發(fā)光二極管、發(fā)光二極管模塊及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管、發(fā)光二極管模塊及其制作方法。發(fā)光二極管包括：非摻雜層；依次形成在非摻雜層上的N型半導體層、量子阱發(fā)光層以及P型半導體層；開槽，從P型半導體層表面延伸到N型半導體層表面或延伸到N型半導體層中；P型歐姆接觸層，形成在開槽后剩余的P型半導體層上；絕緣介質(zhì)膜，形成在開槽的側(cè)壁和P型歐姆接觸層上；金屬層，形成在開槽底部的N型半導體部以及絕緣介質(zhì)膜上；支撐襯底，形成在金屬層上；第一盲孔和第二盲孔，第一盲孔從非摻雜層表面延伸到P型歐姆接觸層表面，第二盲孔從非摻雜層表面延伸到金屬層表面；P型及N型壓焊部，分別形成在露出的P型歐姆接觸層以及金屬層上。
【專利說明】
發(fā)光二極管、發(fā)光二極管模塊及其制作方法
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明涉及光電器件領域，特別是涉及一種發(fā)光二極管、發(fā)光二極管模塊及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(LED)具有發(fā)熱量低、耗電量小、壽命長、反應速度快、體積小等特點，被廣泛的應用于固態(tài)照明。傳統(tǒng)發(fā)光二極管普遍采用藍寶石襯底，由于藍寶石的熱導率差(35ff/m.K)，不能將芯片工作時產(chǎn)生的熱量及時的導出，嚴重限制了其在高功率領域的應用。另外，對于傳統(tǒng)發(fā)光二極管，藍寶石襯底參與內(nèi)部光學傳輸，由于藍寶石對光的吸收以及藍寶石與半導體界面對光的反射，阻礙了發(fā)光二極管的光提取效率的進一步提高。薄膜結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管是將原來光學及熱學性能較差的襯底材料去掉，換上導電好、高導熱、帶高反射膜的襯底，襯底不參與光學傳輸，不僅減少了原襯底材料光吸收，而且增強了發(fā)光二極管的導熱功能，比較傳統(tǒng)發(fā)光二極管，具有更高的光提取效率及更高的操作功率，受到很大的關(guān)注與研究。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，薄膜結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管利用襯底置換的技術(shù)，如圖1A所示，首先通過鍵合或電鍍的方法將轉(zhuǎn)移襯底(高熱導率襯底)112與發(fā)光二極管外延片粘合在一起。發(fā)光二極管外延片由支撐襯底102，N型半導體層104，量子阱發(fā)光層106以及P型半導體層108構(gòu)成。接著，通過剝離或者機械研磨的方法去除支撐襯底102，然后在轉(zhuǎn)移襯底112上以及N型半導體層104上分別制作P型電極110及N型電極114，得到具有上下電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片100 (如圖1B所示)。以下，為了描述方便起見，將圖1B的結(jié)構(gòu)簡化為圖1C的形式，其中附圖標記120指代發(fā)光二極管芯片100的發(fā)光結(jié)構(gòu)，等同于圖1B中的N型半導體層104、量子阱發(fā)光層106、P型半導體層108以及轉(zhuǎn)移襯底112的疊層。本領域技術(shù)人員能夠明了，這樣的簡化并不會影響對本發(fā)明的理解。由于單顆發(fā)光二極管光通量小，所以在多數(shù)實際應用中往往需要在支撐基板上串聯(lián)多顆如圖1C所示的發(fā)光二極管，如圖1D所示。然而對于這種上下結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管要實現(xiàn)串聯(lián)，首先所采用的基板124必須是絕緣的，其次需要在絕緣基板上制作電路122，然后才能通過連接導線126實現(xiàn)串聯(lián)。一般的絕緣基板熱導率低，導熱效果不好，影響發(fā)光二極管的熱學性能，而熱導率高的絕緣基板價格高，再加上要在絕緣基板上制作電路會額外的增加成本。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出了本發(fā)明。
