专利名称：Tco型导电dbr垂直式蓝光led芯片及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种蓝光LED芯片及其制作方法，特别是涉及一种TCO型导电DBR垂直式蓝光LED芯片及其制作方法。
背景技术：
目前，常见的蓝光LED芯片分为两种，即横向结构(Lateral)的蓝光LED芯片和垂直结构(Vertical)的蓝光LED芯片，其中，所述横向结构的蓝光LED其P、N电极在同一侧，P、N电极同侧势必需要蚀刻掉部分量子阱来制备N区，从而浪费了相当大的一部分发光面积，且P、N电极同侧具有电流分布不均匀，散热性差等诸多缺点，而电流分布不均匀进而影响到芯片的电压和亮度，散热性差会造成结温升高，内量子效率下降等问题，影响到芯片的光效。 而垂直结构的蓝光LED芯片其P、N电极分布在量子阱的两侧，因此不需要蚀刻量子阱，大大提高了芯片发光面积的利用率，电流垂直于芯片均匀分布，且垂直式LED芯片结构中各层都会尽量选用导热性良好的材料，因此垂直式LED芯片的散热性能良好，大大消除了热量积聚带来的结温升高，内量子效率下降。正因为这些独特的优点，垂直式LED芯片成为LED研究的热点。目前常见的垂直式蓝光LED芯片的制作过程中，一般是在本领域技术人员熟知的蓝光发光外延层的表面上直接镀上反射性金属Ag或者Al，但是该种做法却具有以下缺点I、Ag和Al很难与P-GaN形成欧姆接触至使LED芯片的电压很高；2、Ag和Al的反射率会随着温度的升高而急剧降低，当LED芯片内部热量积聚温度升高时，因为金属反射镜反射率的下降，致使芯片外量子效率降低，从而降低了 LED芯片的亮度和发光效率；3、Ag、Al与GaN的粘附性很差，易于脱落，且Ag在高温下易发生团聚。在垂直式蓝光LED芯片的制作过程中也有另一种做法，即镀上透明导电层(TCO)后，再于透明导电层上镀上高反射率金属Ag或者Al，但是，该种做法仍具有以下缺点1、由于Ag和Al的反射率会随着温度的升高而急剧降低，当LED芯片内部热量积聚温度升高时，因为金属反射镜反射率的下降，致使芯片外量子效率降低，从而降低了 LED芯片的亮度和发光效率；2、Ag和Al与TCO薄膜的粘附性很差，易脱落，且Ag在高温下会发生团聚。为此，针对如何解决垂直式LED芯片P-GaN的欧姆接触、反射镜粘附性不好和高温下反射镜反射率下降的问题，当前也有部分学者参照红光LED和黄光LED中使用金属有机化合物化学气相淀积法(MOCVD, Metal-organic Chemical Vapor Deposition)生长导电DBR的经验，尝试在蓝光发光外延层的表面上使用MOCVD生长导电DBR，可是因为使用MOCVD生长在蓝、绿光波段内拥有高透过率高导电性薄膜构成的导电DBR时的生长温度比量子阱中的垒和阱的生长温度高出很多，直接导致量子阱性能衰退和芯片波长出现非常巨大的漂移，并且蓝光发光外延层的表面是P型掺杂，为了与P-GaN之间形成良好的欧姆接触，一般选用MOCVD在蓝光发光外延层上表面生长P型导电DBR，但是III-V族化合物半导体普遍存在P型掺杂的困难，且P型III-V族化合物半导体的载流子浓度不高，从而导致电阻率过大，用此P型导电DBR制成的垂直式蓝光LED芯片存在电压过高的问题。因此，如何降低导电DBR的制备温度和降低使用导电DBR作为P电极的蓝光LED芯片的电压，进而制备出低电压，高轴向输出垂直式蓝光LED芯片，已经成为本领域的从业者亟待解决的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种TCO型导电DBR垂直式蓝光LED芯片及其制作方法，以解决现有技术中的上述垂直式LED芯片难与P-GaN形成欧姆接触、反射镜粘附性弱、高温下反射镜的反射率下降、导电DBR的制备温度过高和使用导电DBR作为P电极的蓝光LED芯片电压过高等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种TCO型导电DBR垂直式蓝光LED 