一種半導體發(fā)光二極管芯片及其制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種半導體發(fā)光二極管芯片及其制作方法，屬于半導體發(fā)光二極管領 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，發(fā)光二極管（Lightemittingdiode,簡稱LED)作為一種新型光源在社會 生活各個領域得到廣泛的應用，例如戶外顯示、儀表指示、一般照明等。
[0003] 現(xiàn)有LED結(jié)構(gòu)包括襯底110,p型半導體層111，活性層112,n型半導體層113,p 電極114和n電極115,當在p電極114和n電極115之間施加電壓時，電流從p電極114 至n電極115,在活性層112進行電光轉(zhuǎn)化。如圖1所示。由于p、n電極位于芯片同一側(cè)， 導致芯片工作時，注入電流分布不均勻，影響LED的發(fā)光效率。另一種現(xiàn)有LED薄膜芯片， 結(jié)構(gòu)包括導電襯底120，p型半導體層121，活性層122，n型半導體層123，p型半導體層121 和導電襯底120之間有一p型接觸層126和一金屬粘合層127。p電極124和n電極125位 于芯片的兩側(cè)。當在P電極124和n電極125之間施加電壓時，電流垂直注入活性層122， 如圖2所示。相對于圖1的芯片，其電流分布均勻性得到一定提高。但是，當大電流通過時， 越靠近n電極125的地方，流過的電流密度就越大，電流分布不均勻性越明顯。上述現(xiàn)有芯 片有一個共同點，就是均需要借助n型半導體層來進行電流的橫向擴展。這就要求n型半導 體層具有較大的厚度(一般超過2微米)以及較高的摻雜濃度(一般大于1E18每立方厘米)。 這帶來一個新的問題：n型半導體層對光的吸收。為了減少n型半導體的吸收，將n型半導 體層減薄或者降低半導體的摻雜濃度。但單獨采用這兩種方法都會降低n型半導體的導電 能力，進而導致芯片工作時電流分布不均勻，降低芯片發(fā)光效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種半導體發(fā)光二極管芯片及其制作方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] -種半導體發(fā)光二極管芯片，其結(jié)構(gòu)從上往下依次包括透明導電層、n型半導體 層、活性層、P型半導體層、P型接觸層、介質(zhì)絕緣層、鍵合金屬層、導電襯底、n電極；其中，所 述透明導電層材料在該半導體二極管芯片發(fā)射光的波段內(nèi)的透過率超過90%;透明導電層 是在生長n型半導體層的生長襯底去除之后沉積到n型半導體層上的；
[0007] 在介質(zhì)絕緣層與鍵合金屬層之間設有n型接觸層，n型接觸層通過貫穿其上部各 層的通孔直達n型半導體層中實現(xiàn)與n型半導體層接觸，實現(xiàn)n電極和n半導體層的電氣 連接；或者所述通孔貫穿整個n型半導體層實現(xiàn)與透明導電層接觸；
[0008] 芯片表面有窗口，p電極位于窗口區(qū)域，p電極與p型接觸層接觸，實現(xiàn)p電極和p 型半導體層的電氣連接。
[0009] 所述n型接觸層上的通孔內(nèi)表層沉積有n型接觸層材料。
[0010] 所述n型接觸層上設有多個通孔。設計通孔數(shù)取決于芯片面積，進一步優(yōu)選所述 通孔之間的距離在50-200微米。所述通孔為圓形或方形的孔。通孔口徑盡量地小以減少 發(fā)光面積的縮減。
[0011] 所述透明導電層的具有低電阻和高透過率的特點，替代或者輔助n型半導體層進 行電流和橫向擴展。優(yōu)選的，所述透明導電層材料為氧化銦錫（IT0)或氧化鋅，厚度為50? 500納米。
