Led 結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供的一種LED結(jié)構(gòu)，該LED結(jié)構(gòu)包括：襯底；反射層，覆蓋所述襯底；LED發(fā)光結(jié)構(gòu)，位于所述反射層上，該LED發(fā)光結(jié)構(gòu)包括上層半導(dǎo)體層、下層半導(dǎo)體層以及位于該上層半導(dǎo)體層和下層半導(dǎo)體層之間的多量子阱層，所述上層半導(dǎo)體層和下層半導(dǎo)體層其中一個(gè)是P型摻雜，另一個(gè)是N型摻雜。本實(shí)用新型無(wú)需襯底轉(zhuǎn)移或者襯底圖形化就能克服吸光問(wèn)題，有利于降低制造成本，而且有利于減少采用MOCVD形成LED發(fā)光結(jié)構(gòu)時(shí)的生長(zhǎng)時(shí)間。
【專(zhuān)利說(shuō)明】LED結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體光電芯片【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種LED結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)是新型固態(tài)冷光源，其具有能效高、壽命長(zhǎng)、體積小、電壓低等諸多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于人們的日常生活，例如交通紅綠燈、車(chē)頭燈、戶(hù)外顯示器、手機(jī)背光源，電器的指示燈、部分照明路燈等都廣泛采用LED。尤其而言，在節(jié)能環(huán)保方面，LED燈相比普通白熾燈和熒光燈具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此未來(lái)LED光源代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源成為主要照明光源已經(jīng)成為共識(shí)。
[0003]然而要代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源，LED的成本要盡可能低。目前LED發(fā)光結(jié)構(gòu)通常都是采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)技術(shù)異質(zhì)外延制備。其中，常用的異質(zhì)襯底目前主要有藍(lán)寶石、碳化硅和硅襯底。
[0004]其中，硅襯底以其便宜的價(jià)格，大尺寸等優(yōu)勢(shì)，在LED照明上具有極其明顯的優(yōu)勢(shì)。但是，由于硅襯底具有吸光特性，因此硅襯底上的外延層需要轉(zhuǎn)移到另外的襯底上以制備成垂直結(jié)構(gòu)LED芯片。雖然通過(guò)硅襯底轉(zhuǎn)移得到的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片有很多的優(yōu)勢(shì)，但是芯片的成本會(huì)升聞。
[0005]此外，采用藍(lán)寶石襯底則需要額外的圖形化襯底工藝，也會(huì)增加器件成本。
[0006]另外，目前的LED發(fā)光結(jié)構(gòu)中的外延層厚度基本為5-7 μ m,對(duì)于這樣的厚度，在常規(guī)的MOCVD設(shè)備中需要生長(zhǎng)7-9個(gè)小時(shí)，如此長(zhǎng)的時(shí)間需要耗費(fèi)大量的金屬有機(jī)化合物源，導(dǎo)致芯片成本上升。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型要解決的問(wèn)題是提供一種LED結(jié)構(gòu)，無(wú)需襯底轉(zhuǎn)移或者襯底圖形化就能克服吸光問(wèn)題，有利于降低制造成本。
[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種LED結(jié)構(gòu)，包括:
[0009]襯底；
[0010]反射層，覆蓋所述襯底；
[0011]LED發(fā)光結(jié)構(gòu)，位于所述反射層上，該LED發(fā)光結(jié)構(gòu)包括上層半導(dǎo)體層、下層半導(dǎo)體層以及位于該上層半導(dǎo)體層和下層半導(dǎo)體層之間的多量子阱層，所述上層半導(dǎo)體層和下層半導(dǎo)體層其中一個(gè)是P型摻雜，另一個(gè)是N型摻雜。
[0012]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述反射層對(duì)于440?550nm波長(zhǎng)的反射率高于95%。
