CN101887938B - 发光二极管芯片及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管芯片及其制造方法。所述发光二极管芯片包括：衬底及衬底上的发光外延叠层，所述发光外延叠层依次包括：n型界面层；n型界面层上的发光层；发光层上的p型界面层，其中，所述p型界面层与所述发光层、n型界面层的面积相同；所述p型界面层上具有p电极；所述衬底的背面具有外接电极层；所述n型界面层的侧壁通过导电部与所述外接电极层电连接。

Description

发光二极管芯片及其制造方法
技术领域
本发明涉及照明技术，特别涉及发光二极管芯片及其制造方法。
背景技术
发光二极管(LED，Light Emitting Diode)是一种能够将电能转化为可见光的固态半导体器件。由于其具有体积小、耗电量低及使用寿命长的优点，已逐渐代替传统光源而被越来越广泛地应用于照明领域。
目前，III-V族氮化物半导体材料已广泛用于发光二极管的制造工艺中。以GaN为例，其通常生长于蓝宝石衬底上。然而，由于蓝宝石本身为绝缘体，无法通过掺杂等手段去改变其导电特性。因此，需要通过电极使生长于蓝宝石衬底上的发光二极管器件与外界形成电连接。参照图1所示，例如中国专利申请200610004656.6中，发光二极管的制造方法包括：在粗糙化的蓝宝石衬底上1依次生长GaN结晶层2、GaN二维平化层3、n型GaN层4、发光层5和p型GaN层6；对p型GaN层6进行部分刻蚀至n型GaN层4；在p型GaN层6上及所暴露的n型GaN层4上分别形成p电极8、n电极7。
p、n电极的制作，一方面是为了实现欧姆接触，另一方面也可作为封装时钉线之用。但是，类似上述中国专利申请的发光二极管制造方法中，p、n电极是分别制作在部分刻蚀的p型GaN层及部分的n型GaN层上的。此种方法将使得发光二极管器件实际发光面积减小。为弥补这个问题，必然需要将发光二极管器件的尺寸做大。由此，又会增加材料成本且会增加发光二极管器件的面积。
发明内容
本发明提供一种发光二极管及其制造方法，以解决现有技术p、n电极的制造方法使得发光二极管面积减小的问题。
为解决上述问题，本发明发光二极管芯片包括：衬底及衬底上的发光外延叠层，所述发光外延叠层依次包括：n型界面层；n型界面层上的发光层；发光层上的p型界面层，其中，
所述p型界面层与所述发光层、n型界面层的面积相同；所述p型界面层上具有p电极；所述衬底的背面具有外接电极层；所述n型界面层的侧壁通过导电部与所述外接电极层电连接。
可选地，所述n型界面层边缘的杂质离子浓度大于中心的杂质离子浓度。
相应地，本发明还提供一种发光二极管芯片的制造方法，包括：
在衬底上形成发光外延叠层，依次包括：在衬底上形成n型界面层；在所述n型界面层上形成发光层；在所述发光层上形成p型界面层；
对具有所述发光外延叠层的衬底进行划片；
将划片后的衬底背面与外接电极层粘接，以及在划片后的n型界面层的侧壁形成导电部，所述导电部使得所述n型界面层与所述外接电极层电连接；
在划片后的p型界面层上形成p电极。
可选地，所述n型界面层边缘的杂质离子浓度大于中心的杂质离子浓度。
与现有技术相比，上述发光二极管芯片及其制造方法具有以下优点：
1)通过导电部使得n型界面层与外接电极层电连接，以外接电极层承担n电极的导电功能，从而p型界面层及n型界面层的全部面积均位于发光区内，增大了发光二极管芯片的实际发光面积；
2)将发光二极管芯片的一些制造工艺与划片工艺整合，因而无需采用蚀刻工艺，节省了制造成本；
3)可选方案中，所述n型界面层侧壁具有较高杂质浓度，使得发光二极管芯片内部的电流分布更均匀，提高了发光二极管芯片的发光效率。
附图说明
图1是现有技术的一种发光二极管制造方法中完成p、n电极后的结构示意图；
图2是本发明发光二极管制造方法的一种实施方式流程图；
