CN104576872A - 一种半导体发光二极管芯片及其制作方法 - Google Patents
一种半导体发光二极管芯片及其制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104576872A CN104576872A CN201310476571.8A CN201310476571A CN104576872A CN 104576872 A CN104576872 A CN 104576872A CN 201310476571 A CN201310476571 A CN 201310476571A CN 104576872 A CN104576872 A CN 104576872A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- type semiconductor
- semiconductor layer
- electrode
- type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 151
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 65
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 43
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 16
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims description 9
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 5
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 claims description 5
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 4
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- MRNHPUHPBOKKQT-UHFFFAOYSA-N indium;tin;hydrate Chemical compound O.[In].[Sn] MRNHPUHPBOKKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 7
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 abstract 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical group [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001128 Sn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001080 W alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 150000001844 chromium Chemical class 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JVPLOXQKFGYFMN-UHFFFAOYSA-N gold tin Chemical compound [Sn].[Au] JVPLOXQKFGYFMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical group [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 150000003608 titanium Chemical class 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
- H01L33/40—Materials therefor
- H01L33/42—Transparent materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0093—Wafer bonding; Removal of the growth substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
- H01L33/38—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape
- H01L33/382—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape the electrode extending partially in or entirely through the semiconductor body
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明涉及一种半导体发光二极管芯片及其制作方法。所述二极管芯片包括透明导电层、n型半导体层、活性层、p型半导体层、p型接触层、介质绝缘层、n型接触层、键合金属层、衬底；n型接触层通过贯穿其上部各层的通孔直达n型半导体层中或贯穿整个n型半导体层。所述二极管芯片的制备方法包括外延片的制备，将外延片键合到另一导电或绝缘衬底上，移除生长衬底，在n型半导体层表面制作透明导电层。由于采用透明导电层材料作为电流扩展层，降低n型半导体层的厚度或者掺杂浓度，有利于减少n型材料对光的吸收，提高了LED的光提取效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体发光二极管芯片及其制作方法，属于半导体发光二极管领域。
背景技术
近年来，发光二极管（Light emitting diode，简称LED）作为一种新型光源在社会生活各个领域得到广泛的应用，例如户外显示、仪表指示、一般照明等。
现有LED结构包括衬底110，p型半导体层111，活性层112，n型半导体层113，p电极114和n电极115，当在p电极114和n电极115之间施加电压时，电流从p电极114至n电极115，在活性层112进行电光转化。如图1所示。由于p、n电极位于芯片同一侧，导致芯片工作时，注入电流分布不均匀，影响LED的发光效率。另一种现有LED薄膜芯片，结构包括导电衬底120，p型半导体层121，活性层122，n型半导体层123，p型半导体层121和导电衬底120之间有一p型接触层126和一金属粘合层127。p电极124和n电极125位于芯片的两侧。当在p电极124和n电极125之间施加电压时，电流垂直注入活性层122，如图2所示。相对于图1的芯片，其电流分布均匀性得到一定提高。但是，当大电流通过时，越靠近n电极125的地方，流过的电流密度就越大，电流分布不均匀性越明显。上述现有芯片有一个共同点，就是均需要借助n型半导体层来进行电流的横向扩展。这就要求n型半导体层具有较大的厚度（一般超过2微米）以及较高的掺杂浓度（一般大于1E18每立方厘米）。这带来一个新的问题：n型半导体层对光的吸收。为了减少n型半导体的吸收，将n型半导体层减薄或者降低半导体的掺杂浓度。但单独采用这两种方法都会降低n型半导体的导电能力,进而导致芯片工作时电流分布不均匀，降低芯片发光效率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种半导体发光二极管芯片及其制作方法。
本发明的技术方案如下：
一种半导体发光二极管芯片，其结构从上往下依次包括透明导电层、n型半导体层、活性层、p型半导体层、p型接触层、介质绝缘层、键合金属层、导电衬底、n电极；其中，所述透明导电层材料在该半导体二极管芯片发射光的波段内的透过率超过90%；透明导电层是在生长n型半导体层的生长衬底去除之后沉积到n型半导体层上的；
在介质绝缘层与键合金属层之间设有n型接触层，n型接触层通过贯穿其上部各层的通孔直达n型半导体层中实现与n型半导体层接触，实现n电极和n半导体层的电气连接；或者所述通孔贯穿整个n型半导体层实现与透明导电层接触；
芯片表面有窗口，p电极位于窗口区域，p电极与p型接触层接触，实现p电极和p型半导体层的电气连接。
所述n型接触层上的通孔内表层沉积有n型接触层材料。
所述n型接触层上设有多个通孔。设计通孔数取决于芯片面积，进一步优选所述通孔之间的距离在50-200微米。所述通孔为圆形或方形的孔。通孔口径尽量地小以减少发光面积的缩减。
所述透明导电层的具有低电阻和高透过率的特点，替代或者辅助n型半导体层进行电流和横向扩展。优选的，所述透明导电层材料为氧化铟锡（ITO）或氧化锌，厚度为50～500纳米。
n型半导体层厚度减薄至0.5～1微米，比常规减少一半以上；n型半导体层的掺杂浓度为1E17～1E19每立方厘米，进一步优选为1E17～1E18每立方厘米，比常规减少一半以上。其他各层的厚度和掺杂均按现有技术即可。
根据本发明优选的，所述n型半导体层和/或p型半导体层为Al，Ga，In，N四元材料体系或Al，Ga，In，P四元材料体系。
根据本发明优选的，所述p型接触层为Ni、Ag、Al、Ti、Au、Pt之一或组合。
根据本发明优选的，所述n型接触层为Cr、Ni、Al、Au、Ge、Ti之一或组合。进一步优选的，所述n型接触层为金属叠层铬/金。
根据本发明优选的，所述介质绝缘层为氧化硅或者氮化硅或者氮氧化硅，厚度为0.1～1微米。
本发明采用常规外延生长半导体材料的方法：在生长衬底上依次外延生长n型半导体层、活性层、p型半导体层。其中n型半导体层的厚度减薄、掺杂浓度降低。结构与现有技术不同。
本发明提出一种半导体发光二极管芯片的制作方法，包括以下步骤：
（1）在生长衬底上依次外延生长n型半导体层、活性层、p型半导体层。
（2）通过干法或湿法蚀刻技术在外延层上制作多个通孔，通孔的深度达到n型半导体层或者完全穿透外延层达到生长衬底。
（3）依次制作p型接触层、介质绝缘层、n型接触层、键合金属层。通过晶圆键合技术将制得的外延晶片与另一导电衬底粘合。
（4）通过机械研磨、抛光、干法或者湿法蚀刻技术移除生长衬底，露出n型半导体层。通过干法蚀刻或者湿法蚀刻将n型半导体层减薄至0.5～1微米。
（5）在n型半导体层表面制作透明导电层。
（6）通过干法或湿法蚀刻技术在外延层生制作窗口，露出p型接触层，制备p电极与p型接触层连接。在导电衬底背面制备n电极。
（7）切割晶圆，制作成独立的发光芯片。
根据本发明优选的，所述导电衬底选自导电硅，锗，碳化硅或者金属衬底；金属衬底优选铜，镍，钨，或铜、镍、钨的合金。
