一種垂直結(jié)構(gòu)的led芯片及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片及其制造方法，LED芯片包括襯底；位于襯底上方的N型半導體層、多量子阱層、P型半導體層及P電極；位于襯底下方的N電極層，所述襯底上貫穿設(shè)置有若干通孔，所述通孔的孔徑為20-100μm，N電極層和N型半導體層通過所述通孔電性導通。本發(fā)明LED芯片襯底上設(shè)置有通孔，能夠使電流擴散更加均勻，減少了電流擁堵；ODR結(jié)構(gòu)能夠提高芯片的光取出效率；結(jié)構(gòu)簡單，能夠有效增大發(fā)光面積，且芯片熱阻低。
【專利說明】一種垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體發(fā)光器件【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(Light-Emitting D1de, LED)是一種能發(fā)光的半導體電子元件。這種電子元件早在1962年出現(xiàn)，早期只能發(fā)出低光度的紅光，之后發(fā)展出其他單色光的版本，時至今日能發(fā)出的光已遍及可見光、紅外線及紫外線，光度也提高到相當?shù)墓舛?。而用途也由初時作為指示燈、顯示板等；隨著技術(shù)的不斷進步，發(fā)光二極管已被廣泛的應(yīng)用于顯示器、電視機采光裝飾和照明。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中正裝結(jié)構(gòu)LED芯片制備工藝為:
[0004]I)通過MOCVD在藍寶石襯底上生長GaN外延層；
[0005]2)芯片 MESA 制作；
[0006]3)電流阻擋層/絕緣層制作；
[0007]4)透明導電層制作；
[0008]5)制作S12保護層、
[0009]6)金屬電極制作。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)中正裝結(jié)構(gòu)LED芯片仍存在電流擁堵、發(fā)光面積小、熱阻高、光取出效率低等不足。
[0011]垂直結(jié)構(gòu)LED芯片通過激光剝離工藝將GaN外延層轉(zhuǎn)移至S1、Cu等高熱導率的襯底，從而克服傳統(tǒng)的藍寶石襯底GaN基LED在效率、散熱、可靠性等方面存在技術(shù)瓶頸。但是激光剝離工藝良率差，而且對于傳統(tǒng)正裝芯片公司需要額外增加激光剝離設(shè)備。
[0012]因此，針對上述技術(shù)問題，有必要提供一種新的垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片及其制造方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種相比正裝芯片減少電流擁堵、增大發(fā)光面積、熱阻低、光取出效率高的垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片。相比傳統(tǒng)垂直結(jié)構(gòu)芯片，制造過程利用現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)可操控性強，具有較高的制程良率且不增加額外的激光剝離設(shè)備成本。本發(fā)明在制作N電極的同時，結(jié)合DBR層形成了 ODR的反射層，即制作出N電極又達到了高反射率的ODR結(jié)構(gòu)。
[0014]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案如下:
[0015]一種垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片，包括襯底；位于襯底上方的N型半導體層、多量子阱層、P型半導體層及P電極；位于襯底下方的N電極層，所述襯底上貫穿設(shè)置有若干通孔，所述通孔的孔徑為20-100um，N電極層和N型半導體層通過所述通孔電性導通。
[0016]作為本發(fā)明的進一步改進，所述N電極層和襯底之間包括分布式布拉格反射層，所述分布式布拉格反射層中與襯底對應(yīng)設(shè)置有若干通孔，所述分布式布拉格反射層與N電極層形成ODR結(jié)構(gòu)。
[0017]作為本發(fā)明的進一步改進，所述N電極層下方包括電極保護層。
[0018]作為本發(fā)明的進一步改進，所述N型半導體層上包括透明導電層，P型半導體層和透明導電層之間在位于P電極下方區(qū)域設(shè)有電流阻擋層。
[0019]作為本發(fā)明的進一步改進，所述透明導電層上包括S12保護層。
[0020]相應(yīng)地，一種垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片的制造方法，所述方法包括:
[0021 ] S1、提供一襯底，在襯底上通過MOCVD制備外延層，所述外延層包括N型半導體層、多量子阱層、P型半導體層；
[0022]S2、使用激光切割在外延層上制備切割道；
[0023]S3、在外延層上方形成P電極；
[0024]S4、對襯底進行減??；
[0025]S5、使用激光打孔機在襯底背面打孔，并采用磷酸和硫酸混合液進行腐蝕性清潔，形成貫穿襯底的通孔；
[0026]S6、在襯底背面形成N電極層。
[0027]作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟S3前還包括:
[0028]通過PECVD在透明導電層上形成電流阻擋層；
[0029]通過電子束蒸發(fā)或磁控濺射在外延層上生長透明導電層。
[0030]作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟S3后還包括:
[0031]在透明導電層上形成S12保護層。
[0032]作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟S5前還包括:
[0033]在襯底下方形成分布式布拉格反射層。
[0034]作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟S6后還包括:
[0035]在N電極層下方形成電極保護層。
