倒裝發(fā)光二極管芯片及其制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種具有圖形化透明鍵合層的倒裝發(fā)光二極管芯片及其制作方法，結(jié)構(gòu)包括：外延疊層，具有相對(duì)的上表面和下表面，包含n型半導(dǎo)體層、有源層、p型半導(dǎo)體層，所述n型半導(dǎo)體層、有源層的部分區(qū)域被蝕刻，露出部分p型半導(dǎo)體層；第一電極和第二電極，位于所述外延疊層的下表面，其中所述第一電極設(shè)置于所述n型半導(dǎo)體層的表面上，所述第二電極設(shè)置于所述露出的p型半導(dǎo)體層的表面上；透明介質(zhì)層，位于所述外延疊層的上表面之上，其上表面形成有網(wǎng)格狀或陣列狀凹陷區(qū)域；圖形化透明鍵合介質(zhì)層，填滿(mǎn)所述透明介質(zhì)層上的凹陷區(qū)域，并且其上表面與所述透明介質(zhì)層上表面處于同一平面。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
倒裝發(fā)光二極管芯片及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種具有圖形化透明鍵合層的倒裝發(fā)光二極管芯片，屬半導(dǎo)體光電子器件與技術(shù)領(lǐng)域。【背景技術(shù)】
[0002]倒裝發(fā)光二極管由于其免打線、無(wú)電極遮光、優(yōu)良的散熱等優(yōu)點(diǎn)，是進(jìn)一步提高發(fā)光二極管發(fā)光效率的有效技術(shù)手段。目前用來(lái)制作高功率高亮度紅光及黃光LED的鋁鎵銦磷(AlGalnP)四元系材料，主要采用吸光的GaAs襯底材料，要想制作成高亮度的覆晶式LED 芯片，需轉(zhuǎn)移到透明襯底上，并且把光有效的萃取出來(lái)，提高外量子效率。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種具有圖形化透明鍵合層的倒裝發(fā)光二極管芯片及其制作方法，利用圖形化的透明鍵合層，確保鍵合質(zhì)量的同時(shí)提高倒裝發(fā)光二極管芯片的光提取效率。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，倒裝發(fā)光二極管芯片，包括:外延疊層，具有相對(duì)的上表面和下表面，包含n型半導(dǎo)體層、有源層、p型半導(dǎo)體層，所述n型半導(dǎo)體層、有源層的部分區(qū)域被蝕刻，露出部分P型半導(dǎo)體層;第一電極和第二電極，位于所述外延疊層的下表面，其中所述第一電極設(shè)置于所述n型半導(dǎo)體層的表面上，所述第二電極設(shè)置于所述露出的P型半導(dǎo)體層的表面上;透明介質(zhì)層，位于所述外延疊層的上表面之上，其上表面形成有網(wǎng)格狀或陣列狀凹陷區(qū)域；圖形化透明鍵合介質(zhì)層，填滿(mǎn)所述透明介質(zhì)層上的凹陷區(qū)域，并且其上表面與所述透明介質(zhì)層上表面處于同一平面;透明襯底，連接所述圖形化透明鍵合介質(zhì)層及透明介質(zhì)層的上表面。
[0005]優(yōu)選地，所述n型半導(dǎo)體層下表面設(shè)置有金字塔形凹陷陣列，每個(gè)金字塔凹陷設(shè)置在所述透明鍵合介質(zhì)層的垂直陰影區(qū)域，以反射所述透明鍵合介質(zhì)層垂直陰影區(qū)域的光線，使其偏離該陰影區(qū)域，減少所述透明鍵合介質(zhì)層向芯片內(nèi)部的反光。
[0006]優(yōu)選地，所述第一電極具有高反射率，同時(shí)作為電極和反射鏡，向上反射所述有源層射出的光線。[〇〇〇7]優(yōu)選地，所述透明介質(zhì)層的折射率大于或等于透明襯底的折射率，其材料為二氧化鈦、三氧化二鋁、IT0、氮化硅、氧化鋅等高折射率透明材料中的一種，其厚度為2?5微米。