芯片的制作方法，其特征在于，所述制作方法至少包括以下步骤1)提供一蓝宝石衬底，并于所述蓝宝石衬底的上表面形成发光外延层；2)于所述发光外延层的上表面蒸镀一 TCO型导电性DBR层，所述TCO型导电性DBR层由第一种N型TCO薄膜与第二种N型TCO薄膜和/或第η种N型TCO薄膜交替叠合组成，且所述第一种N型TCO薄膜与所述发光外延层的上表面形成欧姆接触；3)提供一导电性衬底，采用晶圆键合技术将所述导电性衬底键合至所述TCO型导电性DBR层的上表面以形成P电极；4)利用激光剥离技术剥离所述蓝宝石衬底，以将所述蓝宝石衬底从所述发光外延层的下表面剥离；以及5)于所述发光外延层的下表面制备出N电极。在本发明的制作方法中，所述第一种N型TCO薄膜与第二种N型TCO薄膜和/或第η种N型TCO薄膜为同型掺杂。所述第一种N型TCO薄膜为ITO材料，所述第二种N型TCO薄膜为AZO材料，所述第η种N型TCO薄膜为GZO材料。在本发明制作方法的步骤3)中，是通过一键合层将所述导电性衬底键合至所述TCO型导电性DBR层的上表面的；所述键合层为金属材料、合金材料、非金属导电材料、或者有机导电材料，且所述键合层为单层结构或多层结构。在本发明的制作方法中，所述导电性衬底为金属材料、合金材料、或者非金属导电材料，且所述导电性衬底为单层结构或多层结构。本发明还提供一种TCO型导电DBR垂直式蓝光LED芯片,其特征在于,包括发光外延层；TC0型导电性DBR层，叠置于所述发光外延层的上表面，由第一种N型TCO薄膜与第二种N型TCO薄膜和/或第η种N型TCO薄膜交替叠合组成，且所述第一种N型TCO薄膜与所述发光外延层的上表面形成欧姆接触；导电性衬底，键合于所述TCO型导电性DBR层的上表面并形成P电极；以及N电极，接置于所述发光外延层的下表面。在本发明的TCO型导电DBR垂直式蓝光LED芯片中，所述第一种N型TCO薄膜与第二种N型TCO薄膜和/或第η种N型TCO薄膜为同型掺杂。所述第一种N型TCO薄膜为ITO材料，所述第二种N型TCO薄膜为AZO材料，所述第η种N型TCO薄膜为GZO材料。本发明的TCO型导电DBR垂直式蓝光LED芯片还包括有键合层，位于所述导电性衬底与所述TCO型导电性DBR层之间,所述键合层为金属材料、合金材料、非金属导电材料、或者有机导电材料，且所述键合层为单层结构或多层结构。
在本发明的TCO型导电DBR垂直式蓝光LED芯片中，所述导电性衬底为金属材料、合金材料、或者非金属导电材料，且所述导电性衬底为单层结构或多层结构。如上所述，本发明的TCO型导电DBR垂直式蓝光LED芯片及其制作方法具有以下有益效果I、利用ITO或P型TCO与另一种或者多种不同折射率的同型TCO材料构成的导电型DBR易与P-GaN形成欧姆接触，从而有效地降低了垂直式LED管芯的电压。2、TCO型导电DBR因为是由耐高温的半导体透明导电膜组成，且与P-GaN之间具有良好的粘附性，有效地解决了之前使用Ag和Al不耐高温和粘附性不好的缺点。3、TCO型导电DBR在较宽的波段范围内能保持99%以上的直向反射率，且此反射率不随温度升高而降低，有效地解决了 Ag或者AL的反射率会随温度下降的缺点。4、TCO型导电DBR/metal ref lector组成的复合式反射镜在蓝绿光波段的反射 率)99%相教AL(91%)Ag(95%)具有更高的反射率，且相较单纯的金属反射镜具有更好的轴向反光性，更有利于将光反射回芯片正面，提高LED芯片的轴向光强和芯片的发光效率。5,TCO薄膜拥有非常优异的导电性能，其导电能力可以媲美金属，因此TCO型导电DBR也拥有非常优异的导电能力，不会给垂直式LED带来额外的电压。6、ITO或P型TCO与另一种TCO材料组成的导电型DBR相较其他类型的导电型DBR具有极大的价格优势，能有效降低芯片的生产成本，易大规模生产。
