本發(fā)明涉及半導(dǎo)體照明領(lǐng)域，具體的說是用于植物照明的發(fā)光二極管及其制作方法。

背景技術(shù)：

植物照明應(yīng)用的LED波長(zhǎng)主要為深藍(lán)光（450nm） 、超紅光（~660nm）與遠(yuǎn)紅光（~730nm)，其中深藍(lán)光和超紅光提供光合作用所需光線，遠(yuǎn)紅光可控制植物從發(fā)芽到營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)再到開花的整個(gè)過程。

目前，市場(chǎng)的使用方式多為將深藍(lán)光、超紅光及遠(yuǎn)紅光LED芯片單一波長(zhǎng)逐一封裝，再將個(gè)別封裝體按各種排列方式組裝于燈版上，如圖1所示。然而受控于空間有限與成本問題，未來所使用的LED顆數(shù)越少越好，尺寸越小越好。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)前述問題，本發(fā)明提出一種用于植物照明的發(fā)光二極管及其制作方法，其使用超紅光與遠(yuǎn)紅光疊層外延生長(zhǎng)方式搭配芯片制程，減少封裝數(shù)目及植物照明燈板面積，降低成本。

根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，用于植物照明的發(fā)光二極管外延片，從下到上依次包括：生長(zhǎng)襯底、第一紅光發(fā)光外延疊層、DBR半導(dǎo)體疊層及第二紅光發(fā)光外延疊層，其中第一紅光發(fā)光外延疊層包含第一N型歐姆接觸層、第一N型覆蓋層、第一發(fā)光層、第一P型覆蓋層及第一P型歐姆接觸層，所述第二紅光發(fā)光外延疊層包含第二N型歐姆接觸層、第二N型覆蓋層、第二發(fā)光層、第二P型覆蓋層及第二P型歐姆接觸層。

優(yōu)選地，所述DBR半導(dǎo)體疊層的摻雜溶度不大于5E17，形成一高阻值界面。

優(yōu)選地，所述第一發(fā)光層的發(fā)光波長(zhǎng)為710nm~750nm，所述第二發(fā)光層的發(fā)光波長(zhǎng)為640~680nm。

優(yōu)選地，所述第一發(fā)光層的發(fā)光波長(zhǎng)為730nm，所述第二發(fā)光層的發(fā)光波長(zhǎng)為660nm。

優(yōu)選地，所述DBR半導(dǎo)體疊層與第二紅光發(fā)光外延疊層之間還設(shè)有一蝕刻截止層。

根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，用于植物照明的發(fā)光二極管芯片，從上至下包括：第一紅光發(fā)光外延疊層、DBR半導(dǎo)體疊層、第二紅光發(fā)光外延疊層及導(dǎo)電基板；所述第一紅光發(fā)光外延疊層包含第一N型歐姆接觸層、第一N型覆蓋層、第一發(fā)光層、第一P型覆蓋層及第一P型歐姆接觸層；所述第二紅光發(fā)光外延疊層包含第二N型歐姆接觸層、第二N型覆蓋層、第二發(fā)光層、第二P型覆蓋層及第二P型歐姆接觸層；所述第二紅光發(fā)光外延疊層所述第一紅光發(fā)光外延疊層的發(fā)光面積小于所述第二紅光發(fā)光外延疊層的發(fā)光面積；所述第一N型歐姆接觸層上設(shè)有第一電極，所述第一P型歐姆接觸層與所述第二N型歐姆接觸層之間設(shè)有電連接結(jié)構(gòu)，第二P型歐姆接觸層上設(shè)有第二電極。

優(yōu)選地，所述第一發(fā)光層的發(fā)光波長(zhǎng)為710nm~750nm，所述第二發(fā)光層的發(fā)光波長(zhǎng)為640~680nm。

優(yōu)選地，所述DBR半導(dǎo)體疊層的摻雜溶度不大于5E17，形成一高阻值界面。

優(yōu)選地，所述第二紅光發(fā)光外延疊層的表面預(yù)設(shè)為發(fā)光區(qū)和非發(fā)光區(qū)，所述DBR半導(dǎo)體疊層形成于所述第二紅光發(fā)光外延疊層的非發(fā)光區(qū)之上。