[0008]優(yōu)選地，所述透明介質(zhì)層上形成有網(wǎng)格狀或陣列狀凹陷區(qū)域，其特征形狀為圓柱 (臺(tái))形、多邊柱(臺(tái))形、或金字塔形，其深度為1?3微米。
[0009]優(yōu)選地，所述透明襯底作為透光窗口，其上表面為拋光面或粗化面。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，倒裝發(fā)光二極管芯片的制作方法，包括步驟:1)提供一生長(zhǎng)襯底，在其上依次形成n型半導(dǎo)體層、有源層和p型半導(dǎo)體層；2)在所述p型半導(dǎo)體層上形成一透明介質(zhì)層，其上表面具有有網(wǎng)格狀或陣列狀凹陷區(qū)域;3)在所述透明介質(zhì)層上沉積圖形化透明鍵合介質(zhì)層，其填滿(mǎn)所述高透明介質(zhì)層上的凹陷區(qū)域，并且上表面與所述透明介質(zhì)層上表面處于同一平面;4)提供一透明襯底，將其與所述圖形化透明鍵合介質(zhì)層及透明介質(zhì)層的上表面通過(guò)鍵合技術(shù)連接;5)移除所述生長(zhǎng)襯底，露出n型半導(dǎo)體層;6)蝕刻所述n型半導(dǎo)體層、有源層的部分區(qū)域，露出部分P型半導(dǎo)體層;7)在露出的n型半導(dǎo)體層制作第一電極，在露出的部分P型半導(dǎo)體層上第二電極。
[0011]優(yōu)選地，所述步驟3)中，透明鍵合介質(zhì)層被沉積在所述透明介質(zhì)層上，并對(duì)表面精細(xì)拋光，直至露出透明介質(zhì)層，從而所述透明鍵合介質(zhì)層填滿(mǎn)透明介質(zhì)層的凹陷區(qū)域，并且兩者上表面處以同一平面并拋光。
[0012]優(yōu)選地，所述步驟5)中還包括:在所述露出的n型半導(dǎo)體層表面設(shè)置金字塔形凹陷陣列，每個(gè)金字塔凹陷設(shè)置在所述透明鍵合介質(zhì)層的垂直陰影區(qū)域，以反射所述透明鍵合介質(zhì)層垂直陰影區(qū)域的光線，使其偏離該陰影區(qū)域，減少透明鍵合介質(zhì)層向芯片內(nèi)部的反光。
[0013]本發(fā)明提供的具有圖形化透明鍵合層的倒裝發(fā)光二極管有效地提高了光的提取效率，同時(shí)又確保了鍵合強(qiáng)度及良率。
[0014]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，逐漸地從說(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?！靖綀D說(shuō)明】
[0015]圖1示意了采用單層二氧化硅鍵合介質(zhì)層的倒裝發(fā)光二極管芯片。
[0016]圖2示意了本發(fā)明提供的具有圖形化透明鍵合層的倒裝發(fā)光二極管。
[0017]圖3示意了圖形化透明鍵合層的俯視圖。[〇〇18]圖4示意了本發(fā)明提供的具有圖形化透明鍵合層的倒裝發(fā)光二極管提高光提取效率的光路分析圖。[〇〇19]圖5示意了在本發(fā)明提供的具有圖形化透明鍵合層的倒裝發(fā)光二極管的n型半導(dǎo)體下表面制作金字塔形凹陷。
[0020]圖6示意了 n型半導(dǎo)體下表面的金字塔形凹陷將二氧化硅透明鍵合層垂直陰影區(qū)域的光線發(fā)射偏離該陰影區(qū)域，減少二氧化硅透明鍵合層向芯片內(nèi)部的反光。
