一種發(fā)光二極管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管及其制造方法，包括：導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底，上下表面分別具有鍵合層與P電極；反射鏡；發(fā)光外延結(jié)構(gòu)，包括層疊的P型層、量子阱層及N型層；藍(lán)寶石襯底，結(jié)合于所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)；接觸區(qū)，由所述藍(lán)寶石襯底貫穿至所述鍵合層；N電極，藉由所述接觸區(qū)將所述N型層電性連接至所述藍(lán)寶石襯底表面；鈍化層，填充于所述接觸區(qū)內(nèi)。本發(fā)明提供了一種新型的倒裝LED結(jié)構(gòu)，通過晶圓級(jí)的鍵合工藝實(shí)現(xiàn)了倒裝LED芯片的制造，將LED芯片直接鍵合于導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底中，大大地提高了LED芯片的散熱效率；先于藍(lán)寶石襯底中形成凹槽結(jié)構(gòu)后進(jìn)行外延，最后通過減薄將N電極露出，避免后續(xù)加工容易出現(xiàn)碎片等缺陷，降低了工藝的難度，并有效提高了產(chǎn)品的良率。
【專利說明】一種發(fā)光二極管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體照明領(lǐng)域，特別是涉及一種發(fā)光二極管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體照明作為新型高效固體光源，具有壽命長(zhǎng)、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(dòng)傳統(tǒng)照明、顯示等行業(yè)的升級(jí)換代，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)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II1-1V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1-N特性，即正向?qū)?，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，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(duì)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。
[0003]隨著LED燈市場(chǎng)爆發(fā)的日益臨近，LED封裝技術(shù)的研發(fā)競(jìng)爭(zhēng)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(jiǎn)單，制作工藝相對(duì)成熟。然而正裝結(jié)構(gòu)LED有兩個(gè)明顯的缺點(diǎn)，首先正裝結(jié)構(gòu)LED ρ、η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(dòng)電流；其次，由于藍(lán)寶石襯底的導(dǎo)熱性差，嚴(yán)重的阻礙了熱量的散失。
[0004]為了解決散熱問題，美國(guó)Lumileds Lighting公司發(fā)明了倒裝芯片(Flipchip)技術(shù)。這種方法首先制備具有適合共晶焊接的大尺寸LED芯片，同時(shí)制備相應(yīng)尺寸的硅底板，并在其上制作共晶焊接電極的金導(dǎo)電層和引出導(dǎo)電層(超聲波金絲球焊點(diǎn))。然后，利用共晶焊接設(shè)備將大尺寸LED芯片與硅底板焊在一起。到裝結(jié)構(gòu)在散熱效果上有了很大的改善。但現(xiàn)有的倒裝結(jié)構(gòu)通常是通過焊接的方法固定于硅襯底中，這樣的做法往往會(huì)引入較多的熱阻從而降低LED芯片的散熱效率。而且,這中結(jié)構(gòu)的LED芯片，P電極與N電極通常制備于LED芯片的同一側(cè)，往往會(huì)增加倒裝鍵合工藝和引線工藝的難度，較難實(shí)現(xiàn)晶圓級(jí)的制造，各易造成廣品良率的降低。
[0005]本發(fā)明提供一種新型的晶圓級(jí)的倒裝LED芯片結(jié)構(gòu)，可以有效的提高LED芯片的散熱效率，同時(shí)降低工藝的難度，提高產(chǎn)品的良率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)光二極管及其制造方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中倒裝LED芯片較難實(shí)現(xiàn)晶圓級(jí)制造、散熱效率不夠高、工藝較復(fù)雜、成本過高且良率較低等問題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管至少包括:
[0008]導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底，其下表面結(jié)合有P電極，上表面結(jié)合有鍵合層；
[0009]反射鏡，結(jié)合于所述鍵合層；
[0010]發(fā)光外延結(jié)構(gòu)，結(jié)合于所述反射鏡，包括依次層疊的P型層、量子阱層及N型層；
[0011]藍(lán)寶石襯底，結(jié)合于所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)；
[0012]接觸區(qū)，由所述藍(lán)寶石襯底貫穿至所述鍵合層；
