一種大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管及其制造方法，先于半導體襯底中定義出多個發(fā)光單元區(qū)域，且每相鄰的兩個發(fā)光單元區(qū)域組成一并聯(lián)單元區(qū)域；于各該并聯(lián)單元區(qū)域交接處的半導體襯底中制作裂片走道，并于各該并聯(lián)單元區(qū)域內(nèi)的兩個發(fā)光單元區(qū)域交接處的半導體襯底中制作隔離走道；于所述半導體襯底表面沉積由所述裂片走道相互隔開的多個并聯(lián)單元，且各該并聯(lián)單元內(nèi)的兩個發(fā)光單元由所述隔離走道隔開；最后制作電極、反射鏡及進行裂片以完成制作。本發(fā)明可以提高芯片的穩(wěn)定性；將傳統(tǒng)的單顆功率型LED芯片改成兩顆并聯(lián)，通過優(yōu)化芯片電流密度的方式提高芯片的發(fā)光效率，并通過電流分流降低芯片的工作電壓。
【專利說明】一種大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體照明領域，特別是涉及一種大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管及其制造方法。
【背景技術】
[0002]半導體照明作為新型高效固體光源，具有壽命長、節(jié)能、環(huán)保、安全等顯著優(yōu)點，將成為人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后的又一次飛躍，其應用領域正在迅速擴大，正帶動傳統(tǒng)照明、顯示等行業(yè)的升級換代，其經(jīng)濟效益和社會效益巨大。正因如此，半導體照明被普遍看作是21世紀最具發(fā)展前景的新興產(chǎn)業(yè)之一，也是未來幾年光電子領域最重要的制高點之一。發(fā)光二極管是由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)ǎ聪蚪刂?、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)。進入對方區(qū)域的少數(shù)載流子(少子)一部分與多數(shù)載流子(多子)復合而發(fā)光。
[0003]隨著人們對發(fā)光二極管亮度需求的提高，功率型發(fā)光二極管受到了人們高度的關注。功率型發(fā)光二極管具有高電流密度、高亮度等優(yōu)點。然而，由于對高電流密度的需求，功率型發(fā)光二極管的電壓承受能力也需要逐步提高。限制功率型發(fā)光二極管壽命的最重要因素為其散熱效率及電壓的承受能力。現(xiàn)有的功率型發(fā)光二極管多為由單個晶胞的發(fā)光二極管單元組成，這種單個晶胞的發(fā)光二極管難以承受較高的電壓而嚴重影響其功率的提高，因而往往難以達到所期待的性能要求。
[0004]因此，提供一種能降低功率型發(fā)光二極管的電壓而又保證其大電流密度的功率型發(fā)光二極管實屬必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管及其制造方法，用于解決現(xiàn)有技術中功率型發(fā)光二極管電壓承受能力差、且出光效率難以提高的問題。
[0006]為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法，所述制造方法至少包括以下步驟:
[0007]I)提供一半導體襯底，于所述半導體襯底中定義出多個發(fā)光單元區(qū)域，且每相鄰的兩個發(fā)光單元區(qū)域組成一并聯(lián)單元區(qū)域；
[0008]2)于各該并聯(lián)單元區(qū)域交接處的半導體襯底中制作第一深度的裂片走道，并于各該并聯(lián)單元區(qū)域內(nèi)的兩個發(fā)光單元區(qū)域交接處的半導體襯底中制作第二深度的隔離走道，其中，所述第一深度大于所述第二深度；
[0009]3)于所述半導體襯底表面沉積至少包括N型層、量子阱層及P型層的由所述裂片走道相互隔開的多個并聯(lián)單元，且各該并聯(lián)單元內(nèi)的兩個發(fā)光單元由所述隔離走道隔開；[0010]4)于各該發(fā)光單元制作N電極制備區(qū)域；
[0011]5)于各該發(fā)光單元的P型層上表面制作透明導電層，于各該透明導電層表面制作P電極，并于各該N電極制備區(qū)域制備N電極；
[0012]6)從背面減薄所述半導體襯底，并于所述半導體襯底背面制作反射鏡；
[0013]7)依據(jù)各該并聯(lián)單元進行裂片，獲得獨立的并聯(lián)單元。
[0014]作為發(fā)明的大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法的一種優(yōu)選方案，步驟2)包括以下步驟:
[0015]2-1)于所述半導體襯底表面制作保護層；
[0016]2-2)采用激光切割法于各該并聯(lián)單元區(qū)域交接處的半導體襯底中制作第一深度的裂片走道，并采用激光切割法于各該并聯(lián)單元區(qū)域內(nèi)的兩個發(fā)光單元區(qū)域交接處的半導體襯底中制作第二深度的隔離走道，其中，所述第一深度大于所述第二深度；
[0017]2-3)采用濕法腐蝕法或ICP刻蝕法清理各該裂片走道及各該隔離走道；
[0018]2-4)去除所述保護層。
[0019]進一步地,所述保護層為SiO2層。
[0020]在本發(fā)明的大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法步驟3)中，采用化學氣相沉積法沉積所述N型層、量子阱層及P型層。
