专利名称：一种倒装发光二极管及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管及其制作方法，更为具体地，涉及一种倒装发光二极管及其制作方法，可以提高发光二极管芯片的取光效率。
背景技术：
近年来，氮化镓基发光二极管的应用已从显示、指示、按键背光等领域逐步扩大到液晶背光和照明领域，发光效率也逐年攀升。为了提高发光二极管的驱动功率和发光效率， 一些厂商研发设计出基于衬底转移技术的薄膜(Thin-film)芯片结构，其中最有代表性就是垂直结构芯片，其做法一般是在蓝宝石等生长衬底上外延沉积氮化镓基发光材料，然后把发光材料层通过键合技术或电镀倒装黏结到半导体或金属基板等永久衬底上，再将生长衬底去除，随后可以通过湿法粗化氮极性的n-GaN呈金字塔状以大幅提高取光效率。另外， 通过在发光材料层与永久衬底之间插入一反射镜，可以将向下发射的反射从而更容易从正面取出。然而，垂直结构的薄膜芯片虽然可以获得金字塔状粗化表面，但其采用了反射衬底结构，所以几乎仅有正面一出光面，因外延层较薄芯片侧面的出光比例几乎可以忽略。相比于垂直芯片，传统的水平结构芯片为透明衬底结构，其至少包含正面和四个侧面出光面， 而且侧面的出光占较大的比例。如果能结合两者的优点，既是透明衬底结构，又能获得金字塔状的粗化表面，就能最大程度提高取光效率。然而，传统的基于透明衬底架构的水平结构芯片一般采用氧化铟锡(ITO)等透明导电层作为P型导电窗口，透明导电层的电阻率相对金属较高，横向传输电阻较大，大电流工作条件下电流扩展受限，因此需要在其上架设金属扩展电极，然而在发光区上架设金属扩展电极必然存在遮挡发光的问题，从而降低取光效率。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种倒装发光二极管及其制作方法，其采用基于衬底转移技术的薄膜芯片加透明衬底架构，并且通过将金属P电极隔离布置于非发光区，从而最大程度提高取光效率。根据实现上述目的的倒装发光二极管结构包括倒装薄膜发光元件和透明永久衬底，其中倒装薄膜发光元件包括发光外延层、透明导电层、隔离层、P电极和N电极；
发光外延层依次包括P型外延层、有源层和η型外延层，并且发光外延层包含ρ端面和 η端面两个主表面，以ρ端面为参考，发光外延层包括发光台面区域和非发光区域；
η型外延层具有两个主表面，第一主表面为出光面，第二主表面与有源层接触，N电极形成于非发光区域的η型外延层第二主表面上，隔离层形成于N电极和η型外延层之上，透明导电层形成于发光台面区域的P型外延层之上以及隔离层之上并且通过隔离层与N电极和η型外延层之间相互电绝缘，P电极形成于透明导电层之上并且被布置在非发光区域范围内；透明永久衬底与倒装薄膜发光元件的P端面通过透明连接层形成粘合。倒装发光二极管的制作方法，其步骤包括
1)在临时衬底上生长发光外延层，依次包括缓冲层、η型外延层、有源层和P型外延
层；
2)定义发光台面区域蚀刻部分区域的ρ型外延层和有源层，暴露出η型外延层，被蚀刻区域即为非发光区域；
3)在非发光区域的η型外延层之上制作N电极；
4)制作隔离层，覆盖非发光区域的N电极和η型外延层；
5)在发光台面区域的ρ型外延层之上和隔离层之上制作透明导电层；
6)在位于非发光区域范围内的透明导电层之上制作P电极；
7)将发光外延层与透明永久衬底通过透明连接层形成粘合；
8)去除临时衬底以及缓冲层，暴露出η型外延层表面；
9)蚀刻部分区域的η型外延层，暴露出部分N电极；
10)蚀刻部分区域的发光外延层和透明导电层，暴露出部分P电极。本发明的主要特征是在整合薄膜芯片和透明衬底两种结构设计的基础上，将金属扩展电极隔离嵌入芯片的非发光区域，从而避免电极吸光，最大程度发挥薄膜芯片和透明衬底两种结构在提高芯片取光方面的优势。在本发明中，出于器件封装焊线的考虑，可以通过蚀刻部分发光外延层以及透明导电层，暴露出部分P电极和N电极，以提供从η端面电接触倒装薄膜发光元件的焊接区。 为了提高取光效率，可以在去除临时衬底和缓冲层后，针对η型外延层进行湿法表面粗化。 另外，考虑到封装基板的反射率可能不够理想，可以在透明永久衬底背面加镀一反射层，以减少背面吸光，提高正面出光。
图1为本发明实例的倒装发光二极管的截面结构图。图2为本发明实例的倒装薄膜发光元件的截面结构图。图3至图8为本发明实例的倒装发光二极管制作过程的截面示意图。图中各组件符号说明 10蓝宝石生长衬底
11缓冲层
12n-GaN 层 13多量子阱有源层
14p-GaN 层
21N电极
22P电极
23ITO 层
24SiO2 层
30蓝宝石永久衬底31苯并环丁烯(BCB树脂) 32反射镜
100倒装薄膜发光元件 101发光外延层 110发光台面区域 120非发光区域。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。如图1所示，为本发明优选的一种倒装发光二极管结构的截面示意图，其结构包含倒装薄膜发光元件100 (如图2)和蓝宝石永久衬底30，并且倒装薄膜发光元件100和蓝宝石永久衬底30通过苯并环丁烯(BCB树脂)层31形成粘合。其中，倒装薄膜发光元件100 包括发光外延层101，发光外延层依次由n-GaN层12、多量子阱有源层13和ρ-GaN层14 堆叠而成，n-GaN层12和ρ-GaN层14居发光外延层101两端，以ρ端表面为参考面，发光外延层101包括发光台面区域110和非发光区域120。N电极21形成于非发光区域120的n-GaN层12之上，SW2层M作为隔离层形成于N电极21和n-GaN层12之上；ITO层23作为透明导电层形成于发光台面区域110的 P-GaN层14之上以及SW2隔离层24之上，并且通过SW2隔离层M与非发光区域120的 n-GaN层12和N电极21之间相互电绝缘；P电极22形成于非发光区域120范围内的ITO 层23之上。蓝宝石永久衬底30通过苯并环丁烯(BCB树脂)层31与倒装薄膜发光元件100的 P端面形成粘合。一反射镜层32形成于蓝宝石永久衬底30的背面。按照图1所示的优选实施例的倒装发光二极管的制作方法为