[0013]N電極，藉由所述接觸區(qū)將所述N型層電性連接至所述藍(lán)寶石襯底表面；
[0014]鈍化層，填充所述接觸區(qū)內(nèi)的N電極與鍵合層之間。
[0015]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的一種優(yōu)選方案，所述接觸區(qū)為孔狀結(jié)構(gòu)或槽狀結(jié)構(gòu)。
[0016]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的一種優(yōu)選方案，所述接觸區(qū)內(nèi)去除了部分的P型層、量子阱層及N型層形成N電極制備平臺(tái)。
[0017]進(jìn)一步地，所述N電極制備平臺(tái)與所述藍(lán)寶石襯底的連接面垂直于所述藍(lán)寶石襯底表面。
[0018]進(jìn)一步地，所述接觸區(qū)于所述藍(lán)寶石襯底內(nèi)的部分為錐形孔或V型槽，所述N電極制備平臺(tái)與所述藍(lán)寶石襯底的連接面為斜面。
[0019]進(jìn)一步地，所述N電極包括結(jié)合于所述N電極制備平臺(tái)表面、覆蓋于所述斜面、并覆蓋于所述錐形孔或V型槽表面的第一電極以及結(jié)合于所述藍(lán)寶石襯底出光面并連接于所述第一電極的第二電極。
[0020]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的一種優(yōu)選方案，所述P型層表面還結(jié)合有電流擴(kuò)展層。
[0021]進(jìn)一步地，所述電流擴(kuò)展層為包括ITO、ATO、FTO或AZO的透明導(dǎo)電層。
[0022]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的一種優(yōu)選方案，所述反射鏡為具有孔狀結(jié)構(gòu)的反射鏡。
[0023]進(jìn)一步地,所述反射鏡包括布拉格反射鏡、Ag反射鏡、Al反射鏡、ITO/Ag復(fù)合反射鏡、介質(zhì)/金屬?gòu)?fù)合反射鏡的一種。
[0024]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的一種優(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。
[0025]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的一種優(yōu)選方案，所述導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底為娃襯底、金屬襯底、娃和金屬的復(fù)合襯底。
[0026]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的一種優(yōu)選方案，所述鍵合層為Au或Au/Sn合金。
[0027]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的一種優(yōu)選方案，所述藍(lán)寶石襯底的出光面具有粗化微結(jié)構(gòu)。
[0028]本發(fā)明還提供一種發(fā)光二極管的制造方法，包括以下步驟:
[0029]I)提供一藍(lán)寶石襯底，并定義出多個(gè)發(fā)光單元區(qū)域，于每個(gè)發(fā)光單元區(qū)域中刻蝕出至少一個(gè)凹槽結(jié)構(gòu)；
[0030]2)于所述藍(lán)寶石襯底表面依次形成至少包括N型層、量子阱層及P型層的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)；
[0031]3)刻蝕所述凹槽結(jié)構(gòu)兩側(cè)的P型層、量子阱層及部分的N型層形成N電極制備平臺(tái)；[0032]4)制作反射鏡；
[0033]5)于所述N電極制備平臺(tái)及凹槽結(jié)構(gòu)內(nèi)形成第一電極；
[0034]6)于所述N電極制備平臺(tái)及所述凹槽結(jié)構(gòu)內(nèi)形成鈍化層；
[0035]7)提供一下表面具有P電極的導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底，并通過鍵合層鍵合所述導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底及所述反射鏡與鈍化層；
[0036]8)減薄所述藍(lán)寶石襯底直至露出所述第一電極；
[0037]9)于所述藍(lán)寶石襯底表面形成連接于所述第一電極的第二電極，以完成N電極的制備。
[0038]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法的一種優(yōu)選方案，步驟4)之前還包括于所述P型層表面制作電流擴(kuò)展層的步驟。
[0039]進(jìn)一步地，所述電流擴(kuò)展層為包括ITO、ATO、FTO或AZO的透明導(dǎo)電層。
[0040]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法的一種優(yōu)選方案，所述凹槽結(jié)構(gòu)為錐形孔、或V形槽。
[0041]進(jìn)一步地，步驟3)還包括將所述N電極制備平臺(tái)與所述藍(lán)寶石襯底的連接面刻蝕成斜面的步驟。
[0042]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法的一種優(yōu)選方案，采用化學(xué)氣相沉積法形成所述N型層、量子阱層及P型層，其中，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。
[0043]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法的一種優(yōu)選方案，步驟5)還包括于所述反射鏡中形成多個(gè)孔狀結(jié)構(gòu)的步驟。