[0021]圖中標(biāo)示:001:藍(lán)寶石襯底;002:二氧化硅透明鍵合層;003: p型半導(dǎo)體層;004:第二電極;005:第一電極;006:有源層;007: n型半導(dǎo)體層;008:高折射率透明介質(zhì)層;009:金字塔形凹陷陣列?！揪唧w實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0023]紅光倒裝發(fā)光二極管由于采用砷化鎵襯底，一般需要將外延層通過(guò)鍵合技術(shù)轉(zhuǎn)移至透明襯底，通常可選取與砷化鎵系材料熱膨脹系數(shù)匹配的藍(lán)寶石作為透明轉(zhuǎn)移襯底，其具有較高的折射率和透光率，可以作為透光窗口，而鍵合介質(zhì)也必須為透明介質(zhì)。二氧化硅是應(yīng)用較為成熟的透明鍵合介質(zhì)層，其鍵合強(qiáng)度高、良率好，但其缺點(diǎn)在于，折射率較低，限制了半導(dǎo)體內(nèi)光的提取，從而也限制了藍(lán)寶石襯底作為透光窗口的作用。如附圖1所示，考慮某一光束在進(jìn)入二氧化硅鍵合介質(zhì)層002后，以無(wú)限趨近于90°的入射角進(jìn)入藍(lán)寶石襯底001，則其出射角仍將小于二氧化硅/藍(lán)寶石界面全反射臨界角，在芯片封裝后，由于封裝材料的折射率與二氧化硅接近，自二氧化硅進(jìn)入藍(lán)寶石的光線都將從藍(lán)寶石襯底表面出射， 且其出射方向與二氧化硅鍵合介質(zhì)層內(nèi)的入射方向平行，因此，實(shí)際上可等效于藍(lán)寶石襯底不存在，發(fā)光層發(fā)出的光線等效于直接自半導(dǎo)體進(jìn)入封裝材料，也就是說(shuō)藍(lán)寶石襯底未起到透光窗口的作用，因此該結(jié)構(gòu)中的光提取效率較低。解決上述問(wèn)題最直接的方法是選用折射率較高(大于或等于藍(lán)寶石襯底折射率)的透明材料作為鍵合介質(zhì)層，如三氧化二鋁、二氧化鈦、ITO等，但在實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)這些材料的鍵合質(zhì)量遠(yuǎn)不如二氧化硅，鍵合強(qiáng)度及良率都較低。
[0024]請(qǐng)參看圖2,本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例提供了一種具有圖形化透明鍵合介質(zhì)層的倒轉(zhuǎn)發(fā)光二極管，其具體結(jié)構(gòu)從下至上主要包括外第一電極、第二電極、延疊層、高折射率透明介質(zhì)層、二氧化硅透明鍵合層和透明襯底。
[0025]具體的，外延疊層一般至少包含n型半導(dǎo)體層007、有源層006、p型半導(dǎo)體層003,其中n型半導(dǎo)體層007及有源層006在芯片邊緣的部分區(qū)域被蝕刻，露出P型半導(dǎo)體層003。
[0026]在上述蝕刻后的n型半導(dǎo)體層007覆蓋有第一電極005,所述第一電極005作為芯片負(fù)極，同時(shí)還作為反射鏡，本實(shí)施例中，其材料為銀。
[0027]在所述蝕刻后露出的p型半導(dǎo)體層003上設(shè)置有第二電極004,作為芯片正極，其材料為金鈹合金。[〇〇28]在所述p型半導(dǎo)體層003上表面沉積有高折射率的透明介質(zhì)層008,本實(shí)施例中，其材料為三氧化二鋁，厚度為3微米，在其上表面蝕刻圖形，本實(shí)施例中，通過(guò)光刻技術(shù)在所述三氧化二鋁上表面定義出圓形陣列，圓形以?xún)?nèi)的區(qū)域被蝕刻，形成陣列狀凹陷區(qū)域，如圖3 所示。在圓形陣列中，圓直徑為3~6微米，圓心間距為5?10微米，蝕刻深度為1?2微米。
[0029]在所述高折射率的透明介質(zhì)層008上沉積二氧化硅鍵合介質(zhì)層002，其厚度為1?2 微米，之后通過(guò)精細(xì)拋光技術(shù)對(duì)二氧化硅鍵合介質(zhì)層002表面進(jìn)行拋光，直至露出上述的高折射率的透明介質(zhì)層008。
[0030]將上述結(jié)構(gòu)鍵合至藍(lán)寶石襯底001，所述藍(lán)寶石襯底001厚度為100?200微米，作為支撐襯底，同時(shí)作為透光窗口。