图I至图5显示为本发明的制作方法中依据各步骤呈现的LED芯片截面结构示意图。图6显示为本发明的本发明的垂直式蓝光LED芯片在另一种实施方式中的截面结构示意图。
具体实施例方式以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上表面”、“下表面”、“左”、“右”、“中间”、“二”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。请参阅图I至图5，显示为本发明的中依据各步骤呈现的LED芯片截面结构示意图。如图所示，本发明提供一种TCO型导电DBR垂直式蓝光LED芯片的制作方法，所述制作方法至少包括以下步骤如图I所示，首先执行步骤1，提供一蓝宝石衬底11，并于所述蓝宝石衬底11的上表面形成发光外延层12。接着执行步骤2。
如图2所示，在步骤2中，于所述发光外延层12的上表面蒸镀一层TCO型导电性DBR 层 13，于所述发光外延层12的上表面蒸镀一 TCO型导电性DBR层13，所述TCO型导电性DBR层13由第一种N型TCO薄膜(未予以图示)与第二种N型TCO薄膜(未予以图示)和/或第η种N型TCO薄膜(未予以图示)交替叠合组成，且所述第一种N型TCO薄膜与所述发光外延层12的上表面形成欧姆接触；于本实施例中，所述第一种N型TCO薄膜与第二种N型TCO薄膜和/或第η种N型TCO薄膜为同型掺杂，以降低垂直式蓝光LED芯片的电压。例如所述第一种N型TCO薄膜与第二种N型TCO薄膜和/或第η种N型TCO薄膜同为N型掺杂，或者P型掺杂。在本实施例中，所述第一种N型TCO薄膜与第二和/或η种N型TCO薄膜的折射率不同。具体地，所述第一种N型TCO薄膜为ITO(氧化铟锡，Indium-Tin Oxide)材料，所述第二种N型TCO薄膜为AZO (偶氮化合物，即掺杂了 1-5% Al的ZnO)材料。所述第η种N型TCO薄膜为GZO (锌镓氧化物)材料，然，并不局限于此，在其他的实施方式中，所述第η 种N型TCO薄膜也可以为其他的多种不同折射率的同型TCO材料。由上可知，利用ITO或P型TCO与另一种或者多种不同折射率的同型TCO材料(上述的AZO材料)构成的导电型DBR层13易与发光外延层12形成欧姆接触，从而有效地降低了垂直式LED管芯的电压，而且，因为所述TCO型导电DBR层13是由耐高温的半导体透明导电膜组成的，且与发光外延层12之间具有良好的粘附性，有效地解决了之前使用Ag和Al不耐高温和粘附性不好的缺点。接着执行步骤3。如图3所示，在步骤3中，提供一导电性衬底14，于本实施例中，所述导电性衬底14为金属材料、合金材料、或者非金属导电材料，且所述导电性衬底14为单层结构或多层结构。然后，采用晶圆键合技术将所述导电性衬底14键合至所述TCO型导电性DBR层13的上表面以形成P电极，于本实施例中，藉由一层键合层15将所述导电性衬底14键合至所述TCO型导电性DBR层13的上表面，具体地，所述键合层15为金属材料(例如为Au、Cu、Sn、Ag等)、合金材料、非金属导电材料、或者有机导电材料，且所述键合层15可以为单层结构也可以为多层结构。当然，在其他的实施例中，也可以通过直接键合的方式将所述导电性衬底14键合至所述TCO型导电性DBR层13的上表面以形成P电极(未标示)。接着执行步骤4。如图4所示，在步骤4中，利用激光剥离技术剥离所述蓝宝石衬底11，以将所述蓝宝石衬底11从所述发光外延层12的下表面剥离。接着执行步骤5。如图5所示，在步骤5中，于所述发光外延层12的下表面制备出N电极16，至此，即制作出低电压，高轴向输出的TCO型导电DBR垂直式蓝光LED芯片。本发明还提供一种TCO型导电DBR垂直式蓝光LED芯片，包括发光外延层12、TC0型导电性DBR层13、导电性衬底14、以及N电极16。为便于理解，敬请再参阅图I至图5。