[0021]作為發(fā)明的大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法的一種優(yōu)選方案，所述半導體襯底為藍寶石襯底，所述N型層為N-GaN層，所述量子阱層為InGaN層，所述P型層為P-GaN層。
[0022]在本發(fā)明的大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法步驟4)中，先依據(jù)各該發(fā)光單元制作光刻掩膜版，然后采用ICP刻蝕法刻蝕所述P型層及量子阱層以在各該發(fā)光單元形成N型層平臺，完成N電極制備區(qū)域的制作。
[0023]作為發(fā)明的大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法的一種優(yōu)選方案，所述第一深度為12?22微米，所述第二深度為5?10微米。
[0024]作為發(fā)明的大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法的一種優(yōu)選方案，步驟6)中采用研磨或濕法腐蝕法較薄所述半導體襯底。
[0025]作為發(fā)明的大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法的一種優(yōu)選方案，步驟9)中采用刀片裂片的方式對各該并聯(lián)單元進行裂片，獲得獨立的并聯(lián)單元。
[0026]本發(fā)明還提供一種依據(jù)上述任意一項方案所述的大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法所制造的大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管。
[0027]如上所述，本發(fā)明的大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管及其制造方法，具有以下有益效果:先于半導體襯底中定義出多個發(fā)光單元區(qū)域，且每相鄰的兩個發(fā)光單元區(qū)域組成一并聯(lián)單元區(qū)域；于各該并聯(lián)單元區(qū)域交接處的半導體襯底中制作裂片走道，并于各該并聯(lián)單元區(qū)域內(nèi)的兩個發(fā)光單元區(qū)域交接處的半導體襯底中制作隔離走道；于所述半導體襯底表面沉積由所述裂片走道相互隔開的多個并聯(lián)單元，且各該并聯(lián)單元內(nèi)的兩個發(fā)光單元由所述隔離走道隔開；最后制作電極、反射鏡及進行裂片以完成制作。本發(fā)明可以提高芯片的穩(wěn)定性；將傳統(tǒng)的單顆功率型LED芯片改成兩顆并聯(lián)，通過優(yōu)化芯片電流密度的方式提高芯片的發(fā)光效率，并通過電流分流降低芯片的工作電壓?！緦＠綀D】

【附圖說明】[0028]圖1a~圖1b顯示為本發(fā)明大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法步驟
1)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖2a~圖2b顯示為本發(fā)明大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法步驟
2)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖3a~圖3b顯示為本發(fā)明大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法步驟
3)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖4a~圖4b顯示為本發(fā)明大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法步驟
4)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖5~圖6顯示為本發(fā)明大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法步驟5)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖7顯示為本發(fā)明大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法步驟6)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖8a~圖Sb顯示為本發(fā)明大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法步驟
7)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]元件標號說明
[0036]I并聯(lián)單元
[0037]10發(fā)光單元
[0038]101半導體襯底
[0039]102裂片走道
[0040]103隔離走道
[0041]104N 型層
[0042]105量子講層
[0043]106P 型層
[0044]107N電極制備區(qū)域
[0045]108透明導電層
[0046]109N 電極
[0047]110P 電極
[0048]111反射鏡
【具體實施方式】