[0012] n型半導體層厚度減薄至0. 5?1微米，比常規(guī)減少一半以上；n型半導體層的摻 雜濃度為1E17?1E19每立方厘米，進一步優(yōu)選為1E17?1E18每立方厘米，比常規(guī)減少一 半以上。其他各層的厚度和摻雜均按現(xiàn)有技術(shù)即可。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述n型半導體層和/或p型半導體層為Al，Ga，In，N四元 材料體系或Al，Ga，In，P四元材料體系。
[0014]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述p型接觸層為Ni、Ag、Al、Ti、Au、Pt之一或組合。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述n型接觸層為Cr、Ni、Al、Au、Ge、Ti之一或組合。進一步 優(yōu)選的，所述n型接觸層為金屬疊層鉻/金。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述介質(zhì)絕緣層為氧化硅或者氮化硅或者氮氧化硅，厚度為 0. 1?1微米。
[0017]本發(fā)明采用常規(guī)外延生長半導體材料的方法：在生長襯底上依次外延生長n型半 導體層、活性層、P型半導體層。其中n型半導體層的厚度減薄、摻雜濃度降低。結(jié)構(gòu)與現(xiàn) 有技術(shù)不同。
[0018] 本發(fā)明提出一種半導體發(fā)光二極管芯片的制作方法，包括以下步驟：
[0019] (1)在生長襯底上依次外延生長n型半導體層、活性層、p型半導體層。
[0020] (2)通過干法或濕法蝕刻技術(shù)在外延層上制作多個通孔，通孔的深度達到n型半 導體層或者完全穿透外延層達到生長襯底。
[0021] (3 )依次制作p型接觸層、介質(zhì)絕緣層、n型接觸層、鍵合金屬層。通過晶圓鍵合技 術(shù)將制得的外延晶片與另一導電襯底粘合。
[0022] (4)通過機械研磨、拋光、干法或者濕法蝕刻技術(shù)移除生長襯底，露出n型半導體 層。通過干法蝕刻或者濕法蝕刻將n型半導體層減薄至0. 5?1微米。
[0023] (5)在n型半導體層表面制作透明導電層。
[0024] (6)通過干法或濕法蝕刻技術(shù)在外延層生制作窗口，露出p型接觸層，制備p電極 與P型接觸層連接。在導電襯底背面制備n電極。
[0025] (7)切割晶圓，制作成獨立的發(fā)光芯片。
[0026]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述導電襯底選自導電硅，鍺，碳化硅或者金屬襯底；金屬襯 底優(yōu)選銅，鎳，鶴，或銅、鎳、鶴的合金。
[0027] 如上述步驟（1)中生長的n型半導體層的厚度為0.5-1微米，上述步驟（4)中減薄 n型半導體層的操作就可省去。
[0028]根據(jù)本發(fā)明，將半導體發(fā)光二極管芯片的導電襯底替換為絕緣襯底，構(gòu)成另一種 半導體發(fā)光二極管芯片結(jié)構(gòu)。
[0029] -種絕緣襯底的半導體發(fā)光二極管芯片，其結(jié)構(gòu)從上往下依次包括透明導電層、n 型半導體層、活性層、P型半導體層、P型接觸層、介質(zhì)絕緣層、鍵合金屬層、絕緣襯底；其中， 所述透明導電層材料在該半導體二極管芯片發(fā)射光的波段內(nèi)的透過率超過90%;透明導電 層是在生長n型半導體層的生長襯底去除之后沉積到n型半導體層上的；
[0030] 在介質(zhì)絕緣層與鍵合金屬層之間設有n型接觸層，n型接觸層通過貫穿其上部各 層的通孔直達n型半導體層中實現(xiàn)與n型半導體層接觸，或者所述通孔貫穿整個n型半導 體層實現(xiàn)與透明導電層接觸；
[0031] 芯片表面有兩個窗口，其中一個窗口為p電極窗口，p電極與p型接觸層接觸，實 現(xiàn)P電極和P型半導體層的電氣連接；另一個窗口為n電極窗口，在n型接觸層上制作有n 電極，實現(xiàn)n電極和n型半導體層的電氣連接。優(yōu)選的，p、n電極位于芯片同一側(cè)。
