CN102299226B - 一种垂直结构发光二极管及其制造方法 - Google Patents
一种垂直结构发光二极管及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102299226B CN102299226B CN201010209367.6A CN201010209367A CN102299226B CN 102299226 B CN102299226 B CN 102299226B CN 201010209367 A CN201010209367 A CN 201010209367A CN 102299226 B CN102299226 B CN 102299226B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- thick film
- electrode
- semiconductor
- vertical structure
- substrate
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 77
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 53
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 39
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 7
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 claims description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 abstract description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 29
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 15
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 5
- 238000013517 stratification Methods 0.000 description 5
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- CHPZKNULDCNCBW-UHFFFAOYSA-N gallium nitrate Chemical compound [Ga+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O CHPZKNULDCNCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 aluminium silver Chemical compound 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 229940044658 gallium nitrate Drugs 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical group [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003760 hair shine Effects 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 210000004877 mucosa Anatomy 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 230000003319 supportive effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种垂直结构的发光二极管及其制造方法。该二极管结构包括N电极、位于N电极之上的半导体厚膜、位于半导体厚膜之上的半导体外延层以及位于半导体外延层之上的P电极。该结构以P型半导体层为出光面，相比同侧电极结构，增加了出光面积，提高了出光效率。其制造方法利用了临时键合技术和厚膜技术，通过临时衬底作支撑研磨去除生长衬底，与通常的垂直结构工艺相比，减少了激光剥离工艺对GaN的损伤，同时减少了激光剥离工艺中由于键合工艺不均匀等问题引起的碎片现象，提高了垂直结构芯片的良品率。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管的结构及其制造方法，尤其是指一种垂直结构的发光二极管及其制造方法。
背景技术
发光二极管具有体积小、效率高和寿命长等优点，在交通指示、户外全色显示等领域有着广泛的应用。尤其是利用大功率发光二极管可能实现半导体固态照明，引起人类照明史的革命，从而逐渐成为目前电子学领域的研究热点。LED的光提取效率是指出射到器件外可供利用的光子与外延片的有源区由电子空穴复合所产生的光子的比例。在传统LED器件中，由于衬底吸收、电极阻挡、出光面的全反射等因素的存在，光提取效率通常不到10％，绝大部分光子被限制在器件内部无法出射而转变成热，成为影响器件可靠性的不良因素。为提高光提取效率，使得器件体内产生的光子更多地发射到体外，并改善器件内部热特性，经过多年的研究和实践，人们已经提出了多种光提取效率提高的方法，比如电流分布与电流扩展结构、芯片形状几何化结构、表面微结构等。
