倒装发光二极管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种倒装发光二极管结构及其制作方法，通过分别在生长衬底的两面进行外延生长n型氮化镓基半导体层和氮化镓基发光外延叠层，利用晶圆键合技术或电镀技术将氮化镓基发光外延叠层黏结到半导体或金属基板上，以n型氮化镓基半导体层为出光面，并在其上制作光萃取结构，从而提高倒装发光二极管的取光效率、散热功能及产品良率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种倒装发光二极管的制备方法，尤其是一种具有光萃取结构的。
技术介绍
随着高功率LED的大量开发，大家逐渐把目标重点转向倒装发光二极管(n-sideup)的开发。倒装式芯片的封装之所以可以达到高发光效率，主要在于将发光二极管外延结构置于下方，利用金属材料封装在基板上，所以能够有效 率的把发光二极管内的热量排除，可用于照明用的大电流、大型元件。半导体层不同界面均存在对光不同程度的反射和吸收。例如GaN系折射率较高，其在LED元件结晶内部发出的光并没有全部透出而是在内部产生反射，最终被材料所吸收产生热量。为了提高取光效率，针对出光表面的粗化方法被运用到芯片结构当中并得到较好的效果。如图I所示为一种常规的覆晶式发光二极管，其包括支撑基板150 ;由n-GaN层121、发光层122、p-GaN层123构成的氮化镓基发光外延叠层120，通过p、n电极130、131及金属焊盘140、141粘附在支撑基板(submount)150上。该结构采用基于衬底转移的薄膜器件技术，在蓝宝石衬底上通过MOCVD沉积III族氮化物薄膜，然后把III族氮化物薄膜通过晶圆键合技术或电镀技术黏结到半导体或金属基板上，再把蓝宝石衬底用激光剥离方法去除。为了提高取光效率，一般会在蓝宝石衬底被去除后露出的n-GaN表面上形成粗化的表面110。采用该方案需要先去除蓝宝石衬底，而移除蓝宝石衬底工艺复杂，且容易损坏发光外延叠层。如图2所示为另一种常规的覆晶式发光二极管，其与图I所示的LED器件的区别在于没有移除蓝宝石衬底，而是直接在蓝宝石衬底背面制作粗化结构。然而，蓝宝石衬底非常坚硬，不易在其表面上粗化处理。
技术实现思路
本专利技术提供了一种倒装发光二极管结构及其制作方法，通过分别在生长衬底的两面进行外延生长n型氮化镓基半导体层和氮化镓基发光外延叠层，利用晶圆键合技术或电镀技术将氮化镓基发光外延叠层黏结到半导体或金属基板上，以n型氮化镓基半导体层为出光面，并在其上制作光萃取结构，从而提高倒装发光二极管的取光效率、散热功能及产品良率。根据本专利技术的第一个方面，一种倒装发光二极管，包括透光性生长衬底，具有第一、第二两个主表面；n型氮化镓基半导体层，形成于所述生长衬底的第一表面上，其表面制作有光萃取结构；氮化镓基发光外延叠层，形成于所述生长衬底的第二表面上；支撑基板，形成于所述氮化镓基发光外延叠层上。在一些实施例中，所述透光性生长衬底为蓝宝石生长衬底。在一些实施例中，所述n型氮化镓基半导体层大于或等于1000A，其折射系数大于透光性生长衬底折射系数，材料可选用GaN、AlGaN或InGaN。在一些实施例中，所述n型氮化镓基半导体层上的光萃取结构为不规则排列的须状体或规则排列多边形柱状体。 根据本专利技术的第二个方面，倒装发光二极管的制备方法，包括步骤I)提供一透光性生长衬底，其具有第一、第二两个主表面；2)在所述生长衬底的第一表面上形成n型氮化镓基半导体层，并在其表面上制作光萃取结构；3)在所述生长衬底的第二表面上生长氮化镓基发光外延叠层；4)提供一支撑基板，将其与上述生长氮化镓基发光外延叠层连结。在一些实施例中，所述生长衬底为双面抛光蓝宝石衬底。在一些实施例中，所述步骤2)通过下面方法制作光萃取结构在加温的碱性溶液中蚀刻n型氮化镓基半导体层形成粗化的表面。 在一些实施例中，所述氮化镓基发光外延叠层依次包括n型半导体层、发光层和p型半导体层。所述步骤4)包括分别在所述氮化镓基发光外延叠层的n型半导体层、p型半导体层上制作n、p电极；提供一支撑基板，在其上形成金属焊盘；采用共晶键合的方式，将n、P电极与所述基板上的金属焊盘相接合，构成覆晶式发光二极管。在一些实施例中，所述氮化镓基发光外延叠层依次包括n型半导体层、发光层和p型半导体层。所述步骤4)包括在p型半导体层上制作金属键合层；提供一支撑基板，采用共晶键合的方式将P型半导体层与所述基板相接合；在所述n型氮化镓基半导体层制作n电极，使其与所述氮化镓基发光外延叠层的n型半导体层形成电连接，构成垂直式发光二极管。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明图I为现有的倒装发光二极管的结构示意图，其移除蓝宝石衬底，在露出的n-GaN层表面制作粗化结构。