本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制作方法，更具體地為一種薄膜發(fā)光二極管芯片及制作方法。

背景技術(shù)：

發(fā)光二極管已經(jīng)廣泛應(yīng)用開(kāi)發(fā)，眾所皆知，LED芯片包括橫向結(jié)構(gòu)（Lateral）和垂直結(jié)構(gòu)（Vertical）。橫向結(jié)構(gòu)LED芯片的兩個(gè)電極在LED芯片的同一側(cè)，電流在N和P限制層中橫向傳導(dǎo)。垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片的兩個(gè)電極分別在LED外延層的兩側(cè)，電流幾乎全部垂直流過(guò)LED外延層，極少橫向傳導(dǎo)的電流，可以改善橫向結(jié)構(gòu)的電流分布問(wèn)題，提高發(fā)光效率，也可以解決電極的遮光問(wèn)題，從而提升LED的發(fā)光面積。

目前，橫向結(jié)構(gòu)（Lateral）和垂直結(jié)構(gòu)（Vertical）的芯片通常都需要用到反射層（Mirror），目前常用的反射層，比如銀（Ag），其在在藍(lán)綠光波段具有極高的反射率，是理想的反射層材料，但是由于Ag的穩(wěn)定性差，而且純Ag與外延層（如P-GaN層）的歐姆接觸較差，因此影響了Ag反射層的應(yīng)用，制約了LED器件的可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種薄膜發(fā)光二極管芯片及制作方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種薄膜發(fā)光二極管芯片，包括：永久基材和位于其上的發(fā)光結(jié)構(gòu)，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)為III-V族材料所生長(zhǎng)的薄膜，有相對(duì)的兩個(gè)表面，其中第一表面為發(fā)光的出光面及第一電極所構(gòu)成，第二表面與所述永久基材進(jìn)行連接，其特征在于：所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的第二表面具有若干個(gè)V-Pits，所述永久基材從上到下包含金屬反射層、鏡面層、金屬鍵合層以及導(dǎo)熱層，所述金屬反射層填充于所述V-Pits中。

優(yōu)選地，所述薄膜由P型的III-V族薄膜、N型的III-V族薄膜以及發(fā)光主動(dòng)層所構(gòu)成。

優(yōu)選地，所述永久基材的厚度范圍介于10μm~5mm。

優(yōu)選地，所述第一電極的材料選用Al或Ti或C或Ni或Au或Pt或ITO或前述組合。

優(yōu)選地，所述金屬反射層的材料選用Ag。

優(yōu)選地，所述金屬反射層填滿(mǎn)于所述V-Pits，并延伸于所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的部分第二表面上。

優(yōu)選地，所述金屬反射層填充于V-Pits稀疏的位置形成單體反射點(diǎn)，填充于V-Pits密集的位置會(huì)形成整塊的反射島或反射層。

優(yōu)選地，所述金屬反射層呈整面分布或者無(wú)序分布或者網(wǎng)格狀分布。

優(yōu)選地，所述鏡面層為金屬反射層或者分布布拉格反射結(jié)構(gòu)或者全方位反射結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述鏡面層對(duì)于200~1150nm波段的光線反射率為50%以上。

優(yōu)選地，所述金屬鍵合層的材料選用Au。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)熱層的材料選用Ag或Cu或Al或MgO或BeO或鉆石或石墨或炭黑或AlN或前述組合。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)熱層的導(dǎo)熱系數(shù)大于100 W/mK。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種薄膜發(fā)光二極管芯片的制作方法，包括工藝步驟：

（1）提供一生長(zhǎng)襯底，在其上生長(zhǎng)III-V族材料薄膜，構(gòu)成發(fā)光結(jié)構(gòu)，定義所述發(fā)光結(jié)構(gòu)具有相對(duì)的兩個(gè)表面，其中第一表面為發(fā)光的出光面，第二表面具有若干個(gè)V-Pits；

（2）在所述V-Pits中填充金屬反射層；

（3）在所述金屬反射層以及發(fā)光結(jié)構(gòu)的第二表面上形成鏡面層；

（4）在所述鏡面層上形成金屬鍵合層；

（5）在所述金屬鍵合層上形成導(dǎo)熱層；

（6）移除生長(zhǎng)襯底，并在所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的第一表面上形成第一電極，構(gòu)成薄膜發(fā)光二極管芯片。

