[發明專利]一種帶藍寶石襯底的垂直LED芯片結構及其制造方法

有效

• 申請號: 201410331908.0
• 申請日: 2014-07-14
• 公開（公告）號: CN105280767B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 林宇杰
• 申請（專利權）人: 上海博恩世通光電股份有限公司
• 主分類號: H01L33/02
• 分類號: H01L33/02;H01L33/06;H01L33/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙)31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明涉及一種半導體照明器件及其制造方法，特別是涉及一種帶藍寶石襯底的垂直LED芯片結構及其制造方法。

背景技術

半導體照明作為新型高效固體光源，具有壽命長、節能、環保、安全等顯著優點，將成為人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后的又一次飛躍，其應用領域正在迅速擴大，正帶動傳統照明、顯示等行業的升級換代，其經濟效益和社會效益巨大。正因如此，半導體照明被普遍看作是21世紀最具發展前景的新興產業之一，也是未來幾年光電子領域最重要的制高點之一。發光二極管LED是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs(砷化鎵)、GaP(磷化鎵)、GaAsP(磷砷化鎵)等半導體制成的，其核心是PN結。因此它具有一般P-N結的I-N特性，即正向導通，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發光特性。在正向電壓下，電子由N區注入P區，空穴由P區注入N區。進入對方區域的少數載流子(少子)一部分與多數載流子(多子)復合而發光。

隨著LED燈市場爆發的日益臨近，LED封裝技術的研發競爭也十分激烈。目前GaN基LED封裝主要有正裝結構、倒裝結構和垂直結構三種。當前較為成熟的是III族氮化物氮化鎵用藍寶石材料作為襯底，由于藍寶石襯底的絕緣性，所以普通的GaN基LED采用正裝結構。正裝結構有源區發出的光經由P型GaN區和透明電極出射。該結構簡單，制作工藝相對成熟。然而正裝結構LED有一個明顯的缺點，正裝結構LED的P、N電極在LED的同一側，電流須橫向流過N-GaN層，導致電流擁擠，局部發熱量高，限制了驅動電流。

垂直結構發光二極管可以解決正裝結構發光二極管電流擁擠的問題，但是，現有的垂直結構發光二極管需要在剝離藍寶石襯底后再制作電極，藍寶石襯底的剝離技術難度較大，工藝復雜，工藝時間長，而且在剝離的過程中容易對發光外延結構造成破壞，大大降低了最終發光二極管的成品率。

鑒于現有技術的以上缺陷，本發明提供一種帶藍寶石襯底的垂直LED芯片結構及其制造方法，實現一種不需要剝離藍寶石襯底，工藝簡單，能提高LED電流均勻度的垂直LED芯片結構。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種帶藍寶石襯底的垂直LED芯片結構及其制造方法，以實現一種不需要剝離藍寶石襯底，工藝簡單，成本較低，且能提高LED電流均勻度的垂直LED芯片結構。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種帶藍寶石襯底的垂直LED芯片結構，包括：

藍寶石襯底；

發光外延結構，結合于所述藍寶石襯底表面，包括N型層、量子阱層及P型層，且所述發光外延結構去除了周側區域的P型層及量子阱層，露出該周側區域的N型層；

P電極，結合于所述P型層表面；

絕緣層，結合于所述P型層表面、及P型層與量子阱層側壁；

透明導電層，包覆于所述藍寶石襯底、N型層側壁及所述周側區域的N型層。

作為本發明的帶藍寶石襯底的垂直LED芯片結構的一種優選方案，所述N型層為N-GaN層，所述量子阱層為InGaN/GaN多量子阱層，所述P型層為P-GaN層。

作為本發明的帶藍寶石襯底的垂直LED芯片結構的一種優選方案，去除了所述發光外延結構周側區域的P型層及量子阱層后，所保留的P型層及量子阱層的形狀包括矩形、圓形或三角形。

作為本發明的帶藍寶石襯底的垂直LED芯片結構的一種優選方案，所述絕緣層為二氧化硅層，其厚度為1000埃～10000埃。

作為本發明的帶藍寶石襯底的垂直LED芯片結構的一種優選方案，所述透明導電層包括ITO薄膜或ZnO薄膜，其厚度為100埃～10000埃。

作為本發明的帶藍寶石襯底的垂直LED芯片結構的一種優選方案，所述透明導電層與N型層側壁及所述周側區域的N型層的接觸方式為歐姆接觸。

本發明還提供一種帶藍寶石襯底的垂直LED芯片結構的制造方法，所述制造方法包括以下步驟：

1)于藍寶石襯底表面形成包括N型層、量子阱層及P型層的發光外延結構；

2)定義LED芯片，去除各LED芯片的發光外延結構周側區域的P型層及量子阱層，以露出N型層；

3)于各LED芯片的P型層表面、及P型層與量子阱層側壁形成絕緣層，并制作P電極；

4)依據各LED芯片進行切割裂片，獲得獨立的LED芯片；

5)采用蒸鍍法于各獨立的LED芯片中形成包覆于所述藍寶石襯底、N型層側壁及周側區域的N型層表面的透明導電層。