[0049]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術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)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0050]請參閱圖1a~圖Sb。需要說明的是，本實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)明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(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)也可能更為復雜。[0051]如圖1a?圖8b所示，本實施例提供一種大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法，所述制造方法至少包括以下步驟:
[0052]如圖1a?圖1b所示，首先進行步驟1)，提供一半導體襯底101，于所述半導體襯底101中定義出多個發(fā)光單元10區(qū)域，且每相鄰的兩個發(fā)光單元10區(qū)域組成一并聯(lián)單元I區(qū)域。
[0053]所述半導體襯底101為Si襯底、SiC襯底、AsGa襯底、藍寶石襯底等，在本實施例中，所述的半導體襯底101為藍寶石襯底。于所述藍寶石襯底中定義出多個發(fā)光單元10區(qū)域，此處定義的發(fā)光單元10為通常的一個發(fā)光二極管或其它的發(fā)光元件，所述并聯(lián)單元I則包括相鄰的兩個發(fā)光單元10，多個并聯(lián)單元I相互緊挨著排列。
[0054]如圖2a?圖2b所示，然后進行步驟2)，于各該并聯(lián)單元I區(qū)域交接處的半導體襯底101中制作第一深度的裂片走道102，并于各該并聯(lián)單元I區(qū)域內(nèi)的兩個發(fā)光單元10區(qū)域交接處的半導體襯底101中制作第二深度的隔離走道103，其中，所述第一深度大于或等于所述第二深度。
[0055]具體地，包括以下步驟:
[0056]2-1)于所述半導體襯底101表面制作保護層，在本實施例中，所述保護層為SiO2層，當然在其它的實施例中，所述保護層也可以是氮化硅等材料。
[0057]2-2)采用激光切割法于各該并聯(lián)單元I區(qū)域交接處的半導體襯底101中制作第一深度的裂片走道102，并采用激光切割法于各該并聯(lián)單元I區(qū)域內(nèi)的兩個發(fā)光單元10區(qū)域交接處的半導體襯底101中制作第二深度的隔離走道103，其中，所述第一深度大于或等于所述第二深度。
[0058]所述裂片走道102用于后續(xù)裂片工藝，為了保證裂片的良率，所述第一深度必須大于所述第二深度。在本實施例中，所述第一深度為12?22微米，所述第二深度為5?10微米。在一具體的實施過程中，所述第一深度為15微米，所述第二深度為7微米。
[0059]2-3)采用濕法腐蝕法或ICP刻蝕法清理各該裂片走道102及各該隔離走道103。由于采用激光切割法形成走道時，一般都到內(nèi)會有襯底材料的殘留，故在本實施例中，采用濕法腐蝕或ICP刻蝕清楚走道內(nèi)的襯底材料殘留，以保證后續(xù)的工藝中使發(fā)光單元10之間絕緣。由于半導體襯底101表面具有保護層，故其表面不受影響，保證后續(xù)發(fā)光外延的生長環(huán)境。
[0060]2-4)去除所述保護層，在本實施例中，所述保護層為SiO2層，采用HF溶液去除。
[0061]如圖3a?圖3b所示，接著進行步驟3)，于所述半導體襯底101表面沉積至少包括N型層104、量子阱層105及P型層106的由所述裂片走道102相互隔開的多個并聯(lián)單元1，且各該并聯(lián)單元I內(nèi)的兩個發(fā)光單元10由所述隔離走道103隔開。
[0062]所述N型層104為N-GaN層、N-GaP層等，所述量子阱層105為InGaN層、Al InGaP層等，所述P型層106為P-GaN層、P-GaP層等。在本實施例中，所述N型層104為N-GaN層，所述量子阱層105為InGaN層，所述P型層106為P-GaN層，制備方法為化學氣相沉積法。當然，在其它的實施例中，可以選用其它的發(fā)光外延層，其制備方法也可以選用一切預期的外延手段。由于外延在裂片走道102及隔離走道103基本不能生長，因此，通過沉積形成的多個并聯(lián)單元I被所述裂片走道102相互隔開并絕緣，且各該并聯(lián)單元I中兩個發(fā)光單元10被所述隔離走道103隔開并絕緣。[0063]如圖4a?圖4b所示，接著進行步驟4)，于各該發(fā)光單元10制作N電極制備區(qū)域107。
[0064]具體地，先依據(jù)各該發(fā)光單元10制作光刻掩膜版，然后采用ICP刻蝕法刻蝕所述P型層106及量子阱層105以在各該發(fā)光單元10形成N型層104平臺，完成N電極制備區(qū)域107的制作。
[0065]如圖5?圖6所示，然后進行步驟5)，于各該發(fā)光單元10的P型層106上表面制作透明導電層108，于各該透明導電層108表面制作P電極110，并于各該N電極制備區(qū)域107制備N電極109。
[0066]需要說明的是，制作透明導電層108時，可能需要掩膜、刻蝕等手段以保證并聯(lián)單元I間及并聯(lián)單元I內(nèi)的兩個發(fā)光單元10間的絕緣。在本實施例中，所述透明導電層108為ITO層。
[0067]如圖7所示，接著進行步驟6)，從背面減薄所述半導體襯底101，并于所述半導體襯底101背面制作反射鏡111。
[0068]在本實施例中，采用研磨或濕法腐蝕法減薄所述半導體襯底101。所述反射鏡114可以為金屬層、介質(zhì)層、或金屬層與介質(zhì)層的疊層。
[0069]如圖8a?圖Sb所示，最后進行步驟7)，依據(jù)各該并聯(lián)單元I進行裂片，獲得獨立的并聯(lián)單元I。
[0070]在本實施例中，采用刀片裂片的方式對各該并聯(lián)單元I進行裂片，獲得獨立的并聯(lián)單元I。
[0071]本實施例還提供一種依據(jù)上述大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管及其制造方法的實施方式所制造的大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管。
