专利名称：N型导电导热超晶格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N型导电导热超晶格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，所述平面式蓝光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。而垂直式蓝光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导热性薄膜构成的导电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在蓝光发光外延层的表面生长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N型导电导热超晶格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P-GaN的欧姆接触、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N型导电导热超晶格DBR垂直 式蓝光LED芯片及其制作方法，其中，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)于所述发光外延层上蒸镀一透明导电层；3)采用低温电子束蒸镀及辅助离子源夯实成膜技术在所述透明导电层上制备出N型导电导热超晶格DBR层，并通过高温退火以使所述透明导电层与所述N型导电导热超晶格DBR层和发光外延层同时形成欧姆接触；4)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N型导电导热超晶格DBR层的上表面以形成P电极；5)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
6)于所述发光外延层的下表面制备出N电极。在本发明制作方法的步骤3)中，制备出的所述N型导电导热超晶格DBR层为第一种透明导电导热薄膜与折射率不同于所述第一种透明导电导热薄膜的第二种透明导电导热薄膜和/或第η种透明导电导热薄膜交替叠合的多层结构。具体地，所述第一种透明导电导热薄膜为N型掺杂超晶格型透明导电导热薄膜AlxGahN ;所述第二种透明导电导热薄膜为N型掺杂超晶格型透明导电导热薄膜AlyGai_yN，所述第η种透明导电导热薄膜为N型掺杂超晶格型透明导电导热薄膜AlnGai_nN。在本发明制作方法的步骤4)中，是通过一键合层将所述导电性衬底键合至所述N型导电导热超晶格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N型导电导热超晶格DBR垂直式蓝光LED芯片，其特征在于，包括发光外延层；透明导电层，叠置于所述发光外延层的上表面；N型导电导热超晶格DBR层，叠置于所述透明导电层的上表面；导电性衬底，键合于所述N型导电导热超晶格DBR层的上表面以形成P电极；以及N电极，接置于所述发光外延层的下表面。在本发明的垂直式蓝光LED芯片中，所述N型导电导热超晶格DBR层为第一种透明导电导热薄膜与折射率不同于所述第一种透明导电导热薄膜的第二种透明导电导热薄膜和/或第η种透明导电导热薄膜交替叠合的多层结构。具体地，所述第一种透明导电导热薄膜为N型掺杂超晶格型透明导电导热薄膜AlxGahN ;所述第二种透明导电导热薄膜为N型掺杂超晶格型透明导电导热薄膜AlyGai_yN，所述第η种透明导电导热薄膜为N型掺杂超晶格型透明导电导热薄膜AlnGai_nN。本发明的垂直式蓝光LED芯片，还包括有键合层，位于所述导电性衬底与所述N型导电导热超晶格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N型导电导热超晶格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与P-GaN和N型导电导热超晶格DBR之间易于同时形成欧姆接触的特点，有效降低了垂直式LED管芯的电压。2、N型导电导热超晶格DBR因为是由耐高温的半导体透明导电膜组成，且与ITO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、N型导电导热超晶格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、N型导电导热超晶格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。5、N型导电导热超晶格DBR拥有非常优异的导电性能，N型掺杂III-V族半导体的载流子浓度很高，且相邻两层N型掺杂超晶格型透明导电导热薄膜之间的晶格结构和晶格常数都非常地匹配，因此结晶性好，载流子迁移率高，故N型导电导热超晶格DBR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、N型导电导热超晶格DBR可以采用低温电子束蒸镀同时离子源辅助夯实的方法制备，有效地解决了 MOCVD制备在蓝、绿光波段内拥有高透过率高导电性薄膜构成的导电DBR时过高的生长温度给量子阱带来的负面影响和芯片波长的漂移。7、N型导电导热超晶格DBR的每一层均是导热性非常良好的材料，能将热量迅速传导出LED芯片，有效地消除了热量积聚带来的结温升高，内量子效率下降。