優(yōu)選地，所述DBR半導(dǎo)體疊層的面積小于所述第二紅光發(fā)光外延疊層的發(fā)光面積，但大于所述第一紅光發(fā)光外延疊層的發(fā)光面積。

優(yōu)選地，所述第二N型歐姆接觸層表面上的非發(fā)光區(qū)設(shè)有電擴(kuò)散結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述DBR半導(dǎo)體疊層與第二紅光發(fā)光外延疊層之間還設(shè)有一蝕刻截止層。

根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，用于植物照明的發(fā)光二極管芯片的制作方法，包括步驟：1）外延生長(zhǎng)：提供一生長(zhǎng)襯底，在其表面上形成前述任意一種用于植物照明的發(fā)光二極管外延片；2）襯底轉(zhuǎn)移：在前述形成的外延片表面上粘結(jié)導(dǎo)電基板，并去除生長(zhǎng)襯底，裸露出所述外延片的第一N型歐姆接觸層表面；3）定義發(fā)光區(qū)：在所述外延片的表面上定義第一發(fā)光區(qū)和第二發(fā)光區(qū)，去除第二發(fā)光區(qū)的第一N型歐姆接觸層、第一N型覆蓋層、第一發(fā)光層、第一P型覆蓋層，裸露出所述第一P型歐姆接觸層；4）制作電極：去除所述第二發(fā)光區(qū)的DBR半導(dǎo)體疊層，裸露出第二N型歐姆接觸層的表面，在所述第一N型歐姆接觸層的表面上制作N型電極，并制作電連接結(jié)構(gòu)，電性連接所述第一P型歐姆接觸層和第二N型歐姆接觸層。

優(yōu)選地，所述步驟3）中，所述外延片的表面還定義有隔離區(qū)，其位于所述第一發(fā)光區(qū)和第二發(fā)光區(qū)之間。

優(yōu)選地，所述步驟3）中，去除第二發(fā)光區(qū)和隔離區(qū)的第一N型歐姆接觸層、第一N型覆蓋層、第一發(fā)光層、第一P型覆蓋層。

優(yōu)選地，完成所述步驟4）后，所述DBR層的面積大于所述第一發(fā)光區(qū)的面積，但小于所述第二發(fā)光區(qū)的面積。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說明

附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。

圖1為現(xiàn)有的一種植物照明應(yīng)用的LED燈版示意圖。

圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種用于植物照明的發(fā)光二極管芯片的側(cè)面剖視圖。

圖3為圖2所示發(fā)光二極管芯片的俯視圖。

圖4~13根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種用于植物照明的LED芯片的制作過程剖視圖。

圖中：

100：植物照明用LED燈版，110：封裝體；120：深藍(lán)光LED芯片；130：超紅光LED芯片；140：遠(yuǎn)紅光LED芯片；200：生長(zhǎng)襯底；210：遠(yuǎn)紅光發(fā)光外延疊層；211：第一N型蝕刻截止層；212：第一N型歐姆接觸層；213：第一N型電極擴(kuò)散層；214：第一N型覆蓋層；215：第一發(fā)光層；216：第一P型覆蓋層；217：第一P型歐姆接觸層；220：DBR半導(dǎo)體疊層；230：超紅光發(fā)光外延疊層；231：第二N型蝕刻截止層；232：第二N型歐姆接觸層、233：第二N型電極擴(kuò)散層；234：第二N型覆蓋層；235：第二發(fā)光層；236：第二P型覆蓋層；237：P型轉(zhuǎn)換過渡層；238：第二P型歐姆接觸層；240：鏡面結(jié)構(gòu)；250：導(dǎo)電粘結(jié)層；260：導(dǎo)電基板；271：N型電極；272：BeAu金屬層；273：電連接結(jié)構(gòu)；274：電極擴(kuò)展條；275：P型電極。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。

下面實(shí)施例公開了一種植物照明用的發(fā)光二極管，其利用疊層外延在單個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)植物照明所需超紅光(~660nm)與遠(yuǎn)紅光(~730nm)。

請(qǐng)參看圖2，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種垂直型發(fā)光二極管芯片，包括：遠(yuǎn)紅光發(fā)光外延疊層210、DBR半導(dǎo)體疊層220、超紅光外延疊層230、鏡面結(jié)構(gòu)240、導(dǎo)電粘結(jié)層250、導(dǎo)電基板260及N型電極271、P型電極275等。

