CN104064641B - 通孔垂直型led的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种通孔垂直型LED的制作方法，在形成N电极和P电极之前，采用通孔技术，在所述键合衬底、连接层和外延层内形成通孔，通孔暴露出N‑GaN或透明导电薄膜，接着在通孔侧壁以及键合衬底部分表面形成钝化层，接着在通孔内以及钝化层表面形成N电极，并在键合衬底上形成P电极，N电极与N‑GaN或透明导电薄膜相连，从而通过通孔将N电极从键合衬底引出，减少了N电极对出光面出光的阻挡，提高了外量子效率，同时，将N电极形成在键合衬底表面，后续采用回流焊的封装方式，无需采用打线工艺进行封装，因此，避免了打线对外延层的损伤，减少封装工艺的金线成本。
Description
技术领域
本发明涉及LED制作领域，尤其涉及一种通孔垂直型LED的制作方法。
背景技术
近年来，对于大功率照明发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)的研究已经成为趋势，然而传统同侧结构的LED芯片存在电流拥挤、电压过高和散热难等缺点，很难满足大功率的需求，而垂直型LED芯片不仅可以有效地解决大电流注入下的拥挤效应，还可以缓解大电流注入所引起的内量子效率降低，改善垂直型LED芯片的光电性能。GaN基垂直结构的LED具有散热好，能够承载大电流，发光强度高，耗电量小、寿命长等优点，在通用照明、景观照明、特种照明、汽车照明中被广泛应用。
目前垂直型LED芯片的制备工艺主要为，在衬底上(一般为蓝宝石材料)生长GaN在该GaN基外延层上制作接触层和金属反光镜层，然后采用电镀或基板键合(Wafer bonding)的方式制作导热性能良好的导热基板，同时也作为GaN基外延层的新衬底，再通过激光剥离的方法使蓝宝石衬底和GaN基外延层分离，外延层转移到金属基板上，这样使得LED芯片的散热性能会更好，之后再形成N电极。
具体的，请参考图1，图1为现有技术中垂直型LED芯片的结构示意图；所述结构包括依次连接的P电极10、P型GaN20、量子阱30、N型GaN40以及N电极50，其中，所述P电极10形成于所述P型GaN20上，N电极50形成于所述N型GaN40上，且两者位于LED芯片的两个不同面。此种垂直型LED芯片出光面为N型GaN40。由于N型GaN40面N电极50的存在，会阻挡部分光的出射，因此降低了外量子效率。
目前，在蓝宝石衬底上生长外延层后制作垂直型LED通常采用激光剥离(LLO)技术将原有的蓝宝石衬底剥离，外延层转移至导热性及导电性更好的Si或WCu衬底上。由于垂直型LED芯片激光剥离后，N型GaN40薄膜比较薄，在对N电极40进行封装打线时很容易造成N型GaN40出现暗裂或是其它损伤，从而导致LED芯片的良品率比较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通孔垂直型LED的制作方法，减少N电极对光的阻挡，提高了外量子效率，增加发光亮度，并且避免打线对外延层的损伤。
为了实现上述目的，本发明提出了一种通孔垂直型LED的制作方法，包括步骤：
提供生长衬底，在所述生长衬底依次上形成有外延层、连接层和键合衬底，所述外延层包括N-GaN、量子阱和P-GaN，所述P-GaN与所述连接层相连，所述量子阱形成于所述N-GaN和P-GaN之间；
去除所述生长衬底，暴露出所述N-GaN；
在所述N-GaN表面形成透明导电薄膜；
依次刻蚀所述键合衬底、连接层和外延层，形成通孔，所述通孔暴露出所述N-GaN或透明导电薄膜；
在所述通孔的侧壁和键合衬底的部分表面形成钝化层；
形成N电极和P电极，所述N电极形成在所述通孔中和钝化层的表面，与所述N-GaN或透明导电薄膜相连，所述P电极与所述键合衬底相连。