图I至图6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7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6，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N型导电导热超晶格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上蒸镀一透明导电层13 (ITO)。接着执行步骤3。 如图3所示，在步骤3中，采用低温电子束蒸镀及辅助离子源夯实成膜技术在所述透明导电层13上制备出N型导电导热超晶格DBR层14，于本实施例中，制备出的所述N型导电导热超晶格DBR层14为第一种透明导电导热薄膜与折射率不同于所述第一种透明导电导热薄膜的第二种透明导电导热薄膜和/或第η种透明导电导热薄膜交替叠合的多层结构。所述N型导电导热超晶格DBR层14采用低温电子束蒸镀同时离子源辅助夯实的方法制备，有效地解决了 MOCVD制备在蓝、绿光波段内拥有高透过率高导电性薄膜构成的导电DBR时过高的生长温度给量子阱带来的负面影响和芯片波长的漂移。更为具体地，所述第一种透明导电导热薄膜为N型掺杂超晶格型透明导电导热薄膜AlxGahN;所述第二种透明导电导热薄膜为N型掺杂超晶格型透明导电导热薄膜AlyGai_yN，所述第η种透明导电导热薄膜为N型掺杂超晶格型透明导电导热薄膜AlnGa^nN,然，并不局限于此，所述第η种透明导电导热薄膜还可能为N型掺杂超晶格型透明导电导热薄膜AlaGa1-^AlbGa1-AAleGanN……AlnGa1J等。需要说明的是，所述第二种及第η种透明导电导热薄膜的电阻率不同于所述第一种透明导电导热薄膜的电阻率，且所述第二种及第η种透明导电导热薄膜在蓝光波段内的透过率在85 %以上。然后，通过高温退火以使所述透明导电层13与所述N型导电导热超晶格DBR层14和发光外延层12同时形成欧姆接触，从而利于在后续的步骤中形成具备高导电性、高导热性、高直向反射率和良好欧姆接触性的垂直式LED芯片P电极，进而消除使用传统反光电极垂直式LED芯片P电极粘附性不好，欧姆接触差，轴向型反射率不好等诸多缺点，以易于制备出低电压，高轴向输出垂直式蓝光LED芯片。接着执行步骤4。如图4所示，在步骤4中，提供一导电性衬底16，于本实施例中，所述导电性衬底16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16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16键合至所述N型导电导热超晶格DBR层14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16键合至所述N型导电导热超晶格DBR层14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16键合至所述N型导电导热超晶格DBR层14的上表面以形成P电极(未标示)。接着执行步骤5。如图5所示，在步骤5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6。如图6所示，在步骤6中，于所述发光外延层12的下表面制备出N电极17，至此，即制作出低电压，高轴向输出的N型导电导热超晶格DBR垂直式蓝光LED芯片。本发明还提供一种N型导电导热超晶格DBR垂直式蓝光LED芯片,包括发光外延层12、透明导电层13 (ITO)、N型导电导热超晶格DBR层14、导电性衬底16、以及N电极17。为便于理解，敬请再参阅图I至图6。如图所示，所述透明导电层13叠置于所述发光外延层12的上表面。于本实施例中，所述发光外延层12为P-GaN层或N-GaN层。 所述N型导电导热超晶格DBR层14叠置于所述透明导电层13的上表面，S卩，所述透明导电层13位于所述N型导电导热超晶格DBR层14和发光外延层12之间，并分别与所述N型导电导热超晶格DBR层14和发光外延层12形成欧姆接触。于本实施例中，所述N型导电导热超晶格DBR层14为第一种透明导电导热薄膜与折射率不同于所述第一种透明导电导热薄膜的第二种透明导电导热薄膜和/或第η种透明导电导热薄膜交替叠合的多层结构。所述N型导电导热超晶格DBR层14有效地解决了MOCVD制备在蓝、绿光波段内拥有高透过率高导电性薄膜构成的导电DBR时过高的生长温度给量子阱带来的负面影响和芯片波长的漂移。更为具体地，所述第一种透明导电导热薄膜为N型掺杂超晶格型透明导电导热薄膜AlxGahN;所述第二种透明导电导热薄膜为N型掺杂超晶格型透明导电导热薄膜AlyGai_yN，所述第η种透明导电导热薄膜为N型掺杂超晶格型透明导电导热薄膜AlnGa^nN,然，并不局限于此，所述第η种透明导电导热薄膜还可能为N型掺杂超晶格型透明导电导热薄膜AlaGa1-^AlbGa1-AAleGanN……AlnGa1J等。需要说明的是，所述第二种及第η种透明导电导热薄膜的电阻率不同于所述第一种透明导电导热薄膜的电阻率，且所述第二种及第η种透明导电导热薄膜在蓝光波段内的透过率在85 %以上。所述导电性衬底16键合于所述N型导电导热超晶格DBR层14的上表面以形成P电极(未标不)，于本实施例中，所述导电性衬底16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16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16与所述N型导电导热超晶格DBR层14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15为单层结构或多
