專(zhuān)利名稱(chēng)：垂直式交流發(fā)光二極管器件及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制作方法，更具體地說(shuō)是ー種垂直交流發(fā)光ニ極管(AC-LED)。
背景技術(shù)：
固態(tài)發(fā)光器件的發(fā)光二極管具有低能耗，高壽命，穩(wěn)定性好，體積小，響應(yīng)速度快以及發(fā)光波長(zhǎng)穩(wěn)定等良好光電特性，被廣泛應(yīng)用于照明、家電、顯示屏及指示燈等領(lǐng)域。此類(lèi)型發(fā)光器件在光效、使用壽命等方面均已有可觀(guān)的進(jìn)步，有希望成為新一代照明及發(fā)光器件主流。傳統(tǒng)LED必須以直流電源(DC)驅(qū)動(dòng)，而電カ供應(yīng)一般為交流電(AC)，這就造成電源對(duì)LED供電的時(shí)候還需要經(jīng)過(guò)ー個(gè)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器不但增加了應(yīng)用產(chǎn)品的成本，DC-AC轉(zhuǎn)換過(guò)程中亦有電能損失，使原本不能以節(jié)能為主要目的的LED應(yīng)用大打折扣，交流ニ極管需求通過(guò)DC-AC轉(zhuǎn)換，一般市電通過(guò)降壓后即可供AC-LED使用，省去轉(zhuǎn)換器，節(jié)省了成本和空間，使LED與傳統(tǒng)光源相比更加有競(jìng)爭(zhēng)カ。一般AC-LED常保留原有的生長(zhǎng)襯底，通過(guò)水平方向引線(xiàn)互聯(lián)水平結(jié)構(gòu)交流ニ極管，亦或者單顆芯片制作完成后通過(guò)管芯粘貼、倒裝焊鍵合等方式形成垂直結(jié)構(gòu)AC-LED，制程較為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明g在ー種水平放置管芯的垂直結(jié)構(gòu)交流發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)及其制作方法，該結(jié)構(gòu)既具有垂直芯片結(jié)構(gòu)的散熱性能佳及過(guò)載能力強(qiáng)的特性外，還具有交流LED結(jié)構(gòu)節(jié)省轉(zhuǎn)換器件成本等優(yōu)勢(shì)。根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，垂直式交流發(fā)光二極管器件，包括導(dǎo)電基板；發(fā)光模塊，位于所述導(dǎo)電基板之上，其包含兩個(gè)水平并列且相互隔離的發(fā)光二極管，所述第一、第ニ發(fā)光二極管至上而下包括第一半導(dǎo)體層，發(fā)光層，第二半導(dǎo)體層；所述第一發(fā)光二極管的第二半導(dǎo)體層與所述導(dǎo)電基板之間設(shè)有一第一絕緣層，實(shí)現(xiàn)相互隔離；所述第二發(fā)光二扱管的第二半導(dǎo)體層與所述導(dǎo)電基板形成歐姆接觸；第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，連接所述第一發(fā)光二扱管的第一半導(dǎo)體層、第二發(fā)光二極管第二半導(dǎo)體層及所述導(dǎo)電基板；第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，連接所述第一發(fā)光二極管的第二半導(dǎo)體層與第二發(fā)光二極管的第一半導(dǎo)體層。在本發(fā)明的第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在所述導(dǎo)電基板與發(fā)光模塊之間還設(shè)有歐姆接觸層；所述發(fā)光模塊通過(guò)ー金屬鍵合層與所述導(dǎo)電基板連接；所述第一絕緣層位于所述金屬鍵合層與所述第一發(fā)光二極管的第二半導(dǎo)體層之上的歐姆接觸層之間；在所述第ー發(fā)光二極管設(shè)置一通道，其貫穿第二半導(dǎo)體層、發(fā)光層，底部位于第一半導(dǎo)體層，側(cè)壁覆蓋ー絕緣層，所述金屬鍵合層完全覆蓋所述發(fā)光模塊的第二半導(dǎo)體層并填充所述通道，構(gòu)成所述第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)；所述第一、第二發(fā)光二極管之間設(shè)有ー溝道，在所述溝道的側(cè)壁覆蓋ー第ニ絕緣層，中間填充導(dǎo)電材料形成導(dǎo)電柱，其兩端分別連接所述第一發(fā)光二極管的第二半、導(dǎo)體層與第二發(fā)光二極管的第一半導(dǎo)體層，構(gòu)成所述第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)；在所述發(fā)光模塊的出光面上有且只有ー個(gè)電極結(jié)構(gòu)，其與所述第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)連接。