專利名稱：一種類垂直式發(fā)光二極管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管技術(shù)，尤其涉及一種類垂直式發(fā)光二極管及其制作方法。
背景技術(shù)：
LED的芯片結(jié)構(gòu)主要有三種正裝結(jié)構(gòu)、倒裝結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)。正裝結(jié)構(gòu)LED制作簡(jiǎn)單，但由于電極的存在而犧牲了一部分發(fā)光面積。由于P-GaN的載流子濃度低，則要在P-GaN上鍍上一層透明導(dǎo)電層，這樣就會(huì)存光的損失。而且這種結(jié)構(gòu)的熱量需要從芯片下部藍(lán)寶石襯底處導(dǎo)出，這就導(dǎo)致了 LED的出光效果和散熱效果都不好。倒裝結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)就剛好解決了正裝結(jié)構(gòu)散熱不好，效率低的問(wèn)題，光在芯片中的路徑是經(jīng)過(guò)藍(lán)寶石襯底(或者先在芯片底部反射后經(jīng)藍(lán)寶石襯底)再出射到環(huán)境中。倒裝 結(jié)構(gòu)還有一個(gè)好處就是藍(lán)寶石襯底的折射率(n=l. 75)和環(huán)氧樹(shù)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(lán)寶石襯底出射到環(huán)氧樹(shù)脂的全反射角較大，光的提取效率就高。另外，LED的主要發(fā)熱是在有源區(qū)，而在這種結(jié)構(gòu)下PN接面距離熱沉比較接近，可以達(dá)到優(yōu)良的散熱效果。正裝結(jié)構(gòu)和倒裝結(jié)構(gòu)都存在的問(wèn)題是，它們都需要利用ICP進(jìn)行刻蝕得到N電極，這樣既犧牲了一部分發(fā)光區(qū)，也對(duì)PN接面有所損傷，降低內(nèi)量子效率。同時(shí)兩者都存在著橫向電流擴(kuò)展的問(wèn)題，要實(shí)現(xiàn)電流分布均勻也存在著難度，從而產(chǎn)生垂直結(jié)構(gòu)LED，這種結(jié)構(gòu)同時(shí)具備發(fā)光面積大，散熱效果好等優(yōu)點(diǎn)，但也失去了一些正裝結(jié)構(gòu)和倒裝結(jié)構(gòu)的好處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種類垂直式發(fā)光二極管及其制作方法，以結(jié)合正裝結(jié)構(gòu)、倒裝結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是，一種類垂直式發(fā)光二極管，從上至下包括打線電極，藍(lán)寶石襯底，N-GaN層，發(fā)光層，P-GaN層，電流擴(kuò)散層，絕緣層，邦定金屬介層，支撐基板，藍(lán)寶石襯底兩側(cè)均具有等離子干法腐蝕形成的粗糙面，該藍(lán)寶石襯底中具有激光挖孔所形成的通孔，并通過(guò)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(kuò)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硅，氮化硅，氧氮化硅，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(fā)光二極管的制作方法，包括以下步驟I)通過(guò)等離子干法腐蝕在藍(lán)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(zhǎng)N-GaN層、發(fā)光層、P-GaN層；3)在P-GaN層上蒸鍍電流擴(kuò)散層并形成歐姆接觸；4)利用等離子干法刻蝕使N-GaN層曝露，并在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)利用濕法化學(xué)或等離子干法刻蝕部份絕緣層至電流擴(kuò)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(lán)寶石襯底機(jī)械研磨至一定厚度；9)在研磨減薄后的藍(lán)寶石襯底背面上，以等離子干法腐蝕形成第二粗糙面；10)從藍(lán)寶石襯底背面上激光挖孔至N-GaN層上的電極；11)將激光在藍(lán)寶石襯底上所形成的通孔用金屬加以回填，使上下電氣導(dǎo)通；12)在回填通孔上方蒸鍍打線電極。步驟8)中，機(jī)械研磨藍(lán)寶石襯底至10 ΙΟΟμπι厚；步驟10)中，在藍(lán)寶石襯底上激光挖孔的孔徑為10 50 μ m，孔深為15 105μπι ;步驟11)中，將激光在藍(lán)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(xué)鍍。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，這種類垂直式發(fā)光二極管結(jié)合正裝結(jié)構(gòu)、倒裝結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，保留了原來(lái)外延成長(zhǎng)所使用的藍(lán)寶石襯底，避免垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管在激光剝離藍(lán)寶石襯底所造成的應(yīng)力損傷，省去倒裝結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管植球固晶等繁瑣且精密的工藝，提供了發(fā)光二極管另一個(gè)增加出光效率和改善散熱的技術(shù)途徑。


