[發(fā)明專利]一種垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010209367.6
• 申請(qǐng)日: 2010-06-24
• 公開（公告）號(hào): CN102299226A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張楠;朱廣敏;葉青;潘堯波;齊勝利;郝茂盛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海藍(lán)光科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L33/36
• 分類號(hào): H01L33/36
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)及其制造方法，尤其是指一種垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管及其制造方法。

背景技術(shù)

發(fā)光二極管具有體積小、效率高和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在交通指示、戶外全色顯示等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。尤其是利用大功率發(fā)光二極管可能實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體固態(tài)照明，引起人類照明史的革命，從而逐漸成為目前電子學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。LED的光提取效率是指出射到器件外可供利用的光子與外延片的有源區(qū)由電子空穴復(fù)合所產(chǎn)生的光子的比例。在傳統(tǒng)LED器件中，由于襯底吸收、電極阻擋、出光面的全反射等因素的存在，光提取效率通常不到10％，絕大部分光子被限制在器件內(nèi)部無(wú)法出射而轉(zhuǎn)變成熱，成為影響器件可靠性的不良因素。為提高光提取效率，使得器件體內(nèi)產(chǎn)生的光子更多地發(fā)射到體外，并改善器件內(nèi)部熱特性，經(jīng)過(guò)多年的研究和實(shí)踐，人們已經(jīng)提出了多種光提取效率提高的方法，比如電流分布與電流擴(kuò)展結(jié)構(gòu)、芯片形狀幾何化結(jié)構(gòu)、表面微結(jié)構(gòu)等。

通常LED的芯片結(jié)構(gòu)為在藍(lán)寶石等襯底上依次外延了N型半導(dǎo)體層、有源層、P型半導(dǎo)體層的構(gòu)造。另外，在P型半導(dǎo)體層上配置有P電極，在N型半導(dǎo)體層上配置有N電極。最終的芯片可以是正裝結(jié)構(gòu)、倒裝結(jié)構(gòu)、垂直結(jié)構(gòu)等。其中，傳統(tǒng)的垂直結(jié)構(gòu)如圖1所示，垂直結(jié)構(gòu)LED的兩個(gè)電極分別在有源層的上下兩側(cè)，電流幾乎全部垂直流過(guò)氮化鎵基外延層，沒(méi)有橫向流動(dòng)的電流。因此，電阻降低，沒(méi)有電流擁塞，電流分布均勻，充分利用發(fā)光層的材料，電流產(chǎn)生的熱量減小，電壓降低，抗靜電能力提高。其傳統(tǒng)的制造工藝包括下述步驟：在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)一中間媒介層和氮化鎵基外延層(依次包括N型半導(dǎo)體層、有源層、P型半導(dǎo)體層，等)，在氮化鎵基P型半導(dǎo)體層上鍵合一導(dǎo)電支持襯底，該導(dǎo)電支持襯底的另一面層疊P電極。利用激光照射在中間媒介層上，氮化鎵分解，藍(lán)寶石襯底和氮化鎵基外延層分離，即激光剝離，然后制造N電極完成芯片結(jié)構(gòu)的制作。然而，剝離藍(lán)寶石襯底的工藝往往比較復(fù)雜，不利于生產(chǎn)上良品率的提高。

如何突破現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)一步提高出光率、提高芯片良品率仍然是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種新型的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管及其制造方法。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，包括：N電極、位于所述N電極之上的半導(dǎo)體厚膜、位于所述半導(dǎo)體厚膜之上的半導(dǎo)體外延層、位于所述半導(dǎo)體外延層之上的P電極；

所述半導(dǎo)體外延層至少包括N型半導(dǎo)體層、位于所述N型半導(dǎo)體層之上的有源層，以及位于所述有源層之上的P型半導(dǎo)體層；

所述半導(dǎo)體厚膜是由生長(zhǎng)襯底外延生長(zhǎng)而得的GaN基半導(dǎo)體材料，其厚度為70-150μm。

其中，在所述P電極與所述半導(dǎo)體外延層之間還設(shè)有電流擴(kuò)散層。在所述N電極與所述半導(dǎo)體厚膜之間設(shè)有N型反射層。

一種上述垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制造方法，包括如下步驟：

步驟一、在生長(zhǎng)襯底上生長(zhǎng)一層半導(dǎo)體厚膜，再在所述半導(dǎo)體厚膜上生長(zhǎng)半導(dǎo)體外延層，該半導(dǎo)體外延層至少包括N型半導(dǎo)體層、位于所述N型半導(dǎo)體層之上的有源層，以及位于所述有源層之上的P型半導(dǎo)體層；

步驟二、在所述P型半導(dǎo)體層之上制作P電極；

步驟三、利用臨時(shí)鍵合技術(shù)在所述P電極上鍵合臨時(shí)襯底；

步驟四、研磨去掉生長(zhǎng)襯底直至露出所述半導(dǎo)體厚膜；

步驟五、在露出的所述半導(dǎo)體厚膜表面制作N電極；

步驟六、利用解鍵合技術(shù)去除P電極上的臨時(shí)襯底。

其中，所述半導(dǎo)體厚膜的厚度為70-150μm，材料可以是GaN。所述臨時(shí)襯底具有耐高溫，耐酸堿腐蝕的特性，優(yōu)先選用襯底為Si襯底、陶瓷襯底或玻璃襯底等。

步驟一中，利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積、分子束外延或等離子體化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)所述半導(dǎo)體厚膜。在步驟二中，可先在P型GaN層之上制備電流擴(kuò)散層，再制作P電極。在步驟五中，可先在露出的半導(dǎo)體厚膜表面制備N型反射層，再制作N電極，使P型半導(dǎo)體層為出光面。解鍵合后，還需要清洗鍵合面處的殘留贓物。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，可以在步驟一生長(zhǎng)半導(dǎo)體厚膜之前，先對(duì)生長(zhǎng)襯底進(jìn)行劃片，將其劃分為多個(gè)單元；或者在步驟二制作P電極之前先進(jìn)行劃片，劃至生長(zhǎng)襯底，將半導(dǎo)體外延層及半導(dǎo)體厚膜劃分成獨(dú)立的單元。

本發(fā)明的有益效果在于：