[发明专利]一种类垂直式发光二极管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管技术，尤其涉及一种类垂直式发光二极管及其制作方法。

背景技术

LED的芯片结构主要有三种：正装结构、倒装结构和垂直结构。正装结构LED制作简单，但由于电极的存在而牺牲了一部分发光面积。由于P-GaN的载流子浓度低，则要在P-GaN上镀上一层透明导电层，这样就会存光的损失。而且这种结构的热量需要从芯片下部蓝宝石衬底处导出，这就导致了LED的出光效果和散热效果都不好。

倒装结构的出现就刚好解决了正装结构散热不好，效率低的问题，光在芯片中的路径是经过蓝宝石衬底(或者先在芯片底部反射后经蓝宝石衬底)再出射到环境中。倒装结构还有一个好处就是蓝宝石衬底的折射率(n=1.75)和环氧树脂(n=1.56)的折射率比较接近，而GaN的折射率是n=2.3，所以光从蓝宝石衬底出射到环氧树脂的全反射角较大，光的提取效率就高。另外，LED的主要发热是在有源区，而在这种结构下PN接面距离热沉比较接近，可以达到优良的散热效果。

正装结构和倒装结构都存在的问题是，它们都需要利用ICP进行刻蚀得到N电极，这样既牺牲了一部分发光区，也对PN接面有所损伤，降低内量子效率。同时两者都存在著横向电流扩展的问题，要实现电流分布均匀也存在著难度，从而产生垂直结构LED，这种结构同时具备发光面积大，散热效果好等优点，但也失去了一些正装结构和倒装结构的好处。

发明内容

本发明的目的是提供一种类垂直式发光二极管及其制作方法，以结合正装结构、倒装结构和垂直结构的优点。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，

一种类垂直式发光二极管，从上至下包括打线电极，蓝宝石衬底，N-GaN层，发光层，P-GaN层，电流扩散层，绝缘层，邦定金属介层，支撑基板，蓝宝石衬底两侧均具有等离子干法腐蚀形成的粗糙面，该蓝宝石衬底中具有激光挖孔所形成的通孔，并通过金属回填通孔，使N-GaN层上的电极和打线电极相连接；

所述电流扩散层可以是金属或合金或金属氧化物；

所述金属氧化物可以是氧化铟锡，氧化锌，氧化铝锌，氧化铟锌；

所述绝缘层可以是氧化硅，氮化硅，氧氮化硅，氧化铝，氮化铝，氧化钛和由不同透明介电层所组成的布拉格反射层；

所述邦定金属介层可以是金，银，铝和以上金属所形成的合金，其厚度为1～10μm；

所述支撑基板可以是金属或硅，其厚度在80～150μm。

上述类垂直式发光二极管的制作方法，包括以下步骤：

1）通过等离子干法腐蚀在蓝宝石衬底的正面形成第一粗糙面；

2）从第一粗糙面向外依次生长N-GaN层、发光层、P-GaN层；

3）在P-GaN层上蒸镀电流扩散层并形成欧姆接触；

4）利用等离子干法刻蚀使N-GaN层曝露，并在N-GaN层上蒸镀电极形成欧姆接触；

5）在晶圆正面蒸镀绝缘层；

6）利用湿法化学或等离子干法刻蚀部份绝缘层至电流扩散层；

7）在晶圆正面蒸镀邦定金属介层和邦定支撑基板；

8）将晶圆背面的蓝宝石衬底机械研磨至一定厚度；

9）在研磨减薄后的蓝宝石衬底背面上，以等离子干法腐蚀形成第二粗糙面；

10）从蓝宝石衬底背面上激光挖孔至N-GaN层上的电极；

11）将激光在蓝宝石衬底上所形成的通孔用金属加以回填，使上下电气导通；

12）在回填通孔上方蒸镀打线电极。

步骤8）中，机械研磨蓝宝石衬底至10～100μm厚；

步骤10）中，在蓝宝石衬底上激光挖孔的孔径为10～50μm，孔深为15～105μm；

步骤11）中，将激光在蓝宝石衬底上所形成的通孔用金属加以回填的方式可以是电镀或化学镀。

本发明的优点在于，这种类垂直式发光二极管结合正装结构、倒装结构和垂直结构的优点，保留了原来外延成长所使用的蓝宝石衬底，避免垂直结构的发光二极管在激光剥离蓝宝石衬底所造成的应力损伤，省去倒装结构的发光二极管植球固晶等繁琐且精密的工艺，提供了发光二极管另一个增加出光效率和改善散热的技术途径。

附图说明

图1是通过等离子干法腐蚀在蓝宝石衬底的正面形成第一粗糙面的结构示意图；

图2是在粗糙化的衬底正面生长主要发光所需外延层后的结构示意图；

图3是完成大部份的发光二极管水平结构工艺后的结构示意图；

图4是在晶圆正面蒸镀一层绝缘层后的结构示意图；