如上述步骤（1）中生长的n型半导体层的厚度为0.5-1微米，上述步骤（4）中减薄n型半导体层的操作就可省去。
根据本发明，将半导体发光二极管芯片的导电衬底替换为绝缘衬底，构成另一种半导体发光二极管芯片结构。
一种绝缘衬底的半导体发光二极管芯片，其结构从上往下依次包括透明导电层、n型半导体层、活性层、p型半导体层、p型接触层、介质绝缘层、键合金属层、绝缘衬底；其中，所述透明导电层材料在该半导体二极管芯片发射光的波段内的透过率超过90%；透明导电层是在生长n型半导体层的生长衬底去除之后沉积到n型半导体层上的；
在介质绝缘层与键合金属层之间设有n型接触层，n型接触层通过贯穿其上部各层的通孔直达n型半导体层中实现与n型半导体层接触，或者所述通孔贯穿整个n型半导体层实现与透明导电层接触；
芯片表面有两个窗口，其中一个窗口为p电极窗口，p电极与p型接触层接触，实现p电极和p型半导体层的电气连接；另一个窗口为n电极窗口，在n型接触层上制作有n电极，实现n电极和n型半导体层的电气连接。优选的，p、n电极位于芯片同一侧。
上述绝缘衬底的半导体发光二极管芯片，其他技术特征与前述导电衬底的半导体发光二极管芯片相同。
根据上述绝缘衬底的半导体发光二极管芯片，本发明提出另一种半导体发光二极管芯片的制作方法，包括以下步骤：
1）在生长衬底上依次外延生长n型半导体层、活性层、p型半导体层。
2）通过干法或湿法蚀刻技术在外延层上制作多个通孔，通孔的深度达到n型半导体层或者完全穿透外延层达到生长衬底。
3）依次制作p型接触层、介质绝缘层、n型接触层、键合金属层。通过晶圆键合技术将制得的外延晶片与另一绝缘衬底粘合。
4）通过机械研磨、抛光、干法或者湿法蚀刻等技术移除生长衬底，露出n型半导体层。通过干法蚀刻或者湿法蚀刻将n型半导体层减薄至0.5～1微米。
5）在n型半导体层表面制作透明导电层。
6）通过干法或湿法蚀刻技术在外延层上制作两个窗口，分别露出n型接触层和p型接触层，在n型接触层上制备n电极，在p型接触层上制备p电极。p、n电极都位于绝缘衬底上方。
7）切割晶圆，制作成独立的发光芯片。
根据本发明优选的，所述绝缘衬底选自绝缘硅或者蓝宝石。
如上述步骤1）中生长的n型半导体层的厚度为0.5-1微米，上述步骤4）中减薄n型半导体层的操作就可省去。
本发明的有益效果：
本发明新结构LED通过透明导电层的具有低电阻和高透过率的特点，不全依赖n型半导体层进行横向电流扩展，采用透明导电材料实现了电流的横向扩展，这样便可以降低n型半导体层的厚度或者减少n型半导体层的掺杂浓度来减少n型半导体层对光的吸收，提高芯片的光提取效率。
本发明另外一个有益的效果是在相同的生长速率下，减少了外延生长n型半导体层的时间，降低了外延生长成本，提高了外延生长设备的利用效率。
本发明另外一个有益的效果是，减少了外延层的总厚度，减少了由于外延生长材料和衬底材料热适配导致的晶片翘曲，有利于大尺寸晶片的半导体平面化工艺的实施。
附图说明
图1、图2分别为现有LED芯片的简略剖面图。图1中：110、衬底；111、p型半导体层；112、活性层；113、n型半导体层；114、p电极；115、n电极。图2中：120、导电衬底；121、型半导体层；122、活性层；123、n型半导体层；124、p电极；125、n电极；126、p型接触层；127、金属粘合层。
图3A至图3H为本发明实施例1的发光二极管制作过程的截面示意图。
图4为实施例2制备的发光二极管的截面示意图。图5为实施例3制备的发光二极管的截面示意图。
图3A-图3H、图4，图5中：200、生长衬底；210、外延层；211、p型半导体层；212、活性层；213、n型半导体层；220、通孔；230、窗口，240、窗口；300、p型接触层；310、p电极；400、介质绝缘层；500、n型接触层；510、键合金属层；520、导电衬底；530、n电极；600、透明导电层。521、绝缘衬底。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但不限于此。
实施例1：
一种半导体发光二极管芯片，其结构从上往下依次为透明导电层600、n型半导体层213、活性层212、p型半导体层211、p型接触层300、介质绝缘层400、具有多个通孔的n型接触层500，键合金属层510、导电衬底520、n电极530。n型接触层500贯穿整个外延层210，与透明导电层600接触。芯片表面具有窗口230，p电极310位于窗口区域，p电极310与p型接触层300接触。所用n型半导体层、p型半导体层为氮化镓（GaN），活性层为铟镓氮（InGaN）材料。
制作方法，包括以下步骤，如图2A～2H所示：
第一步，如图3A所示，在生长衬底200上使用MOCVD方法生长外延层210，该外延层包括n型GaN层213，活性层InGaN212和p型GaN层211，生长衬底200为碳化硅；n型GaN的掺杂浓度为5E17每立方厘米，厚度为1微米。
第二步，如图3B所示，通过干法刻蚀的方法在外延层210上制作通孔220，通孔220贯穿整个外延层210。
第三步，如图3C所示，在p型半导体层211表面制备p型接触层300，p型接触层300为金属叠层银/铂
第四步，如图3D所示，沉积介质绝缘层400，其材料为二氧化硅，二氧化硅覆盖p型接触层300的表面和侧壁，以及通孔200位置的外延层的侧壁。在通孔底部无二氧化硅覆盖。
第五步，如图3E所示，在整个表面依次沉积n型接触层500和键合金属层510。n型接触层500为金属叠层铬/金键合金属层510为金锡合金，厚度为2微米。