[0031]如圖4所示，半導(dǎo)體表面的出光介質(zhì)改為高折射率透明材料，大大增加了半導(dǎo)體至藍(lán)寶石襯底的光的提取效率。而進(jìn)入高折射率透明介質(zhì)的光將分為兩部分，一部分如光線 1，入射至二氧化硅鍵合介質(zhì)層，在其下表面發(fā)生反射和折射、或全反射，這部分光與原有鍵合結(jié)構(gòu)類(lèi)似;一部分光經(jīng)高折射率透明介質(zhì)直接進(jìn)入藍(lán)寶石襯底，增加了藍(lán)寶石襯底內(nèi)的進(jìn)光量，也就增加了光被提取的概率，如光線2,在藍(lán)寶石襯底上表面發(fā)生全反射，但由于藍(lán)寶石襯底厚度遠(yuǎn)大于外延層，光線在少量次數(shù)的內(nèi)部往復(fù)反射后將從側(cè)面出射，藍(lán)寶石襯底起到了透光窗口的作用，在這里，二氧化硅透明鍵合介質(zhì)層還起到反射鏡的作用，部分地反射來(lái)自藍(lán)寶石襯底上表面反射回芯片內(nèi)部的光線，避免其進(jìn)入半導(dǎo)體層而被吸收;如光線3,自藍(lán)寶石襯底直接出射(實(shí)線)，而采用單層的二氧化硅透明鍵合介質(zhì)層則被反射回芯片內(nèi)部(虛線)。綜上所述，本實(shí)施例提供的具有圖形化透明鍵合層的倒裝發(fā)光二極管有效地提高了光的提取效率，同時(shí)又確保了鍵合強(qiáng)度及良率。
[0032]請(qǐng)參看圖5,提供了另一種具有圖形化透明鍵合介質(zhì)層的倒裝發(fā)光二極管。n型半導(dǎo)體層007下表面被蝕刻，形成金字塔形凹陷陣列009,每個(gè)金字塔形凹陷對(duì)應(yīng)位于上述二氧化硅鍵合介質(zhì)層002的垂直陰影區(qū)域，其底面對(duì)角線長(zhǎng)度小于或等于上述二氧化硅鍵合介質(zhì)層002的圓形凹陷底面的直徑。
[0033]如附圖6所示，本發(fā)明還在所述n型半導(dǎo)體層下表面設(shè)置有金字塔形凹陷陣列，每個(gè)金字塔凹陷設(shè)置在所述二氧化硅鍵合介質(zhì)層的垂直陰影區(qū)域，以反射二氧化硅鍵合介質(zhì)層垂直陰影區(qū)域的光線，使其偏離該陰影區(qū)域，減少二氧化硅鍵合介質(zhì)層向芯片內(nèi)部的反光。
[0034]以上實(shí)施例僅供說(shuō)明本發(fā)明之用，而非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變換或變化。因此，所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.倒裝發(fā)光二極管芯片，包括:外延疊層，具有相對(duì)的上表面和下表面，包含n型半導(dǎo)體層、有源層、p型半導(dǎo)體層，所述 n型半導(dǎo)體層、有源層的部分區(qū)域被蝕刻，露出部分p型半導(dǎo)體層；第一電極和第二電極，位于所述外延疊層的下表面，其中所述第一電極設(shè)置于所述n型 半導(dǎo)體層的表面上，所述第二電極設(shè)置于所述露出的P型半導(dǎo)體層的表面上；透明介質(zhì)層，位于所述外延疊層的上表面之上，其上表面形成有網(wǎng)格狀或陣列狀凹陷 區(qū)域；圖形化透明鍵合介質(zhì)層，填滿(mǎn)所述透明介質(zhì)層上的凹陷區(qū)域，并且其上表面與所述透 明介質(zhì)層上表面處于同一平面；透明襯底，連接所述圖形化透明鍵合介質(zhì)層及透明介質(zhì)層的上表面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒裝發(fā)光二極管芯片，其特征在于:所述n型半導(dǎo)體層下表面 設(shè)置有金字塔形凹陷陣列，每個(gè)金字塔凹陷設(shè)置在所述透明鍵合介質(zhì)層的垂直陰影區(qū)域， 以反射所述透明鍵合介質(zhì)層垂直陰影區(qū)域的光線，使其偏離該陰影區(qū)域，減少所述透明鍵 合介質(zhì)層向芯片內(nèi)部的反光。