[0005]本發(fā)明第一方面涉及一種發(fā)光二極管，其包括非摻雜層；依次形成在該非摻雜層上的N型半導體層、量子阱發(fā)光層以及P型半導體層；開槽，從該P型半導體層表面延伸到該N型半導體層表面或延伸到該N型半導體層中，開槽后剩余的P型半導體層、量子阱發(fā)光層及N型半導體層分別為P型半導體部、量子阱發(fā)光部及N型半導體部；P型歐姆接觸層，形成在該P型半導體部上；絕緣介質(zhì)膜，形成在該開槽的側(cè)壁和該P型歐姆接觸層上；金屬層，形成在該開槽底部的N型半導體部以及該絕緣介質(zhì)膜上；支撐襯底，形成在該金屬層上；第一盲孔和第二盲孔，該第一盲孔從非摻雜層表面延伸到P型歐姆接觸層表面，該第二盲孔從非摻雜層表面延伸到金屬層表面；P型及N型壓焊部，分別形成在露出的P型歐姆接觸層以及金屬層上。
[0006]可選地，該金屬層由N型歐姆接觸層和位于N型歐姆接觸層上的隔離層構(gòu)成。
[0007]可選地，該支撐襯底由金屬支撐層和其上的高阻支撐層組成。
[0008]可選地，該發(fā)光二極管還包括用于提高光提取效率的結(jié)構(gòu)，形成在該非摻雜層表面上。
[0009]本發(fā)明的第二方面涉及一種發(fā)光二極管模塊，其包括支撐基板；多個根據(jù)第一方面所述的發(fā)光二極管，該多個發(fā)光二極管設置在該支撐基板上；連接導線，用于將該多個發(fā)光二極管串聯(lián)或并聯(lián)連接在一起。
[0010]本發(fā)明第三方面涉及一種發(fā)光二極管的制作方法，其包括:提供第一襯底；在第一襯底上依次形成非摻雜層、N型半導體層、量子阱發(fā)光層和P型半導體層；形成開槽，該開槽從該P型半導體層表面延伸到該N型半導體層表面或延伸到該N型半導體層中，開槽后剩余的P型半導體層、量子阱發(fā)光層及N型半導體層分別為P型半導體部、量子阱發(fā)光部及N型半導體部；在該P型半導體部上形成P型歐姆接觸層；在該開槽的側(cè)壁和該P型歐姆接觸層上形成絕緣介質(zhì)膜；在該開槽底部的N型半導體部以及該絕緣介質(zhì)膜上形成金屬層；在該金屬層上形成支撐襯底；去除第一襯底；形成第一盲孔和第二盲孔，該第一盲孔從該非摻雜層表面延伸到該P型歐姆接觸層表面，該第二盲孔從該非摻雜層表面延伸到該金屬層表面；在露出的P型歐姆接觸層以及金屬層上，分別形成P型及N型壓焊部。
[0011]可選地，該金屬層被形成為由N型歐姆接觸層和位于N型歐姆接觸層上的隔離層構(gòu)成。
[0012]可選地，該支撐襯底被形成為由金屬支撐層和其上的高阻支撐層組成。
[0013]可選地，該方法還包括在該非摻雜層表面上形成用于提高光提取效率的結(jié)構(gòu)。
[0014]本發(fā)明第四方面涉及一種發(fā)光二極管模塊的制作方法，其包括:根據(jù)第三方面所述方法制作半導體二極管；將多個該發(fā)光二極管設置在支撐基板上；將該多個發(fā)光二極管用連接導線串聯(lián)或并聯(lián)連接在一起。
[0015]由于本發(fā)明的發(fā)光二極管的P型壓焊部與N型壓焊點部均處于芯片同側(cè)，當將本發(fā)明的發(fā)光二極管安裝在支撐基板上制作發(fā)光二極管模塊時，容易通過連接導線進行串聯(lián)(并聯(lián)也是如此)，并且，不要求支撐基板必須絕緣，更不用在其上制作電路，有利于多芯片集成，降低封裝應用成本。另外，P型壓焊部與N型壓焊部都設置在金屬層上，電流都在歐姆接觸層及復合金屬層內(nèi)擴展，電流擴展更均勻，可進一步提高發(fā)光二極管的光提取效率。
【附圖說明】
[0016]以下參照附圖來詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案，其中:
[0017]圖1A-1C為現(xiàn)有技術(shù)中薄膜結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的剖視圖；