在本發(fā)明的第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，區(qū)別于第一個(gè)實(shí)施例所述第一絕緣層位于所述導(dǎo)電基板上，通過(guò)所述金屬鍵合層與發(fā)光模塊粘結(jié)。根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，垂直式交流發(fā)光二極管器件的制作方法，包括步驟
1)提供一生長(zhǎng)襯底，在其上外延生長(zhǎng)發(fā)光外延層，其至下而上包括第一半導(dǎo)體層，發(fā)光層和第二半導(dǎo)體層；
2)定義單個(gè)發(fā)光模塊的大小，將所述發(fā)光外延層劃分為若干個(gè)發(fā)光模塊，每個(gè)發(fā)光模塊包括一正向?qū)▍^(qū)域、一反向?qū)▍^(qū)域和位于兩者之間的隔離區(qū)域； 3)制作第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，提供ー導(dǎo)電基板，將所述發(fā)光外延層與導(dǎo)電基板連接；其中，所述反向?qū)▍^(qū)域的第二半導(dǎo)體層與所述導(dǎo)電基板之間設(shè)有一第一絕緣層，實(shí)現(xiàn)相互隔離；所述正向?qū)щ妳^(qū)域的第二半導(dǎo)體層與所述導(dǎo)電基板形成歐姆接觸；第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)連接所述反向?qū)▍^(qū)域的第一半導(dǎo)體層、正向?qū)▍^(qū)域的第二半導(dǎo)體層及所述導(dǎo)電基板；
4)移除生長(zhǎng)襯底；
5)隔離正向?qū)▍^(qū)域、反向?qū)▍^(qū)域的發(fā)光外延層，形成第一發(fā)光二極管和第二發(fā)光ニ極管，其中第一發(fā)光二極管對(duì)應(yīng)所述反向?qū)▍^(qū)域，第二發(fā)光二極管對(duì)應(yīng)所述正向?qū)軈^(qū)域；
6)制作第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，其連接所述第一發(fā)光二極管的第二半導(dǎo)體層與第二發(fā)光二極管的第一半導(dǎo)體層。在本發(fā)明的制作方法中，還可以包括如下步驟在所述發(fā)光外延層的第二半導(dǎo)體層之上形成ー圖形化歐姆接觸層，其覆蓋前述每個(gè)發(fā)光模塊的正向?qū)▍^(qū)域、反向?qū)▍^(qū)域和靠近反向?qū)▍^(qū)域ー側(cè)的部分隔離區(qū)域。優(yōu)選地，步驟3可以通過(guò)下面方法實(shí)現(xiàn)在所述反向?qū)▍^(qū)域定義ー導(dǎo)電區(qū)，蝕刻所述導(dǎo)電區(qū)的發(fā)光外延層的第二半導(dǎo)體層和發(fā)光層，露出第一半導(dǎo)體層；在所述發(fā)光外延層的第二半導(dǎo)體層之上形成ー圖形化歐姆接觸層，其覆蓋前述每個(gè)發(fā)光模塊的正向?qū)▍^(qū)域、反向?qū)▍^(qū)域和靠近反向?qū)▍^(qū)域ー側(cè)的部分隔離區(qū)域；在所述歐姆接觸層上形成圖形化所述第一絕緣層，其覆蓋所述反向?qū)▍^(qū)域的歐姆接觸層上表面、所述導(dǎo)電區(qū)側(cè)壁和正、反向?qū)▍^(qū)域交界處；在經(jīng)過(guò)前面步驟處理的發(fā)光外延層表面形成金屬鍵合層，其覆蓋整個(gè)發(fā)光外延層的表面，并在反向?qū)▍^(qū)域的導(dǎo)通區(qū)形成導(dǎo)電柱，構(gòu)成第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)；提供ー導(dǎo)電基板，利用晶片鍵合技術(shù)將將所述發(fā)光外延層與導(dǎo)電基板連接。優(yōu)選地，所述第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)通過(guò)下面方法形成在所述發(fā)光外延層的隔離區(qū)域形成ー溝道，在所述溝道的側(cè)壁覆蓋ー第二絕緣層，中間填充導(dǎo)電材料形成導(dǎo)電柱，兩端分別連接所述第一發(fā)光二極管的第二半導(dǎo)體層與第二發(fā)光二極管的第一半導(dǎo)體層，構(gòu)成所述第ニ導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，垂直式交流發(fā)光二極管器件的制作方法，包括步驟