以上得到的结构本领域称为外延晶片。
第六步，如图3F所示，通过晶圆键合技术，将上述步骤制得的外延晶片键合到导电硅衬底520上，并且通过机械研磨和干法刻蚀结合的方法去除生长衬底200，露出n型GaN层213，并通过干法蚀刻或者湿法蚀刻将n型GaN层减薄至0.5微米。
第七步，如图3G所示，在n型GaN层213表面沉积透明导电层600，其材料为氧化铟锡（ITO），厚度为
第八步，如图3H所示，通过干法蚀刻或者湿法蚀刻的方法在ITO表面制作窗口230，窗口穿透整个外延层210，露出p型接触层300。在窗口区域制作p电极310，在导电衬底520背面制备n电极530，电极材料都是金属叠层钛/金
第九步，切割晶圆，制作成独立的发光芯片。
本实施例的半导体发光二极管芯片，当电流进入n电极后，首先会进入导电性良好的n型接触层，通过各个通孔注入透明导电层里面，透明导电层实现了电流良好的横向扩展，n型GaN层也起到一定的电流横向扩展作用，最终电流在垂直方向上均匀的注入InGaN活性层，避免了电流拥挤效益导致的发光效率的降低。活性层发出的光在向上传输的过程中，薄的n型半导体层对光的吸收很少，有利于光的逸出，提高了芯片的出光效率。相对于同样规格的图2结构的现有芯片，本实施例的半导体发光二极管芯片光提取效率提高5%以上。
实施例2：
如实施例1所述，所不同的是，通孔220的深度仅到达n型半导体层中部，如图4所示。未贯穿整个外延层，n型接触层500与n型半导体层213接触。透明导电层材料为氧化锌（ZnO），厚度为
对比例：
芯片结构与图4所示，所不同的是，没有透明导电层600。
实施例2结构的芯片的光提取效率相比于对比例没有透明导电层的芯片的光提取效率提高8%，电压降低0.2V（芯片尺寸为1平方毫米规格，注入电流为350毫安）。
实施例3：
如实施例1所述，所不同的是的是将导电衬底520换为绝缘衬底521，绝缘衬底为蓝宝石，芯片表面有两个窗口，其中一个窗口230为p电极窗口，p电极与p型接触层接触，实现p电极和p型半导体层的电气连接；另一个窗口240为n电极窗口，在n型接触层上制作有n电极，实现n电极和n型半导体层的电气连接。p、n电极位于芯片同一侧。结构如图5所示。
制备方法：
第一步至第五步，与实施例1相同；
第六步，将外延片键合到绝缘衬底521上，并且通过机械研磨和干法刻蚀结合的方法去除衬底200。露出n型GaN层213并减薄至0.8微米。
第七步，与实施例1相同。
第八步，移除生长衬底之后，通过干法或湿法蚀刻技术在外延层上制作两个窗口230、240，分别露出n型接触层500和p型接触层300，在n型接触层500上制备n电极530，在p型接触层300上制备p电极310。p、n电极都位于绝缘衬底521上方。
第九步，同实施例1。
相对于同样规格的图1结构的现有芯片，本实施例的半导体发光二极管芯片的光提取效率提高10%以上。
Claims (10)
1.一种半导体发光二极管芯片，其结构从上往下依次包括透明导电层、n型半导体层、活性层、p型半导体层、p型接触层、介质绝缘层、键合金属层、导电衬底、n电极；其中，所述透明导电层材料在该半导体二极管芯片发射光的波段内的透过率超过90%；透明导电层是在生长n型半导体层的生长衬底去除之后沉积到n型半导体层上的；
在介质绝缘层与键合金属层之间设有n型接触层，n型接触层通过贯穿其上部各层的通孔直达n型半导体层中实现与n型半导体层接触，实现n电极和n半导体层的电气连接；或者所述通孔贯穿整个n型半导体层实现与透明导电层接触；
芯片表面有窗口，p电极位于窗口区域，p电极与p型接触层接触，实现p电极和p型半导体层的电气连接；
所述n型接触层上的通孔内表层沉积有n型接触层材料。
2.一种绝缘衬底的半导体发光二极管芯片，其结构从上往下依次包括透明导电层、n型半导体层、活性层、p型半导体层、p型接触层、介质绝缘层、键合金属层、绝缘衬底；其中，所述透明导电层材料在该半导体二极管芯片发射光的波段内的透过率超过90%；透明导电层是在生长n型半导体层的生长衬底去除之后沉积到n型半导体层上的；
在介质绝缘层与键合金属层之间设有n型接触层，n型接触层通过贯穿其上部各层的通孔直达n型半导体层中实现与n型半导体层接触，或者所述通孔贯穿整个n型半导体层实现与透明导电层接触；
芯片表面有两个窗口，其中一个窗口为p电极窗口，p电极与p型接触层接触，实现p电极和p型半导体层的电气连接；另一个窗口为n电极窗口，在n型接触层上制作有n电极，实现n电极和n型半导体层的电气连接。
3.如权利要求1或2所述的半导体发光二极管芯片，所述n型接触层上设有多个通孔，所述通孔之间的距离在50-200微米。
4.如权利要求1或2所述的半导体发光二极管芯片，所述透明导电层材料为氧化铟锡或氧化锌，厚度为50～500纳米。
5.如权利要求1或2所述的半导体发光二极管芯片，n型半导体层厚度减薄至0.5～1微米。
6.如权利要求1或2所述的半导体发光二极管芯片，n型半导体层的掺杂浓度为1E17～1E19每立方厘米。
7.如权利要求1或2所述的半导体发光二极管芯片，所述p型接触层为Ni、Ag、Al、Ti、Au、Pt之一或组合；n型接触层为Cr、Ni、Al、Au、Ge、Ti之一或组合。
8.如权利要求1或2所述的半导体发光二极管芯片，所述介质绝缘层为氧化硅或者氮化硅或者氮氧化硅，厚度为0.1～1微米。
9.如权利要求1所述的半导体发光二极管芯片的制作方法，包括以下步骤：
（1）在生长衬底上依次外延生长n型半导体层、活性层、p型半导体层；