[0018]圖1D為將圖1C所示的發(fā)光二極管進行串聯(lián)的示意圖；
[0019]圖2-圖6為制作本發(fā)明發(fā)光二極管的步驟對應的結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0020]圖7為圖6的簡化形式；以及
[0021]圖8為將圖7所示的本發(fā)明的發(fā)光二極管進行串聯(lián)的示意圖。
【具體實施方式】
[0022]以下，通過附圖中示出的具體實施例來描述本發(fā)明。但是應該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。
[0023]在附圖中示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的層結(jié)構(gòu)示意圖。這些圖并非是按比例繪制的，其中為了清楚的目的，放大了某些細節(jié)，并且可能省略了某些細節(jié)。圖中所示出的各種區(qū)域、層的形狀以及它們之間的相對大小、位置關(guān)系僅是示例性的，實際中可能由于制造公差或技術(shù)限制而有所偏差，并且本領域技術(shù)人員根據(jù)實際所需可以另外設計具有不同形狀、大小、相對位置的區(qū)域/層。
[0024]參看圖2-圖6，說明本發(fā)明薄膜結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制備方法。
[0025]如圖2所示，提供第一襯底202。第一襯底202的材料可以是砷化鎵、硅、藍寶石或者碳化硅單晶。
[0026]在第一襯底202上依次形成非摻雜層204、N型半導體層206、量子阱發(fā)光層208和P型半導體層210。形成這些層的方法是本領域技術(shù)人員所熟知的，例如金屬有機化學氣相沉積。這些層的厚度優(yōu)選為3-10 μ m。
[0027]如圖3所示，形成開槽，該開槽從P型半導體層210表面經(jīng)過量子阱發(fā)光層208延伸到N型半導體層206表面或延伸到N型半導體層206中。開槽后剩余的P型半導體層、量子阱發(fā)光層及N型半導體層分別可以稱為P型半導體部、量子阱發(fā)光部及N型半導體部。形成開槽的方法例如采用常規(guī)半導體光刻及干法刻蝕或濕法腐蝕的辦法，部分刻蝕P型半導體層210和量子阱發(fā)光層208停止在N型半導體層206表面或N型半導體層206內(nèi)。
[0028]如圖4所示，在剩余P型半導體層(即P型半導體部)上形成P型歐姆接觸層212。形成P型歐姆接觸層的方法例如采用光刻及蒸鍍或濺鍍的方法在剩余P型半導體層上，鍍高反射P型歐姆接觸層212。高反射P型歐姆接觸層212可以由Al、Ag、T1、Cr、N1、Au等一種或多種金屬構(gòu)成。
[0029]在開槽的側(cè)壁和P型歐姆接觸層212上形成絕緣介質(zhì)膜214。該絕緣介質(zhì)膜214覆蓋開槽的側(cè)壁(也即N型半導體部、量子阱發(fā)光部及P型半導體部的側(cè)壁)以及P型歐姆接觸層212上，但仍露出開槽內(nèi)的N型半導體部表面。絕緣介質(zhì)膜214可以是氧化硅、氮化硅或者其它聚合物薄膜。形成絕緣介質(zhì)膜的方法可以通過在已形成的結(jié)構(gòu)上沉積絕緣介質(zhì),并去除開槽底部的N型半導體部上的絕緣介質(zhì)。
[0030]在開槽底部的N型半導體部以及絕緣介質(zhì)膜214上形成金屬層216，與N型半導體部形成歐姆接觸。形成金屬層216的方法例如采用蒸鍍或者濺鍍的辦法。
[0031]優(yōu)選地，金屬層216由N型歐姆接觸層(未示出)和位于N型歐姆接觸層上的隔離層(未示出)構(gòu)成。N型歐姆接觸層由Al、Ag、T1、Cr、N1、Au等一種或多種金屬構(gòu)成。隔離層由W、TiW、Ta、TaN、N1、T1、Cr、Au、Cu等一種或多種金屬構(gòu)成。
[0032]如圖5所示，在金屬層216上形成金屬支撐層218。形成金屬支撐層218例如采用化學鍍或者電鍍的辦法在金屬層216上鍍一定厚度的金屬并平坦化。金屬支撐層218可采用鉻、銅、鎳、鑰銅、鎢銅以及其中兩種或多種材料的組合。金屬支撐層厚度可以在30 μ m-80 μ m 之間。