圖I是通過(guò)等離子干法腐蝕在藍(lán)寶石襯底的正面形成第一粗糙面的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是在粗糙化的襯底正面生長(zhǎng)主要發(fā)光所需外延層后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是完成大部份的發(fā)光二極管水平結(jié)構(gòu)工藝后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是在晶圓正面蒸鍍一層絕緣層后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是利用濕法化學(xué)或等離子干法刻蝕部份絕緣層至電流擴(kuò)散層后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是在晶圓正面蒸鍍邦定金屬介層后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是邦定支撐基板后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是在研磨減薄后的藍(lán)寶石襯底表面形成第二粗糙面后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是從藍(lán)寶石襯底背面上激光挖孔至N-GaN層上的電極后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是將激光在藍(lán)寶石襯底上所形成的通孔用金屬加以回填后的結(jié)構(gòu)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(fā)光二極管后的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合圖示與具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
本發(fā)明提出的類垂直式發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)如圖11所示，從上至下包括打線電極，藍(lán)寶石襯底，N-GaN層，發(fā)光層，P-GaN層，電流擴(kuò)散層，絕緣層，邦定金屬介層，支撐基板，藍(lán)寶石襯底兩側(cè)均具有等離子干法腐蝕形成的粗糙面，該藍(lán)寶石襯底中具有激光挖孔所形成的通孔，并通過(guò)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(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，在藍(lán)寶石襯底I上通過(guò)等離子干法腐蝕在藍(lán)寶石襯底的正面形成第一粗糙面。圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，在粗糙化的藍(lán)寶石襯底I正面向外依次生長(zhǎng)主要的N-GaN層2、發(fā)光層3、P-GaN層4。圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，在P-GaN層4上蒸鍍電流擴(kuò)散層5并形成歐姆接觸，此電流擴(kuò)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)。再利用等離子干法刻蝕使N-GaN層2曝露，并在N-GaN層2上蒸鍍電極6形成歐姆接觸。 圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，在晶圓正面蒸鍍一層絕緣層7，此絕緣層7可以是氧化硅，氮化硅，氧氮化硅，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(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，利用濕法化學(xué)或等離子干法刻蝕部份絕緣層7至電流擴(kuò)散層5。圖6是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)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(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，邦定支撐基板9，此支撐基板9可以是金屬或硅，其厚度在80 150 μ m。圖8是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，將晶圓背面藍(lán)寶石襯底I機(jī)械研磨至厚度10 100 μ m，并在研磨減薄后的藍(lán)寶石襯底I背面以等離子干法腐蝕形成第二粗糙面。圖9是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，在藍(lán)寶石襯底I背面上激光挖孔10至N-GaN層上的電極6，藍(lán)寶石襯底I激光挖孔10孔徑10 50 μ m,孔深15 105 μ m。圖10是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，將激光在藍(lán)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(dǎo)通，回填的方式可以是電鍍或化學(xué)鍍。圖11是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，在回填通孔上方蒸鍍打線電極12完成類垂直式發(fā)光二極管。下面說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，和第一實(shí)施例的差別在于激光挖孔是從藍(lán)寶石襯底的正面來(lái)實(shí)施，并利用電鍍或化學(xué)鍍的方式在邦定支撐基板前回填此一孔洞。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所完成的類垂直式發(fā)光二極管，結(jié)合正裝結(jié)構(gòu)、倒裝結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明的一種類垂直式發(fā)光二極管，保留了原來(lái)外延成長(zhǎng)所使用的藍(lán)寶石襯底，避免垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管在激光剝離藍(lán)寶石襯底時(shí)，所造成的應(yīng)力損傷和省去倒裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管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(fā)明的實(shí)施例，發(fā)光面積增加10 20%，熱阻不到相同尺寸正裝結(jié)構(gòu)芯片的1/3，同時(shí)亮度可提高30%以上。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變 化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等同物界定。