通常LED的芯片结构为在蓝宝石等衬底上依次外延了N型半导体层、有源层、P型半导体层的构造。另外，在P型半导体层上配置有P电极，在N型半导体层上配置有N电极。最终的芯片可以是正装结构、倒装结构、垂直结构等。其中，传统的垂直结构如图1所示，垂直结构LED的两个电极分别在有源层的上下两侧，电流几乎全部垂直流过氮化镓基外延层，没有横向流动的电流。因此，电阻降低，没有电流拥塞，电流分布均匀，充分利用发光层的材料，电流产生的热量减小，电压降低，抗静电能力提高。其传统的制造工艺包括下述步骤：在蓝宝石衬底上生长一中间媒介层和氮化镓基外延层(依次包括N型半导体层、有源层、P型半导体层，等)，在氮化镓基P型半导体层上键合一导电支持衬底，该导电支持衬底的另一面层叠P电极。利用激光照射在中间媒介层上，氮化镓分解，蓝宝石衬底和氮化镓基外延层分离，即激光剥离，然后制造N电极完成芯片结构的制作。然而，剥离蓝宝石衬底的工艺往往比较复杂，不利于生产上良品率的提高。
如何突破现有技术进一步提高出光率、提高芯片良品率仍然是本领域技术人员亟待解决的技术课题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种新型的垂直结构发光二极管及其制造方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种垂直结构发光二极管，包括：N电极、位于所述N电极之上的半导体厚膜、位于所述半导体厚膜之上的半导体外延层、位于所述半导体外延层之上的P电极；
所述半导体外延层至少包括N型半导体层、位于所述N型半导体层之上的有源层，以及位于所述有源层之上的P型半导体层；
所述半导体厚膜是由生长衬底外延生长而得的GaN基半导体材料，其厚度为70-150μm。
其中，在所述P电极与所述半导体外延层之间还设有电流扩散层。在所述N电极与所述半导体厚膜之间设有N型反射层。
一种上述垂直结构发光二极管的制造方法，包括如下步骤：
步骤一、在生长衬底上生长一层半导体厚膜，再在所述半导体厚膜上生长半导体外延层，该半导体外延层至少包括N型半导体层、位于所述N型半导体层之上的有源层，以及位于所述有源层之上的P型半导体层；
步骤二、在所述P型半导体层之上制作P电极；
步骤三、利用临时键合技术在所述P电极上键合临时衬底；
步骤四、研磨去掉生长衬底直至露出所述半导体厚膜；
步骤五、在露出的所述半导体厚膜表面制作N电极；
步骤六、利用解键合技术去除P电极上的临时衬底。
其中，所述半导体厚膜的厚度为70-150μm，材料可以是GaN。所述临时衬底具有耐高温，耐酸碱腐蚀的特性，优先选用衬底为Si衬底、陶瓷衬底或玻璃衬底等。
步骤一中，利用金属有机化学气相沉积、分子束外延或等离子体化学气相沉积法生长所述半导体厚膜。在步骤二中，可先在P型GaN层之上制备电流扩散层，再制作P电极。在步骤五中，可先在露出的半导体厚膜表面制备N型反射层，再制作N电极，使P型半导体层为出光面。解键合后，还需要清洗键合面处的残留赃物。
作为本发明的优选方案，可以在步骤一生长半导体厚膜之前，先对生长衬底进行划片，将其划分为多个单元；或者在步骤二制作P电极之前先进行划片，划至生长衬底，将半导体外延层及半导体厚膜划分成独立的单元。
本发明的有益效果在于：
本发明以P型半导体层为出光面，相比正常的同侧结构电极，增加了出光面积，提高了出光效率，与通常的垂直结构工艺相比，减少了激光剥离工艺对GaN的损伤，同时减少了激光剥离工艺中由于键合工艺不均匀等问题引起的碎片现象，提高了垂直结构芯片的良品率；本发明利用正划技术，先将蓝宝石衬底划分成独立单元，(所述独立单元的大小与最终芯片的大小相同)再做厚膜生长及外延生长，降低了厚膜生长及外延生长过程中的膜层应力，减少了外延生长过程中的厚膜或外延层由于应力的原因导致裂片或翘曲；该正划工艺可以在生长厚膜前也可以在制作P电极前，优先的可以在生长厚膜前或生长外延层前；本发明利用临时键合技术，在研磨去除蓝宝石衬底前，先将芯片键合在临时衬底上，在研磨过程中减少了由于厚膜生长导致的整个膜层应力比较大，在研磨过程中，芯片容易翘曲或裂片现象。
附图说明
图1是背景技术中传统的垂直结构发光二极管的示意图。
图2-7是本发明方法的各步骤示意图，其中图7即为本发明垂直结构发光二极管的示意图。
具体实施方式
请参看图2至图7，具体说明本发明垂直结构发光二极管制造方法的实施过程：
步骤一、在生长衬底上生长一层半导体厚膜，再在所述半导体厚膜上生长半导体外延层，该半导体外延层至少包括N型半导体层、位于所述N型半导体层之上的有源层，以及位于所述有源层之上的P型半导体层，如图2所示。
其中，可采用化学气相沉积法(CVD)、等离子体化学气相沉积法(PECVD)、金属化合物气相沉积法(MOCVD)、分子束外延法(MBE)等方法生长半导体厚膜及半导体外延层。所述生长衬底为Si衬底、SiC衬底或蓝宝石衬底，本实施例中优选蓝宝石衬底。控制生长的半导体厚膜厚度为70-150μm，符合目前正常芯片的厚度要求，其材料可以是GaN，所述N型半导体层优选为N型GaN层，P型半导体层优选为P型GaN层，有源层优选为GaN基量子阱层。
步骤二、在所述P型半导体层之上制作P电极，如图3所示。此时，可先在P型GaN层之上制备电流扩散层，再制作P电极。电流扩散层的材料为ITO材料，能够起到电流扩散的作用。
步骤三、利用临时键合技术在所述P电极上键合临时衬底，如图4所示。其中，所述临时衬底为Si衬底、陶瓷衬底或玻璃衬底等，起支撑作用，本实施例选取Si衬底。通常临时键合技术需要在临时衬底和器件晶圆之间涂覆中间材料如粘合剂等，然后在高温真空环境中键合；临时键合后，可对该晶圆叠层进行背面加工(减薄、蚀刻、金属化等)，最后通过解键合技术将加工后的器件晶圆从临时衬底上剥离下来。
