專利名稱：一種垂直結(jié)構(gòu)白光發(fā)光二極管的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體光電器件以及半導體照明制造領域，尤其是涉及到GaN基垂直結(jié)構(gòu)白光發(fā)光二極管。
背景技術：
近年來，GaN基白光LED作為新型的節(jié)能、環(huán)保光源，已經(jīng)成為固體照明研究領域的熱點問題。白光LED具有小型化、壽命長、平面化、可設計性強等特點，可實現(xiàn)大規(guī)模平面點陣；同時白光LED不含有對人體有害的鉛和汞，避免了對環(huán)境的污染；再者白光LED沒有頻閃，光色度純，輻射區(qū)主要集中在可見光區(qū)，幾乎不產(chǎn)生熱，因此既節(jié)能環(huán)保又可以避免產(chǎn)生可見光以外的電磁波而對人體造成危害；白光LED響應時間小，封裝后抗震能力強，安全性能好，可以應用在各種特殊的環(huán)境下。因此白光LED作為新一代的照明光源，具有非常廣闊的應用前景?，F(xiàn)有技術中，白光LED的實現(xiàn)途徑主要有三種一種是制備紅、綠、藍三基色發(fā)光體系。將這三種顏色的LED按一定的比例封裝在一起，就可以得到用于照明用途的白光。這種方法的不足之處在于LED的驅(qū)動電路較為復雜，成本較高。而且由于紅、綠和藍光LED的光學參數(shù)隨著溫度的升高變化各異，因此這樣合成的白光LED的輸出功率、峰值波長對溫度、時間和注入電流的變化非常敏感，從而造成顏色分布不均。第二種就是用LED發(fā)出的紫外光激發(fā)熒光材料，產(chǎn)生紅、綠、藍三種光，從而復合得到白光。這種方法會增加系統(tǒng)復雜性，并且這種轉(zhuǎn)換會導致能量的損失，同時，紫外光源還會產(chǎn)生少量的紫外光污染。最后一種就是目前最為常見的形成白光的技術途徑GaN基藍光LED利用熒光粉混色互補的原理獲得白光。LED輻射出峰值為470nm左右的藍光，而部分藍光激發(fā)熒光粉發(fā)出峰值為570nm 左右的黃綠光，與另一部分透射出來的藍光通過微透鏡聚焦組成白光。這種方法轉(zhuǎn)換率高， 產(chǎn)品主要包括正裝結(jié)構(gòu)LED和垂直結(jié)構(gòu)LED。正裝結(jié)構(gòu)LED由于受藍寶石襯底的限制，出光效率和散熱效率均不高，局部區(qū)域電流過大，從而限制了 LED器件的使用功率和發(fā)光效率。垂直結(jié)構(gòu)LED能較好地改善器件的導熱、導電性能，增加使用功率和出光效率。但是，垂直結(jié)構(gòu)LED的生產(chǎn)工藝較為復雜，會降低產(chǎn)品的穩(wěn)定性和優(yōu)良率，大大提高生產(chǎn)成本。
發(fā)明內(nèi)容為了解決上述現(xiàn)有技術中存在的問題，本實用新型的目的是提供一種垂直結(jié)構(gòu)白光發(fā)光二極管。它能有效提高器件的發(fā)光功率，具有工藝簡單、成本不高的特點。為了達到上述發(fā)明目的，本實用新型的技術方案以如下方式實現(xiàn)—種垂直結(jié)構(gòu)白光發(fā)光二極管，它包括從下至上依次疊加的金屬支撐襯底、金屬種子層、反射金屬層、P型GaN基半導體層、量子阱有源區(qū)、N型GaN基半導體層和鈍化層，器件頂端的電極槽中置有N面電極。其結(jié)構(gòu)特點是，所述鈍化層上置有一層熒光粉層。在上述發(fā)光二極管中，所述金屬支撐襯底的材料采用Ni、Cu、Au、Fe、Mn、Sn中的一種或者幾種元素的合金，金屬支撐襯底的厚度為100-500 μ m。在上述發(fā)光二極管中，所述金屬種子層的材料采用Pd、Pt、Au、W、Ni、Ta、Co、Ru中的一種或者多層金屬構(gòu)成，金屬種子層的厚度為100-400nm。在上述發(fā)光二極管中，所述反射金屬層的材料采用具有高反射率的Al或Ag及其合金構(gòu)成。在上述發(fā)光二極管中，所述熒光粉層的材料采用YAG鋁酸鹽。本實用新型由于采用了上述結(jié)構(gòu)，通過工藝整合和優(yōu)化，減少了 P面的工藝步驟， 有效地避免了光刻準偏差對LED器件性能的影響，縮短了工藝時間，增強了工藝的穩(wěn)定性和良率保證了工藝的穩(wěn)定性。通過大面積金屬蒸鍍的方法，避免復雜的圖形化金屬層由于結(jié)合力不佳而在電鍍時產(chǎn)生的滲酸現(xiàn)象，降低了電鍍工藝的難度，同時也降低了電鍍的內(nèi)應力和研磨時產(chǎn)生的外應力對LED器件的影響。本實用新型的擴散阻擋層可以防止金屬種子層上的金屬擴散而破壞歐姆接觸，還可以保證金屬種子層和光刻膠的結(jié)合力，有利于金屬支撐襯底中內(nèi)隔離結(jié)構(gòu)的形成，保障電鍍工藝的穩(wěn)定。本實用新型電鍍時，金屬種子層上的光刻膠形成內(nèi)隔離結(jié)構(gòu)，降低了切割的難度，有利于芯片的分離。本實用新型將熒光粉直接涂覆在LED器件表面，經(jīng)過簡單的封裝即可形成白光垂直結(jié)構(gòu)LED。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步說明。

圖1至圖10是制造本實用新型的步驟示意圖；圖10也是本實用新型垂直結(jié)構(gòu)白光發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