[0072]綜上所述，本發(fā)明提供一種大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管及其制造方法，先于半導體襯底中定義出多個發(fā)光單元區(qū)域，且每相鄰的兩個發(fā)光單元區(qū)域組成一并聯(lián)單元區(qū)域；于各該并聯(lián)單元區(qū)域交接處的半導體襯底中制作裂片走道，并于各該并聯(lián)單元區(qū)域內(nèi)的兩個發(fā)光單元區(qū)域交接處的半導體襯底中制作隔離走道；于所述半導體襯底表面沉積由所述裂片走道相互隔開的多個并聯(lián)單元，且各該并聯(lián)單元內(nèi)的兩個發(fā)光單元由所述隔離走道隔開；最后制作電極、反射鏡及進行裂片以完成制作。本發(fā)明可以提高芯片的穩(wěn)定性；將傳統(tǒng)的單顆功率型LED芯片改成兩顆并聯(lián)，通過優(yōu)化芯片電流密度的方式提高芯片的發(fā)光效率，并通過電流分流降低芯片的工作電壓。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
[0073]上述實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。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，所述制造方法至少包括以下步驟: 1)提供一半導體襯底，于所述半導體襯底中定義出多個發(fā)光單元區(qū)域，且每相鄰的兩個發(fā)光單元區(qū)域組成一并聯(lián)單元區(qū)域； 2)于各該并聯(lián)單元區(qū)域交接處的半導體襯底中制作第一深度的裂片走道，并于各該并聯(lián)單元區(qū)域內(nèi)的兩個發(fā)光單元區(qū)域交接處的半導體襯底中制作第二深度的隔離走道，其中，所述第一深度大于所述第二深度； 3)于所述半導體襯底表面沉積至少包括N型層、量子阱層及P型層的由所述裂片走道相互隔開的多個并聯(lián)單元，且各該并聯(lián)單元內(nèi)的兩個發(fā)光單元由所述隔離走道隔開； 4)于各該發(fā)光單元制作N電極制備區(qū)域； 5)于各該發(fā)光單元的P型層上表面制作透明導電層，于各該透明導電層表面制作P電極，并于各該N電極制備區(qū)域制備N電極； 6)從背面減薄所述半導體襯底，并于所述半導體襯底背面制作反射鏡； 7)依據(jù)各該并聯(lián)單元進行裂片，獲得獨立的并聯(lián)單元。
2.根據(jù)權利要求1所述的大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于: 步驟2)包括以下步驟: 2-1)于所述半導體襯底表面制作保護層； 2-2)采用激光切割法于各該并聯(lián)單元區(qū)域交接處的半導體襯底中制作第一深度的裂片走道，并采用激光切割法于各該并聯(lián)單元區(qū)域內(nèi)的兩個發(fā)光單元區(qū)域交接處的半導體襯底中制作第二深度的隔離走道，其中，所述第一深度大于所述第二深度； 2-3)采用濕法腐蝕法或ICP刻蝕法清理各該裂片走道及各該隔離走道； 2-4)去除所述保護層。
3.根據(jù)權利要求2所述的大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于: 所述保護層為SiO2層。
4.根據(jù)權利要求1所述的大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于: 步驟3)中采用化學氣相沉積法沉積所述N型層、量子阱層及P型層。
5.根據(jù)權利要求1所述的大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于: 所述半導體襯底為藍寶石襯底，所述N型層為N-GaN層，所述量子阱層為InGaN層，所述P型層為P-GaN層。
6.根據(jù)權利要求1所述的大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于: 步驟4)中，先依據(jù)各該發(fā)光單元制作光刻掩膜版，然后采用ICP刻蝕法刻蝕所述P型層及量子阱層以在各該發(fā)光單元形成N型層平臺，完成N電極制備區(qū)域的制作。
7.根據(jù)權利要求1所述的大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于:所述第一深度為12~22微米，所述第二深度為5~10微米。
8.根據(jù)權利要求1所述的大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于: 步驟6)中采用研磨或濕法腐蝕法較薄所述半導體襯底。
9.根據(jù)權利要求1所述的大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于: 步驟9)中采用刀片裂片的方式對各該并聯(lián)單元進行裂片，獲得獨立的并聯(lián)單元。
10.一 種依據(jù)權利要求1~9任意一項所述的大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管的制造方法所制造的大電流密度、低電壓功率型發(fā)光二極管。
【文檔編號】H01L33/06GK103700741SQ201210367214
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年9月28日 優(yōu)先權日:2012年9月28日
【發(fā)明者】張楠, 郝茂盛 申請人:上海藍光科技有限公司