步骤四、研磨去掉生长衬底直至露出所述半导体厚膜，如图5所示。
步骤五、在露出的所述半导体厚膜表面制作N电极，如图6所示。此时，可先在露出的半导体厚膜表面制备N型反射层，再制作N电极，使P型GaN面为出光面。N型反射层为Ag或Al或铝银合金材料，电极为金或合金材料。
步骤六、利用解键合技术去除P电极上的临时衬底，如图7所示。解键合后，还需要清洗键合面处的残留赃物。最后得到的结构经切割、封装等后续工艺，可得到出光率较高的垂直结构的发光二极管芯片。
对于大尺寸的生长衬底，为了防止由于生长厚膜时，外延层的应力过大，造成在研磨工艺中，芯片容易裂片的现象，可以在步骤一生长半导体厚膜之前，先对生长衬底进行激光划片，将其划分为多个芯片单元，由于生长衬底上已形成了划道，GaN等半导体材料无法在划道上生长，所以无需刻蚀，可外延自发生长成被该划道向上延伸形成的深划道分隔的各个单体芯片结构。或者可以在步骤二制作P电极之前先进行激光划片，划至生长衬底，将半导体外延层及半导体厚膜划分成独立的单元，降低膜层的应力。
本发明中涉及的其他工艺条件为常规工艺条件，属于本领域技术人员熟悉的范畴，在此不再赘述。上述实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。任何不脱离本发明精神和范围的技术方案均应涵盖在本发明的专利申请范围当中。
Claims (4)
1.一种垂直结构发光二极管的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、在生长衬底上生长一层半导体厚膜，再在所述半导体厚膜上生长半导体外延层，该半导体外延层至少包括N型半导体层、位于所述N型半导体层之上的有源层，以及位于所述有源层之上的P型半导体层；
步骤二、在所述P型半导体层之上制作P电极；
步骤三、以粘合剂为中间材料，利用临时键合技术在所述P电极上键合临时衬底；所述临时衬底为Si衬底、陶瓷衬底或玻璃衬底；
步骤四、研磨去掉生长衬底直至露出所述半导体厚膜；
步骤五、在露出的所述半导体厚膜表面制作N电极；
步骤六、利用解键合技术去除P电极上的临时衬底；
在步骤一生长半导体厚膜之前，先对生长衬底进行划片，将其划分为多个单元。
2.根据权利要求1中所述垂直结构发光二极管的制造方法，其特征在于：所述半导体厚膜的厚度为70-150μm，材料是GaN。
3.根据权利要求1中所述垂直结构发光二极管的制造方法，其特征在于：步骤一中，利用金属有机化学气相沉积、分子束外延或等离子体化学气相沉积法生长所述半导体厚膜。
4.根据权利要求1中所述垂直结构发光二极管的制造方法，其特征在于：在步骤五中，先在露出的半导体厚膜表面制备N型反射层，再制作N电极。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201010209367.6A CN102299226B (zh) | 2010-06-24 | 2010-06-24 | 一种垂直结构发光二极管及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201010209367.6A CN102299226B (zh) | 2010-06-24 | 2010-06-24 | 一种垂直结构发光二极管及其制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102299226A CN102299226A (zh) | 2011-12-28 |
| CN102299226B true CN102299226B (zh) | 2014-04-30 |
Family
ID=45359514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201010209367.6A Expired - Fee Related CN102299226B (zh) | 2010-06-24 | 2010-06-24 | 一种垂直结构发光二极管及其制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102299226B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108550667B (zh) * | 2018-05-04 | 2020-06-09 | 天津三安光电有限公司 | 一种微型发光元件及其制作方法 |
| CN111463330B (zh) * | 2019-01-18 | 2022-07-29 | 成都辰显光电有限公司 | 微型发光二极管芯片及其制造方法与转移方法 |
| CN112750921B (zh) * | 2019-10-30 | 2022-03-11 | 山东浪潮华光光电子股份有限公司 | 一种砷化镓基led芯片的制作方法 |
| CN113658859B (zh) * | 2021-06-30 | 2023-09-12 | 中山大学 | 一种氮化镓功率器件的制备方法 |
| CN116207044B (zh) * | 2023-04-24 | 2023-07-21 | 苏州浪潮智能科技有限公司 | 一种氮化镓材料的激光剥离方法、设备及介质 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1521864A (zh) * | 2003-02-12 | 2004-08-18 | 财团法人工业技术研究院 | 发光二极管组件及其制造方法 |