（2）通过干法或湿法蚀刻技术在外延层上制作多个通孔，通孔的深度达到n型半导体层或者完全穿透外延层达到生长衬底；
（3）依次制作p型接触层、介质绝缘层、n型接触层、键合金属层；通过晶圆键合技术将外延晶片与另一导电衬底粘合；
（4）通过机械研磨、抛光、干法或者湿法蚀刻技术移除生长衬底，露出n型半导体层；通过干法蚀刻或者湿法蚀刻将n型半导体层减薄至0.5～1微米；
（5）在n型半导体层表面制作透明导电层；
（6）通过干法或湿法蚀刻技术在外延层生制作窗口，露出p型接触层，制备p电极与p型接触层连接；在导电衬底背面制备n电极；
（7）切割晶圆，制作成独立的发光芯片。
10.如权利要求2所述绝缘衬底的半导体发光二极管芯片的制作方法，包括以下步骤：
1）在生长衬底上依次外延生长n型半导体层、活性层、p型半导体层；
2）通过干法或湿法蚀刻技术在外延层上制作多个通孔，通孔的深度达到n型半导体层或者完全穿透外延层达到生长衬底；
3）依次制作p型接触层、介质绝缘层、n型接触层、键合金属层。通过晶圆键合技术将外延片与另一绝缘衬底粘合；
4）通过机械研磨、抛光、干法或者湿法蚀刻等技术移除生长衬底，露出n型半导体层；通过干法蚀刻或者湿法蚀刻将n型半导体层减薄至0.5～1微米；
5）在n型半导体层表面制作透明导电层；
6）通过干法或湿法蚀刻技术在外延层上制作两个窗口，分别露出n型接触层和p型接触层，在n型接触层上制备n电极，在p型接触层上制备p电极；p、n电极都位于绝缘衬底上方；
7）切割晶圆，制作成独立的发光芯片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310476571.8A CN104576872B (zh) | 2013-10-12 | 2013-10-12 | 一种半导体发光二极管芯片及其制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310476571.8A CN104576872B (zh) | 2013-10-12 | 2013-10-12 | 一种半导体发光二极管芯片及其制作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104576872A true CN104576872A (zh) | 2015-04-29 |
| CN104576872B CN104576872B (zh) | 2017-05-17 |
Family
ID=53092491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310476571.8A Active CN104576872B (zh) | 2013-10-12 | 2013-10-12 | 一种半导体发光二极管芯片及其制作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104576872B (zh) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106409997A (zh) * | 2016-11-23 | 2017-02-15 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | Led芯片及其形成方法 |
| CN107910406A (zh) * | 2017-11-03 | 2018-04-13 | 江苏新广联半导体有限公司 | 薄膜结构的led芯片及其制造方法 |
| CN108109534A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-06-01 | 友达光电股份有限公司 | 像素发光装置 |
| CN108389954A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-08-10 | 河源市众拓光电科技有限公司 | 一种超结构led芯片及其制备方法 |
| CN109671828A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-04-23 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制作方法 |
| CN109671810A (zh) * | 2017-10-16 | 2019-04-23 | 鼎元光电科技股份有限公司 | 无衬底的发光二极管及其制造方法 |
| CN109728137A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-05-07 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | Led衬底转移的方法以及垂直结构led芯片 |
| CN109994583A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-07-09 | 厦门乾照光电股份有限公司 | 一种大功率紫外发光二极管及其制作方法 |
| CN109994578A (zh) * | 2019-01-09 | 2019-07-09 | 南京邮电大学 | 垂直结构蓝光发光二极管及其制备方法 |
| CN110268534A (zh) * | 2017-01-12 | 2019-09-20 | 苏州晶湛半导体有限公司 | 半导体器件及其制造方法 |
