專利名稱：一種高反射率的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及芯片，尤其是高反射率的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片及其制備方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管是一種高效率的將電能轉(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體發(fā)光器件，是21世紀最 有前景的光源之一。發(fā)光二極管一般是通過直接帶隙半導(dǎo)體的載流子本征躍遷發(fā)光，具有 極高的光電轉(zhuǎn)換效率，即高的內(nèi)量子效率，目前藍光芯片的內(nèi)量子效率可以做到90%以上。 為了實現(xiàn)高效率的照明，當前關(guān)鍵是提高出光效率，即提高外量子效率。傳統(tǒng)的雙電極發(fā)光 二極管是P/N電極都在同一面，縮小了發(fā)光區(qū)面積，且芯片的散熱能力差，難以獲得更廣泛 的應(yīng)用。產(chǎn)業(yè)界實現(xiàn)了垂直結(jié)構(gòu)的芯片生產(chǎn)，如CREE公司在碳化硅(SiC)上制作單電極的 芯片應(yīng)用于照明領(lǐng)域。對于藍寶石襯底制作的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片，關(guān)鍵是藍寶石襯 底的移除和P型層反光層的制作。現(xiàn)有情況下，通過激光剝離藍寶石襯底或者機械研磨結(jié) 合刻蝕都可以去除藍寶石，使用鎳銀(NiAg)做為P型層金屬反光層，但實際上反射效果并 沒有理想中的那么高。其原因在于銀(Ag)極易被氧化，對波長為460nm的光，氧化銀(AgO) 的反射效果只有銀(Ag)的70%，這樣通過鎳銀反射層，器件的實際出光效率并沒有得到顯 著的提高，最終的出光效率提升也并不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高反射率的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片，該芯片提出結(jié) 合分布布拉格反射層(DBR)和金屬接觸層來實現(xiàn)高出光效率，本發(fā)明的另一目的是提供該 高反射率的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種高反射率的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片，該芯片包括散 熱基板以及焊接其上的外延層，該外延層包含緩沖層，N型層，多量子阱層，P型層，P型層上 有金屬反射層，散熱基板底部制作金屬層作為P電極，N型層上制作N電極，芯片結(jié)構(gòu)是單電 極，包含低熱阻的散熱基板；P型層層疊高反射率的膜-分布布拉格發(fā)射層，同時能夠形成 歐姆接觸電極。P型層上包含分布布拉格反射層(DBR)與歐姆接觸金屬層(如Ni/Ag/Ti/ Au, Ni/Ag/Mo/Au, PdTiAu)。外延層的材料是氮化鎵，包含緩沖層，N型層，多量子阱層以及 P型層。散熱基板可以使用金屬銅，硅，或者陶瓷(如氮化鋁)。其基板焊接層的可以使用 Au/Sn 或者 Ti/Au 或者 Ti/Al/Au。一種高反射率的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片的制備方法，其步驟首先是在襯底上 生長外延層，其中外延層包括緩沖層，N型導(dǎo)電層，多量子阱層，P型導(dǎo)電層；外延層的刻穿， 鈍化層沉積，P型層的光反射層(DBR)蒸鍍，P型層光刻，腐蝕，P型層歐姆接觸層蒸鍍，散熱 基板的金屬層蒸鍍，綁定基板與P型層，襯底去除，N電極制作，基板減薄，P電極制作，其特 征在于P型金屬反射層的制作，P型層與基板的綁定，襯底的移除，N電極制作，基板減薄， P電極制作，形成單電極的芯片；對圓片進行測試，劃片，分選。
本發(fā)明的優(yōu)點在于基于本發(fā)明制作的高反射率的反光層，能夠?qū)崿F(xiàn)極高的光反 射效率，器件可以實現(xiàn)高流明效率。本發(fā)明提出的發(fā)光二極管芯片的制作工藝，在傳統(tǒng)制作工藝的條件下，增加了對 GaN外延層進行刻穿，并對刻蝕側(cè)壁制作鈍化層保護，通過P型層反射層(DBR)與金屬接觸 層反射，增加了光反射效率，減少了光在器件內(nèi)的損耗，散熱基板提供了熱沉的通道，使大 電流下能夠提供穩(wěn)定的光輸出。


圖1為本發(fā)明高反射率的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片在外延晶圓上經(jīng)過外延層刻 蝕和P型層反光層和歐姆接觸層的晶圓剖面圖；圖2為本發(fā)明高反射率的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片外延晶圓與散熱基板綁定之 后的剖面圖；圖3為本發(fā)明高反射率的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片完成芯片制作，未進行切割的 晶圓圖。