其中，遠(yuǎn)紅光發(fā)光外延疊層210的發(fā)光波長(zhǎng)為710nm~750nm，較佳為~730nm，遠(yuǎn)紅光發(fā)光外延疊層210的發(fā)光波長(zhǎng)為640~680nm，較佳為~660nm。進(jìn)一步地，遠(yuǎn)紅光發(fā)光外延疊層210的發(fā)光面積210a小于或等于超紅光發(fā)光外延疊層230的發(fā)光面積230a，較佳的，遠(yuǎn)紅光發(fā)光外延疊層210的發(fā)光面積210a為超紅光發(fā)光外延疊層230的發(fā)光面積230a的三分之一。

DBR半導(dǎo)體疊層220位于遠(yuǎn)紅光發(fā)光外延疊層210與超紅光發(fā)光外延疊層230之間，一方面用于反射遠(yuǎn)紅光發(fā)光外延疊層210發(fā)射的遠(yuǎn)紅光，避免遠(yuǎn)紅光發(fā)光外延疊層210發(fā)射的遠(yuǎn)紅光被超紅光發(fā)光外延疊層230吸收，另一方面形成一高阻值界面，作為電流阻擋層功能，讓電流盡量流向上方無遠(yuǎn)紅光發(fā)光外延疊層210的超紅光發(fā)光外延疊層230發(fā)光區(qū)，提升亮度。因此，DBR半導(dǎo)體疊層220的摻雜濃度為不高于5E17為佳，較佳值為4.00E17。

遠(yuǎn)紅光發(fā)光外延疊層210和超紅光發(fā)光外延疊層230均可采用AlGaInP系材料，其中遠(yuǎn)紅光發(fā)光外延疊層210從上至下可以包含N型歐姆接觸層212、第一N型電極擴(kuò)散層213、第一N型覆蓋層214、第一發(fā)光層215、第一P型覆蓋層216和第一P型歐姆接觸層217，超紅光發(fā)光外延疊層230從上至下可以包含第二N型歐姆接觸層232、第二N型電極擴(kuò)散層233、第二N型覆蓋層234、第二發(fā)光層235、第二P型覆蓋層236、P型轉(zhuǎn)換過渡層237和第二P型歐姆接觸層238。在超紅光發(fā)光外延疊層230與DBR半導(dǎo)體疊層220之間還可以設(shè)有N型蝕刻截止層231。

遠(yuǎn)紅光發(fā)光外延疊層210和超紅光發(fā)光外延疊層230之間具有臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)，用于制作電連接結(jié)構(gòu)271，其中一端連接遠(yuǎn)紅光發(fā)光外延疊層210的歐姆接觸層261，另一端連接超紅光發(fā)光外延疊層230的歐姆接觸層237。較佳的，由于超紅光發(fā)光外延疊層230的發(fā)光面積230a大于遠(yuǎn)紅光發(fā)光外延疊層210的發(fā)光面積210a，因此在超紅光發(fā)光外延疊層230的歐姆接觸層237上還可設(shè)有擴(kuò)展條274，確保發(fā)光層發(fā)光均勻，如圖3所示。

下面結(jié)合附圖4-13及制作方法對(duì)上述發(fā)光二極管芯片的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明，其主要包括以下幾個(gè)大步驟：（一）外延生長(zhǎng)；（二）襯底轉(zhuǎn)移；（三）定義發(fā)光區(qū)；（四）電極制作。

（一）外延生長(zhǎng)

在生長(zhǎng)襯底上形成一外延結(jié)構(gòu)，如圖4所示，其結(jié)構(gòu)最主要重點(diǎn)依序在GaAs襯底上成長(zhǎng)如下表所示外延層。需注意的是，關(guān)于外延結(jié)構(gòu)的各層的材料在下表僅列出一種較為典型的材料，并不代表各層僅能使用表中列的材料，其還可以根據(jù)具體的應(yīng)用選擇所需其他材料。

表一：

（二）襯底轉(zhuǎn)移

在本步驟中，粘接導(dǎo)電基板260，再去除生長(zhǎng)襯底。為達(dá)到足夠的發(fā)光，一般還可在導(dǎo)電基板260與外延結(jié)構(gòu)之間設(shè)計(jì)鏡面結(jié)構(gòu)。在下面實(shí)施例中，先制作鏡面結(jié)構(gòu)再進(jìn)行襯底轉(zhuǎn)移，具體如下。