[0044]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法的一種優(yōu)選方案，所述反射鏡包括布拉格反射鏡、Ag反射鏡、Al反射鏡、ITO/Ag復(fù)合反射鏡、介質(zhì)/金屬?gòu)?fù)合反射鏡的一種。
[0045]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法的一種優(yōu)選方案，步驟6)包括以下步驟:
[0046]6-1)米用氣相外延法沉積鈍化層；
[0047]6-2)采用機(jī)械化學(xué)拋光法、濕法腐蝕法或干法刻蝕法去除所述反射鏡表面的鈍化層。
[0048]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法的一種優(yōu)選方案，步驟7)包括以下步驟:
[0049]7-1)于所述反射層及鈍化層表面形成第一鍵合層；
[0050]7-2)于所述導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底的上表面形成第二鍵合層；
[0051]7-3)鍵合所述第一鍵合層及所述第二鍵合層。
[0052]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法的一種優(yōu)選方案，步驟8)還包括對(duì)所述藍(lán)寶石襯底表面進(jìn)行粗化形成粗化微結(jié)構(gòu)的步驟。
[0053]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法的一種優(yōu)選方案，所述導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底為硅襯底、金屬襯底、娃和金屬的復(fù)合襯底。
[0054]作為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法的一種優(yōu)選方案，所述鍵合層為Au或Au/Sn
I=1-Wl O
[0055]如上所述，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管及其制造方法，包括:導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底，其下表面結(jié)合有P電極，上表面結(jié)合有鍵合層；反射鏡，結(jié)合于所述鍵合層；發(fā)光外延結(jié)構(gòu)，結(jié)合于所述反射鏡，包括依次層疊的P型層、量子阱層及N型層；藍(lán)寶石襯底，結(jié)合于所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)；接觸區(qū)，由所述藍(lán)寶石襯底貫穿至所述鍵合層；N電極，藉由所述接觸區(qū)將所述N型層電性連接至所述藍(lán)寶石襯底表面；鈍化層，填充于所述接觸區(qū)內(nèi)的N電極與鍵合層之間。本發(fā)明提供了一種新型的倒裝LED結(jié)構(gòu)，通過晶圓級(jí)的鍵合工藝實(shí)現(xiàn)了倒裝LED芯片的制造，將LED芯片直接鍵合于導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底中，大大地提高了 LED芯片的散熱效率；先對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行加工后再進(jìn)行外延，然后通過減薄將N電極露出，使N電極與P電極分別位于LED芯片的兩側(cè)，避免后續(xù)加工容易出現(xiàn)碎片等缺陷，降低了工藝的難度，并有效提高了廣品的良率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0056]圖1a~圖1b顯示為本發(fā)明的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0057]圖疒圖3顯示為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法實(shí)施例3步驟I)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0058]圖7圖5顯示為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法實(shí)施例3步驟2)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0059]圖6顯示為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法實(shí)施例3步驟3)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0060]圖疒圖8顯示為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法實(shí)施例3步驟4)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0061]圖9顯示為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法實(shí)施例3步驟5)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0062]圖10顯示為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法實(shí)施例3步驟6)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0063]圖