[发明专利]倒装发光二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种倒装发光二极管的制备方法，尤其是一种具有光萃取结构的倒装发光二极管及其制备方法。

背景技术

随着高功率LED的大量开发，大家逐渐把目标重点转向倒装发光二极管（n-side up）的开发。倒装式芯片的封装之所以可以达到高发光效率，主要在于将发光二极管外延结构置于下方，利用金属材料封装在基板上，所以能够有效率的把发光二极管内的热量排除，可用于照明用的大电流、大型元件。

半导体层不同界面均存在对光不同程度的反射和吸收。例如：GaN系折射率较高，其在LED元件结晶内部发出的光并没有全部透出而是在内部产生反射，最终被材料所吸收产生热量。为了提高取光效率，针对出光表面的粗化方法被运用到芯片结构当中并得到较好的效果。

如图1所示为一种常规的覆晶式发光二极管，其包括：支撑基板150；由n-GaN层121、发光层122、p-GaN层123构成的氮化镓基发光外延叠层120，通过p、n电极130、131及金属焊盘140、141粘附在支撑基板（submount）150上。该结构采用基于衬底转移的薄膜器件技术，在蓝宝石衬底上通过MOCVD沉积III族氮化物薄膜，然后把III族氮化物薄膜通过晶圆键合技术或电镀技术黏结到半导体或金属基板上，再把蓝宝石衬底用激光剥离方法去除。为了提高取光效率，一般会在蓝宝石衬底被去除后露出的n-GaN表面上形成粗化的表面110。采用该方案需要先去除蓝宝石衬底，而移除蓝宝石衬底工艺复杂，且容易损坏发光外延叠层。

如图2所示为另一种常规的覆晶式发光二极管，其与图1所示的LED器件的区别在于：没有移除蓝宝石衬底，而是直接在蓝宝石衬底背面制作粗化结构。然而，蓝宝石衬底非常坚硬，不易在其表面上粗化处理。

发明内容

本发明提供了一种倒装发光二极管结构及其制作方法，通过分别在生长衬底的两面进行外延生长n型氮化镓基半导体层和氮化镓基发光外延叠层，利用晶圆键合技术或电镀技术将氮化镓基发光外延叠层黏结到半导体或金属基板上，以n型氮化镓基半导体层为出光面，并在其上制作光萃取结构，从而提高倒装发光二极管的取光效率、散热功能及产品良率。

根据本发明的第一个方面，一种倒装发光二极管，包括：透光性生长衬底，具有第一、第二两个主表面；n型氮化镓基半导体层，形成于所述生长衬底的第一表面上，其表面制作有光萃取结构；氮化镓基发光外延叠层，形成于所述生长衬底的第二表面上；支撑基板，形成于所述氮化镓基发光外延叠层上。

在一些实施例中，所述透光性生长衬底为蓝宝石生长衬底。

在一些实施例中，所述n型氮化镓基半导体层大于或等于1000?，其折射系数大于透光性生长衬底折射系数，材料可选用GaN 、AlGaN或InGaN。

在一些实施例中，所述n型氮化镓基半导体层上的光萃取结构为不规则排列的须状体或规则排列多边形柱状体。

根据本发明的第二个方面，倒装发光二极管的制备方法，包括步骤：1）提供一透光性生长衬底，其具有第一、第二两个主表面；2）在所述生长衬底的第一表面上形成n型氮化镓基半导体层，并在其表面上制作光萃取结构；3) 在所述生长衬底的第二表面上生长氮化镓基发光外延叠层；4）提供一支撑基板，将其与上述生长氮化镓基发光外延叠层连结。

在一些实施例中，所述生长衬底为双面抛光蓝宝石衬底。

在一些实施例中，所述步骤2)通过下面方法制作光萃取结构：在加温的碱性溶液中蚀刻n型氮化镓基半导体层形成粗化的表面。

在一些实施例中，所述氮化镓基发光外延叠层依次包括n型半导体层、发光层和p型半导体层。所述步骤4）包括：分别在所述氮化镓基发光外延叠层的n型半导体层、p型半导体层上制作n、p电极；提供一支撑基板，在其上形成金属焊盘；采用共晶键合的方式，将n、p电极与所述基板上的金属焊盘相接合，构成覆晶式发光二极管。

在一些实施例中，所述氮化镓基发光外延叠层依次包括n型半导体层、发光层和p型半导体层。所述步骤4）包括：在p型半导体层上制作金属键合层；提供一支撑基板，采用共晶键合的方式将p型半导体层与所述基板相接合；在所述n型氮化镓基半导体层制作n电极，使其与所述氮化镓基发光外延叠层的n型半导体层形成电连接，构成垂直式发光二极管。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明