| CN110265520A (zh) * | 2019-07-02 | 2019-09-20 | 华南理工大学 | 优化电流分布的嵌入式电极结构led芯片及其制备方法 |
| CN110731011A (zh) * | 2019-01-25 | 2020-01-24 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 一种发光二极管器件 |
| CN110768106A (zh) * | 2018-07-26 | 2020-02-07 | 山东华光光电子股份有限公司 | 一种激光二极管制备方法 |
| CN113421953A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-09-21 | 马鞍山杰生半导体有限公司 | 深紫外发光二极管及其制作方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6169294B1 (en) * | 1998-09-08 | 2001-01-02 | Epistar Co. | Inverted light emitting diode |
| CN101207172A (zh) * | 2007-11-30 | 2008-06-25 | 厦门三安电子有限公司 | 一种倒梯形微结构高亮度发光二极管及其制作方法 |
| CN101494268A (zh) * | 2008-11-24 | 2009-07-29 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 一种具有电流阻挡结构的垂直发光二极管的制作方法 |
-
2013
- 2013-10-12 CN CN201310476571.8A patent/CN104576872B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6169294B1 (en) * | 1998-09-08 | 2001-01-02 | Epistar Co. | Inverted light emitting diode |
| CN101207172A (zh) * | 2007-11-30 | 2008-06-25 | 厦门三安电子有限公司 | 一种倒梯形微结构高亮度发光二极管及其制作方法 |
| CN101494268A (zh) * | 2008-11-24 | 2009-07-29 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 一种具有电流阻挡结构的垂直发光二极管的制作方法 |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106409997A (zh) * | 2016-11-23 | 2017-02-15 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | Led芯片及其形成方法 |
| CN110268534B (zh) * | 2017-01-12 | 2022-07-12 | 苏州晶湛半导体有限公司 | 半导体器件及其制造方法 |
| CN110268534A (zh) * | 2017-01-12 | 2019-09-20 | 苏州晶湛半导体有限公司 | 半导体器件及其制造方法 |
| CN109671810A (zh) * | 2017-10-16 | 2019-04-23 | 鼎元光电科技股份有限公司 | 无衬底的发光二极管及其制造方法 |
| CN108109534A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-06-01 | 友达光电股份有限公司 | 像素发光装置 |
| CN108109534B (zh) * | 2017-10-31 | 2020-02-14 | 友达光电股份有限公司 | 像素发光装置 |
| CN107910406A (zh) * | 2017-11-03 | 2018-04-13 | 江苏新广联半导体有限公司 | 薄膜结构的led芯片及其制造方法 |
| CN108389954A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-08-10 | 河源市众拓光电科技有限公司 | 一种超结构led芯片及其制备方法 |
| CN108389954B (zh) * | 2018-01-11 | 2019-11-22 | 河源市众拓光电科技有限公司 | 一种超结构led芯片及其制备方法 |
| CN110768106A (zh) * | 2018-07-26 | 2020-02-07 | 山东华光光电子股份有限公司 | 一种激光二极管制备方法 |
| CN109671828A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-04-23 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制作方法 |
| CN109728137A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-05-07 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | Led衬底转移的方法以及垂直结构led芯片 |