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒裝發(fā)光二極管芯片，其特征在于:所述第一電極向上反射所 述有源層射出的光線。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒裝發(fā)光二極管芯片，其特征在于:所述透明介質(zhì)層的折射率 大于或等于所述透明襯底的折射率。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的倒裝發(fā)光二極管芯片，其特征在于:所述透明介質(zhì)層的材料為 二氧化鈦、三氧化二鋁、ITO、氮化娃或氧化鋅。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的倒裝發(fā)光二極管芯片，其特征在于:所述透明介質(zhì)層的厚度為 2?5微米。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒裝發(fā)光二極管芯片，其特征在于:所述透明介質(zhì)層上形成有 網(wǎng)格狀或陣列狀凹陷區(qū)域，其形狀為圓柱(臺(tái))形、多邊柱(臺(tái))形、或金字塔形，其深度為卜3 微米。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒裝發(fā)光二極管芯片，其特征在于:所述透明襯底的厚度為 100?200微米。9.倒裝發(fā)光二極管芯片的制作方法，包括步驟:1)提供一生長(zhǎng)襯底，在其上依次形成n型半導(dǎo)體層、有源層和p型半導(dǎo)體層；2)在所述p型半導(dǎo)體層上形成一透明介質(zhì)層，其上表面具有有網(wǎng)格狀或陣列狀凹陷區(qū) 域；3)在所述透明介質(zhì)層上沉積圖形化透明鍵合介質(zhì)層，其填滿(mǎn)所述高透明介質(zhì)層上的凹 陷區(qū)域，并且上表面與所述透明介質(zhì)層上表面處于同一平面；4)提供一透明襯底，將其與所述圖形化透明鍵合介質(zhì)層及透明介質(zhì)層的上表面通過(guò)鍵 合技術(shù)連接；5 )移除所述生長(zhǎng)襯底，露出n型半導(dǎo)體層；6)蝕刻所述n型半導(dǎo)體層、有源層的部分區(qū)域，露出部分p型半導(dǎo)體層；7)在露出的n型半導(dǎo)體層制作第一電極，在露出的部分p型半導(dǎo)體層上制作第二電極。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的倒裝發(fā)光二極管芯片的制作方法，其特征在于:所述步驟3)中，透明鍵合介質(zhì)層被沉積在所述透明介質(zhì)層上，并對(duì)表面精細(xì)拋光，直至露出透明介質(zhì) 層，從而所述透明鍵合介質(zhì)層填滿(mǎn)透明介質(zhì)層的凹陷區(qū)域，并且兩者上表面處以同一平面 并拋光。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的倒裝發(fā)光二極管芯片的制作方法，其特征在于:所述步驟5) 還包括:在所述露出的n型半導(dǎo)體層表面設(shè)置金字塔形凹陷陣列，每個(gè)金字塔凹陷設(shè)置在所 述透明鍵合介質(zhì)層的垂直陰影區(qū)域，以反射所述透明鍵合介質(zhì)層垂直陰影區(qū)域的光線，使 其偏離該陰影區(qū)域，減少透明鍵合介質(zhì)層向芯片內(nèi)部的反光。
【文檔編號(hào)】H01L33/00GK106025028SQ201610336713
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月20日
【發(fā)明人】熊偉平, 楊恕帆, 楊美佳, 吳俊毅, 吳超瑜, 王篤祥
【申請(qǐng)人】天津三安光電有限公司