进一步的，所述生长衬底为Al2O3、Si或SiC。
进一步的，所述连接层依次包括电流扩展层、反射镜以及金属键合层，所述电流扩展层与所述P-GaN相连，所述反射镜位于所述电流扩展层和金属键合层之间。
进一步的，所述电流扩展层为ITO、ZnO或AZO。
进一步的，所述反射镜为Al、Ag或DBR。
进一步的，所述金属键合层为Au/Au合金或Au/Sn合金。
进一步的，所述键合衬底为Si、Cu、WCu或MoCu。
进一步的，采用激光或者化学机械抛光去除所述生长衬底。
进一步的，所述透明导电薄膜为ITO、ZnO或Ni/Au合金。
进一步的，所述钝化层为SiO2、SiN或TiN。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：在形成N电极和P电极之前，采用通孔技术，在所述键合衬底、连接层和外延层内形成通孔，通孔暴露出N-GaN或透明导电薄膜，接着在通孔侧壁以及键合衬底部分表面形成钝化层，接着在通孔内以及钝化层表面形成N电极，并在键合衬底上形成P电极，N电极与N-GaN或透明导电薄膜相连，从而通过通孔将N电极从键合衬底引出，减少了N电极对出光面出光的阻挡，提高了外量子效率，同时，将N电极形成在键合衬底表面，后续采用回流焊的封装方式，无需采用打线工艺进行封装，因此，避免了打线对外延层的损伤，减少封装工艺的金线成本。
附图说明
图1为现有技术中垂直型LED芯片的结构示意图；
图2为本发明一实施例中通孔垂直型LED的制作方法的流程图；
图3至图8为本发明一实施例中通孔垂直型LED制作过程中的剖面示意图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的通孔垂直型LED的制作方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关***或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图2，在本实施例中，提出了一种通孔垂直型LED的制作方法，包括步骤：
S100：提供生长衬底，在所述生长衬底依次上形成有外延层、连接层和键合衬底，所述外延层包括N-GaN、量子阱和P-GaN，所述P-GaN与所述连接层相连，所述量子阱形成于所述N-GaN和P-GaN之间；
S200：去除所述生长衬底，暴露出所述N-GaN；
S300：在所述N-GaN表面形成透明导电薄膜；
S400：依次刻蚀所述键合衬底、连接层和外延层，形成通孔，所述通孔暴露出所述N-GaN或透明导电薄膜；
S500：在所述通孔的侧壁和键合衬底的部分表面形成钝化层；
S600：形成N电极和P电极，所述N电极形成在所述通孔中和钝化层的表面，与所述N-GaN或透明导电薄膜相连，所述P电极与所述键合衬底相连。
具体的，请参考图3，在步骤S100中，所述生长衬底100通常为Al2O3衬底、Si衬底、SiC衬底或图形化衬底，在本实施例中，优选为Al2O3；在所述生长衬底100上形成有未掺杂层(图未示出)和外延层200，其中，所述外延层200包括依次形成的N-GaN、量子阱和P-GaN，所述未掺杂层与所述N-GaN相连。
请继续参考图3，所述连接层300依次包括电流扩展层、反射镜以及金属键合层，所述电流扩展层与所述P-GaN相连，所述反射镜位于所述电流扩展层和金属键合层之间；所述电流扩展层为ITO、ZnO或AZO，所述反射镜为Al、Ag或DBR(分布布拉格反射镜)，所述金属键合层为Au/Au合金或Au/Sn合金；所述键合衬底400为Si、Cu、WCu或MoCu。
请参考图4，在步骤S200中，采用激光或者化学机械抛光(CMP)去除所述生长衬底100，使所述外延层200的N-GaN暴露出。
请参考图5，在步骤S300中，在所述N-GaN表面形成透明导电薄膜(TCL)500，所述透明导电薄膜500为ITO、ZnO或Ni/Au合金。