[0013]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述反射層為布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)。
[0014]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述反射層的材料為氧化硅和氧化鈦。
[0015]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述反射層的厚度為2?3μπι。
[0016]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述LED發(fā)光結(jié)構(gòu)和反射層之間還具有AlN緩沖層，該AlN緩沖層覆蓋所述反射層，該LED發(fā)光結(jié)構(gòu)位于所述AlN緩沖層上。
[0017]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，該AlN緩沖層為擇優(yōu)取向的AlN緩沖層。
[0018]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述AlN緩沖層的厚度為IOOnm?500nm。
[0019]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，該LED結(jié)構(gòu)還包括:
[0020]貫穿所述上層半導(dǎo)體層和多量子阱層的臺(tái)階；
[0021]位于該臺(tái)階下的下層半導(dǎo)體層表面的第一焊盤(pán)，該第一焊盤(pán)與所述下層半導(dǎo)體層電連接；
[0022]位于該臺(tái)階上的上層半導(dǎo)體層表面的透明導(dǎo)電膜，該透明導(dǎo)電膜與所述上層半導(dǎo)體層電連接；
[0023]位于該透明導(dǎo)電膜上的第二焊盤(pán)，該第二焊盤(pán)與所述透明導(dǎo)電膜電連接。
[0024]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述襯底為硅襯底或藍(lán)寶石襯底。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0026]本實(shí)用新型實(shí)施例的LED結(jié)構(gòu)中，在襯底上和LED發(fā)光結(jié)構(gòu)之間形成有反射層，反射層能夠避免襯底的吸光，從而無(wú)需做襯底轉(zhuǎn)移或者襯底圖形化，有利于降低制造成本。
[0027]另外，本實(shí)用新型實(shí)施例的LED結(jié)構(gòu)中，在LED發(fā)光結(jié)構(gòu)和反射層之間還具有AlN緩沖層，其能夠減少形成LED發(fā)光結(jié)構(gòu)所需要的MOCVD生長(zhǎng)時(shí)間，從而有利于節(jié)約金屬有機(jī)化合物源，以降低成本。而且該AlN緩沖層的形成方法優(yōu)選為濺射，濺射法應(yīng)用廣泛，適合量產(chǎn)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的LED結(jié)構(gòu)的制造方法的流程示意圖；
[0029]圖2至圖5是實(shí)用新型實(shí)施例的LED結(jié)構(gòu)的制造方法中各個(gè)步驟對(duì)應(yīng)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0031]參考圖1，本實(shí)用新型的LED結(jié)構(gòu)的制造方法包括如下步驟:
[0032]步驟Sll，提供襯底；
[0033]步驟S12，形成反射層，該反射層覆蓋所述襯底；
[0034]步驟S13，在所述反射層上形成LED發(fā)光結(jié)構(gòu)，該LED發(fā)光結(jié)構(gòu)包括上層半導(dǎo)體層、下層半導(dǎo)體層以及位于該上層半導(dǎo)體層和下層半導(dǎo)體層之間的多量子阱層，所上層半導(dǎo)體層和下層半導(dǎo)體層其中一個(gè)是P型摻雜，另一個(gè)是N型摻雜。
[0035]下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0036]第一實(shí)施例
[0037]參考圖2，提供襯底11，作為一個(gè)非限制性的例子，本實(shí)施例中的襯底11為硅襯底，例如可以是2_8寸的娃襯底。