如图3所示，生长外延发光层，即以蓝宝石衬底10为生长衬底，采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在其上依次生长缓冲层11、n-GaN层12、多量子阱有源层13和ρ-GaN层 14。如图4所示，定义发光台面，即采用反应离子蚀刻(RIE)去除部分区域的多量子阱有源层13和ρ-GaN层14，暴露出非发光区域的n-GaN层12，被蚀刻区域即为非发光区域， 在非发光区域的n-GaN层12之上制作N电极21，材料为Cr/Pt/Au。如图5所示，采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)沉积一 S^2层24，厚度约 500nm，蚀刻去除发光台面上的SiO2，使得余下的SiO2层14则作为隔离层覆盖非发光区域的N电极21和η型外延层12。如图6所示，采用电子束蒸发在发光台面区域的p-GaN层14之上和SW2隔离层 24之上蒸镀一氧化铟锡(ITO)作为透明导电层23，厚度250nm。在位于非发光区域范围内的ITO层23之上制作P电极22，材料为Cr/Pt/Au。如图7所示，将发光外延层通过一苯并环丁烯(BCB树脂)层31粘合到一蓝宝石永久衬底30之上，在蓝宝石永久衬底30的背面镀一反射镜32，其材料为Al，厚度300nm。如图8所示，采用激光剥离去除蓝宝石生长衬底10，采用反应离子蚀刻(RIE)去除缓冲层11，采用光刻和RIE蚀刻部分区域的n-GaN层12，暴露出部分N电极21用于提供焊线部分；采用光刻、RIE和湿法蚀刻部分区域的n-GaN层12、多量子阱有源层13、ρ-GaN层 14和ITO层23，暴露出部分P电极22用于提供焊线部分。 为了更进一步提高取光效率，还可以在蓝宝石生长衬底10和缓冲层11去除后，针对n-GaN层12做湿法粗化，可以形成金字塔表面微结构，这样的结构尺寸与出光的波长较为接近，可以大幅度提高发光二极管的取光效率。
权利要求
1.一种倒装发光二极管，其特征在于包括倒装薄膜发光元件和透明永久衬底； 所述倒装薄膜发光元件包括发光外延层、透明导电层、隔离层、P电极和N电极； 所述发光外延层依次包括P型外延层、有源层和η型外延层，并且该发光外延层包含ρ端面和η端面两个主表面，以ρ端面为参考，发光外延层包括发光台面区域和非发光区域； 所述η型外延层具有两个主表面，第一主表面为出光面，第二主表面与有源层接触，所述N电极形成于非发光区域的η型外延层第二主表面上； 隔离层形成于N电极和η型外延层之上；透明导电层形成于发光台面区域的P型外延层之上和前述隔离层之上并且通过该隔离层与N电极和η型外延层之间相互电绝缘；P电极形成于透明导电层之上并且被布置在非发光区域范围内； 透明永久衬底与倒装薄膜发光元件的ρ端面通过透明连接层形成粘合。
2.根据权利要求1所述的薄膜倒装发光二极管，其特征在于所述P电极和N电极分别具有用于从η端面电接触所述倒装薄膜发光元件的焊接区。
3.根据权利要求1所述的薄膜倒装发光二极管，其特征在于所述透明永久衬底背面还包含一反射层。
4.一种倒装发光二极管的制作方法，其步骤包括1)在临时衬底上生长发光外延层，依次包括缓冲层、η型外延层、有源层和ρ型外延层；2)定义发光台面区域，蚀刻部分区域的ρ型外延层和有源层，暴露出η型外延层，被蚀刻区域即为非发光区域；3)在非发光区域的η型外延层之上制作N电极；4)制作隔离层，覆盖非发光区域的N电极和η型外延层；5)在发光台面区域的ρ型外延层之上和所述的隔离层之上制作透明导电层；6)在位于非发光区域范围内的透明导电层之上制作P电极；7)将发光外延层与透明永久衬底通过透明连接层形成粘合；8)去除临时衬底以及缓冲层，暴露出η型外延层表面；9)蚀刻部分区域的η型外延层，暴露出部分N电极；10)蚀刻部分区域的发光外延层和透明导电层，暴露出部分P电极。
5.根据权利要求4所述的薄膜倒装发光二极管的制作方法，其特征在于还包括在去除临时衬底及缓冲层后采用湿法蚀刻η型外延层以形成粗化表面。
6.根据权利要求4所述的薄膜倒装发光二极管的制作方法，其特征在于还包括在永久透明衬底的背面镀一反射层。
全文摘要
本发明公开了一种倒装发光二极管及其制作方法，其采用基于衬底转移技术的薄膜芯片加透明衬底架构，并且通过将金属P电极隔离布置于非发光区，从而有效提高发光二极管的取光效率。
文档编号H01L33/00GK102185073SQ20111008088
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月1日 优先权日2011年4月1日
发明者吴志强, 林科闯, 潘群峰 申请人:厦门市三安光电科技有限公司