權(quán)利要求
1.一種類垂直式發(fā)光二極管，從上至下包括打線電極，藍(lán)寶石襯底，N-GaN層，發(fā)光層，P-GaN層，電流擴(kuò)散層，絕緣層，邦定金屬介層，支撐基板，其特征在于，藍(lán)寶石襯底兩側(cè)均具有等離子干法腐蝕形成的粗糙面，該藍(lán)寶石襯底中具有激光挖孔所形成的通孔，并通過(guò)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(jù)權(quán)利要求I所述的一種類垂直式發(fā)光二極管，其特征在于，所述電流擴(kuò)散層可以是金屬或合金或金屬氧化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種類垂直式發(fā)光二極管，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求I所述的一種類垂直式發(fā)光二極管，其特征在于，所述絕緣層可以是氧化硅，氮化硅，氧氮化硅，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(jù)權(quán)利要求I所述的一種類垂直式發(fā)光二極管，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求I所述的一種類垂直式發(fā)光二極管，其特征在于，所述支撐基板可以是金屬或硅，其厚度在80 150 μ m。
7.—種類垂直式發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于，包括以下步驟 .1)通過(guò)等離子干法腐蝕在藍(lán)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(zhǎng)N-GaN層、發(fā)光層、P-GaN層； . 3)在P-GaN層上蒸鍍電流擴(kuò)散層并形成歐姆接觸； . 4)利用等離子干法刻蝕使N-GaN層曝露，并在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)利用濕法化學(xué)或等離子干法刻蝕部份絕緣層至電流擴(kuò)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(lán)寶石襯底機(jī)械研磨至一定厚度； .9)在研磨減薄后的藍(lán)寶石襯底背面上，以等離子干法腐蝕形成第二粗糙面； . 10)從藍(lán)寶石襯底背面上激光挖孔至N-GaN層上的電極； . 11)將激光在藍(lán)寶石襯底上所形成的通孔用金屬加以回填，使上下電氣導(dǎo)通； . 12)在回填通孔上方蒸鍍打線電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種類垂直式發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于，步驟8)中，機(jī)械研磨藍(lán)寶石襯底至10 100 μ m厚。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種類垂直式發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于，步驟10)中，在藍(lán)寶石襯底上激光挖孔的孔徑為10 50 μ m,孔深為15 105 μ m。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種類垂直式發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于，步驟.11)中，將激光在藍(lán)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(xué)鍍。
全文摘要
本發(fā)明提出一種類垂直式發(fā)光二極管，從上至下包括打線電極，藍(lán)寶石襯底，N-GaN層，發(fā)光層，P-GaN層，電流擴(kuò)散層，絕緣層，邦定金屬介層，支撐基板，藍(lán)寶石襯底兩側(cè)均具有等離子干法腐蝕形成的粗糙面，該藍(lán)寶石襯底中具有激光挖孔所形成的通孔，并通過(guò)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(fā)光二極管結(jié)合正裝結(jié)構(gòu)、倒裝結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，保留了原來(lái)外延成長(zhǎng)所使用的藍(lán)寶石襯底，避免垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管在激光剝離藍(lán)寶石襯底所造成的應(yīng)力損傷，省去倒裝結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管植球固晶等繁瑣且精密的工藝，提供了發(fā)光二極管另一個(gè)增加出光效率和改善散熱的技術(shù)途徑。
文檔編號(hào)H01L33/46GK102723429SQ20121021185
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者李政憲, 熊威, 鐘偉榮 申請(qǐng)人:鐘偉榮