[0038]之后，在襯底11的表面上通過(guò)形成反射層12。該反射層12優(yōu)選為布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)，例如可以通過(guò)蒸發(fā)或?yàn)R射的方法形成氧化硅(SiO2)和氧化鈦(TiO2)周期結(jié)構(gòu)，也即布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，可以采用離子輔助蒸發(fā)來(lái)沉積SiO2和TiO2周期結(jié)構(gòu)。通過(guò)調(diào)整膜厚，可以使得形成的反射層12在440-550nm波長(zhǎng)之間的反射率高于95%，其厚度范圍優(yōu)選為0.1?100 μ m,更加優(yōu)選為2?3 μ m。
[0039]例如，在本實(shí)施例中，該布拉格反射鏡的周期為28個(gè)周期，其厚度為2.13um左右。
[0040]參考圖3，在反射層12上形成AlN緩沖層13，該AlN緩沖層優(yōu)選為擇優(yōu)取向的AlN緩沖層，其厚度優(yōu)選為IOOnm?500nm，更加優(yōu)選為300nm。
[0041]AlN緩沖層13的形成方法可以是濺射法，優(yōu)選為射頻磁控濺射法。射頻磁控濺射法是一種大面積、低成本的薄膜制備技術(shù)，它具有沉積溫度低、可控性強(qiáng)、薄膜結(jié)構(gòu)和表面比較均勻等特點(diǎn)。更加具體而言，采用射頻磁控濺射法形成AlN緩沖層13的工藝條件可以為:采用鋁靶，工作氣壓為1.3Pa，功率為100W，襯底11的溫度為100°C，濺射氣氛中N2的濃度為20%;或者，也可以采用如下工藝條件:采用鋁靶，工作氣壓為0.8Pa，功率為1400W，襯底11的溫度為400°C，濺射氣氛中N2的濃度為80%。
[0042]參考圖4，在AlN緩沖層13上形成LED發(fā)光結(jié)構(gòu)17，其包括上層半導(dǎo)體層16、下層半導(dǎo)體層14以及位于二者時(shí)間的多量子阱(MQW)層15，上層半導(dǎo)體層16和下層半導(dǎo)體層14其中之一為N型摻雜，另一個(gè)為P型摻雜。
[0043]作為一個(gè)非限制性的例子，可以通過(guò)有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)在AlN緩沖層上沉積1.5 μ m的n-GaN，作為下層半導(dǎo)體層14 ;接下來(lái)沉積IOOnm的多量子阱層15 ;之后再沉積150nm的p_GaN，作為上層半導(dǎo)體層16。需要說(shuō)明的是，LED發(fā)光結(jié)構(gòu)17的結(jié)構(gòu)以及形成方法還可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他結(jié)構(gòu)和方法，由于此部分并非本實(shí)用新型的重點(diǎn)，在此不做過(guò)多描述。
[0044]參考圖5，通過(guò)芯片制造工藝將圖4所示的結(jié)構(gòu)制造成平面結(jié)構(gòu)的LED芯片。
[0045]首先，在LED發(fā)光結(jié)構(gòu)17中形成貫穿上層半導(dǎo)體層16和多量子阱層15的臺(tái)階，臺(tái)階的形成工藝可以是刻蝕或其他適當(dāng)?shù)墓に?。例如，可以刻蝕到下層半導(dǎo)體層14的剩余厚度為1.2μηι。
[0046]之后，可以在臺(tái)階上的上層半導(dǎo)體層16表面形成透明導(dǎo)電膜19，例如氧化銦錫(ΙΤ0)，其形成方法可以是電子束蒸發(fā)，其厚度可以是3000埃。在形成透明導(dǎo)電膜19后，可以退火形成歐姆接觸。
[0047]之后，可以在臺(tái)階下的下層半導(dǎo)體層14表面形成第一焊盤(pán)18，以及在臺(tái)階上的上層半導(dǎo)體層16表面形成第二焊盤(pán)20。
[0048]由上,第一實(shí)施例在娃襯底上形成反射層，LED發(fā)光結(jié)構(gòu)位于反射層上方,避免了硅襯底的吸光，無(wú)需進(jìn)行襯底轉(zhuǎn)移，有利于降低成本。
[0049]而且，本實(shí)施例還在反射層上形成AlN緩沖層，使得LED發(fā)光結(jié)構(gòu)的整體厚度無(wú)需很厚，例如在一個(gè)實(shí)例中只需要生長(zhǎng)I?2μπι的LED發(fā)光結(jié)構(gòu)，而現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的LED發(fā)光結(jié)構(gòu)的厚度通常為5?7μπι，因此本實(shí)施例的制造方法可以縮短MOCVD的時(shí)間，大大降低了制造成本。
[0050]第二實(shí)施例
[0051]參考圖2，提供襯底11，本實(shí)施例的襯底11為藍(lán)寶石襯底。之后在襯底11上形成反射層12。反射層12的材料、結(jié)構(gòu)、形成過(guò)程請(qǐng)參考第一實(shí)施例，這里不再贅述。