图3至图8是本发明发光二极管制造方法的一种实施例示意图。
具体实施方式
本发明的发明人通过对现有技术发光二极管制造方法的分析发现，现有技术在制作发光二极管的p、n电极时，都将p、n电极制作在同一面。为将p、n电极制作在同一面，就不得不牺牲一部分的n型界面层的面积以安置n电极。从而，发光二极管的实际发光面积减小。并且，为使得安置n电极的部分n型界面层暴露出，在制造过程中还需引入蚀刻工艺，如此也造成了制造成本的提高。
有鉴于此，本发明的发明人通过形成于n型界面层侧壁的导电部将所述n型界面层与衬底背面的外接电极层电连接，以所述外接电极层承担n电极的导电功能。借由该种方式，使得p、n电极位于不同面，且都无需占用各自对应的p型、n型界面层，以使得实际发光面积增大。此外，本发明的发明人还借由芯片制造中的划片工艺，使得n型界面层的侧壁暴露出，无需如现有技术那样采用蚀刻工艺。因而，制造发光二极管的成本大大减小。
参照图2所示，本发明发光二极管芯片制造方法的一种实施方式包括：
步骤s1，在衬底上形成发光外延叠层，依次包括：在衬底上形成n型界面层；在所述n型界面层上形成发光层；在所述发光层上形成p型界面层；
步骤s2，在所述发光外延叠层上形成导电层；
步骤s3，对具有所述发光外延叠层及导电层的衬底进行划片；
步骤s4，将划片后的衬底背面与外接电极层粘接；
步骤s5，在划片后的n型界面层的侧壁形成导电部，所述导电部使得所述n型界面层与所述外接电极层电连接；
步骤s6，在划片后的导电层上形成p电极。
以下结合蓝光发光二极管的工艺举例对上述发光二极管制造方法的实施方式进一步说明。
参照图3所示，在衬底100上形成缓冲层200。所述衬底1 00可以为蓝宝石衬底或碳化硅衬底。形成所述缓冲层200的方法可以为金属有机物化学气相沉积(MOCVD)。所述缓冲层200的材料可以为GaN。
参照图4a所示，在所述缓冲层200上形成n型界面层301。所述n型界面层301中杂质离子浓度的分布可以是均匀的，或者也可以是不均匀的。参照图4b所示，在一种实施例中，所述n型界面层301的边缘的杂质离子浓度要大于中心的杂质离子浓度。
结合图4c和4d所示，形成所述杂质离子浓度分布不均匀的n型界面层301的步骤可以包括：
首先，在所述缓冲层200上形成第一界面层301a。形成所述第一界面层301a的方法可以为金属有机物化学气相沉积，所述第一界面层301a的材料可以为GaN。
接着，对所述第一界面层301a进行第一次n型离子注入，形成第一n型界面层301b。此时，所述第一n型界面层301b的杂质离子分布还是均匀的，即边缘与中心的杂质离子浓度相同或基本相同。可选地，在所述第一次n型离子注入之后，还可以进行一次退火处理。。
然后，在所述第一n型界面层301b覆盖一掩模部M，所述掩模部M遮盖了第一n型界面层301b的中心部分，仅暴露出边缘部分。所述掩模部M可以为软掩模，例如光刻胶；或者也可以为硬掩模，例如氮化硅硬掩模。
在覆盖掩模部M后，对所述第一n型界面层301b继续进行n型离子注入，形成最终的n型界面层301。可选地，在所述第二次n型离子注入之后，还可以进行一次退火处理。
在所述第二次离子注入的过程中，由于第一n型界面层301b的中心部分有掩模部M遮盖，因而中心部分的杂质离子浓度不发生变化。而相对地，边缘部分由于暴露在外，在所述第二次离子注入之后，边缘部分的杂质离子浓度增加。其结果是，边缘及中心部分的杂质离子浓度就呈现如图4b的分布。
参照图5所示，在所述n型界面层301上形成发光层302。形成所述发光层302的方法可以为金属有机物化学气相沉积。所述发光层302的材料为GaN或InGaN。具体地，所述发光层302可以为单量子阱(SQW)或多量子阱(MQW)结构。
继续参照图5所示，在所述发光层302上形成p型界面层303。形成所述p型界面层303步骤可以包括：
