[實(shí)用新型]一種帶藍(lán)寶石襯底的垂直LED芯片結(jié)構(gòu)

有效

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• 申請日: 2014-07-14
• 公開（公告）號: CN203983320U
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林宇杰
• 申請（專利權(quán)）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
• 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

本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體照明器件，特別是涉及一種帶藍(lán)寶石襯底的垂直LED芯片結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體照明作為新型高效固體光源，具有壽命長、節(jié)能、環(huán)保、安全等顯著優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)用領(lǐng)域正在迅速擴(kuò)大，正帶動傳統(tǒng)照明、顯示等行業(yè)的升級換代，其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益巨大。正因如此，半導(dǎo)體照明被普遍看作是21世紀(jì)最具發(fā)展前景的新興產(chǎn)業(yè)之一，也是未來幾年光電子領(lǐng)域最重要的制高點(diǎn)之一。發(fā)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(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-N特性，即正向?qū)ǎ聪蚪刂埂舸┨匦浴４送猓谝欢l件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進(jìn)入對方區(qū)域的少數(shù)載流子(少子)一部分與多數(shù)載流子(多子)復(fù)合而發(fā)光。

隨著LED燈市場爆發(fā)的日益臨近，LED封裝技術(shù)的研發(fā)競爭也十分激烈。目前GaN基LED封裝主要有正裝結(jié)構(gòu)、倒裝結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)三種。當(dāng)前較為成熟的是III族氮化物氮化鎵用藍(lán)寶石材料作為襯底，由于藍(lán)寶石襯底的絕緣性，所以普通的GaN基LED采用正裝結(jié)構(gòu)。正裝結(jié)構(gòu)有源區(qū)發(fā)出的光經(jīng)由P型GaN區(qū)和透明電極出射。該結(jié)構(gòu)簡單，制作工藝相對成熟。然而正裝結(jié)構(gòu)LED有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，正裝結(jié)構(gòu)LED的P、N電極在LED的同一側(cè)，電流須橫向流過N-GaN層，導(dǎo)致電流擁擠，局部發(fā)熱量高，限制了驅(qū)動電流。

垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管可以解決正裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管電流擁擠的問題，但是，現(xiàn)有的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管需要在剝離藍(lán)寶石襯底后再制作電極，藍(lán)寶石襯底的剝離技術(shù)難度較大，工藝復(fù)雜，工藝時(shí)間長，而且在剝離的過程中容易對發(fā)光外延結(jié)構(gòu)造成破壞，大大降低了最終發(fā)光二極管的成品率。

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷，本實(shí)用新型提供一種帶藍(lán)寶石襯底的垂直LED芯片結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)一種不需要剝離藍(lán)寶石襯底，工藝簡單，能提高LED電流均勻度的垂直LED芯片結(jié)構(gòu)。

實(shí)用新型內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的在于提供一種帶藍(lán)寶石襯底的垂直LED芯片結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)一種不需要剝離藍(lán)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(jié)構(gòu)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本實(shí)用新型提供一種帶藍(lán)寶石襯底的垂直LED芯片結(jié)構(gòu)，包括：

藍(lán)寶石襯底；

發(fā)光外延結(jié)構(gòu)，結(jié)合于所述藍(lán)寶石襯底表面，包括N型層、量子阱層及P型層，且所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)去除了周側(cè)區(qū)域的P型層及量子阱層，露出該周側(cè)區(qū)域的N型層；

P電極，結(jié)合于所述P型層表面；

絕緣層，結(jié)合于所述P型層表面、及P型層與量子阱層側(cè)壁；

透明導(dǎo)電層，包覆于所述藍(lán)寶石襯底、N型層側(cè)壁及所述周側(cè)區(qū)域的N型層。

作為本實(shí)用新型的帶藍(lán)寶石襯底的垂直LED芯片結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)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。

作為本實(shí)用新型的帶藍(lán)寶石襯底的垂直LED芯片結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，去除了所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)周側(cè)區(qū)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。

作為本實(shí)用新型的帶藍(lán)寶石襯底的垂直LED芯片結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述絕緣層為二氧化硅層，其厚度為1000埃～10000埃。

作為本實(shí)用新型的帶藍(lán)寶石襯底的垂直LED芯片結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述透明導(dǎo)電層包括ITO薄膜或ZnO薄膜，其厚度為100埃～10000埃。

作為本實(shí)用新型的帶藍(lán)寶石襯底的垂直LED芯片結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述透明導(dǎo)電層與N型層側(cè)壁及所述周側(cè)區(qū)域的N型層的接觸方式為歐姆接觸。

本實(shí)用新型還提供一種帶藍(lán)寶石襯底的垂直LED芯片結(jié)構(gòu)的制造方法，所述制造方法包括以下步驟：

1)于藍(lán)寶石襯底表面形成包括N型層、量子阱層及P型層的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)；

2)定義LED芯片，去除各LED芯片的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)周側(cè)區(qū)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(cè)壁形成絕緣層，并制作P電極；

4)依據(jù)各LED芯片進(jìn)行切割裂片，獲得獨(dú)立的LED芯片；

5)采用蒸鍍法于各獨(dú)立的LED芯片中形成包覆于所述藍(lán)寶石襯底、N型層側(cè)壁及周側(cè)區(qū)域的N型層表面的透明導(dǎo)電層。