请参考图6，在步骤S400中，依次刻蚀所述键合衬底400、连接层300和外延层200，形成通孔600，所述通孔600暴露出所述N-GaN或透明导电薄膜500，在本实施例中，采用干法(ICP)或者湿法刻蚀形成所述通孔600。
请参考图7，在所述通孔600的侧壁和键合衬底400的部分表面形成钝化层700，所述钝化层700暴露出所述N-GaN或透明导电薄膜500，同时暴露出大部分所述键合衬底400的表面，所述钝化层700为SiO2、SiN或TiN。
请参考图8，在步骤S600中，所述N电极820形成在所述通孔600中和钝化层700的表面，与所述N-GaN或透明导电薄膜500相连，但与所述键合衬底400、连接层300和外延层200通过所述钝化层700隔离，所述N-GaN占所述键合衬底400表面的比例较小；所述P电极810与所述键合衬底400相连，从而形成垂直型LED。
综上，在本发明实施例提供的通孔通孔垂直型LED的制作方法中，在形成N电极和P电极之前，采用通孔技术，在所述键合衬底、连接层和外延层内形成通孔，通孔暴露出N-GaN或透明导电薄膜，接着在通孔侧壁以及键合衬底部分表面形成钝化层，接着在通孔内以及钝化层表面形成N电极，并在键合衬底上形成P电极，N电极与N-GaN或透明导电薄膜相连，从而通过通孔将N电极从键合衬底引出，减少了N电极对出光面出光的阻挡，提高了外量子效率，同时，将N电极形成在键合衬底表面，后续采用回流焊的封装方式，无需采用打线工艺进行封装，因此，避免了打线对外延层的损伤，减少封装工艺的金线成本。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种通孔垂直型LED的制作方法，包括步骤：
提供生长衬底，在所述生长衬底依次上形成有外延层、连接层和键合衬底，所述外延层包括N-GaN、量子阱和P-GaN，所述P-GaN与所述连接层相连，所述量子阱形成于所述N-GaN和P-GaN之间；
去除所述生长衬底，暴露出所述N-GaN；
在所述N-GaN表面形成透明导电薄膜；
依次刻蚀所述键合衬底、连接层和外延层，形成通孔，所述通孔暴露出所述N-GaN或透明导电薄膜；
在所述通孔的侧壁和键合衬底的部分表面形成钝化层；
形成N电极和P电极，所述N电极形成在所述通孔中和钝化层的表面，与所述N-GaN或透明导电薄膜相连，所述P电极与所述键合衬底相连。
2.如权利要求1所述的通孔垂直型LED的制作方法，其特征在于，所述生长衬底为Al2O3、Si或SiC。
3.如权利要求1所述的通孔垂直型LED的制作方法，其特征在于，所述连接层依次包括电流扩展层、反射镜以及金属键合层，所述电流扩展层与所述P-GaN相连，所述反射镜位于所述电流扩展层和金属键合层之间。
4.如权利要求3所述的通孔垂直型LED的制作方法，其特征在于，所述电流扩展层为ITO、ZnO或AZO。
5.如权利要求3所述的通孔垂直型LED的制作方法，其特征在于，所述反射镜为Al、Ag或DBR。
6.如权利要求3所述的通孔垂直型LED的制作方法，其特征在于，所述金属键合层为Au/Au合金或Au/Sn合金。
7.如权利要求1所述的通孔垂直型LED的制作方法，其特征在于，所述键合衬底为Si、Cu、WCu或MoCu。
8.如权利要求1所述的通孔垂直型LED的制作方法，其特征在于，采用激光或者化学机械抛光去除所述生长衬底。
9.如权利要求1所述的通孔垂直型LED的制作方法，其特征在于，所述透明导电薄膜为ITO、ZnO或Ni/Au合金。
10.如权利要求1所述的通孔垂直型LED的制作方法，其特征在于，所述钝化层为SiO2、SiN或TiN。
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20180427 Termination date: 20200704 |