CN102104233A - 一种高反射率的垂直结构发光二极管芯片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高反射率的垂直结构发光二极管芯片，该芯片为单电极结构，包含分布布拉格反射层一DBR，欧姆接触层，低热阻的散热基板，极大的提高出光效率，改善器件的散热能力；制备方法是：首先在衬底上生长外延层，其中外延层包括缓冲层，N型层，多量子阱层以及P型层，P型层图形制作，制作反射层和欧姆接触电极，散热基板的绑定层制作，散热基板与P型层的绑定，蓝宝石衬底的去除，N电极制作，对基板进行减薄，蒸镀金属层形成P电极，圆片测试，划片，分选。本发明制作的芯片能够有效增加光输出，改善芯片的散热能力，提供稳定的光输出功率，实现高流明效率的应用。

Description

一种高反射率的垂直结构发光二极管芯片及其制备方法
技术领域
本发明涉及芯片，尤其是高反射率的垂直结构发光二极管芯片及其制备方法。
背景技术
发光二极管是一种高效率的将电能转化为光能的半导体发光器件，是21世纪最有前景的光源之一。发光二极管一般是通过直接带隙半导体的载流子本征跃迁发光，具有极高的光电转换效率，即高的内量子效率，目前蓝光芯片的内量子效率可以做到90％以上。为了实现高效率的照明，当前关键是提高出光效率，即提高外量子效率。传统的双电极发光二极管是P/N电极都在同一面，缩小了发光区面积，且芯片的散热能力差，难以获得更广泛的应用。
产业界实现了垂直结构的芯片生产，如CREE公司在碳化硅(SiC)上制作单电极的芯片应用于照明领域。对于蓝宝石衬底制作的垂直结构发光二极管芯片，关键是蓝宝石衬底的移除和P型层反光层的制作。现有情况下，通过激光剥离蓝宝石衬底或者机械研磨结合刻蚀都可以去除蓝宝石，使用镍银(NiAg)做为P型层金属反光层，但实际上反射效果并没有理想中的那么高。其原因在于银(Ag)极易被氧化，对波长为460nm的光，氧化银(AgO)的反射效果只有银(Ag)的70％，这样通过镍银反射层，器件的实际出光效率并没有得到显著的提高，最终的出光效率提升也并不理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高反射率的垂直结构发光二极管芯片，该芯片提出结合分布布拉格反射层(DBR)和金属接触层来实现高出光效率，本发明的另一目的是提供该高反射率的垂直结构发光二极管芯片的制备方法。
本发明的技术方案为：一种高反射率的垂直结构发光二极管芯片，该芯片包括散热基板以及焊接其上的外延层，该外延层包含缓冲层，N型层，多量子阱层，P型层，P型层上有金属反射层，散热基板底部制作金属层作为P电极，N型层上制作N电极，芯片结构是单电极，包含低热阻的散热基板；P型层层叠高反射率的膜-分布布拉格发射层，同时能够形成欧姆接触电极。P型层上包含分布布拉格反射层(DBR)与欧姆接触金属层(如Ni/Ag/Ti/Au，Ni/Ag/Mo/Au，PdTiAu)。外延层的材料是氮化镓，包含缓冲层，N型层，多量子阱层以及P型层。散热基板可以使用金属铜，硅，或者陶瓷(如氮化铝)。其基板焊接层的可以使用Au/Sn或者Ti/Au或者Ti/Al/Au。
一种高反射率的垂直结构发光二极管芯片的制备方法，其步骤：首先是在衬底上生长外延层，其中外延层包括缓冲层，N型导电层，多量子阱层，P型导电层；外延层的刻穿，钝化层沉积，P型层的光反射层(DBR)蒸镀，P型层光刻，腐蚀，P型层欧姆接触层蒸镀，散热基板的金属层蒸镀，绑定基板与P型层，衬底去除，N电极制作，基板减薄，P电极制作，其特征在于：P型金属反射层的制作，P型层与基板的绑定，衬底的移除，N电极制作，基板减薄，P电极制作，形成单电极的芯片；对圆片进行测试，划片，分选。
本发明的优点在于：基于本发明制作的高反射率的反光层，能够实现极高的光反射效率，器件可以实现高流明效率。
本发明提出的发光二极管芯片的制作工艺，在传统制作工艺的条件下，增加了对GaN外延层进行刻穿，并对刻蚀侧壁制作钝化层保护，通过P型层反射层(DBR)与金属接触层反射，增加了光反射效率，减少了光在器件内的损耗，散热基板提供了热沉的通道，使大电流下能够提供稳定的光输出。
附图说明
图1为本发明高反射率的垂直结构发光二极管芯片在外延晶圆上经过外延层刻蚀和P型层反光层和欧姆接触层的晶圆剖面图；
图2为本发明高反射率的垂直结构发光二极管芯片外延晶圆与散热基板绑定之后的剖面图；
图3为本发明高反射率的垂直结构发光二极管芯片完成芯片制作，未进行切割的晶圆图。
具体实施方式
本发明实施例垂直结构的发光二极管芯片制备方法如下：
1、在衬底1上外延，依次生长缓冲层2，N型层3，多量子阱层4，P型层5；
2、通过光刻，干法刻蚀直到蓝宝石衬底(刻蚀深度在7um左右)；
3、沉积钝化层(二氧化硅)保护刻蚀侧壁；
4、蒸镀DBR反光层6
Figure BSA00000409328900021
5、DBR层光刻，腐蚀(形成30个直径在3～5um的小孔)，蒸镀欧姆接触层7(Ni/Ag/Ti/Au)；
6、散热基板8上蒸镀绑定金属层9(TiAlTiAu)；
7、绑定基板与LED圆片；
8、化学机械抛光与干法刻蚀结合的办法移除蓝宝石衬底，露出N型层；
9、将散热基板减薄，并蒸镀金属到基板上形成电极10；
10、钻石刀片切割散热基板，圆片测试，分选。
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
在蓝宝石衬底1上生长缓冲层2、氮化镓N型层3、多量子阱层4和氮化镓P型层5。光刻形成图形，干法刻蚀到蓝宝石衬底，刻蚀侧面沉积钝化层，蒸镀DBR反光层6，光刻，腐蚀DBR反光层6，蒸镀欧姆接触Ni/Ag/Ti/Au层7。同时，进行散热硅基板8的制作，蒸镀铝/钛/金层9到硅基板上，将硅基板的金属面与P型氮化镓金属面进行绑定(加热加压280℃)，绑定以后，采用化学机械抛光(CMP)结合刻蚀，移除蓝宝石衬底1，露出N型层3，蒸镀金属层10制作N电极，再对硅基板薄化到100um，基板背面再蒸镀金属层11，形成电极，最后对圆片进行划片、测试、分选。