首先，在前述形成的外延結(jié)構(gòu)的外延表面第二P型歐姆接觸層238表面上依序鍍上透光性介電層、將介電層部分做開孔去除后鍍上P型金屬歐姆接觸層（如AuZn）及金屬鏡面層（如Au），形成鏡面結(jié)構(gòu)240。作為另一種變形，也可在第二P型歐姆接觸層238表面上依序沉積透明導(dǎo)層（如ITO）與金屬鏡面層（如Ag），形成另一種鏡面結(jié)構(gòu)。

接著，在鏡面結(jié)構(gòu)240上鍍上鍵合層250，并與帶有一鍵合層的導(dǎo)電基板260做鍵合制程，完成金屬鍵合制程，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。其中，金屬鍵合層250的材料可為Au/Au、Au/In、Au/Sn、Ni/Sn等金屬。

然后，采用堿性溶液將GaAs襯底去，并使用鹽酸系列酸性溶液將第一N型蝕刻截止層211去除，裸露出第一N型歐姆接觸層212，完成襯底轉(zhuǎn)換制程，如圖6所示。

（三）定義發(fā)光區(qū)

在前述外延結(jié)構(gòu)的第一N型歐姆接觸層212表面預(yù)設(shè)遠(yuǎn)紅光發(fā)光區(qū)210a，去除遠(yuǎn)紅光發(fā)光區(qū)210的第一N型歐姆接觸層212、第一N型電流擴(kuò)散層213、第一N型覆蓋層214、第一發(fā)光層215、第一P型覆蓋層216，裸露出第一P型歐姆接觸層217，如圖7所示。其中，遠(yuǎn)紅光發(fā)光區(qū)210a可參考圖3所示。

（四）制作電極

首先，第一P型歐姆接觸層217的表面上制作BeAu金屬層272，經(jīng)過退火與第一P型歐姆接觸層217形成歐姆接觸，如圖8所示。

接著，在裸露出的第一P型歐姆接觸層217表面上預(yù)設(shè)超紅光發(fā)光區(qū)230a，去除超紅光發(fā)光區(qū)230a的第一P型歐姆接觸層217、DBR半導(dǎo)體疊層220及第二N型蝕刻截止層231，裸露出第二N型歐姆接觸層232，如圖9所示。其中使用磷酸系列酸性溶液去除第一P型歐姆接觸層217和DBR半導(dǎo)體疊層220去除，再使用鹽酸系列酸性溶液去除第二N型蝕刻截止層231。

然后，使用黃光制程與磷酸系列酸性溶液將第二N型歐姆接觸層232部分去除，僅留下歐姆接觸區(qū)，形成一圖形化，如圖10所示。其中保留的區(qū)域可參考圖3所示的電連接結(jié)構(gòu)273及電極擴(kuò)展條274對(duì)應(yīng)的區(qū)域。

接著，在第一N型歐姆接觸層212上蒸鍍GeAu金屬作為N型電極271，在第二N型歐姆接觸層232上形成 GeAu金屬并連接至第一P型歐姆接觸層217表面上的BeAu金屬層272，作為電連接結(jié)構(gòu)273和電極擴(kuò)展條274，進(jìn)行退火形成歐姆接觸，如圖11所示。

接著，進(jìn)行芯片單一化處理，使用蝕刻去除部分第二N型電極擴(kuò)散層233、第二N型覆蓋層234、第二發(fā)光層235、第二P型覆蓋層236和P型轉(zhuǎn)換過渡層237，至第二P型歐姆接觸層238，形成一圖形化，如圖12所示。

較佳的，可以使用鹽酸系列酸性溶液在第一N型電極擴(kuò)散層213和第二N型電極擴(kuò)散層233表面上形成增光結(jié)構(gòu)，如圖13所示。

最后，在導(dǎo)電基板260的背面上形成P型電極275，完成植物照明應(yīng)用的垂直型發(fā)光二級(jí)管芯片。

很明顯地，本發(fā)明的說明不應(yīng)理解為僅僅限制在上述實(shí)施例，而是包括利用本發(fā)明構(gòu)思的所有可能的實(shí)施方式。