一种半导体发光二极管芯片及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种半导体发光二极管芯片及其制作方法，属于半导体发光二极管领 域。
【背景技术】
[0002] 近年来，发光二极管（Lightemittingdiode,简称LED)作为一种新型光源在社会 生活各个领域得到广泛的应用，例如户外显示、仪表指示、一般照明等。
[0003] 现有LED结构包括衬底110,p型半导体层111，活性层112,n型半导体层113,p 电极114和n电极115,当在p电极114和n电极115之间施加电压时，电流从p电极114 至n电极115,在活性层112进行电光转化。如图1所示。由于p、n电极位于芯片同一侧， 导致芯片工作时，注入电流分布不均匀，影响LED的发光效率。另一种现有LED薄膜芯片， 结构包括导电衬底120，p型半导体层121，活性层122，n型半导体层123，p型半导体层121 和导电衬底120之间有一p型接触层126和一金属粘合层127。p电极124和n电极125位 于芯片的两侧。当在P电极124和n电极125之间施加电压时，电流垂直注入活性层122， 如图2所示。相对于图1的芯片，其电流分布均匀性得到一定提高。但是，当大电流通过时， 越靠近n电极125的地方，流过的电流密度就越大，电流分布不均匀性越明显。上述现有芯 片有一个共同点，就是均需要借助n型半导体层来进行电流的横向扩展。这就要求n型半导 体层具有较大的厚度(一般超过2微米)以及较高的掺杂浓度(一般大于1E18每立方厘米)。 这带来一个新的问题：n型半导体层对光的吸收。为了减少n型半导体的吸收，将n型半导 体层减薄或者降低半导体的掺杂浓度。但单独采用这两种方法都会降低n型半导体的导电 能力，进而导致芯片工作时电流分布不均匀，降低芯片发光效率。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本发明提供一种半导体发光二极管芯片及其制作方法。
[0005] 本发明的技术方案如下：
[0006] -种半导体发光二极管芯片，其结构从上往下依次包括透明导电层、n型半导体 层、活性层、P型半导体层、P型接触层、介质绝缘层、键合金属层、导电衬底、n电极；其中，所 述透明导电层材料在该半导体二极管芯片发射光的波段内的透过率超过90%;透明导电层 是在生长n型半导体层的生长衬底去除之后沉积到n型半导体层上的；
[0007] 在介质绝缘层与键合金属层之间设有n型接触层，n型接触层通过贯穿其上部各 层的通孔直达n型半导体层中实现与n型半导体层接触，实现n电极和n半导体层的电气 连接；或者所述通孔贯穿整个n型半导体层实现与透明导电层接触；
[0008] 芯片表面有窗口，p电极位于窗口区域，p电极与p型接触层接触，实现p电极和p 型半导体层的电气连接。
[0009] 所述n型接触层上的通孔内表层沉积有n型接触层材料。
[0010] 所述n型接触层上设有多个通孔。设计通孔数取决于芯片面积，进一步优选所述 通孔之间的距离在50-200微米。所述通孔为圆形或方形的孔。通孔口径尽量地小以减少 发光面积的缩减。
[0011] 所述透明导电层的具有低电阻和高透过率的特点，替代或者辅助n型半导体层进 行电流和横向扩展。优选的，所述透明导电层材料为氧化铟锡（IT0)或氧化锌，厚度为50? 500纳米。
[0012] n型半导体层厚度减薄至0. 5?1微米，比常规减少一半以上；n型半导体层的掺 杂浓度为1E17?1E19每立方厘米，进一步优选为1E17?1E18每立方厘米，比常规减少一 半以上。其他各层的厚度和掺杂均按现有技术即可。
[0013] 根据本发明优选的，所述n型半导体层和/或p型半导体层为Al，Ga，In，N四元 材料体系或Al，Ga，In，P四元材料体系。
[0014]根据本发明优选的，所述p型接触层为Ni、Ag、Al、Ti、Au、Pt之一或组合。
[0015] 根据本发明优选的，所述n型接触层为Cr、Ni、Al、Au、Ge、Ti之一或组合。进一步 优选的，所述n型接触层为金属叠层铬/金。
[0016] 根据本发明优选的，所述介质绝缘层为氧化硅或者氮化硅或者氮氧化硅，厚度为 0. 1?1微米。
[0017]本发明采用常规外延生长半导体材料的方法：在生长衬底上依次外延生长n型半 导体层、活性层、P型半导体层。其中n型半导体层的厚度减薄、掺杂浓度降低。结构与现 有技术不同。
[0018] 本发明提出一种半导体发光二极管芯片的制作方法，包括以下步骤：
[0019] (1)在生长衬底上依次外延生长n型半导体层、活性层、p型半导体层。
[0020] (2)通过干法或湿法蚀刻技术在外延层上制作多个通孔，通孔的深度达到n型半 导体层或者完全穿透外延层达到生长衬底。
[0021] (3 )依次制作p型接触层、介质绝缘层、n型接触层、键合金属层。通过晶圆键合技 术将制得的外延晶片与另一导电衬底粘合。
[0022] (4)通过机械研磨、抛光、干法或者湿法蚀刻技术移除生长衬底，露出n型半导体 层。通过干法蚀刻或者湿法蚀刻将n型半导体层减薄至0. 5?1微米。