優(yōu)選地，所述步驟1）中薄膜由P型的III-V族薄膜、N型的III-V族薄膜以及發(fā)光主動(dòng)層所構(gòu)成。

優(yōu)選地，所述步驟2）包括：采用電子束蒸鍍工藝，沉積金屬反射層，利用熱處理?xiàng)l件，使得金屬在V-pits中成團(tuán)，由于V-Pits的缺陷存在，凹槽位置表面懸掛鍵多，吸引力較大，從而增加金屬與發(fā)光結(jié)構(gòu)的第二表面的附著性，并形成聚集中心。

優(yōu)選地，所述步驟2）中所述金屬反射層填滿(mǎn)于所述V-Pits，并延伸于所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的部分第二表面上。

優(yōu)選地，所述步驟2）中金屬反射層填充于V-Pits稀疏的位置形成單體反射點(diǎn)，填充于V-Pits密集的位置會(huì)形成整塊的反射島或反射層。

優(yōu)選地，所述金屬反射層呈整面分布或者無(wú)序分布或者網(wǎng)格狀分布。

優(yōu)選地，所述鏡面層為金屬反射層或者分布布拉格反射結(jié)構(gòu)或者全方位反射結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述鏡面層對(duì)于200nm~1150nm波段的光線反射率為50%以上。

優(yōu)選地，所述金屬鍵合層的材料選用Au。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)熱層的材料選用Ag或Cu或Al或MgO或BeO或鉆石或石墨或炭黑或AlN或前述組合。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)熱層的導(dǎo)熱系數(shù)大于100 W/mK。

優(yōu)選地，所述第一電極的材料選用Al或Ti或C或Ni或Au或Pt或ITO或前述組合。

本發(fā)明旨在提出一種薄膜發(fā)光二極管芯片及制作方法。與現(xiàn)有LED的傳統(tǒng)鏡面層結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明在形成鏡面層前，通過(guò)在具有V-Pits的發(fā)光結(jié)構(gòu)中填充金屬反射層，利用V-Pits位置多面懸掛建，從而增加金屬與發(fā)光結(jié)構(gòu)之外延層的附著性，提高反射率，適合用于制作倒裝結(jié)構(gòu)或者垂直結(jié)構(gòu)的LED。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)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(guò)在說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說(shuō)明

附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)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1~6是本發(fā)明實(shí)施例的制作薄膜發(fā)光二極管芯片的工藝步驟示意圖。

圖7是本發(fā)明實(shí)施例的薄膜發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中各標(biāo)號(hào)表示如下：

100：生長(zhǎng)襯底；200：發(fā)光結(jié)構(gòu)；201：N型半導(dǎo)體層（第一表面）；202：活性層；203：P型半導(dǎo)體層（第二表面）；204：V-pits；300、301：金屬反射層；400：鏡面層；500：金屬鍵合層；600：導(dǎo)熱層；700：第一電極。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合示意圖對(duì)本發(fā)明的薄膜發(fā)光二極管芯片及其制作方法進(jìn)行詳細(xì)的描述，在進(jìn)一步介紹本發(fā)明之前，應(yīng)當(dāng)理解，由于可以對(duì)特定的實(shí)施例進(jìn)行改造，因此，本發(fā)明并不限于下述的特定實(shí)施例。還應(yīng)當(dāng)理解，由于本發(fā)明的范圍只由所附權(quán)利要求限定，因此所采用的實(shí)施例只是介紹性的，而不是限制性的。除非另有說(shuō)明，否則這里所用的所有技術(shù)和科學(xué)用語(yǔ)與本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所普遍理解的意義相同。

實(shí)施例

如圖1所示，在藍(lán)寶石或砷化鎵單晶生長(zhǎng)襯底100上生長(zhǎng)發(fā)光結(jié)構(gòu)200，具體來(lái)說(shuō)，可以是包括N型半導(dǎo)體層201、活性層202和P型半導(dǎo)體層203構(gòu)成的外延薄膜，薄膜由P型的III-V族薄膜、N型的III-V族薄膜以及發(fā)光主動(dòng)層所構(gòu)成，III-V族薄膜中可以由III族的硼、鋁、鎵、銦與V族的氮、磷、砷排列組合而成。活性層的發(fā)光波長(zhǎng)在200~1150nm之間，優(yōu)選紫外波段，如UV-A波段（315~380nm）。定義前述的發(fā)光結(jié)構(gòu)具有相對(duì)的兩個(gè)表面，其中第一表面為發(fā)光的出光面，第二表面具有若干個(gè)V-Pits（V型坑）204，可以通過(guò)控制外延工藝參數(shù)獲得。