[0033]在金屬支撐層218上制作高阻支撐層220。形成高阻支撐層220的方法例如采用晶片鍵合的方法。高阻支撐層220可以是氧化鋁片、氮化鋁片、碳硅片化硅片、表面附著絕緣層的金屬片等。
[0034]金屬支撐層218與高阻支撐層220可合稱為支撐襯底。
[0035]去除第一襯底202。比較圖4和5可知，圖5中所示為已經(jīng)去除了第一襯底、并將所得到的結(jié)構(gòu)倒置的視圖。去除第一襯底例如采用襯底剝離、化學腐蝕或者機械研磨的辦法。
[0036]形成第一盲孔和第二盲孔，該第一盲孔從非摻雜層204表面延伸到P型歐姆接觸層212表面，以露出P型歐姆接觸層212 ;該第二盲孔從非摻雜層204表面延伸到金屬層216表面，以露出金屬層216。形成第一盲孔和第二盲孔的方法例如采用光刻與干法刻蝕或濕法腐蝕的辦法。其中第一盲孔和第二盲孔通過選擇對金屬和半導體材料具有較高選擇比的干法刻蝕氣體或濕法腐蝕液體可以在同一次干法刻蝕或濕法腐蝕步驟中形成。
[0037]可選地，如圖6所示，可以采用腐蝕或刻蝕的辦法在非摻雜層204表面形成粗化圖形222，使得原本平坦的非摻雜層變粗糙，可提高發(fā)光二極管的光提取效率。這樣的微結(jié)構(gòu)可以呈凹坑狀、凸球面狀或者鋸齒形。
[0038]然后，在露出的P型歐姆接觸層212以及金屬層216上，分別形成P型及N型壓焊部 224 和 226。
[0039]參看圖6，本發(fā)明的發(fā)光二極管200包括非摻雜層204 ;依次形成在非摻雜層204上的N型半導體層206、量子阱發(fā)光層208以及P型半導體層210 ;開槽，從P型半導體層表面延伸到N型半導體層表面或延伸到N型半導體層中，開槽后剩余的P型半導體層、量子阱發(fā)光層及N型半導體層分別為P型半導體部206、量子阱發(fā)光部208及N型半導體部210 ；P型歐姆接觸層212，形成在P型半導體部206上；絕緣介質(zhì)膜214，形成在開槽的側(cè)壁和P型歐姆接觸層212上；金屬層216，形成在開槽底部的N型半導體部210以及絕緣介質(zhì)膜214上；支撐襯底，形成在所述金屬層216上；第一盲孔和第二盲孔,該第一盲孔從非摻雜層204表面延伸到P型歐姆接觸層212表面；該第二盲孔從非摻雜層204表面延伸到金屬層216表面；P型及N型壓焊部224和226，分別形成在露出的P型歐姆接觸層212以及金屬層216上。
[0040]可選地，本發(fā)明的發(fā)光二極管的金屬層216由N型歐姆接觸層(未不出)和位于N型歐姆接觸層上的隔離層(未示出)構(gòu)成。N型歐姆接觸層由Al、Ag、T1、Cr、N1、Au等一種或多種金屬構(gòu)成。隔離層由W、TiW、Ta、TaN、N1、T1、Cr、Au、Cu等一種或多種金屬構(gòu)成。
[0041]可選地，本發(fā)明的支撐襯底由金屬支撐層218和其上的高阻支撐層220組成。
[0042]可選地，本發(fā)明的發(fā)光二極管還包括粗化圖形222，形成在非摻雜層204表面，使得原本平坦的非摻雜層變粗糙，可提高發(fā)光二極管的光提取效率。這樣的微結(jié)構(gòu)可以呈凹坑狀、凸球面狀或者鋸齒形。
[0043]圖7為圖6所示結(jié)構(gòu)的簡化形式，其中僅僅示出了支撐層220、P型壓焊部224及N型壓焊部226?？梢郧宄乜吹?，P型壓焊部與N型壓焊點部都設置在發(fā)光二極管芯片的同側(cè)。
[0044]相比于圖1D所示的結(jié)構(gòu)，如圖8所示，由于P型壓焊部與N型壓焊點部均處于芯片同側(cè)，當將本發(fā)明的發(fā)光二極管安裝在支撐基板230上時，容易通過連接導線232進行串聯(lián)(并聯(lián)也是如此)，并且，不要求支撐基板230必須絕緣，更不用在其上制作電路，有利于多芯片集成，降低封裝應用成本。另外，P型壓焊部與N型壓焊部都設置在金屬層上，電流都在歐姆接觸層212及復合金屬層216內(nèi)擴展，電流擴展更均勻，可進一步提高發(fā)光二極管的光提取效率。
[0045]盡管已詳細說明了本發(fā)明的一個或多個實施例，但是技術(shù)人員將理解，可以在不偏離在隨后權(quán)利要求中提出的本發(fā)明的范圍的情況下對這些實施例做出修改和變化。