11~圖12顯示為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法實(shí)施例3步驟7)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0064]圖13~圖14顯示為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法實(shí)施例3步驟8)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0065]圖15顯示為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法實(shí)施例3步驟9)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0066]圖16顯示為本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法實(shí)施例4最終所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0067]元件標(biāo)號(hào)說明
[0068]101藍(lán)寶石襯底
[0069]102凹槽結(jié)構(gòu)
[0070]103N 型層
[0071]104量子阱層
[0072]105P 型層
[0073]106N電極制備平臺(tái)
[0074]107電流擴(kuò)展層
[0075]108反射鏡
[0076]109第一電極[0077]110鈍化層
[0078]111鍵合層
[0079]112導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底
[0080]113P 電極
[0081]114粗化微結(jié)構(gòu)
[0082]115第二電極
[0083]117連接面
【具體實(shí)施方式】
[0084]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0085]請(qǐng)參閱圖1a~圖16。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0086]實(shí)施例1
[0087]如圖1a所示，本實(shí)施例提供一種發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管至少包括:
[0088]導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底112，其下表面結(jié)合有P電極113，上表面結(jié)合有鍵合層111 ;
[0089]反射鏡108，結(jié)合于所述鍵合層111 ;
[0090]發(fā)光外延結(jié)構(gòu)，結(jié)合于所述反射鏡108，包括依次層疊的P型層105、量子阱層104及N型層103 ；
[0091]藍(lán)寶石襯底101，結(jié)合于所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)；
[0092]接觸區(qū)，由所述藍(lán)寶石襯底101貫穿至所述鍵合層111 ；
[0093]N電極109及115，藉由所述接觸區(qū)將所述N型層103電性連接至所述藍(lán)寶石襯底101表面；
[0094]鈍化層110，填充于所述接觸區(qū)內(nèi)的N電極與鍵合層111之間。
[0095]所述導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底112可以為娃襯底、金屬襯底、娃和金屬的復(fù)合襯底,所述金屬襯底包括Al、Cu、T1、Sn、Ni等或其合金等。在本實(shí)施例中，所述導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底112為硅襯底。當(dāng)然，在其它的實(shí)施例中，所述導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底112可以是能保證良好導(dǎo)熱性能和導(dǎo)電性能的一切預(yù)期的襯底材料。
[0096]在本實(shí)施例中，所述接觸區(qū)為孔狀結(jié)構(gòu)或槽狀結(jié)構(gòu)，具體地，所述接觸區(qū)包括貫穿所述藍(lán)寶石襯底101的錐形孔或V型槽，以及位于該錐形孔或V型槽下方的電極制備區(qū)域部分，該電極制備區(qū)域部分通常包括直至所述鍵合層111的通孔以及所述通孔兩側(cè)的N電極制備平臺(tái)106，即所述接觸區(qū)內(nèi)去除了部分的P型層105、量子阱層104及N型層103形成的N電極制備平臺(tái)106。為了保證電極在制備時(shí)的有效生長(zhǎng)，所述N電極制備平臺(tái)106與所述藍(lán)寶石襯底101的連接 面為斜面，該斜面與所述藍(lán)寶石襯底101表面的夾角范圍為大于0°且小于90°，在本實(shí)施例中，所述斜面與所述藍(lán)寶石襯底101表面的夾角為30°飛0°。[0097]所述接觸區(qū)主要的作用是用于形成N電極，即將所述N型層103電性連接至所述藍(lán)寶石襯底101表面，在本實(shí)施例中，所述N電極包括結(jié)合于所述N電極制備平臺(tái)106表面、覆蓋于所述斜面、并覆蓋于所述藍(lán)寶石襯底101內(nèi)的錐形孔或V型槽表面的第一電極109以及結(jié)合于所述藍(lán)寶石襯底101出光面并連接于所述第一電極109的第二電極115。