1)提供一生長(zhǎng)襯底，在其上外延生長(zhǎng)發(fā)光外延層，其至下而上包括第一半導(dǎo)體層，發(fā)光層和第二半導(dǎo)體層；
2)定義單個(gè)發(fā)光模塊的大小，將所述發(fā)光外延層劃分為若干個(gè)發(fā)光模塊，每個(gè)發(fā)光模塊包括一正向?qū)▍^(qū)域、一反向?qū)▍^(qū)域和位于兩者之間的隔離區(qū)域；3)隔離所述正向?qū)▍^(qū)域、反向?qū)▍^(qū)域的發(fā)光外延層，形成第一發(fā)光二極管和第二發(fā)光二極管，其中第一發(fā)光二極管對(duì)應(yīng)所述反向?qū)▍^(qū)域，第二發(fā)光二極管對(duì)應(yīng)所述正向?qū)軈^(qū)域；
4)制作第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，提供一導(dǎo)電基板，將所述發(fā)光外延層與導(dǎo)電基板連接；其中，所述反向?qū)▍^(qū)域的第二半導(dǎo)體層與所述導(dǎo)電基板之間設(shè)有一第一絕緣層，實(shí)現(xiàn)相互隔離；所述正向?qū)щ妳^(qū)域的第二半導(dǎo)體層與所述導(dǎo)電基板形成歐姆接觸；第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)連接所述第一發(fā)光二極管的第一半導(dǎo)體層、第二發(fā)光二極管的第二半導(dǎo)體層及所述導(dǎo)電基板；
5)移除生長(zhǎng)襯底；
6)制作第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，其連接所述第一發(fā)光二極管的第二半導(dǎo)體層與第二發(fā)光二極管的第一半導(dǎo)體層。在本發(fā)明的制作方法中，還可以包括如下步驟在所述發(fā)光外延層的第二半導(dǎo)體層之上形成一圖形化歐姆接觸層，其覆蓋前述每個(gè)發(fā)光模塊的正向?qū)▍^(qū)域、反向?qū)▍^(qū)域和靠近反向?qū)▍^(qū)域一側(cè)的部分隔離區(qū)域。優(yōu)選地，步驟4通過(guò)下面方法實(shí)現(xiàn)在所述反向?qū)▍^(qū)域定義一導(dǎo)電區(qū)，蝕刻所述導(dǎo)電區(qū)的發(fā)光外延層的第二半導(dǎo)體層和發(fā)光層，露出第一半導(dǎo)體層；在所述發(fā)光外延層的第二半導(dǎo)體層之上形成一圖形化歐姆接觸層，其覆蓋前述每個(gè)發(fā)光模塊的正向?qū)▍^(qū)域、反向?qū)▍^(qū)域；在所述導(dǎo)電區(qū)形成一導(dǎo)電柱，其側(cè)壁覆蓋一絕緣層；提供一導(dǎo)電基板，其表面劃分為兩個(gè)區(qū)域，其中第一區(qū)域?yàn)榻^緣區(qū)，其表層為絕緣性材料，第二區(qū)域?yàn)閷?dǎo)電區(qū)；在所述電基板上覆蓋一層金屬鍵合層，其完全覆蓋所述導(dǎo)電區(qū)及絕緣區(qū)的中央?yún)^(qū)域；將經(jīng)過(guò)前面步驟處理的發(fā)光外延層與所述導(dǎo)電基板鍵合；其中，所述反向?qū)▍^(qū)域位于所述導(dǎo)基板的絕緣區(qū)且其第二半導(dǎo)體層與導(dǎo)電基板之間實(shí)現(xiàn)電性絕緣，所述正向?qū)▍^(qū)域位于所述導(dǎo)電基板的導(dǎo)電區(qū)且其第二半導(dǎo)體層與導(dǎo)電基板之間實(shí)現(xiàn)歐姆接觸；所述導(dǎo)電柱與所述導(dǎo)電基板的導(dǎo)電區(qū)金屬鍵合層連接，實(shí)現(xiàn)連接所述第一發(fā)光二極管的第一半導(dǎo)體層、第二發(fā)光二極管的第二半導(dǎo)體層及所述導(dǎo)電基板。本發(fā)明的有益效果包括相較于傳統(tǒng)水平結(jié)構(gòu)AC-LED —般通過(guò)引線(xiàn)把已經(jīng)制作好的芯粒電性連接或者在封裝環(huán)節(jié)上把DC-LED通過(guò)一定電性連接形成AC-LED，本發(fā)明所公開(kāi)的垂直交流發(fā)光二極管在芯片制程上即可實(shí)現(xiàn)，其制程簡(jiǎn)單；且導(dǎo)電襯底相比藍(lán)寶石等絕緣襯底導(dǎo)熱性更好，更適合大電流驅(qū)動(dòng)。另外，本發(fā)明所述垂直交流發(fā)光二極管出光面只需要一個(gè)電極焊盤(pán)，很好地解決了電極遮光的問(wèn)題，提高了光效，同時(shí)也降低了原材料的成本。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。