图2为现有的倒装发光二极管的结构示意图，其在蓝宝石衬底表面制作粗化结构。图3为根据本专利技术实施的一种覆晶式发光二极管芯片的结构示意图。图4 图10为图3所示覆晶式发光二极管芯片制备过程的截面示意图。图11为根据本专利技术实施的一种垂直式发光二极管芯片的结构示意图。图12 图15为图11所示垂直式发光二极管芯片制备过程的截面示意图。图中各标号表不 200, 300,400 :生长衬底(substrate)； 120，220，320，420 :氮化镓基发光外延叠层； 110，210 :粗化表面； 310.410n型氮化镓基半导体层； 311.411:光萃取结构；121.221.321.421n-GaN层； 122.222.322.422:发光层；123，223，323，423 p-GaN层；130，230，330 p 电极；131,231,331 n 电极； 431:导电通道； 432n电极； 140，141，240，241，340，341 :金属焊盘； 440 :金属键合层； 150,250,350,450 支撑基板(Submount)。具体实施例方式下面将结合示意图对本专利技术的LED器件结构及其制备方法进行更详细的描述，其中表示了本专利技术的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本专利技术，而仍然实现本专利技术的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本专利技术的限制。以下各实施例公开了一种倒装发光二极管及其制作方法，其通过分别在生长衬底的两面进行外延生长n型氮化镓基半导体层和氮化镓基发光外延叠层，利用晶圆键合技术或电镀技术将氮化镓基发光外延叠层黏结到半导体或金属基板上，以n型氮化镓基半导体层为出光面，并在其上制作光萃取结构，从而提高倒装发光二极管的取光效率、散热功能及产品良率。下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。实施例一 图3所示为一种具有光萃取结构的覆晶式发光二极管，其自下而上包括支撑基板350，金属焊盘 340、341，p、n 电极 330、331，由 n_GaN 层 321、发光层 322、p-GaN 层 323 构成的氮化镓基发光外延叠层320，生长衬底300、具有光萃取结构311的n型GaN基半导体层310。支撑基板350可选用散热性较佳的材料，如陶瓷、Si片等材料。在支撑基板350上分布有金属焊盘340、341，用于与p、n电极接合,材料选自Au、Sn、Ag、Ni中的一种或其组合。P电极与P-GaN层323连接，其为反射性电极，可由多层结构组成，至少包括Ni和Ag。n电极与n-GaN层321连接，材料为Cr、Pt、Au、Al、Ti、Ni的一种或其组合。氮化镓基发光外延叠层320并不仅限于n-GaN层3本文档来自技高网...

【技术保护点】
倒装发光二极管，包括：透光性生长衬底，具有第一、第二两个主表面；n型氮化镓基半导体层，形成于所述生长衬底的第一表面上，其表面制作有光萃取结构；氮化镓基发光外延叠层，形成于所述生长衬底的第二表面上；支撑基板，形成于所述氮化镓基发光外延叠层上。

【技术特征摘要】
1.倒装发光二极管，包括 透光性生长衬底，具有第一、第二两个主表面； n型氮化镓基半导体层，形成于所述生长衬底的第一表面上，其表面制作有光萃取结构； 氮化镓基发光外延叠层，形成于所述生长衬底的第二表面上； 支撑基板，形成于所述氮化镓基发光外延叠层上。2.根据权利要求I所述的发光二极管，其特征在于所述n型氮化镓基半导体层大于或等于ioooA。3.根据权利要求I所述的发光二极管，其特征在于所述n型氮化镓基半导体层折射系数大于透光性生长衬底折射系数。4.根据权利要求I所述的发光二极管，其特征在于所述n型氮化镓基半导体层的材料选用 GaN、AlGaN 或 InGaN。5.根据权利要求5所述的发光二极管，其特征在于所述光萃取结构为不规则排列的须状体或规则排列多边形柱状体。6.倒装发光二极管的制备方法，包括步骤 1)提供一透光性生长衬底，其具有第一、第二两个主表面； 2)在所述生长衬底的第一表面上形成n型氮化镓基半导体层，并在其表面上制作光萃取结构； 3)在所述生长衬底的第二表面上生长氮化镓基发光外延叠层； 4)提供一支撑基板，将其与上述生长氮化镓基发光外...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴厚润，
申请(专利权)人：厦门市三安光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：