參看圖10，本實用新型白光垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管包括從下至上依次疊加的金屬支撐襯底109、金屬種子層107、反射金屬層106、P型GaN基半導體層105、量子阱有源區(qū) 104、N型GaN基半導體層103和鈍化層110，鈍化層110上置有一層熒光粉層111，器件頂端的電極槽中置有N面電極112。金屬支撐襯底109的材料采用Ni、Cu、Au、Fe、Mn、Sn中的一種或者幾種元素的合金，金屬支撐襯底109的厚度為100-500 μ m。金屬種子層107的材料采用Pd、Pt、Au、W、Ni、Ta、Co、Ru中的一種或者多層金屬構(gòu)成，金屬種子層107的厚度為100-400nm。反射金屬層106的材料采用具有高反射率的Al或^Vg及其合金構(gòu)成。熒光粉層111的材料采用YAG鋁酸鹽。本實用新型垂直結(jié)構(gòu)白光發(fā)光二極管的優(yōu)選實施步驟為1)參看圖1，采用金屬有機物化學氣相沉積在藍寶石襯底101上依次生長緩沖層 102、N型GaN基半導體層103、量子阱有源區(qū)104和P型GaN基半導體層105 ；2)參看圖2，在P型GaN基半導體層105上蒸鍍反射金屬層106，厚度為 IOO-IOOOnm ；在氮氣的環(huán)境下高溫退火5-60min，使反射金屬層106與P型GaN基半導體層 105之間形成歐姆接觸，并增強二者之間的結(jié)合力；在反射金屬層106上沉積擴散阻擋層和電鍍金屬種子層107，化學腐蝕露出擴散阻擋層，3)參看圖3，在擴散阻擋層上涂覆光刻膠108 ；通過電鍍工藝形成厚度為幾十至幾百微米的金屬支撐襯底109，在電鍍時，通過鍍率和鍍液成分的調(diào)節(jié)形成不同結(jié)構(gòu)、成分和硬度的支撐層，用以消除由于GaN和金屬種子層107膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的內(nèi)應力，電鍍完成后，低溫退火lO-lOOmin，進一步消除內(nèi)應力，減少翹曲度；4)參看圖4，用研磨、濕法刻蝕或KrF紫外線準分子激光器使藍寶石襯底101與器件分開，將器件翻轉(zhuǎn)180度用砂輪和磨盤對金屬支撐襯底109進行研磨和拋光，從而獲得平整度較高的襯底，保證了后道的刻蝕和光刻工藝的穩(wěn)定；5)參看圖5，采用電感耦合等離子ICP對分離之后的器件上表面進行干法刻蝕，去除藍寶石襯底101分離時產(chǎn)生的損傷層；6)參看圖6，采用電感耦合等離子ICP刻蝕器件頂面形成溝槽，將芯粒分離；用等離子增強化學氣相沉積PECVD沉積鈍化層110 ；7)參看圖7，在鈍化層110上均勻涂布一層YAG熒光粉層111 ；8)參看圖8，采用電感耦合等離子ICP刻蝕鈍化層110以及YAG熒光粉層111直至N型GaN基半導體層103，形成N電極槽；9)參看圖9，用電子束蒸發(fā)法蒸鍍N面電極112;10)參看圖10，用正切或背切的方法對芯片進行切割，對分割好的芯粒進行光電參數(shù)的測試和分選。以上所述公開了本實用新型的優(yōu)選實施方式，是對本實用新型的目的、技術方案以及特點等進行進一步的闡述，并非用于限定本實用新型，對于本領域的普通技術人員，在不脫離本實用新型的技術路線的前提下，對于本實用新型做出各種改變和改進，都應該在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種垂直結(jié)構(gòu)白光發(fā)光二極管，它包括從下至上依次疊加的金屬支撐襯底(109)、 金屬種子層(107)、反射金屬層(106)、P型GaN基半導體層(105)、量子阱有源區(qū)(104)、N 型GaN基半導體層(103)和鈍化層(110)，器件頂端的電極槽中置有N面電極(112)，其特征在于，所述鈍化層(110)上置有一層熒光粉層(111)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直結(jié)構(gòu)白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述金屬支撐襯底(109)的材料采用Ni、Cu、Au、Fe、Mn、Sn中的一種構(gòu)成，金屬支撐襯底(109)的厚度為 100-500 μm0
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的垂直結(jié)構(gòu)白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述金屬種子層 (107)的材料采用Pd、Pt、Au、W、Ni、I1EU Co、Ru中的一種構(gòu)成，金屬種子層(107)的厚度為 100-400nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的垂直結(jié)構(gòu)白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述反射金屬層 (106)的材料采用具有高反射率的Al或Ag構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的垂直結(jié)構(gòu)白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述熒光粉層(111) 的材料采用YAG鋁酸鹽。
專利摘要一種垂直結(jié)構(gòu)白光發(fā)光二極管，涉及半導體光電器件以及半導體照明制造領域。本實用新型發(fā)光二極管包括從下至上依次疊加的金屬支撐襯底、金屬種子層、反射金屬層、P型GaN基半導體層、量子阱有源區(qū)、N型GaN基半導體層和鈍化層，器件頂端的電極槽中置有N面電極。其結(jié)構(gòu)特點是，所述鈍化層上置有一層熒光粉層。同現(xiàn)有技術相比，本實用新型能有效提高器件的發(fā)光功率,具有工藝簡單、成本不高的特點。
文檔編號H01L33/44GK202009030SQ201120038508
公開日2011年10月12日 申請日期2011年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月15日
發(fā)明者劉剛, 張華東, 徐亮, 郭德博 申請人:同方光電科技有限公司