二極管制造方法中，ρ、η電極是分別制作在部分刻 蝕的P型GaN層及部分的η型GaN層上的。此種方法將使得發(fā)光二極管器件實(shí)際發(fā)光面積 減小。為彌補(bǔ)這個(gè)問(wèn)題，必然需要將發(fā)光二極管器件的尺寸做大。由此，又會(huì)增加材料成本 且會(huì)增加發(fā)光二極管器件的面積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管及其制造方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)P、η電極的制造方法 使得發(fā)光二極管面積減小的問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明發(fā)光二極管芯片包括襯底及襯底上的發(fā)光外延疊層，所 述發(fā)光外延疊層依次包括η型界面層；η型界面層上的發(fā)光層；發(fā)光層上的ρ型界面層，其 中，所述ρ型界面層與所述發(fā)光層、η型界面層的面積相同；所述P型界面層上具有P 電極；所述襯底的背面具有外接電極層；所述η型界面層的側(cè)壁通過(guò)導(dǎo)電部與所述外接電 極層電連接?？蛇x地，所述η型界面層邊緣的雜質(zhì)離子濃度大于中心的雜質(zhì)離子濃度。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種發(fā)光二極管芯片的制造方法，包括在襯底上形成發(fā)光外延疊層，依次包括在襯底上形成η型界面層；在所述η型界 面層上形成發(fā)光層；在所述發(fā)光層上形成P型界面層；對(duì)具有所述發(fā)光外延疊層的襯底進(jìn)行劃片；將劃片后的襯底背面與外接電極層粘接，以及在劃片后的η型界面層的側(cè)壁形成 導(dǎo)電部，所述導(dǎo)電部使得所述η型界面層與所述外接電極層電連接；
在劃片后的ρ型界面層上形成ρ電極?？蛇x地，所述η型界面層邊緣的雜質(zhì)離子濃度大于中心的雜質(zhì)離子濃度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述發(fā)光二極管芯片及其制造方法具有以下優(yōu)點(diǎn)1)通過(guò)導(dǎo)電部使得η型界面層與外接電極層電連接，以外接電極層承擔(dān)η電極的 導(dǎo)電功能，從而P型界面層及η型界面層的全部面積均位于發(fā)光區(qū)內(nèi)，增大了發(fā)光二極管芯 片的實(shí)際發(fā)光面積；2)將發(fā)光二極管芯片的一些制造工藝與劃片工藝整合，因而無(wú)需采用蝕刻工藝， 節(jié)省了制造成本；3)可選方案中，所述η型界面層側(cè)壁具有較高雜質(zhì)濃度，使得發(fā)光二極管芯片內(nèi) 部的電流分布更均勻，提高了發(fā)光二極管芯片的發(fā)光效率。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的一種發(fā)光二極管制造方法中完成ρ、η電極后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明發(fā)光二極管制造方法的一種實(shí)施方式流程圖；圖3至圖8是本發(fā)明發(fā)光二極管制造方法的一種實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的發(fā)明人通過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)發(fā)光二極管制造方法的分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)在制 作發(fā)光二極管的P、η電極時(shí)，都將P、η電極制作在同一面。為將P、η電極制作在同一面， 就不得不犧牲一部分的η型界面層的面積以安置η電極。從而，發(fā)光二極管的實(shí)際發(fā)光面 積減小。并且，為使得安置η電極的部分η型界面層暴露出，在制造過(guò)程中還需引入蝕刻工 藝，如此也造成了制造成本的提高。有鑒于此，本發(fā)明的發(fā)明人通過(guò)形成于η型界面層側(cè)壁的導(dǎo)電部將所述η型界面 層與襯底背面的外接電極層電連接，以所述外接電極層承擔(dān)η電極的導(dǎo)電功能。借由該種 方式，使得Ρ、η電極位于不同面，且都無(wú)需占用各自對(duì)應(yīng)的ρ型、η型界面層，以使得實(shí)際發(fā) 光面積增大。此外，本發(fā)明的發(fā)明人還借由芯片制造中的劃片工藝，使得η型界面層的側(cè)壁 暴露出，無(wú)需如現(xiàn)有技術(shù)那樣采用蝕刻工藝。因而，制造發(fā)光二極管的成本大大減小。