[0052]參考圖3，在反射層12上形成AlN緩沖層13。在第二實(shí)施例中，AlN的形成方法仍然為射頻磁控濺射法，不過(guò)不采用Al靶反應(yīng)生成A1N，而是采用AlN靶材直接濺射得到擇優(yōu)取向的AlN緩沖層13。具體的工藝條件為:工作氣壓為2.0Pa，功率為300W，溫度為370°C，濺射氣氛中N2的濃度99.99%。
[0053]參考圖4，采用MOCVD方法在AlN緩沖層13上沉積LED發(fā)光結(jié)構(gòu)17。其具體形成過(guò)程請(qǐng)參考第一實(shí)施例，這里不再贅述。
[0054]參考圖5，通過(guò)芯片制造工藝將圖4所示結(jié)構(gòu)制造成平面結(jié)構(gòu)的LED芯片，其具體工藝步驟請(qǐng)參考第一實(shí)施例，這里不再贅述。
[0055]第二實(shí)施例在藍(lán)寶石襯底上形成反射層，然后再形成LED發(fā)光結(jié)構(gòu)，避免了藍(lán)寶石襯底圖形化的過(guò)程，有利于降低成本。
[0056]另外，第二實(shí)施例也在反射層上形成AlN緩沖層，使得無(wú)需在昂貴的MOCVD設(shè)備中生長(zhǎng)很厚的LED發(fā)光結(jié)構(gòu)，有利于進(jìn)一步降低制造成本。
[0057]以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式上的限制。因此，凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，只是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單的修改、等同的變換，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種LED結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 襯底； 反射層，覆蓋所述襯底； LED發(fā)光結(jié)構(gòu)，位于所述反射層上，該LED發(fā)光結(jié)構(gòu)包括上層半導(dǎo)體層、下層半導(dǎo)體層以及位于該上層半導(dǎo)體層和下層半導(dǎo)體層之間的多量子阱層，所述上層半導(dǎo)體層和下層半導(dǎo)體層其中一個(gè)是P型摻雜，另一個(gè)是N型摻雜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述反射層對(duì)于440?550nm波長(zhǎng)的反射率高于95%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述反射層為布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述反射層的厚度為2μ m?3 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述LED發(fā)光結(jié)構(gòu)和反射層之間還具有AlN緩沖層，該AlN緩沖層覆蓋所述反射層，該LED發(fā)光結(jié)構(gòu)位于所述AlN緩沖層上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED結(jié)構(gòu)，其特征在于，該AlN緩沖層為擇優(yōu)取向的AlN緩沖層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述AlN緩沖層的厚度為IOOnm?500nmo
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括: 貫穿所述上層半導(dǎo)體層和多量子阱層的臺(tái)階； 位于該臺(tái)階下的下層半導(dǎo)體層表面的第一焊盤(pán)，該第一焊盤(pán)與所述下層半導(dǎo)體層電連接; 位于該臺(tái)階上的上層半導(dǎo)體層表面的透明導(dǎo)電膜，該透明導(dǎo)電膜與所述上層半導(dǎo)體層電連接； 位于該透明導(dǎo)電膜上的第二焊盤(pán)，該第二焊盤(pán)與所述透明導(dǎo)電膜電連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述襯底為硅襯底或藍(lán)寶石襯底。
【文檔編號(hào)】H01L33/12GK203674245SQ201320892558
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】張昊翔, 封飛飛, 萬(wàn)遠(yuǎn)濤, 李東昇, 江忠永 申請(qǐng)人:杭州士蘭明芯科技有限公司