Claims (6)

1.一种高反射率的垂直结构发光二极管芯片，该芯片包括散热基板以及焊接其上的外延层，该外延层包含缓冲层，N型层，多量子阱层，P型层，P型层上有金属反射层，散热基板底部制作金属层作为P电极，N型层上制作N电极，其特征在于：芯片结构是单电极，包含低热阻的散热基板；P型层层叠高反射率的膜-分布布拉格反射层，同时能够形成欧姆接触电极。
2.根据权利要求书1所述高反射率的垂直结构发光二极管芯片，其特征在于：P型层上包含分布布拉格反射层与欧姆接触金属层。
3.根据权利要求书1所述高反射率的垂直结构发光二极管芯片，其特征在于：外延层的材料是氮化镓。
4.根据权利要求书1所述高反射率的垂直结构发光二极管芯片，其特征在于：散热基板可以使用金属铜，硅，或者陶瓷。
5.根据权利要求书1所述高反射率的垂直结构发光二极管芯片，其特征在于：基板焊接层的可以使用Au/Sn或者Ti/Au或者Ti/Al/Au。
6.一种高反射率的垂直结构发光二极管芯片的制备方法，其步骤：首先是在衬底上生长外延层，其中外延层包括缓冲层，N型导电层，多量子阱层，P型导电层；外延层的刻穿，钝化层沉积，P型层的光反射层蒸镀，P型层光刻，腐蚀，P型层欧姆接触层蒸镀，散热基板的金属层蒸镀，绑定基板与P型层，衬底去除，N电极制作，基板减薄，P电极制作，P型金属反射层的制作，P型层与基板的绑定，衬底的移除，N电极制作，基板减薄，P电极制作，形成单电极的芯片；对圆片进行测试，划片，分选。
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