[0098]對(duì)于所述N電極和所述鍵合層111之間的空隙，則采用鈍化層110進(jìn)行填充，在本實(shí)施例中，所述鈍化層Iio為氧化硅、氧化鈦或氮化鈦等絕緣材料。所述鈍化層110的第一個(gè)作用是將所述N電極制備平臺(tái)106上的第一電極109與其它的發(fā)光外延層(量子阱和P型層105)進(jìn)行絕緣，第二個(gè)作用是對(duì)所述第一電極109及第二電極115起支撐的作用，可以保證電極的穩(wěn)定性，避免其脫落或者折斷，可以大大地提高LED芯片的穩(wěn)定性和壽命。
[0099]為了增加LED芯片的電流使用效率和發(fā)光效率，在本實(shí)施例中，所述P型層105表面還結(jié)合有電流擴(kuò)展層107，一般地，所述電流擴(kuò)展層107為包括IT0、AT0、FT0或AZO的透明導(dǎo)電層。當(dāng)然，在本發(fā)明的LED中，該電流擴(kuò)展層107位于出光面的另一側(cè)，故其并不限定為透明材料，其也可以采用如Pt、Au、Ag、T1、W等金屬材料，且并不限定于此處所列舉的幾種。
[0100]為了提高反射鏡108的反射效率，所述反射鏡108可以根據(jù)需求設(shè)計(jì)為平面型的反射鏡108或者是具有孔狀結(jié)構(gòu)的反射鏡108。所述孔狀結(jié)構(gòu)可以是以如四方陣列排列、六方陣列排列或其它方式排列的圓孔、橢圓孔、多邊形孔或圓角多邊形孔等。 [0101]若采用平面型的反射鏡，所述反射鏡為導(dǎo)電反射鏡，包括布拉格反射鏡、Ag反射鏡、Al反射鏡、ITO/Ag復(fù)合反射鏡的一種；
[0102]若采用具有孔狀結(jié)構(gòu)的反射鏡，則不要求所述反射鏡導(dǎo)電，所述反射鏡可以包括布拉格反射鏡、Ag反射鏡、Al反射鏡、ITO/Ag復(fù)合反射鏡、介質(zhì)/金屬?gòu)?fù)合反射鏡的一種。
[0103]當(dāng)然，此處所列舉的反射鏡種類僅為優(yōu)選方案，在其它的實(shí)施例中，可以采用一切預(yù)期的反射材料作為本發(fā)明的反射鏡。
[0104]在本實(shí)施例中，所述N型層103為N-GaN層，所述量子阱層104為InGaN/GaN多量子阱層，所述P型層105為P-GaN層。當(dāng)然在其它的實(shí)施例中，所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)可以采用如GaAs基、GaP基等發(fā)光外延結(jié)構(gòu)，且不限于此處所列舉的幾種。
[0105]為了提高LED芯片的散熱效率，降低熱阻，在本實(shí)施例中，所述鍵合層111為Au或Au/Sn合金。
[0106]為了進(jìn)一步提供LED芯片的出光效率，所述藍(lán)寶石襯底101的出光面具有粗化微結(jié)構(gòu)114。所述粗化微結(jié)構(gòu)114包括以有序或無序方式排列的三角錐狀突起、四方錐狀突起、圓錐狀突起、圓包狀突起等。
[0107]本實(shí)施例提供的發(fā)光二極管，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需通過一層鍵合層將發(fā)光結(jié)構(gòu)鍵合于導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底，提聞了芯片的散熱效率，本發(fā)明可以提聞芯片可以有效提聞發(fā)光二極管的出光效率，提聞廣品的壽命，降低生廣成本，提聞廣品的良率。
[0108]實(shí)施例2
[0109]如圖1b所示，本實(shí)施例提供一種發(fā)光二極管，其基本結(jié)構(gòu)如實(shí)施例1，其中，所述N電極制備平臺(tái)106與所述藍(lán)寶石襯底101的連接面為與所述藍(lán)寶石襯底101垂直的垂直面。
[0110]實(shí)施例3[0111]本實(shí)施例提供一種發(fā)光二極管的制造方法，包括以下步驟:
[0112]如圖2~圖3所示，首先進(jìn)行步驟1)，提供一藍(lán)寶石襯底101，并定義出多個(gè)發(fā)光單元區(qū)域,于每個(gè)發(fā)光單元區(qū)域中刻蝕出至少一個(gè)凹槽結(jié)構(gòu)102。
[0113]具體地，先于晶圓級(jí)的藍(lán)寶石襯底101中定義出多個(gè)發(fā)光單元，然后于其表面制作光刻膠圖形，接著采用電感耦合等離子體ICP刻蝕法于所述藍(lán)寶石襯底101表面刻蝕出所述凹槽結(jié)構(gòu)102，在本實(shí)施例中，所述凹槽結(jié)構(gòu)102為錐形孔、或V形槽。當(dāng)然，在其它的實(shí)施例中，所述凹槽結(jié)構(gòu)102也可以是如圓柱狀孔結(jié)構(gòu)、圓臺(tái)結(jié)構(gòu)、截面為梯形的槽狀結(jié)構(gòu)、截面為矩形的槽狀結(jié)構(gòu)等，且并不限于此處所列舉的幾種。為了更好說明本發(fā)明的具體制造過程，以下以一個(gè)發(fā)光單元的制造過程為例進(jìn)行說明。
[0114]如圖4~圖5所示，然后進(jìn)行步驟2)，于所述藍(lán)寶石襯底101表面依次形成至少包括N型層103、量子阱層104及P型層105的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)；
[0115]在本實(shí)施例中，采用化學(xué)氣相沉積法形成所述N型層103、量子阱層104及P型層105，其中，所述N型層103為N-GaN層，所述量子阱層104為InGaN/GaN多量子阱層，所述P型層105為P-GaN層。
[0116]當(dāng)然在其它的實(shí)施例中，所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)可以采用如GaAs基、GaP基等發(fā)光外延結(jié)構(gòu)，且不限于此處所列舉的幾種。
[0117]如圖6所示，然后進(jìn)行步驟3)，刻蝕所述凹槽結(jié)構(gòu)102兩側(cè)的P型層105、量子阱層104及部分的N型層103形成N電極制備平臺(tái)106。