首先，在所述发光层302上形成第二界面层。形成所述第二界面层的方法可以为金属有机物化学气相沉积，所述第二界面层的材料可以为GaN。
接着，对所述第二界面层进行p型离子注入，形成p型界面层303。
在形成p型界面层303后，发光二极管的发光外延叠层300就制作完成了，其依次包括：n型界面层；n型界面层上的发光层；发光层上的p型界面层。
参照图6所示，在所述发光外延叠层300上形成导电层400。具体地说，在所述p型界面层303上沉积导电薄膜。所述导电薄膜的材料可以为SnxOy，例如SnO2；或者也可以为其他导电薄膜材料，例如氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化锌铝(AZO)等。
在形成导电层400后，对具有发光外延叠层300及导电层400的衬底100进行划片。所述划片可以采用传统的机械划片技术，例如采用钻石笔或钻石刀片的划片技术；或者，也可以采用激光划片技术，例如紫外激光划片技术；或者，也可以采用水导激光(Water Jet Guided Laser)划片技术。对于蓝宝石等材质相当坚硬的衬底来说，激光划片或水导激光划片技术具有更好的划片效果。
参照图7所示，经划片后，衬底100上的发光外延叠层300及导电层400均具有相同的面积。并且，经由划片，各层的侧壁也暴露出来。
参照图8所示，在划片后，将衬底100的背面与金属板500粘接，所述金属板500作为发光二极管芯片的外接电极层。所述衬底100的背面为衬底上对应所述发光外延叠层的相对面。
在衬底100的背面粘接于所述金属板500后，在自衬底100至n型界面层301处的各层侧壁涂覆导电材料。所述导电材料可以为银胶、铝胶或银铝胶。所述涂覆的导电材料即作为导电部600。
以银胶为例，在涂覆后，所述n型界面层301与所述金属板500就建立了电连接。而所述金属板500则承担了将外部电源与n型界面层301连通的功能，也即承担了原本n电极的导电功能。
继续参照图8所示，此后，在导电层400上形成p电极。具体地，在所述导电层400上定义p电极区域，并在p电极区域溅射形成p电极。
至此，发光二极管芯片已形成，其包括：衬底100及衬底100上的发光外延叠层300，所述发光外延叠层300依次包括：n型界面层301；n型界面层301上的发光层302；发光层302上的p型界面层303，其中，
所述p型界面层303与所述发光层302、n型界面层301的面积相同；所述p型界面层303上具有p电极；所述衬底100的背面具有外接电极层500；所述n型界面层301的侧壁通过导电部600与所述外接电极层500电连接。
当所述p电极及金属板500分别连接于电源的两端V+、V-时，p型界面层303和n型界面层301就分别与所述电源的两端建立了电连接。从而，使得由该多层结构构成的发光二极管芯片发出蓝光。
由此可以看出，所述发光二极管芯片与电源连接的电极分别位于顶部及底部，因而并未占用发光区域，因而所述发光二极管芯片的实际发光面积相较于现有技术更大。
并且，由于所述n型界面层301边缘的杂质离子浓度大于中心的杂质离子浓度。在例如图8中的所述发光二极管芯片与电源电连接后，原本相对集中于p电极的电流分布在n型界面层301处也将改为向n型界面层301的边缘集中。从而，经由该种电流分布的改变使得发光二极管芯片内部的电流分布更均匀，提高了发光效率。
此外，需要说明的是，上述的发光二极管制造方法仅以蓝光发光二极管的工艺举例，其中各层材料也考虑到发光颜色而定。本领域技术人员应能够根据发光二极管芯片所需发光颜色的不同而调整各层材料，例如需发光颜色为红色，相应缓冲层、n型界面层、发光层及p型界面层的材料就可以调整为AlInGaP等可以产生红光的材料。
以上公开了本发明的多个方面和实施方式，本领域的技术人员会明白本发明的其它方面和实施方式。本发明中公开的多个方面和实施方式只是用于举例说明，并非是对本发明的限定，本发明的真正保护范围和精神应当以权利要求书为准。