參照?qǐng)D2所示，本發(fā)明發(fā)光二極管芯片制造方法的一種實(shí)施方式包括步驟Si，在襯底上形成發(fā)光外延疊層，依次包括在襯底上形成η型界面層；在所 述η型界面層上形成發(fā)光層；在所述發(fā)光層上形成ρ型界面層；步驟s2，在所述發(fā)光外延疊層上形成導(dǎo)電層；步驟S3，對(duì)具有所述發(fā)光外延疊層及導(dǎo)電層的襯底進(jìn)行劃片；步驟s4，將劃片后的襯底背面與外接電極層粘接；步驟s5，在劃片后的η型界面層的側(cè)壁形成導(dǎo)電部，所述導(dǎo)電部使得所述η型界面 層與所述外接電極層電連接；步驟s6，在劃片后的導(dǎo)電層上形成ρ電極。以下結(jié)合藍(lán)光發(fā)光二極管的工藝舉例對(duì)上述發(fā)光二極管制造方法的實(shí)施方式進(jìn) 一步說(shuō)明。參照?qǐng)D3所示，在襯底100上形成緩沖層200。所述襯底1 00可以為藍(lán)寶石襯底或碳化硅襯底。形成所述緩沖層200的方法可以為金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)。所 述緩沖層200的材料可以為GaN。參照?qǐng)D4a所示，在所述緩沖層200上形成η型界面層301。所述η型界面層301 中雜質(zhì)離子濃度的分布可以是均勻的，或者也可以是不均勻的。參照?qǐng)D4b所示，在一種實(shí) 施例中，所述η型界面層301的邊緣的雜質(zhì)離子濃度要大于中心的雜質(zhì)離子濃度。結(jié)合圖4c和4d所示，形成所述雜質(zhì)離子濃度分布不均勻的η型界面層301的步 驟可以包括首先，在所述緩沖層200上形成第一界面層301a。形成所述第一界面層301a的方 法可以為金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積，所述第一界面層301a的材料可以為GaN。接著，對(duì)所述第一界面層301a進(jìn)行第一次η型離子注入，形成第一 η型界面層 301b。此時(shí)，所述第一 η型界面層301b的雜質(zhì)離子分布還是均勻的，即邊緣與中心的雜質(zhì) 離子濃度相同或基本相同。可選地，在所述第一次η型離子注入之后，還可以進(jìn)行一次退火 處理。。然后，在所述第一 η型界面層301b覆蓋一掩模部M,所述掩模部M遮蓋了第一 η型 界面層301b的中心部分，僅暴露出邊緣部分。所述掩模部M可以為軟掩模，例如光刻膠；或 者也可以為硬掩模，例如氮化硅硬掩模。在覆蓋掩模部M后，對(duì)所述第一 η型界面層301b繼續(xù)進(jìn)行η型離子注入，形成最 終的η型界面層301?？蛇x地，在所述第二次η型離子注入之后，還可以進(jìn)行一次退火處理。在所述第二次離子注入的過(guò)程中，由于第一η型界面層301b的中心部分有掩模部 M遮蓋，因而中心部分的雜質(zhì)離子濃度不發(fā)生變化。而相對(duì)地，邊緣部分由于暴露在外，在所 述第二次離子注入之后，邊緣部分的雜質(zhì)離子濃度增加。其結(jié)果是，邊緣及中心部分的雜質(zhì) 離子濃度就呈現(xiàn)如圖4b的分布。參照?qǐng)D5所示，在所述η型界面層301上形成發(fā)光層302。形成所述發(fā)光層302的 方法可以為金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積。所述發(fā)光層302的材料為GaN或InGaN。具體地，所 述發(fā)光層302可以為單量子阱(SQW)或多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)。 繼續(xù)參照?qǐng)D5所示，在所述發(fā)光層302上形成ρ型界面層303。形成所述ρ型界面 層303步驟可以包括首先，在所述發(fā)光層302上形成第二界面層。形成所述第二界面層的方法可以為 金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積，所述第二界面層的材料可以為GaN。接著，對(duì)所述第二界面層進(jìn)行ρ型離子注入，形成ρ型界面層303。在形成ρ型界面層303后，發(fā)光二極管的發(fā)光外延疊層300就制作完成了，其依次 包括n型界面層；η型界面層上的發(fā)光層；發(fā)光層上的P型界面層。參照?qǐng)D6所示，在所述發(fā)光外延疊層300上形成導(dǎo)電層400。具體地說(shuō)，在所述ρ 型界面層303上沉積導(dǎo)電薄膜。所述導(dǎo)電薄膜的材料可以為SnxOy，例如SnO2 ；或者也可以 為其他導(dǎo)電薄膜材料，例如氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋅鋁(AZO)等。在形成導(dǎo)電層400后，對(duì)具有發(fā)光外延疊層300及導(dǎo)電層400的襯底100進(jìn)行劃 片。