[0032] 上述絕緣襯底的半導體發(fā)光二極管芯片，其他技術(shù)特征與前述導電襯底的半導體 發(fā)光二極管芯片相同。
[0033] 根據(jù)上述絕緣襯底的半導體發(fā)光二極管芯片，本發(fā)明提出另一種半導體發(fā)光二極 管芯片的制作方法，包括以下步驟：
[0034] 1)在生長襯底上依次外延生長n型半導體層、活性層、p型半導體層。
[0035] 2)通過干法或濕法蝕刻技術(shù)在外延層上制作多個通孔，通孔的深度達到n型半導 體層或者完全穿透外延層達到生長襯底。
[0036] 3)依次制作p型接觸層、介質(zhì)絕緣層、n型接觸層、鍵合金屬層。通過晶圓鍵合技 術(shù)將制得的外延晶片與另一絕緣襯底粘合。
[0037] 4)通過機械研磨、拋光、干法或者濕法蝕刻等技術(shù)移除生長襯底，露出n型半導體 層。通過干法蝕刻或者濕法蝕刻將n型半導體層減薄至0. 5?1微米。
[0038] 5)在n型半導體層表面制作透明導電層。
[0039]6)通過干法或濕法蝕刻技術(shù)在外延層上制作兩個窗口，分別露出n型接觸層和p 型接觸層，在n型接觸層上制備n電極，在p型接觸層上制備p電極。p、n電極都位于絕緣 襯底上方。
[0040] 7)切割晶圓，制作成獨立的發(fā)光芯片。
[0041] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述絕緣襯底選自絕緣硅或者藍寶石。
[0042] 如上述步驟1)中生長的n型半導體層的厚度為0. 5-1微米，上述步驟4)中減薄 n型半導體層的操作就可省去。
[0043] 本發(fā)明的有益效果：
[0044] 本發(fā)明新結(jié)構(gòu)LED通過透明導電層的具有低電阻和高透過率的特點，不全依賴n 型半導體層進行橫向電流擴展，采用透明導電材料實現(xiàn)了電流的橫向擴展，這樣便可以降 低n型半導體層的厚度或者減少n型半導體層的摻雜濃度來減少n型半導體層對光的吸 收，提_芯片的光提取效率。
[0045] 本發(fā)明另外一個有益的效果是在相同的生長速率下，減少了外延生長n型半導體 層的時間，降低了外延生長成本，提高了外延生長設備的利用效率。
[0046] 本發(fā)明另外一個有益的效果是，減少了外延層的總厚度，減少了由于外延生長材 料和襯底材料熱適配導致的晶片翹曲，有利于大尺寸晶片的半導體平面化工藝的實施。
【附圖說明】
[0047] 圖1、圖2分別為現(xiàn)有LED芯片的簡略剖面圖。圖1中：110、襯底；111、p型半導 體層；112、活性層；113、n型半導體層；114、p電極；115、n電極。圖2中：120、導電襯底； 121、型半導體層；122、活性層；123、n型半導體層；124、p電極；125、n電極；126、p型接觸 層；127、金屬粘合層。
[0048] 圖3A至圖3H為本發(fā)明實施例1的發(fā)光二極管制作過程的截面示意圖。
[0049] 圖4為實施例2制備的發(fā)光二極管的截面示意圖。圖5為實施例3制備的發(fā)光二 極管的截面示意圖。
[0050] 圖3A-圖3H、圖4,圖5中：200、生長襯底；210、外延層；211、p型半導體層；212、 活性層；213、n型半導體層；220、通孔；230、窗口，240、窗口；300、p型接觸層；310、p電極； 400、介質(zhì)絕緣層；500、n型接觸層；510、鍵合金屬層；520、導電襯底；530、n電極；600、透明 導電層。521、絕緣襯底。
【具體實施方式】
[0051] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明，但不限于此。
[0052] 實施例1 :
[0053] -種半導體發(fā)光二極管芯片，其結(jié)構(gòu)從上往下依次為透明導電層600、n型半