Claims (15)

1.一种发光二极管芯片，包括：衬底及衬底上的发光外延叠层，所述发光外延叠层依次包括：n型界面层；n型界面层上的发光层；发光层上的p型界面层，其特征在于，所述p型界面层与所述发光层、n型界面层的面积相同；所述p型界面层上具有p电极；所述衬底的背面具有外接电极层；所述n型界面层的侧壁通过导电部与所述外接电极层电连接，所述n型界面层边缘的杂质离子浓度大于中心的杂质离子浓度。
2.如权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述p型界面层上具有导电层，所述p电极位于所述导电层上。
3.如权利要求2所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述导电层的材料为SnO2、ITO、IZO、AZO中的一种。
4.如权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述发光外延叠层与所述衬底间还具有缓冲层。
5.如权利要求4所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述发光二极管为蓝光发光二极管；所述缓冲层的材料为GaN；所述n型界面层的材料为n型掺杂的GaN；所述发光层的材料为GaN或InGaN；所述p型界面层的材料为p型掺杂的GaN。
6.如权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述导电部的材料为银胶、铝胶、银铝胶中的一种。
7.如权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述外接电极层为金属板。
8.一种发光二极管芯片的制造方法，包括：在衬底上形成发光外延叠层，依次包括：在衬底上形成边缘的杂质离子浓度大于中心的杂质离子浓度的n型界面层；在所述n型界面层上形成发光层；在所述发光层上形成p型界面层，
其特征在于，还包括：
对具有所述发光外延叠层的衬底进行划片；
将划片后的衬底背面与外接电极层粘接，以及在划片后的n型界面层的侧壁形成导电部，所述导电部使得所述n型界面层与所述外接电极层电连接；
在划片后的p型界面层上形成p电极。
9.如权利要求8所述的发光二极管芯片的制造方法，其特征在于，在衬底上形成边缘的杂质离子浓度大于中心的杂质离子浓度的n型界面层包括：
在衬底上形成第一界面层；
对所述第一界面层进行第一次n型离子注入，形成第一n型界面层；
在第一n型界面层上遮盖掩模层，并对第一n型界面层继续进行n型离子注入，使得所述n型界面层边缘的杂质离子浓度大于中心的杂质离子浓度。
10.如权利要求8所述的发光二极管芯片的制造方法，其特征在于，在衬底上形成n型界面层之前，在衬底上先形成缓冲层。
11.如权利要求8所述的发光二极管芯片的制造方法，其特征在于，在划片之前，在所述发光外延叠层上形成导电层。
12.如权利要求11所述的发光二极管芯片的制造方法，其特征在于，所述导电层的材料为SnO2、ITO、IZO、AZO中的一种。
13.如权利要求8所述的发光二极管芯片的制造方法，其特征在于，所述外接电极层为金属板；
将划片后的衬底背面与外接电极层粘接，以及在划片后的n型界面层的侧壁形成导电部包括：
将划片后的衬底背面与金属板粘接；
在自衬底至n型界面层的侧壁上涂覆导电材料。
14.如权利要求13所述的发光二极管芯片的制造方法，其特征在于，所述导电材料为银胶、铝胶、银铝胶中的一种。
15.如权利要求8所述的发光二极管芯片的制造方法，其特征在于，所述划片为机械划片、激光划片或水导激光划片。
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