所述TCO型导电性DBR层13叠置于所述发光外延层12的上表面，所述TCO型导电性DBR层13由第一种N型TCO薄膜(未予以图示)与第二种N型TCO薄膜(未予以图示)和/或第η种N型TCO薄膜(未予以图示)交替叠合组成，且所述第一种N型TCO薄膜与所述发光外延层12的上表面形成欧姆接触；于本实施例中，所述第一种N型TCO薄膜与第二种N型TCO薄膜和/或第η种N型TCO薄膜为同型掺杂，以降低垂直式蓝光LED芯片的电压。例如所述第一种N型TCO薄膜与第二种N型TCO薄膜和/或第η种N型TCO薄膜同为N型掺杂，或者P型掺杂。在本实施例中，所述第一种N型TCO薄膜与第二和/或η种N型TCO薄膜的折射率不同。具体地，所述第一种N型TCO薄膜为ITO(氧化铟锡，Indium-Tin Oxide)材料，所述第二种N型TCO薄膜为AZO (偶氮化合物，即掺杂了 1-5% Al的ZnO)材料。所述第η种N型TCO薄膜为GZO (锌镓氧化物)材料，然，并不局限于此，在其他的实施方式中，所述第η种N型TCO薄膜也可以为其他的多种不同折射率的同 型TCO材料。由上可知，利用ITO或P型TCO与另一种或者多种不同折射率的同型TCO材料(上述的AZO材料)构成的导电型DBR层13易与发光外延层12形成欧姆接触，从而有效地降低了垂直式LED管芯的电压，而且，因为所述TCO型导电DBR层13是由耐高温的半导体透明导电膜组成的，且与发光外延层12之间具有良好的粘附性，有效地解决了之前使用Ag和Al不耐高温和粘附性不好的缺点。所述导电性衬底14键合于所述TCO型导电性DBR层13的上表面并形成P电极，于本实施例中，所述导电性衬底14为金属材料、合金材料、或者非金属导电材料，且所述导电性衬底14为单层结构或多层结构。本发明的垂直式蓝光LED芯片还包括有一层键合层15，位于所述导电性衬底14与所述TCO型导电性DBR层13之间，所述键合层15为金属材料(例如为Au、Cu、Sn、Ag等)、合金材料、非金属导电材料、或者有机导电材料，且所述键合层1515为单层结构或多层结构。所述N电极16接置于所述发光外延层12的下表面。在另一种实施方式中，本发明的垂直式蓝光LED芯片还包括有一层漫反射型反射层17，设置在所述键合层15与所述TCO型导电性DBR层13之间，所述漫反射型反射层17可以是金属层或合金层，也可以为单层或多层结构，以使TCO型导电性DBR层13与漫反射型反射层17组成的复合式反射镜在蓝绿光波段的反射率> 99 %相较反射率为91 %的Al和反射率为95%的Ag具有更高的反射率，且相较单纯的金属反射镜具有更好的轴向反光性，更有利于将光反射回芯片正面，提高LED芯片的轴向光强和芯片的发光效率。综上所述，本发明的TCO型导电DBR垂直式蓝光LED芯片及其制作方法利用ITO或P型TCO与另一种或者多种不同折射率的同型TCO材料构成的导电型DBR易与发光外延层形成欧姆接触，从而有效地降低了垂直式LED管芯的电压；而且，所述TCO型导电DBR层因为是由耐高温的半导体透明导电膜组成，且与P-GaN之间具有良好的粘附性，有效地解决了之前使用Ag和Al不耐高温和粘附性不好的缺点；再者，本发明中的TCO型导电DBR在较宽的波段范围内能保持99%以上的直向反射率，且此反射率不随温度升高而降低，有效地解决了 Ag或者AL的反射率会随温度下降的缺点。另外，TCO薄膜拥有非常优异的导电性能，其导电能力可以媲美金属，因此TCO型导电DBR也拥有非常优异的导电能力，不会给垂直式LED带来额外的电压，且由ITO或P型TCO与另一种TCO材料组成的导电型DBR相较其他类型的导电型DBR具有极大的价格优势，能有效降低芯片的生产成本，易大规模生产。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。 ·
权利要求