[0036]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0037]襯底上設(shè)置有通孔，能夠使電流擴散更加均勻，減少了電流擁堵；
[0038]ODR結(jié)構(gòu)作能夠提高芯片的光取出效率；
[0039]垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片結(jié)構(gòu)簡單，能夠有效增大發(fā)光面積，且芯片熱阻低；
[0040]制造方法簡單，制造過程利用現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備即可實現(xiàn)，生產(chǎn)可操控性強，具有較高的制造良率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0042]圖1為本發(fā)明一【具體實施方式】中垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖2為本發(fā)明一【具體實施方式】中垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的正面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖3為本發(fā)明一【具體實施方式】中垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的背面結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0045]為了使本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0046]此外，在不同的實施例中可能使用重復(fù)的標號或標示。這些重復(fù)僅為了簡單清楚地敘述本發(fā)明，不代表所討論的不同實施例及/或結(jié)構(gòu)之間具有任何關(guān)聯(lián)性。
[0047]本發(fā)明公開了一種垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片，包括襯底；位于襯底上方的N型半導體層、多量子阱層、P型半導體層及P電極；位于襯底下方的N電極層；襯底上貫穿設(shè)置有若干通孔，通孔的孔徑為20-100um，N電極層和N型半導體層通過所述通孔電性導通。
[0048]進一步地，N電極層和襯底之間包括分布式布拉格反射層，分布式布拉格反射層中與襯底對應(yīng)設(shè)置有若干通孔；N電極層下方包括電極保護層；N型半導體層上包括透明導電層，P型半導體層和透明導電層之間在位于P電極下方區(qū)域設(shè)有電流阻擋層。；透明導電層上包括S1JS護層。
[0049]本發(fā)明還公開了一種垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片的制造方法，包括:
[0050]S1、提供一襯底，在襯底上通過MOCVD制備外延層，外延層包括N型半導體層、多量子阱層、P型半導體層；
[0051]S2、使用激光切割在外延層上制備切割道；
[0052]S3、在外延層上方形成P電極；
[0053]S4、對襯底進行減?。?br> [0054]S5、使用激光打孔機在襯底背面打孔，并采用磷酸和硫酸混合液進行腐蝕性清潔，形成貫穿襯底的通孔；
[0055]S6、在襯底背面形成N電極層。
[0056]進一步地,步驟S3前還包括:
[0057]通過PECVD在透明導電層上形成電流阻擋層；
[0058]通過電子束蒸發(fā)或磁控濺射在外延層上生長透明導電層。
[0059]步驟S3后還包括:
[0060]在透明導電層上形成S12保護層。
[0061]步驟S5前還包括:
[0062]在襯底下方形成分布式布拉格反射層。
[0063]步驟S6后還包括:
[0064]在N電極層下方形成電極保護層。
[0065]以下結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明。
[0066]參圖1?3所不，本發(fā)明一【具體實施方式】中垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片包括:
[0067]襯底7，襯底可以為藍寶石、S1、SiC、GaN、ZnO等，本實施方式中以藍寶石襯底進行說明。
[0068]N型半導體層6，N型半導體層6位于襯底7的上方，優(yōu)選地，本實施方式中N型半導體層的材料為GaN。
[0069]多量子阱層5，多量子阱層5位于N型半導體層6的上方，優(yōu)選地，本實施方式中多量子阱層的材料為GaN，在其他實施方式中也可以為InGaN等材料。
[0070]P型半導體層4，P型半導體層4位于多量子阱層5的上方，優(yōu)選地，本實施方式中N型半導體層的材料為GaN。
[0071]N型半導體層6、多量子阱層5和P型半導體層4共同組成GaN外延層(N_GaN/MQW/P-GaN)。
[0072]透明導電層3,透明導電層一般為ΙΤ0、ZnO、CdO、Cd2SnO4中的一層或多層的組合，本實施方式中透明導電層選用ΙΤ0。
[0073]P電極1，P電極位于透明導電層上。
[0074]S12保護層2，S12保護層2位于透明導電層3上P電極以外的區(qū)域。
[0075]電流阻擋層13，電流阻擋層13位于P型半導體層4與透明導電層3之間，一般選用S12等絕緣材料。電流阻擋層可以阻隔與P電極相對應(yīng)的透明導電層與P型半導體層的電連接，僅通過P電極外的透明導電層與P型半導體層進行電連接，有利于控制注入電流。
[0076]分布式布拉格反射層9 (DBR層，Distributed Bragg Ref lective),布拉格反射層是兩種折射率不同的材料周期交替生長的層狀結(jié)構(gòu)，它位于N電極層和襯底之間，能夠?qū)⑸湎蛞r底的光利用布拉格反射原理反射回上表面。分布式布拉格反射層可以直接利用電子束蒸發(fā)設(shè)備進行生長，其生產(chǎn)成本低。
[0077]N電極層10，N電極層10的材料可以為金屬Al層等，Al層既可以作為電極層，也可以作為增強反射層，結(jié)合上方的DBR層形成了高反射率的ODR結(jié)構(gòu)。
[0078]電極保護層11，電極保護層為金屬層，其材料可以為金屬T1、Au等。