具體實施例方式本發(fā)明實施例垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片制備方法如下1、在襯底1上外延，依次生長緩沖層2，N型層3，多量子阱層4，P型層5 ；2、通過光刻，干法刻蝕直到藍寶石襯底(刻蝕深度在7um左右)；3、沉積鈍化層(二氧化硅)保護刻蝕側(cè)壁；4、蒸鍍 DBR 反光層 6 ( Si025000 A +Ti02260 A + Si02550 A + Ti02260 A + Si02550 A);5、DBR層光亥lj，腐蝕(形成30個直徑在3 5um的小孔)，蒸鍍歐姆接觸層7 (Ni/ Ag/Ti/Au)；6、散熱基板8上蒸鍍綁定金屬層9 (TiAlTiAu)；7、綁定基板與LED圓片；8、化學(xué)機械拋光與干法刻蝕結(jié)合的辦法移除藍寶石襯底，露出N型層；9、將散熱基板減薄，并蒸鍍金屬到基板上形成電極10 ；10、鉆石刀片切割散熱基板，圓片測試，分選。以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明。在藍寶石襯底1上生長緩沖層2、氮化鎵N型層3、多量子阱層4和氮化鎵P型層 5。光刻形成圖形，干法刻蝕到藍寶石襯底，刻蝕側(cè)面沉積鈍化層，蒸鍍DBR反光層6，光刻， 腐蝕DBR反光層6，蒸鍍歐姆接觸M/Ag/Ti/Au層7。同時，進行散熱硅基板8的制作，蒸鍍 鋁/鈦/金層9到硅基板上，將硅基板的金屬面與P型氮化鎵金屬面進行綁定(加熱加壓 280°C)，綁定以后，采用化學(xué)機械拋光(CMP)結(jié)合刻蝕，移除藍寶石襯底1，露出N型層3，蒸 鍍金屬層10制作N電極，再對硅基板薄化到lOOum，基板背面再蒸鍍金屬層11，形成電極， 最后對圓片進行劃片、測試、分選。
權(quán)利要求
1.一種高反射率的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片，該芯片包括散熱基板以及焊接其上的外 延層，該外延層包含緩沖層，N型層，多量子阱層，P型層，P型層上有金屬反射層，散熱基板 底部制作金屬層作為P電極，N型層上制作N電極，其特征在于芯片結(jié)構(gòu)是單電極，包含低 熱阻的散熱基板；P型層層疊高反射率的膜-分布布拉格反射層，同時能夠形成歐姆接觸電 極。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述高反射率的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片，其特征在于P型層上 包含分布布拉格反射層與歐姆接觸金屬層。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述高反射率的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片，其特征在于外延層 的材料是氮化鎵。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述高反射率的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片，其特征在于散熱基 板可以使用金屬銅，硅，或者陶瓷。
5.根據(jù)權(quán)利要求書1所述高反射率的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片，其特征在于基板焊 接層的可以使用Au/Sn或者Ti/Au或者Ti/Al/Au。
6.一種高反射率的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片的制備方法，其步驟首先是在襯底上生 長外延層，其中外延層包括緩沖層，N型導(dǎo)電層，多量子阱層，P型導(dǎo)電層；外延層的刻穿，鈍 化層沉積，P型層的光反射層蒸鍍，P型層光刻，腐蝕，P型層歐姆接觸層蒸鍍，散熱基板的金 屬層蒸鍍，綁定基板與P型層，襯底去除，N電極制作，基板減薄，P電極制作，P型金屬反射 層的制作，P型層與基板的綁定，襯底的移除，N電極制作，基板減薄，P電極制作，形成單電 極的芯片；對圓片進行測試，劃片，分選。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高反射率的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片，該芯片為單電極結(jié)構(gòu)，包含分布布拉格反射層一DBR，歐姆接觸層，低熱阻的散熱基板，極大的提高出光效率，改善器件的散熱能力；制備方法是首先在襯底上生長外延層，其中外延層包括緩沖層，N型層，多量子阱層以及P型層，P型層圖形制作，制作反射層和歐姆接觸電極，散熱基板的綁定層制作，散熱基板與P型層的綁定，藍寶石襯底的去除，N電極制作，對基板進行減薄，蒸鍍金屬層形成P電極，圓片測試，劃片，分選。本發(fā)明制作的芯片能夠有效增加光輸出，改善芯片的散熱能力，提供穩(wěn)定的光輸出功率，實現(xiàn)高流明效率的應(yīng)用。
文檔編號H01S5/024GK102104233SQ201010621269
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者徐瑾, 黃輝 申請人:華燦光電股份有限公司