[0023] (5)在n型半导体层表面制作透明导电层。
[0024] (6)通过干法或湿法蚀刻技术在外延层生制作窗口，露出p型接触层，制备p电极 与P型接触层连接。在导电衬底背面制备n电极。
[0025] (7)切割晶圆，制作成独立的发光芯片。
[0026]根据本发明优选的，所述导电衬底选自导电硅，锗，碳化硅或者金属衬底；金属衬 底优选铜，镍，鹤，或铜、镍、鹤的合金。
[0027] 如上述步骤（1)中生长的n型半导体层的厚度为0.5-1微米，上述步骤（4)中减薄 n型半导体层的操作就可省去。
[0028]根据本发明，将半导体发光二极管芯片的导电衬底替换为绝缘衬底，构成另一种 半导体发光二极管芯片结构。
[0029] -种绝缘衬底的半导体发光二极管芯片，其结构从上往下依次包括透明导电层、n 型半导体层、活性层、P型半导体层、P型接触层、介质绝缘层、键合金属层、绝缘衬底；其中， 所述透明导电层材料在该半导体二极管芯片发射光的波段内的透过率超过90%;透明导电 层是在生长n型半导体层的生长衬底去除之后沉积到n型半导体层上的；
[0030] 在介质绝缘层与键合金属层之间设有n型接触层，n型接触层通过贯穿其上部各 层的通孔直达n型半导体层中实现与n型半导体层接触，或者所述通孔贯穿整个n型半导 体层实现与透明导电层接触；
[0031] 芯片表面有两个窗口，其中一个窗口为p电极窗口，p电极与p型接触层接触，实 现P电极和P型半导体层的电气连接；另一个窗口为n电极窗口，在n型接触层上制作有n 电极，实现n电极和n型半导体层的电气连接。优选的，p、n电极位于芯片同一侧。
[0032] 上述绝缘衬底的半导体发光二极管芯片，其他技术特征与前述导电衬底的半导体 发光二极管芯片相同。
[0033] 根据上述绝缘衬底的半导体发光二极管芯片，本发明提出另一种半导体发光二极 管芯片的制作方法，包括以下步骤：
[0034] 1)在生长衬底上依次外延生长n型半导体层、活性层、p型半导体层。
[0035] 2)通过干法或湿法蚀刻技术在外延层上制作多个通孔，通孔的深度达到n型半导 体层或者完全穿透外延层达到生长衬底。
[0036] 3)依次制作p型接触层、介质绝缘层、n型接触层、键合金属层。通过晶圆键合技 术将制得的外延晶片与另一绝缘衬底粘合。
[0037] 4)通过机械研磨、抛光、干法或者湿法蚀刻等技术移除生长衬底，露出n型半导体 层。通过干法蚀刻或者湿法蚀刻将n型半导体层减薄至0. 5?1微米。
[0038] 5)在n型半导体层表面制作透明导电层。
[0039]6)通过干法或湿法蚀刻技术在外延层上制作两个窗口，分别露出n型接触层和p 型接触层，在n型接触层上制备n电极，在p型接触层上制备p电极。p、n电极都位于绝缘 衬底上方。
[0040] 7)切割晶圆，制作成独立的发光芯片。
[0041] 根据本发明优选的，所述绝缘衬底选自绝缘硅或者蓝宝石。
[0042] 如上述步骤1)中生长的n型半导体层的厚度为0. 5-1微米，上述步骤4)中减薄 n型半导体层的操作就可省去。
[0043] 本发明的有益效果：
[0044] 本发明新结构LED通过透明导电层的具有低电阻和高透过率的特点，不全依赖n 型半导体层进行横向电流扩展，采用透明导电材料实现了电流的横向扩展，这样便可以降 低n型半导体层的厚度或者减少n型半导体层的掺杂浓度来减少n型半导体层对光的吸 收，提_芯片的光提取效率。
[0045] 本发明另外一个有益的效果是在相同的生长速率下，减少了外延生长n型半导体 层的时间，降低了外延生长成本，提高了外延生长设备的利用效率。
[0046] 本发明另外一个有益的效果是，减少了外延层的总厚度，减少了由于外延生长材 料和衬底材料热适配导致的晶片翘曲，有利于大尺寸晶片的半导体平面化工艺的实施。
【附图说明】
[0047] 图1、图2分别为现有LED芯片的简略剖面图。图1中：110、衬底；111、p型半导 体层；112、活性层；113、n型半导体层；114、p电极；115、n电极。图2中：120、导电衬底； 121、型半导体层；122、活性层；123、n型半导体层；124、p电极；125、n电极；126、p型接触 层；127、金属粘合层。
[0048] 图3A至图3H为本发明实施例1的发光二极管制作过程的截面示意图。
[0049] 图4为实施例2制备的发光二极管的截面示意图。图5为实施例3制备的发光二 极管的截面示意图。
[0050] 图3A-图3H、图4,图5中：200、生长衬底；210、外延层；211、p型半导体层；212、 活性层；213、n型半导体层；220、通孔；230、窗口，240、窗口；300、p型接触层；310、p电极； 400、介质绝缘层；500、n型接触层；510、键合金属层；520、导电衬底；530、n电极；600、透明 导电层。521、绝缘衬底。
【具体实施方式】
[0051] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但不限于此。
[0052] 实施例1 :
[0053] -种半导体发光二极管芯片，其结构从上往下依次为透明导电层600、n型半