[0079]其中，襯底及分布式布拉格反射層的背面使用激光打孔機進行打孔，打孔的深度至外延的N型半導體層，并采用磷酸和硫酸混合液進行腐蝕性清潔，形成貫穿襯底的通孔8，通孔的孔徑范圍為20-100um。通孔的位置和個數(shù)根據(jù)P電極的設(shè)計而定，通過通孔的設(shè)置，可以使電流擴散更加均勻。
[0080]進一步地，LED芯片上還包括切割道12，切割道呈V型，用于將晶圓進行背裂，形成若干LED芯片。切割道12的深度從P型半導體層延伸到N型半導體層或襯底上。
[0081]相應(yīng)地，本實施方式中垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片的制造方法具體如下:
[0082]1、外延層制作:提供一藍寶石襯底，在藍寶石襯底上通過MOCVD制備GaN外延層，GaN外延層為N-GaN/MQW/P-GaN結(jié)構(gòu)，包括N型GaN層、多量子阱GaN層、P型GaN層。
[0083]2、切割道制作:在外延片生長一層S12，使用激光切割出芯片的大小，然后使用硫酸和磷酸混合溶液清洗切割殘留物。
[0084]3、電流阻擋層制作:通過PECVD進行S12沉積，再通過光刻、刻蝕等步驟得到電流阻擋層，該電流阻擋層位于P電極下方區(qū)域。
[0085]4、透明導電層制作:通過電子束蒸發(fā)或磁控濺射等沉積ITO薄膜，再通過退火、光刻、刻蝕等步驟得到透明導電層。
[0086]5、P電極制作:生長S12保護層、光刻、并刻蝕，然后蒸鍍金屬后剝離，在外延層上方形成P電極。
[0087]6、減薄襯底:機械研磨、拋光，將襯底減薄至100-200um。
[0088]7、DBR層制作:在襯底下方背鍍形成DBR層。
[0089]8、通孔制作:使用激光打孔機在襯底背面打孔，并采用磷酸和硫酸混合液進行腐蝕性清潔，露出N-GAN層，形成貫穿襯底和DBR層的通孔，通孔的孔徑范圍為20_100um。通孔的位置和個數(shù)根據(jù)P電極的設(shè)計而定。
[0090]9、N電極層制作:通過電子束蒸發(fā)或磁控濺射等沉積直接在DBR層上沉積金屬Al，形成N電極層，N電極層也可以作為增強反射層。
[0091]10、電極保護層制作:通過電子束蒸發(fā)或磁控濺射等沉積直接在N電極層背面加鍍金屬保護層(如:T1、Au等)。
[0092]11、芯片分離:使用裂片機沿切割道進行背裂，然后擴膜，得到LED芯片。
[0093]由上述實施方式可以看出，本發(fā)明垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片及其制造方法具有以下有益效果:
[0094]襯底上設(shè)置有通孔，能夠使電流擴散更加均勻，減少了電流擁堵；
[0095]ODR結(jié)構(gòu)能夠提高芯片的光取出效率；
[0096]垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片結(jié)構(gòu)簡單，能夠有效增大發(fā)光面積，且芯片熱阻低；
[0097]制造方法簡單，制造過程利用現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備即可實現(xiàn)，生產(chǎn)可操控性強，具有較高的制造良率。
[0098]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0099]此外，應(yīng)當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片，包括襯底；位于襯底上方的N型半導體層、多量子阱層、P型半導體層及P電極；位于襯底下方的N電極層，其特征在于，所述襯底上貫穿設(shè)置有若干通孔，所述通孔的孔徑為20-100um，N電極層和N型半導體層通過所述通孔電性導通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述N電極層和襯底之間包括分布式布拉格反射層，所述分布式布拉格反射層中與襯底對應(yīng)設(shè)置有若干通孔，所述分布式布拉格反射層與N電極層形成ODR結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述N電極層下方包括電極保護層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述N型半導體層上包括透明導電層，P型半導體層和透明導電層之間在位于P電極下方區(qū)域設(shè)有電流阻擋層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED芯片，其特征在于，所述透明導電層上包括S12保護層。
6.—種垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片的制造方法，其特征在于，所述方法包括: 51、提供一襯底，在襯底上通過MOCVD制備外延層，所述外延層包括N型半導體層、多量子阱層、P型半導體層； 52、使用激光切割在外延層上制備切割道； 53、在外延層上方形成P電極； 54、對襯底進行減薄； 55、使用激光打孔機在襯底背面打孔，并采用磷酸和硫酸混合液進行腐蝕性清潔，形成貫穿襯底的通孔； 56、在襯底背面形成N電極層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟S3前還包括: 通過PECVD在透明導電層上形成電流阻擋層； 通過電子束蒸發(fā)或磁控濺射在外延層上生長透明導電層。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟S3后還包括:在透明導電層上形成S12保護層。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟S5前還包括:在襯底下方形成分布式布拉格反射層。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟S6后還包括:在N電極層下方形成電極保護層。
【文檔編號】H01L33/06GK104241471SQ201410534789
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請人:聚燦光電科技(蘇州)有限公司