所述劃片可以采用傳統(tǒng)的機(jī)械劃片技術(shù)，例如采用鉆石筆或鉆石刀片的劃片技術(shù)；或 者，也可以采用激光劃片技術(shù)，例如紫外激光劃片技術(shù)；或者，也可以采用水導(dǎo)激光(Water Jet Guided Laser)劃片技術(shù)。對(duì)于藍(lán)寶石等材質(zhì)相當(dāng)堅(jiān)硬的襯底來(lái)說(shuō)，激光劃片或水導(dǎo)激光劃片技術(shù)具有更好的劃片效果。參照?qǐng)D7所示，經(jīng)劃片后，襯底100上的發(fā)光外延疊層300及導(dǎo)電層400均具有相 同的面積。并且，經(jīng)由劃片，各層的側(cè)壁也暴露出來(lái)。參照?qǐng)D8所示，在劃片后，將襯底100的背面與金屬板500粘接，所述金屬板500 作為發(fā)光二極管芯片的外接電極層。所述襯底100的背面為襯底上對(duì)應(yīng)所述發(fā)光外延疊層 的相對(duì)面。在襯底100的背面粘接于所述金屬板500后，在自襯底100至η型界面層301處 的各層側(cè)壁涂覆導(dǎo)電材料。所述導(dǎo)電材料可以為銀膠、鋁膠或銀鋁膠。所述涂覆的導(dǎo)電材 料即作為導(dǎo)電部600。以銀膠為例，在涂覆后，所述η型界面層301與所述金屬板500就建立了電連接。 而所述金屬板500則承擔(dān)了將外部電源與η型界面層301連通的功能，也即承擔(dān)了原本η 電極的導(dǎo)電功能。 繼續(xù)參照?qǐng)D8所示，此后，在導(dǎo)電層400上形成ρ電極。具體地，在所述導(dǎo)電層400 上定義P電極區(qū)域，并在P電極區(qū)域?yàn)R射形成P電極。至此，發(fā)光二極管芯片已形成，其包括襯底100及襯底100上的發(fā)光外延疊層 300，所述發(fā)光外延疊層300依次包括η型界面層301 ；η型界面層301上的發(fā)光層302 ；發(fā) 光層302上的ρ型界面層303，其中，所述ρ型界面層303與所述發(fā)光層302、η型界面層301的面積相同；所述ρ型界 面層303上具有ρ電極；所述襯底100的背面具有外接電極層500 ；所述η型界面層301的 側(cè)壁通過(guò)導(dǎo)電部600與所述外接電極層500電連接。當(dāng)所述ρ電極及金屬板500分別連接于電源的兩端V+、V_時(shí)，ρ型界面層303和η 型界面層301就分別與所述電源的兩端建立了電連接。從而，使得由該多層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的發(fā) 光二極管芯片發(fā)出藍(lán)光。由此可以看出，所述發(fā)光二極管芯片與電源連接的電極分別位于頂部及底部，因 而并未占用發(fā)光區(qū)域，因而所述發(fā)光二極管芯片的實(shí)際發(fā)光面積相較于現(xiàn)有技術(shù)更大。并且，由于所述η型界面層301邊緣的雜質(zhì)離子濃度大于中心的雜質(zhì)離子濃度。在 例如圖8中的所述發(fā)光二極管芯片與電源電連接后，原本相對(duì)集中于ρ電極的電流分布在η 型界面層301處也將改為向η型界面層301的邊緣集中。從而，經(jīng)由該種電流分布的改變 使得發(fā)光二極管芯片內(nèi)部的電流分布更均勻，提高了發(fā)光效率。此外，需要說(shuō)明的是，上述的發(fā)光二極管制造方法僅以藍(lán)光發(fā)光二極管的工藝舉 例，其中各層材料也考慮到發(fā)光顏色而定。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能夠根據(jù)發(fā)光二極管芯片所 需發(fā)光顏色的不同而調(diào)整各層材料，例如需發(fā)光顏色為紅色，相應(yīng)緩沖層、η型界面層、發(fā)光 層及P型界面層的材料就可以調(diào)整為AlInGaP等可以產(chǎn)生紅光的材料。以上公開(kāi)了本發(fā)明的多個(gè)方面和實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)明白本發(fā)明的其 它方面和實(shí)施方式。本發(fā)明中公開(kāi)的多個(gè)方面和實(shí)施方式只是用于舉例說(shuō)明，并非是對(duì)本 發(fā)明的限定，本發(fā)明的真正保護(hù)范圍和精神應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求書(shū)為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種發(fā)光二極管芯片，包括襯底及襯底上的發(fā)光外延疊層，所述發(fā)光外延疊層依次包括n型界面層；n型界面層上的發(fā)光層；發(fā)光層上的p型界面層，其特征在于，所述p型界面層與所述發(fā)光層、n型界面層的面積相同；所述p型界面層上具有p電極；所述襯底的背面具有外接電極層；所述n型界面層的側(cè)壁通過(guò)導(dǎo)電部與所述外接電極層電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述n型界面層邊緣的雜質(zhì)離子 濃度大于中心的雜質(zhì)離子濃度。