【主權(quán)項】
1.一種發(fā)光二極管，其特征在于，該發(fā)光二極管包括: 非摻雜層； 依次形成在該非摻雜層上的N型半導體層、量子阱發(fā)光層以及P型半導體層； 開槽，從該P型半導體層表面延伸到該N型半導體層表面或延伸到該N型半導體層中，開槽后剩余的P型半導體層、量子阱發(fā)光層及N型半導體層分別為P型半導體部、量子阱發(fā)光部及N型半導體部； P型歐姆接觸層，形成在該P型半導體部上； 絕緣介質(zhì)膜，形成在該開槽的側(cè)壁和該P型歐姆接觸層上； 金屬層，形成在該開槽底部的N型半導體部以及該絕緣介質(zhì)膜上； 支撐襯底，形成在該金屬層上； 第一盲孔和第二盲孔，該第一盲孔從非摻雜層表面延伸到P型歐姆接觸層表面，該第二盲孔從非摻雜層表面延伸到金屬層表面； P型及N型壓焊部，分別形成在露出的P型歐姆接觸層以及金屬層上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，該金屬層由N型歐姆接觸層和位于N型歐姆接觸層上的隔離層構(gòu)成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，該支撐襯底由金屬支撐層和其上的高阻支撐層組成。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的發(fā)光二極管，其特征在于，該發(fā)光二極管還包括用于提高光提取效率的結(jié)構(gòu)，形成在該非摻雜層表面上。5.一種發(fā)光二極管模塊，包括: 支撐基板； 多個根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的發(fā)光二極管，該多個發(fā)光二極管設置在該支撐基板上； 連接導線，用于將該多個發(fā)光二極管串聯(lián)或并聯(lián)連接在一起。6.一種發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于，該方法包括: 提供第一襯底； 在第一襯底上依次形成非摻雜層、N型半導體層、量子阱發(fā)光層和P型半導體層； 形成開槽，該開槽從該P型半導體層表面延伸到該N型半導體層表面或延伸到該N型半導體層中，開槽后剩余的P型半導體層、量子阱發(fā)光層及N型半導體層分別為P型半導體部、量子阱發(fā)光部及N型半導體部； 在該P型半導體部上形成P型歐姆接觸層； 在該開槽的側(cè)壁和該P型歐姆接觸層上形成絕緣介質(zhì)膜； 在該開槽底部的N型半導體部以及該絕緣介質(zhì)膜上形成金屬層； 在該金屬層上形成支撐襯底； 去除第一襯底； 形成第一盲孔和第二盲孔，該第一盲孔從該非摻雜層表面延伸到該P型歐姆接觸層表面，該第二盲孔從該非摻雜層表面延伸到該金屬層表面； 在露出的P型歐姆接觸層以及金屬層上，分別形成P型及N型壓焊部。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述方法，其特征在于，該金屬層被形成為由N型歐姆接觸層和位于N型歐姆接觸層上的隔離層構(gòu)成。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，該支撐襯底被形成為由金屬支撐層和其上的高阻支撐層組成。9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項所述的方法，其特征在于，該方法還包括在該非摻雜層表面上形成用于提高光提取效率的結(jié)構(gòu)。10.一種發(fā)光二極管模塊的制作方法，其特征在于，該方法包括: 根據(jù)權(quán)利要求6-9中任一項所述方法制作半導體二極管； 將多個該發(fā)光二極管設置在支撐基板上； 將該多個發(fā)光二極管用連接導線串聯(lián)或并聯(lián)連接在一起。
【文檔編號】H01L33/00GK105895758SQ201410566811
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年10月23日
【發(fā)明人】郭德博, 徐正毅
【申請人】北京中科天順信息技術(shù)有限公司