| CN101090096A (zh) * | 2006-06-14 | 2007-12-19 | 日立电线株式会社 | 氮化物半导体自支撑衬底和氮化物半导体发光元件 |
| CN101552312A (zh) * | 2009-05-12 | 2009-10-07 | 上海蓝光科技有限公司 | 一种发光二极管芯片制作方法 |
| CN101661988A (zh) * | 2009-09-17 | 2010-03-03 | 上海蓝光科技有限公司 | 发光二极管芯片及其制造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI257723B (en) * | 2005-09-15 | 2006-07-01 | Epitech Technology Corp | Vertical light-emitting diode and method for manufacturing the same |
-
2010
- 2010-06-24 CN CN201010209367.6A patent/CN102299226B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1521864A (zh) * | 2003-02-12 | 2004-08-18 | 财团法人工业技术研究院 | 发光二极管组件及其制造方法 |
| CN101090096A (zh) * | 2006-06-14 | 2007-12-19 | 日立电线株式会社 | 氮化物半导体自支撑衬底和氮化物半导体发光元件 |
| CN101552312A (zh) * | 2009-05-12 | 2009-10-07 | 上海蓝光科技有限公司 | 一种发光二极管芯片制作方法 |
| CN101661988A (zh) * | 2009-09-17 | 2010-03-03 | 上海蓝光科技有限公司 | 发光二极管芯片及其制造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102299226A (zh) | 2011-12-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100394621C (zh) | 氮化镓基发光二极管芯片的制造方法 | |
| CN104576872B (zh) | 一种半导体发光二极管芯片及其制作方法 | |
| JP2019216254A (ja) | 光電素子及びその製造方法 | |
| US7943942B2 (en) | Semiconductor light-emitting device with double-sided passivation | |
| CN102037574B (zh) | 发光器件及其制造方法 | |
| CN103633200B (zh) | 利用硅衬底制备垂直结构氮化镓基发光二极管器件的方法 | |
| CN102315353A (zh) | 一种倒装集成发光二极管及其制备方法 | |
| CN102779911A (zh) | 一种垂直结构氮化镓基发光元件的制作方法 | |
| CN102299226B (zh) | 一种垂直结构发光二极管及其制造方法 | |
| CN103700736A (zh) | 一种氮化镓基外延膜的选区激光剥离方法 | |
| CN103441212B (zh) | Led芯片的制作工艺、led芯片结构及led封装结构 | |
| KR101428066B1 (ko) | 수직구조 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 및이의 제조 방법 | |
| CN104393140A (zh) | 一种高反射率的垂直结构发光二级管芯片及其制备方法 | |
| KR20100096927A (ko) | 발광소자의 제조방법 | |
| CN106299040A (zh) | 一种薄膜倒装发光组件的制作方法及其薄膜倒装发光组件 | |
| KR101211108B1 (ko) | 고전압 구동 발광다이오드 및 그 제조방법 | |
| CN102891223A (zh) | 形成复数个半导体发光装置的方法 | |
| CN102214743A (zh) | 氮化镓基发光二极管电流阻挡层的制作方法 | |
| KR20090106294A (ko) | 수직구조 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 및이의 제조 방법 | |
| CN103378220A (zh) | 一种高压发光二极管芯片及其制备方法 | |
| CN106057993B (zh) | 一种薄膜垂直发光组件及其制作方法 | |
| CN101246942B (zh) | 发光二极管和激光器制作方法及发光二极管和激光器 | |
| CN101281947B (zh) | 通过新结构提高出光效率的发光二极管芯片及其制造工艺 | |
| CN106098877A (zh) | 一种ZnO基倒装LED芯片及其制作方法 | |
| CN103474446B (zh) | 发光二极管阵列结构及其制造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140430 |