| CN109994578A (zh) * | 2019-01-09 | 2019-07-09 | 南京邮电大学 | 垂直结构蓝光发光二极管及其制备方法 |
| WO2020151014A1 (zh) * | 2019-01-25 | 2020-07-30 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 一种发光二极管器件 |
| CN110731011A (zh) * | 2019-01-25 | 2020-01-24 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 一种发光二极管器件 |
| CN110731011B (zh) * | 2019-01-25 | 2023-08-22 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 一种发光二极管器件 |
| CN109994583A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-07-09 | 厦门乾照光电股份有限公司 | 一种大功率紫外发光二极管及其制作方法 |
| CN110265520A (zh) * | 2019-07-02 | 2019-09-20 | 华南理工大学 | 优化电流分布的嵌入式电极结构led芯片及其制备方法 |
| CN113421953A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-09-21 | 马鞍山杰生半导体有限公司 | 深紫外发光二极管及其制作方法 |
| CN113421953B (zh) * | 2021-06-24 | 2022-12-13 | 马鞍山杰生半导体有限公司 | 深紫外发光二极管及其制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104576872B (zh) | 2017-05-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104576872B (zh) | 一种半导体发光二极管芯片及其制作方法 | |
| CN102037575B (zh) | 发光元件及其制造方法 | |
| CN103117334B (zh) | 一种垂直结构GaN基发光二极管芯片及其制作方法 | |
| CN204792880U (zh) | 发光二极管 | |
| CN102509731B (zh) | 交流式垂直发光元件及其制作方法 | |
| TWI501418B (zh) | Quasi - vertical structure of light - emitting diodes | |
| CN101840967A (zh) | 铟镓铝氮半导体发光器件及其制备方法 | |
| CN113257972B (zh) | 一种硅基发光二极管结构及其制备方法 | |
| US20130062657A1 (en) | Light emitting diode structure and manufacturing method thereof | |
| CN103887384B (zh) | 一种具有反射和电流阻挡特性的发光元件及其制造方法 | |
| WO2009021416A1 (en) | Vertical light emitting diode and method of making a vertical light emitting diode using a stop layer | |
| CN103579447A (zh) | 一种倒装结构发光二极管及其制备方法 | |
| CN102751415B (zh) | 具有垂直结构的发光器件及其制造方法 | |
| CN103682010A (zh) | 一种led芯片及制备方法 | |
| CN101887938B (zh) | 发光二极管芯片及其制造方法 | |
| US20120080691A1 (en) | Light emitting diode and making method thereof | |
| CN100463241C (zh) | 准垂直混合式N型高掺杂GaN LED倒装芯片的制备方法 | |
| CN101937958B (zh) | 高光提取效率氮化镓基发光二极管的制备方法 | |
| CN102299226B (zh) | 一种垂直结构发光二极管及其制造方法 | |
| CN105336829A (zh) | 倒装发光二极管结构及其制作方法 | |
| KR20090116410A (ko) | 수직 전극구조를 갖는 발광소자 및 그 제조방법 | |
| CN111081835A (zh) | 一种led芯片及其制备方法 | |
| CN104638077A (zh) | 一种光输出增强的发光器件及其制备方法 | |
| CN102655195B (zh) | 发光二极管及其制造方法 | |
| CN101681877B (zh) | 准垂直结构发光二极管 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |