CN105762246B - 一种垂直结构发光二极管及其制作方法 - Google Patents

一种垂直结构发光二极管及其制作方法 Download PDF

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Abstract

一种垂直结构发光二极管及其制作方法，涉及发光二极管生产技术领域。在相邻的元胞之间的沟槽中，于其中一个元胞的N‑GaN层、量子阱层和P‑GaN层的同一侧蒸镀第二布拉格反射镜层；然后在沟槽中的ITO层、第一布拉格反射镜层和第二布拉格反射镜层及制有第二布拉格反射镜层的元胞的N‑GaN层的外表面制作形成金属层，使相邻的两个元胞形成串联；在各个串联的元胞的一个元胞的N‑GaN层上方制作N电极，在另一个无胞的ITO层上方制作P电极。本发明工艺简单、合理，方便制作，可以有效地提高电流的扩展能力，提高散热能力，增强光效，并在元胞侧壁形成DBR结构，可大大增强侧壁的光反射率，增强光效。

Description

一种垂直结构发光二极管及其制作方法
技术领域
本发明涉及发光二极管生产技术领域。
背景技术
现有工业化生产的高压芯片是由多个正装芯片排列组合形成的，目前的芯片大部分是横向结构，这种结构在通较大电流的情况下会存在电流堵塞，散热差的缺点，这也是导致高功率发光二极管光衰而不利于广泛应用的原因。
发明内容
本发明目的是提出一种能提高电流的扩展能力，增强光效，提高散热能力的垂直结构发光二极管。
本发明在衬底的一侧通过金属键合层连接布拉格反射镜层，在布拉格反射镜层的一侧通过刻蚀的沟槽分别设置至少两个元胞，各元胞分别由金属反射层、ITO层、P-GaN层、量子阱层和N-GaN层组成，所述各元胞的金属反射层、ITO层、P-GaN层、量子阱层和N-GaN层依次设置在布拉格反射镜层的同一侧；在所述元胞中的一个元胞的N-GaN层上设置N电极，在所述元胞中的另一个元胞的ITO层上设置P电极；每两个相邻的元胞之间通过中部设置在沟槽内的金属层相互串联，所述金属层的一端连接在该两个相邻的元胞中的一个元胞的ITO层上，所述金属层的另一端连接在该两个相邻的元胞中的另一个元胞的N-GaN层上，其特点是：在沟槽内的金属层与N-GaN层、量子阱层、P-GaN层之间分别设置侧向布拉格反射镜层，所述侧向布拉格反射镜层在沟槽内端与上述布拉格反射镜层相连。
本发明以上垂直结构的高压产品，可以有效地提高电流的扩展能力，提高散热能力，增强光效，并在元胞侧壁形成DBR结构，可大大增强侧壁的光反射率，增强光效。
本发明的另一目的是提出以上产品的制作工艺，包括以下步骤：
1）在一临时衬底的同侧依次外延生长形成N-GaN层、量子阱层和P-GaN层；
2）在P-GaN层表面制作形成ITO层，然后再制作形成金属反射层；
3）图形化地刻蚀掉部分金属反射层和ITO层，使各元胞之间以第一沟槽相互隔离；
4）在金属反射层表面和第一沟槽中蒸镀第一布拉格反射镜层；
5）剥离去除临时衬底和缓冲层，直至N-GaN层完全暴露，再在第一布拉格反射镜层的表面沉积金属键合层，然后将永久衬底键合在金属键合层一侧；
6）刻蚀去除各元胞之间的N-GaN层、量子阱层和P-GaN层，直至露出各元胞的部分ITO层和第一布拉格反射镜层，使各元胞之间以第二沟槽相互隔离；
7）在相邻的元胞之间的第二沟槽中，于其中一个元胞的N-GaN层、量子阱层和P-GaN层的同一侧蒸镀第二布拉格反射镜层；然后在第二沟槽中的ITO层、第一布拉格反射镜层和第二布拉格反射镜层及制有第二布拉格反射镜层的元胞的N-GaN层的外表面制作形成金属层，使相邻的两个元胞形成串联；
8）在各个串联的元胞的一个元胞的N-GaN层上方制作N电极，在另一个无胞的ITO层上方制作P电极。
本发明工艺简单、合理，方便制作，形成的产品良率高，稳定性好，与常规正装不同的工艺产品比较，本发明提高了电流的扩展及散热能力。
进一步地，本发明所述第二布拉格反射镜层的厚度为2000Å～3000Å。该厚度可以充分保护侧壁绝缘，亦可将侧壁光反射出去，极大程度避免光损失。
附图说明
图1至图6为本发明的制作过程图。
图7为本发明的一种结构示意图。
具体实施方式
一、制作工艺：
1、在一临时衬底1的同侧依次外延生长形成缓冲层2、N-GaN层3、量子阱层4和P-GaN层5。
2、在P-GaN层5表面采用SPUTTER工艺溅射一层厚度为600 Å～900Å的ITO层6，然后再蒸镀8000 Å～10000 Å的金属反射层7，制成的外延片如图1所示。
3、采用黄光光刻工艺，利用感应偶和等离子（ICP）图形化地刻蚀掉部分金属反射层和ITO层，使各元胞之间以第一沟槽相互隔离，结果如图2所示。
4、在金属反射层7表面和第一沟槽中蒸镀第一布拉格反射镜层（DBR）8，结果如图3所示。在金属反射层7表面蒸镀的DBR厚度大约在30000Å～50000Å。
5、采用激光剥离技术剥离去除临时衬底1和缓冲层2，直至N-GaN层3完全暴露，再在第一布拉格反射镜层8的表面沉积厚度为10000 Å的金属键合层9，然后采用晶圆键合的方式将永久衬底10键合在金属键合层9的一侧，结果如图4所示。可采用的永久衬底如硅等材料。
6、在N-GaN层的表面通过黄光工艺，通过调节刻蚀气体BCl3 和Cl2的比例，刻蚀去除各元胞之间的N-GaN层、量子阱层和P-GaN层，直至露出各元胞的部分ITO层7和第一布拉格反射镜层8，使各元胞之间以第二沟槽相互隔离，结果如图5所示。
7、在相邻的元胞之间的第二沟槽中，于其中一个元胞的N-GaN层、量子阱层和P-GaN层的同一侧蒸镀厚度大约为2000Å～3000Å的第二布拉格反射镜层11，结果如图6所示。
然后采用常规方法，在第二沟槽中的ITO层6、第一布拉格反射镜层8和第二布拉格反射镜层11及制有第二布拉格反射镜层11的元胞的N-GaN层3的外表面制作形成金属层12，使相邻的两个元胞形成串联。
8、采用常规方法，在各个串联的元胞的一个元胞的N-GaN层3上方制作N电极13，在另一个元胞的ITO层6上方制作P电极14。结果如图7所示。
二、产品结构特点：
如图7所示，在永久衬底10的一侧通过金属键合层9连接布拉格反射镜层8，在布拉格反射镜层8的一侧通过刻蚀的沟槽分别设置至少两个元胞，各元胞分别由金属反射层7、ITO层6、P-GaN层5、量子阱层4和N-GaN层3组成，各元胞的金属反射层7、ITO层6、P-GaN层5、量子阱层4和N-GaN层3依次设置在布拉格反射镜层8的同一侧。
在一个元胞的N-GaN层3上设置N电极13，在另一个元胞的ITO层6上设置P电极14。
每两个相邻的元胞之间通过中部设置在沟槽内的金属层12相互串联，金属层12的一端连接在该两个相邻的元胞中的一个元胞的ITO层6上，金属层12的另一端连接在该两个相邻的元胞中的另一个元胞的N-GaN层3上。
在沟槽内的金属层12与N-GaN层3、量子阱层4、P-GaN层5之间分别设置侧向布拉格反射镜层11，侧向布拉格反射镜层11在沟槽内端与布拉格反射镜层8相连。