如圖2所示，在V-Pits 204中填充Ag金屬反射層300、301，填充工藝可以包括：采用電子束蒸鍍工藝，沉積10nm厚度以下的Ag膜層，再利用熱處理?xiàng)l件（比如溫度300~500℃），由于Ag薄膜受熱，為降低體系自由能將形成團(tuán)聚，由連續(xù)膜的反浸潤(rùn)而變成孤島，基于缺陷的存在，使這種團(tuán)聚加速，從而使得Ag膜層在V-pits中成團(tuán)，由于V型坑的凹槽位置表面懸掛鍵多，吸引力較大，從而增加了Ag金屬與發(fā)光結(jié)構(gòu)的第二表面（P型半導(dǎo)體層203）的附著性，并形成聚集中心。由于V-Pits在外延層表面分布的不均勻性，而金屬反射層與V-Pits成對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此填充于V-Pits稀疏的位置的金屬反射層300會(huì)形成單體反射點(diǎn)；而填充于V-Pits密集的位置的金屬反射層301會(huì)形成整塊的反射島或反射層，即金屬反射層填滿(mǎn)于V-Pits并延伸于發(fā)光結(jié)構(gòu)的部分第二表面上。從整體上看，金屬反射層可以呈整面分布或者無(wú)序分布或者網(wǎng)格狀分布。

如圖3所示，在Ag金屬反射層以及發(fā)光結(jié)構(gòu)的第二表面203上形成鏡面層（Mirror）400，用于形成良好歐姆接觸和鏡面效果，鏡面層可以是金屬反射層或者分布布拉格反射結(jié)構(gòu)或者全方位反射結(jié)構(gòu)，對(duì)于200nm~1150nm波段的光線反射率為50%以上。制作鏡面層可以是方法（a）：采用鍍2nm以下厚度的粘附金屬Ni或者Cr，然后鍍100nm以上的Ag厚膜，從形成鏡面層；也可以是方法（b），鍍10nm厚度以上的ITO層，然后鍍DBR層，形成鏡面層。

如圖4所示，在鏡面層400上形成Au金屬鍵合層（Bonding Metal）500；

如圖5所示，在金屬鍵合層500上形成導(dǎo)熱層，導(dǎo)熱系數(shù)優(yōu)選大于100 W/mK，導(dǎo)熱層的材料可以選用Ag或Cu或Al或MgO或BeO或鉆石或石墨或炭黑或AlN或前述組合，本實(shí)施例優(yōu)選Cu金屬。

如圖6所示，通過(guò)激光剝離或蝕刻方式去除生長(zhǎng)襯底，從裸露出發(fā)光結(jié)構(gòu)200的第一表面201，并在第一表面201上形成第一電極700，材料可以選用Al或Ti或C或Ni或Au或Pt或ITO或前述組合，從而構(gòu)成薄膜發(fā)光二極管芯片。需要說(shuō)明的是，第一表面201出光面可以是平面，也可以是隨機(jī)粗糙面或經(jīng)過(guò)幾何加工過(guò)的面，本實(shí)施例示意出的第一表面201出光面為平面。

如圖7所示，經(jīng)由上述工藝步驟制得的薄膜發(fā)光二極管芯片結(jié)構(gòu)，包括：永久基材和位于其上的發(fā)光結(jié)構(gòu)200，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)為III-V族材料所生長(zhǎng)的薄膜，有相對(duì)的兩個(gè)表面，其中第一表面201為發(fā)光的出光面及第一電極700所構(gòu)成，第二表面203與所述永久基材進(jìn)行連接，其中所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的第二表面具有若干個(gè)V-Pits 204，所述永久基材從上到下依次包含金屬反射層300/301、鏡面層400、金屬鍵合層500以及導(dǎo)熱層600，厚度范圍介于10μm~5mm；填充于V-Pits稀疏的位置的金屬反射層300會(huì)形成單體反射點(diǎn)；而填充于V-Pits密集的位置的金屬反射層301會(huì)形成整塊的反射島或反射層，即金屬反射層填滿(mǎn)于V-Pits并延伸于發(fā)光結(jié)構(gòu)的部分第二表面203上。

本發(fā)明提供的薄膜發(fā)光二極管芯片及其制作方法，適合制作垂直或者倒裝等結(jié)構(gòu)的LED發(fā)光器件，也適用于制作UV-LED，具有可以實(shí)現(xiàn)更大單位面積下的光輸出的優(yōu)勢(shì)。此外，由于容易導(dǎo)熱的關(guān)系，UV-LED可以更容易達(dá)到更大電流密度操作。

應(yīng)當(dāng)理解的是，上述具體實(shí)施方案僅為本發(fā)明的部分優(yōu)選實(shí)施例，以上實(shí)施例還可以進(jìn)行各種組合、變形。本發(fā)明的范圍不限于以上實(shí)施例，凡依本發(fā)明所做的任何變更，皆屬本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。