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述P型界面層上具有導(dǎo)電層， 所述P電極位于所述導(dǎo)電層上。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述導(dǎo)電層的材料為Sn02、IT0、 IZ0、AZ0中的一種。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述發(fā)光外延疊層與所述襯底 間還具有緩沖層。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述發(fā)光二極管為藍(lán)光發(fā)光二 極管；所述緩沖層的材料為GaN ；所述n型界面層的材料為n型摻雜的GaN ；所述發(fā)光層的 材料為GaN或InGaN ；所述p型界面層的材料為p型摻雜的GaN。
7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述導(dǎo)電部的材料為銀膠、鋁 膠、銀鋁膠中的一種。
8.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述外接電極層為金屬板。
9.一種發(fā)光二極管芯片的制造方法，包括在襯底上形成發(fā)光外延疊層，依次包括在 襯底上形成n型界面層；在所述n型界面層上形成發(fā)光層；在所述發(fā)光層上形成p型界面 層，其特征在于，還包括對(duì)具有所述發(fā)光外延疊層的襯底進(jìn)行劃片；將劃片后的襯底背面與外接電極層粘接，以及在劃片后的n型界面層的側(cè)壁形成導(dǎo)電 部，所述導(dǎo)電部使得所述n型界面層與所述外接電極層電連接；在劃片后的P型界面層上形成P電極。
10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于，在襯底上形成n型 界面層包括在襯底上形成第一界面層；對(duì)所述第一界面層進(jìn)行第一次n型離子注入，形成第一 n型界面層；在第一 n型界面層上遮蓋掩模層，并對(duì)第一 n型界面層繼續(xù)進(jìn)行n型離子注入，使得所 述n型界面層邊緣的雜質(zhì)離子濃度大于中心的雜質(zhì)離子濃度。
11.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于，在襯底上形成n型 界面層之前，在襯底上先形成緩沖層。
12.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于，在劃片之前，在所 述發(fā)光外延疊層上形成導(dǎo)電層。
13.如權(quán)利要求12所述的發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于，所述導(dǎo)電層的材 料為 Sn02、ITO、IZ0、AZ0 中的一種。
14.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于，所述外接電極層為金屬板；將劃片后的襯底背面與外接電極層粘接，以及在劃片后的n型界面層的側(cè)壁形成導(dǎo)電 部包括將劃片后的襯底背面與金屬板粘接； 在自襯底至n型界面層的側(cè)壁上涂覆導(dǎo)電材料。
15.如權(quán)利要求14所述的發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于，所述導(dǎo)電材料為 銀膠、鋁膠、銀鋁膠中的一種。
16.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于，所述劃片為機(jī)械劃 片、激光劃片或水導(dǎo)激光劃片。
全文摘要
一種發(fā)光二極管芯片及其制造方法。所述發(fā)光二極管芯片包括襯底及襯底上的發(fā)光外延疊層，所述發(fā)光外延疊層依次包括n型界面層；n型界面層上的發(fā)光層；發(fā)光層上的p型界面層，其中，所述p型界面層與所述發(fā)光層、n型界面層的面積相同；所述p型界面層上具有p電極；所述襯底的背面具有外接電極層；所述n型界面層的側(cè)壁通過(guò)導(dǎo)電部與所述外接電極層電連接。
文檔編號(hào)H01L33/14GK101887938SQ20101021394
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者張汝京 申請(qǐng)人:張汝京