层结构。所述N电极17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18，设置在所述键合层15与所述N型导电导热超晶格DBR层14之间，所述漫反射型反射层18可以是金属层或合金层，也可以为单层或多层结构，以使N型导电导热超晶格DBR层14与漫反射型反射层18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N型导电导热超晶格DBR垂直式蓝光LED芯片及其制作方法利用ITO与P-GaN和N型导电导热超晶格DBR之间易于同时形成欧姆接触的特点，有效降低了垂直式LED管芯的电压；而且，所述N型导电导热超晶格DBR层因为是由耐高温的半导体透明导电膜组成，且与ITO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，N型导电导热超晶格DBR层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，由于所述N型导电导热超晶格DBR层拥有非常优异的导电性能，N型掺杂III-V族半导体的载流子浓度很高，且相邻两层N型掺杂超晶格型透明导电导热薄膜之间 的晶格结构和晶格常数都非常地匹配，因此结晶性好，载流子迁移率高，故N型导电导热超晶格DBR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。本发明中的N型导电导热超晶格DBR层的每一层均是导热性非常良好的材料，能将热量迅速传导出LED芯片，有效地消除了热量积聚带来的结温升高，内量子效率下降。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N型导电导热超晶格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)于所述发光外延层上蒸镀一透明导电层； 3)采用低温电子束蒸镀及辅助离子源夯实成膜技术在所述透明导电层上制备出N型导电导热超晶格DBR层，并通过高温退火以使所述透明导电层与所述N型导电导热超晶格DBR层和发光外延层同时形成欧姆接触； 4)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N型导电导热超晶格DBR层的上表面以形成P电极； 5)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 6)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N型导电导热超晶格DBR垂直式蓝光LED芯片的制作方法，其特征在于于步骤3)中，制备出的所述N型导电导热超晶格DBR层为第一种透明导电导热薄膜与折射率不同于所述第一种透明导电导热薄膜的第二种透明导电导热薄膜和/或第η种透明导电导热薄膜交替叠合的多层结构。
3.根据权利要求2所述的N型导电导热超晶格DBR垂直式蓝光LED芯片的制作方法，其特征在于所述第一种透明导电导热薄膜为N型掺杂超晶格型透明导电导热薄膜AlxGahN ；所述第二种透明导电导热薄膜为N型掺杂超晶格型透明导电导热薄膜AlyGai_yN，所述第η种透明导电导热薄膜为N型掺杂超晶格型透明导电导热薄膜AlnGai_nN。
4.根据权利要求I所述的N型导电导热超晶格DBR垂直式蓝光LED芯片的制作方法，其特征在于于步骤4)中，是通过一键合层将所述导电性衬底键合至所述N型导电导热超晶格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N型导电导热超晶格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N型导电导热超晶格DBR垂直式蓝光LED芯片，其特征在于，包括 发光外延层； 透明导电层，叠置于所述发光外延层的上表面； N型导电导热超晶格DBR层，叠置于所述透明导电层的上表面； 导电性衬底，键合于所述N型导电导热超晶格DBR层的上表面以形成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N型导电导热超晶格DBR垂直式蓝光LED芯片，其特征在于所述N型导电导热超晶格DBR层为第一种透明导电导热薄膜与折射率不同于所述第一种透明导电导热薄膜的第二种透明导电导热薄膜和/或第η种透明导电导热薄膜交替叠合的多层结构。
8.根据权利要求7所述的N型导电导热超晶格DBR垂直式蓝光LED芯片，其特征在于所述第一种透明导电导热薄膜为N型掺杂超晶格型透明导电导热薄膜AlxGahN ;所述第二种透明导电导热薄膜为N型掺杂超晶格型透明导电导热薄膜AlyGai_yN，所述第η种透明导电导热薄膜为N型掺杂超晶格型透明导电导热薄膜AlnGai_nN。
9.根据权利要求6所述的N型导电导热超晶格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N型导电导热超晶格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N型导电导热超晶格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N型导电导热超晶格DBR垂直式蓝光LED芯片及其制作方法，该方法是首先在蓝宝石衬底的上表面形成发光外延层，并在发光外延层上制备出透明导电层，然后在透明导电层上低温蒸镀N型导电导热超晶格DBR层，以使该透明导电层与N型导电导热超晶格DBR层和发光外延层同时形成欧姆接触，接着将导电性衬底键合至N型导电导热超晶格DBR层上以形成P电极，最后剥离掉该蓝宝石衬底，在该发光外延层的下表面制备出N电极。该方法制作出的垂直式蓝光LED芯片克服了现有技术中的垂直式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作为高反光P电极的垂直式蓝光LED芯片电压过高等问题。
文档编号H01L33/64GK102903800SQ20111021262
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