[0118]在本實(shí)施例中，在刻蝕出所述N型制備平臺(tái)106的同時(shí)，將所述N電極制備平臺(tái)106與所述凹槽結(jié)構(gòu)102 (在本實(shí)施例中為錐形孔或V型槽)的連接面117刻蝕成斜面，可以很大程度的提高后續(xù)電極制備的可靠性和電極的完整性。
[0119]如圖7所示，然后于所述P型層105表面制作電流擴(kuò)展層107，所述電流擴(kuò)展層107為包括ITO、ATO、FTO或AZO的透明導(dǎo)電層。
[0120]需要說明的是，在本發(fā)明的LED中，該電流擴(kuò)展層107位于出光面的另一側(cè)，故其并不限定為透明材料，其也可以采用如Pt、Au、Ag、T1、W等金屬材料，且并不限定于此處所列舉的幾種。
[0121]如圖8所示，然后進(jìn)行步驟4)，制作反射鏡108 ；
[0122]為了提高反射鏡108的反射效率，所述反射鏡108可以根據(jù)需求設(shè)計(jì)為平面型的反射鏡或者是具有孔狀結(jié)構(gòu)的反射鏡。所述孔狀結(jié)構(gòu)可以是以如四方陣列排列、六方陣列排列或其它方式排列的圓孔、橢圓孔、多邊形孔或圓角多邊形孔等。
[0123]若采用平面型的反射鏡，所述反射鏡為導(dǎo)電反射鏡，包括布拉格反射鏡、Ag反射鏡、Al反射鏡、ITO/Ag復(fù)合反射鏡的一種；
[0124]若采用具有孔狀結(jié)構(gòu)的反射鏡，則不要求所述反射鏡導(dǎo)電，所述反射鏡可以包括布拉格反射鏡、Ag反射鏡、Al反射鏡、ITO/Ag復(fù)合反射鏡、介質(zhì)/金屬?gòu)?fù)合反射鏡的一種。
[0125]當(dāng)然，此處所列舉的反射鏡種類僅為優(yōu)選方案，在其它的實(shí)施例中，可以采用一切預(yù)期的反射材料作為本發(fā)明的反射鏡。
[0126]如圖9所示，然后進(jìn)行步驟5)，于所述N電極制備平臺(tái)106及凹槽結(jié)構(gòu)102內(nèi)形成第一電極109 ；
[0127]在本實(shí)施例中，所述凹槽結(jié)構(gòu)102為錐形孔或V型槽，所述N電極制備平臺(tái)106與所述凹槽結(jié)構(gòu)102的連接面117為斜面，通過電鍍或沉積的方法于所述N電極制備平臺(tái)106、斜面及凹槽結(jié)構(gòu)102內(nèi)形成第一電極109，所述第一電極109的材料可以為T1、Al、Ag、Pt、Au、W、Ni 等材料。
[0128]如圖10所示，然后進(jìn)行步驟6)，于所述N電極制備平臺(tái)106及所述凹槽結(jié)構(gòu)102內(nèi)形成鈍化層110 ；
[0129]具體地，包括以下步驟:6-1)采用氣相外延法沉積鈍化層110 ;6_2)采用機(jī)械化學(xué)拋光法、濕法腐蝕法或干法刻蝕法去除所述反射鏡表面的鈍化層110。
[0130]在本實(shí)施例中，所述鈍化層110為氧化硅、氧化鈦或氮化鈦等絕緣材料，所述鈍化層Iio的第一個(gè)作用是將所述N電極制備平臺(tái)106上的第一電極109與其它的發(fā)光外延層(量子阱和P型層105)進(jìn)行絕緣，第二個(gè)作用是保證后續(xù)鍵合工藝的穩(wěn)定性，所述鈍化層110還可以保證電極的穩(wěn)定性，避免其脫落或者折斷，可以大大地提高LED芯片的穩(wěn)定性和壽命。
[0131]如圖11?圖12所示，然后進(jìn)行步驟7)，提供一下表面具有P電極113的導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底112，并通過鍵合層111鍵合所述導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底112及所述反射鏡與鈍化層110。
[0132]具體地，包括以下步驟:7-1)于所述反射層及鈍化層110表面形成第一鍵合層；
7-2)于所述導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底112的上表面形成第二鍵合層；8-3)鍵合所述第一鍵合層及所述
第二鍵合層。
[0133]所述導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底112同時(shí)具有導(dǎo)電功能,可以為娃襯底、金屬襯底、娃和金屬的復(fù)合襯底，所述金屬襯底包括Al、Cu、T1、Sn、Ni等或其合金等。在本實(shí)施例中，所述導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底112為硅襯底。當(dāng)然，在其它的實(shí)施例中，所述導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底112可以是能保證良好導(dǎo)熱性能和導(dǎo)電性能的一切預(yù)期的襯底材料。
[0134]如圖13所示，然后進(jìn)行步驟8)，減薄所述藍(lán)寶石襯底101直至露出所述第一電極109 ；
[0135]在本實(shí)施例中，采用研磨或濕法腐蝕工藝減薄所述藍(lán)寶石襯底101，直至露出所述第一電極109。
[0136]為了進(jìn)一步提供LED芯片的出光效率，如圖14所示，本實(shí)施例還包括對(duì)所述藍(lán)寶石襯底101表面進(jìn)行粗化形成粗化微結(jié)構(gòu)114的步驟。具體地，采用濕法腐蝕或ICP刻蝕等工藝對(duì)所述藍(lán)寶石襯底101表面進(jìn)行粗化處理，所述粗化微結(jié)構(gòu)114包括以有序或無序方式排列的三角錐狀突起、四方錐狀突起、圓錐狀突起、圓包狀突起等。
[0137]如圖15所示，最后進(jìn)行步驟9)，于所述藍(lán)寶石襯底101表面形成連接于所述第一電極109的第二電極115，以完成N電極的制備。
[0138]在本實(shí)施例中，所述第二電極115的材料與第一電極109的材料相同，可以為T1、Al、Ag、Pt、Au、W、Ni 等材料。