1.一种TCO型导电DBR垂直式蓝光LED芯片的制作方法，其特征在于，所述制作方法至少包括以下步骤 1)提供一蓝宝石衬底，并于所述蓝宝石衬底的上表面形成发光外延层； 2)于所述发光外延层的上表面蒸镀一TCO型导电性DBR层，所述TCO型导电性DBR层由第一种N型TCO薄膜与第二种N型TCO薄膜和/或第η种N型TCO薄膜交替叠合组成，且所述第一种N型TCO薄膜与所述发光外延层的上表面形成欧姆接触； 3)提供一导电性衬底，采用晶圆键合技术将所述导电性衬底键合至所述TCO型导电性DBR层的上表面以形成P电极； 4)利用激光剥离技术剥离所述蓝宝石衬底，以将所述蓝宝石衬底从所述发光外延层的下表面剥离；以及 5)于所述发光外延层的下表面制备出N电极。
2.根据权利要求I所述的TCO型导电DBR垂直式蓝光LED芯片的制作方法，其特征在于所述第一种N型TCO薄膜与第二种N型TCO薄膜和/或第η种N型TCO薄膜为同型掺杂。
3.根据权利要求2所述的TCO型导电DBR垂直式蓝光LED芯片的制作方法，其特征在于所述第一种N型TCO薄膜为ITO材料，所述第二种N型TCO薄膜为AZO材料，所述第η种N型TCO薄膜为GZO材料。
4.根据权利要求I所述的TCO型导电DBR垂直式蓝光LED芯片的制作方法，其特征在于于步骤3)中，是通过一键合层将所述导电性衬底键合至所述TCO型导电性DBR层的上表面的；所述键合层为金属材料、合金材料、非金属导电材料、或者有机导电材料，且所述键合层为单层结构或多层结构。
5.根据权利要求I所述的TCO型导电DBR垂直式蓝光LED芯片的制作方法，其特征在于所述导电性衬底为金属材料、合金材料、或者非金属导电材料，且所述导电性衬底为单层结构或多层结构。
6.一种TCO型导电DBR垂直式蓝光LED芯片，其特征在于，包括 发光外延层； TCO型导电性DBR层，叠置于所述发光外延层的上表面，由第一种N型TCO薄膜与第二种N型TCO薄膜和/或第η种N型TCO薄膜交替叠合组成，且所述第一种N型TCO薄膜与所述发光外延层的上表面形成欧姆接触； 导电性衬底，键合于所述TCO型导电性DBR层的上表面并形成P电极；以及 N电极，接置于所述发光外延层的下表面。
7.根据权利要求6所述的TCO型导电DBR垂直式蓝光LED芯片，其特征在于所述第一种N型TCO薄膜与第二种N型TCO薄膜和/或第η种N型TCO薄膜为同型掺杂。
8.根据权利要求7所述的TCO型导电DBR垂直式蓝光LED芯片，其特征在于所述第一种N型TCO薄膜为ITO材料，所述第二种N型TCO薄膜为AZO材料，所述第η种N型TCO薄膜为GZO材料。
9.根据权利要求6所述的TCO型导电DBR垂直式蓝光LED芯片，其特征在于还包括有键合层，位于所述导电性衬底与所述TCO型导电性DBR层之间，所述键合层为金属材料、合金材料、非金属导电材料、或者有机导电材料，且所述键合层为单层结构或多层结构。
10.根据权利要求6所述的TCO型导电DBR垂直式蓝光LED芯片，其特征在于所述导电性衬底为金属材料、合金材料、或者非金属导电材料，且所述导电性衬底为单层结构或多层结构。
全文摘要
本发明提供一种TCO型导电DBR垂直式蓝光LED芯片及其制作方法，该方法是在蓝宝石衬底上形成发光外延层，然后在发光外延层的上表面蒸镀由第一种N型TCO薄膜与第二种N型TCO薄膜和/或第n种N型TCO薄膜交替叠合组成的TCO型导电性DBR层，以与发光外延层的上表面形成欧姆接触；接着采用晶圆键合技术将导电性衬底键合至TCO型导电性DBR层上以形成P电极，之后利用激光剥离技术剥离蓝宝石衬底，最后在发光外延层的下表面制备出N电极。以上述方法制作出的垂直式蓝光LED芯片，解决了现有技术中的上述垂直式LED芯片电极材料难与P-GaN形成欧姆接触、反射镜粘附性弱、高温下反射镜的反射率下降、导电DBR的制备温度过高和使用导电DBR作为P电极的蓝光LED芯片电压过高等问题。
文档编号H01L33/00GK102903799SQ20111021260
公开日2013年1月30日 申请日期2011年7月28日 优先权日2011年7月28日
发明者林宇杰 申请人:上海博恩世通光电股份有限公司