Claims (3)

1.一种垂直结构发光二极管，在衬底的一侧通过金属键合层连接布拉格反射镜层，在布拉格反射镜层的一侧通过刻蚀的沟槽分别设置至少两个元胞，各元胞分别由金属反射层、ITO层、P-GaN层、量子阱层和N-GaN层组成，所述各元胞的金属反射层、ITO层、P-GaN层、量子阱层和N-GaN层依次设置在布拉格反射镜层的同一侧；在所述元胞中的一个元胞的N-GaN层上设置N电极，在所述元胞中的另一个元胞的ITO层上设置P电极；每两个相邻的元胞之间通过中部设置在沟槽内的金属层相互串联，所述金属层的一端连接在该两个相邻的元胞中的一个元胞的ITO层上，所述金属层的另一端连接在该两个相邻的元胞中的另一个元胞的N-GaN层上，其特征在于：在沟槽内的金属层与N-GaN层、量子阱层、P-GaN层之间分别设置侧向布拉格反射镜层，所述侧向布拉格反射镜层在沟槽内端与上述布拉格反射镜层相连。
2.一种如权利要求1所述垂直结构发光二极管的制作方法，包括以下步骤：
1）在一临时衬底的同侧依次外延生长形成缓冲层、N-GaN层、量子阱层和P-GaN层；
2）在P-GaN层表面制作形成ITO层，然后再制作形成金属反射层；
3）图形化地刻蚀掉部分金属反射层和ITO层，使各元胞之间以第一沟槽相互隔离；
4）在金属反射层表面和第一沟槽中蒸镀第一布拉格反射镜层；
5）剥离去除临时衬底和缓冲层，直至N-GaN层完全暴露，再在第一布拉格反射镜层的表面沉积金属键合层，然后将永久衬底键合在金属键合层一侧；
6）刻蚀去除各元胞之间的N-GaN层、量子阱层和P-GaN层，直至露出各元胞的部分ITO层和第一布拉格反射镜层，使各元胞之间以第二沟槽相互隔离；
7）将相邻元胞之间以金属层形成串联；
8）在串联的元胞组的一个元胞的N-GaN层上方制作N电极，在另一个元胞的ITO层上方制作P电极；
其特征在于：在步骤7）中，先在相邻的元胞之间的第二沟槽中，于其中一个元胞的N-GaN层、量子阱层和P-GaN层的同一侧蒸镀第二布拉格反射镜层；再在第二沟槽中的ITO层、第一布拉格反射镜层和第二布拉格反射镜层及制有第二布拉格反射镜层的元胞的N-GaN层的外表面制作形成金属层。
3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于所述第二布拉格反射镜层的厚度为2000Å～3000Å。
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