[0139]實(shí)施例4
[0140]如圖16所示，本實(shí)施例提供一種發(fā)光二極管的制造方法，其基本步驟如實(shí)施例3，其中，本實(shí)施例的步驟3)中省略了將所述N電極制備平臺(tái)106與所述凹槽結(jié)構(gòu)102的連接面117刻蝕成斜面的步驟，即所述N電極制備平臺(tái)106與所述凹槽結(jié)構(gòu)102的連接面117垂直于所述藍(lán)寶石襯底101表面。
[0141]本發(fā)明提供了一種新型的倒裝LED結(jié)構(gòu)，通過晶圓級(jí)的鍵合工藝實(shí)現(xiàn)了倒裝LED芯片的制造，將LED芯片直接鍵合于導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底中，大大地提高了 LED芯片的散熱效率；先對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行加工后再進(jìn)行外延，然后通過減薄將N電極露出，使N電極與P電極分別位于LED芯片的兩側(cè)，避免后續(xù)加工容易出現(xiàn)碎片等缺陷，降低了工藝的難度，并有效提聞了廣品的良率。
[0142]綜上所述，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管及其制造方法，包括:導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底112，其下表面結(jié)合有P電極113，上表面結(jié)合有鍵合層111 ;反射鏡，結(jié)合于所述鍵合層111 ;發(fā)光外延結(jié)構(gòu)，結(jié)合于所述反射鏡，包括依次層疊的P型層105、量子阱層104及N型層103 ；藍(lán)寶石襯底101，結(jié)合于所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)；接觸區(qū)，由所述藍(lán)寶石襯底101貫穿至所述鍵合層111 ;N電極，藉由所述接觸區(qū)將所述N型層103電性連接至所述藍(lán)寶石襯底101表面；鈍化層110，填充于所述接觸區(qū)內(nèi)的N電極與鍵合層111之間。本發(fā)明提供了一種新型的倒裝LED結(jié)構(gòu)，通過晶圓級(jí)的鍵合工藝實(shí)現(xiàn)了倒裝LED芯片的制造，將LED芯片直接鍵合于導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底112中，大大地提高了 LED芯片的散熱效率；先對(duì)藍(lán)寶石襯底101進(jìn)行加工后再進(jìn)行外延，然后通過減薄將N電極露出，使N電極與P電極113分別位于LED芯片的兩側(cè)，避免后續(xù)加工容易出現(xiàn)碎片等缺陷，降低了工藝的難度，并有效提高了產(chǎn)品的良率。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
[0143]上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)光二極管，其特征在于，所述發(fā)光二極管至少包括: 導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底，其下表面結(jié)合有P電極，上表面結(jié)合有鍵合層； 反射鏡，結(jié)合于所述鍵合層； 發(fā)光外延結(jié)構(gòu)，結(jié)合于所述反射鏡，包括依次層疊的P型層、量子阱層及N型層； 藍(lán)寶石襯底，結(jié)合于所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)； 接觸區(qū)，由所述藍(lán)寶石襯底貫穿至所述鍵合層； N電極，藉由所述接觸區(qū)將所述N型層電性連接至所述藍(lán)寶石襯底表面； 鈍化層，填充所述接觸區(qū)內(nèi)的N電極與鍵合層之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述接觸區(qū)為孔狀結(jié)構(gòu)或槽狀結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述接觸區(qū)內(nèi)去除了部分的P型層、量子阱層及N型層形成N電極制備平臺(tái)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述N電極制備平臺(tái)與所述藍(lán)寶石襯底的連接面垂直于所述藍(lán)寶石襯底表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述接觸區(qū)于所述藍(lán)寶石襯底內(nèi)的部分為錐形孔或V型槽，所述N電極制備平臺(tái)與所述藍(lán)寶石襯底的連接面為斜面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述N電極包括結(jié)合于所述N電極制備平臺(tái)表面、覆蓋于所述斜面、并覆蓋于所述錐形孔或V型槽表面的第一電極以及結(jié)合于所述藍(lán)寶石襯底出光面并連接于所述第一電極的第二電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述P型層表面還結(jié)合有電流擴(kuò)展層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述電流擴(kuò)展層為包括ITO、ATO、FTO或AZO的透明導(dǎo)電層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述反射鏡為具有孔狀結(jié)構(gòu)的反射鏡。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述反射鏡包括布拉格反射鏡、Ag反射鏡、Al反射鏡、ITO/Ag復(fù)合反射鏡、介質(zhì)/金屬?gòu)?fù)合反射鏡的一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于: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。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底為娃襯底、金屬襯底、娃和金屬的復(fù)合襯底。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述鍵合層為Au或Au/Sn合金。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述藍(lán)寶石襯底的出光面具有粗化微結(jié)構(gòu)。
15.一種發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)提供一藍(lán)寶石襯底，并定義出多個(gè)發(fā)光單元區(qū)域，于每個(gè)發(fā)光單元區(qū)域中刻蝕出至少一個(gè)凹槽結(jié)構(gòu)； 2)于所述藍(lán)寶石襯底表面依次形成至少包括N型層、量子阱層及P型層的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)；3)刻蝕所述凹槽結(jié)構(gòu)兩側(cè)的P型層、量子阱層及部分的N型層形成N電極制備平臺(tái)； 4)制作反射鏡； 5)于所述N電極制備平臺(tái)及凹槽結(jié)構(gòu)內(nèi)形成第一電極； 6)于所述N電極制備平臺(tái)及所述凹槽結(jié)構(gòu)內(nèi)形成鈍化層； 7)提供一下表面具有P電極的導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底，并通過鍵合層鍵合所述導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底及所述反射鏡與鈍化層； 8)減薄所述藍(lán)寶石襯底直至露出所述第一電極； 9)于所述藍(lán)寶石襯底表面形成連接于所述第一電極的第二電極，以完成N電極的制備。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:步驟4)之前還包括于所述P型層表面制作電流擴(kuò)展層的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:所述電流擴(kuò)展層為包括ITO、ATO、FTO或AZO的透明導(dǎo)電層。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:所述凹槽結(jié)構(gòu)為錐形孔、或V形槽。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:步驟3)還包括將所述N電極制備平臺(tái)與所述藍(lán)寶石襯底的連接面刻蝕成斜面的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:采用化學(xué)氣相沉積法形成所述N型層、量子阱層及P型層，其中，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。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:步驟5)還包括于所述反射鏡中形成多個(gè)孔狀結(jié)構(gòu)的步驟。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:所述反射鏡包括布拉格反射鏡、Ag反射鏡、Al反射鏡、ITO/Ag復(fù)合反射鏡、介質(zhì)/金屬?gòu)?fù)合反射鏡的一種。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:步驟6)包括以下步驟: 6-1)米用氣相外延法沉積鈍化層； 6-2)采用機(jī)械化學(xué)拋光法、濕法腐蝕法或干法刻蝕法去除所述反射鏡表面的鈍化層。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:步驟7)包括以下步驟: 7-1)于所述反射層及鈍化層表面形成第一鍵合層； 7-2)于所述導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底的上表面形成第二鍵合層； 7-3)鍵合所述第一鍵合層及所述第二鍵合層。
25.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:步驟8)還包括對(duì)所述藍(lán)寶石襯底表面進(jìn)行粗化形成粗化微結(jié)構(gòu)的步驟。
26.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:所述導(dǎo)熱導(dǎo)電襯底為娃襯底、金屬襯底、娃和金屬的復(fù)合襯底。
27.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:所述鍵合層為Au或Au/Sn合金。
【文檔編號(hào)】H01L33/00GK103928600SQ201310013333
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2013年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月14日
【發(fā)明者】郝茂盛, 朱廣敏, 張楠, 陳耀, 楊杰, 袁根如 申請(qǐng)人:上海藍(lán)光科技有限公司