根據(jù)以上所述配合附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)能對(duì)本發(fā)明的目的，特征以及優(yōu)點(diǎn)有更全面的了解。為了描述清楚起見(jiàn)，說(shuō)明書(shū)之附圖并未按照比例尺加以 描繪。圖I為本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例之一種垂直式交流發(fā)光二極管器件的結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖2為本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例之一種垂直式交流發(fā)光二極管器件的結(jié)構(gòu)剖視圖。圖3 12為圖I所示的垂直式交流發(fā)光二極管器件的制作過(guò)程示意圖。圖13 20為圖2所示的垂直式交流發(fā)光二極管器件的制作過(guò)程示意圖。圖中各標(biāo)號(hào)表不
101 :生長(zhǎng)襯底；102 :導(dǎo)電基板；110 :發(fā)光外延層；111 :n型半導(dǎo)體層；112 :發(fā)光層；113 p型半導(dǎo)體層；120 :高反射歐姆接觸層；131、第一絕緣層；132 :第二絕緣層；140 :金屬鍵合層；141 :共用電極層；150 :背電極；160 :導(dǎo)電孔；170 :溝道；201 :生長(zhǎng)襯底；202 :導(dǎo)電基板；210 :發(fā)光外延層；211 n型半導(dǎo)體層；212 :發(fā)光層；213 p型半導(dǎo)體層；220 :高反射歐姆接觸層-,231,232 :絕緣層；240，導(dǎo)電柱；241，242 :金屬鍵合層；243 :共用電極層；250 背電極；260 :第一發(fā)光二極管的導(dǎo)電區(qū)；270 :溝道；A :反向?qū)▍^(qū)域；B :正向?qū)▍^(qū)域；C 隔離區(qū)域。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說(shuō)明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。實(shí)施例一
如圖I所示，一種垂直式交流發(fā)光二管器件，包括導(dǎo)電基板102，發(fā)光模塊，高反歐姆接觸層120、金屬鍵合層140,第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu),第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu),背電極150。導(dǎo)電基板102 —般選用散熱性較佳的材料。發(fā)光模塊通過(guò)金屬鍵合層粘結(jié)于導(dǎo)電基板102上，由發(fā)光二極管LED1、LED2構(gòu)成。LED1、LED2至上而下包括n型半導(dǎo)體層111、發(fā)光層112、p型半導(dǎo)體層113，彼此中間相互隔離，其中LEDl與導(dǎo)電基板102之間通過(guò)絕緣層131實(shí)現(xiàn)電絕緣，高反歐姆接觸層120覆蓋在LED1、LED2的p型半導(dǎo)體層下表面及靠近LEDl —側(cè)的部分隔離區(qū)域。LEDl設(shè)有一通道，其貫穿P型半導(dǎo)體113、發(fā)光層112，底部位于n型半導(dǎo)體層111，側(cè)壁覆蓋一層絕緣層，金屬鍵合層140完全覆蓋LED1、LED2的p型半導(dǎo)體層下表面并填充所述通道，構(gòu)成第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。在LED1、LED2之間設(shè)有一溝道，在溝道的側(cè)壁覆蓋一第二絕緣層132，中間填充導(dǎo)電材料形成共用電極層141，其兩端分別連接LED2的n型半導(dǎo)體層和LEDl下方的高反歐姆接觸層120，構(gòu)成第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。在本器件結(jié)構(gòu)中，通過(guò)圖形化發(fā)光外延層的外表面，在LEDl的p型層遠(yuǎn)離發(fā)光層的一側(cè)形成絕緣層，控制高反歐姆接觸層120及絕緣層131的位置，在LED1、LED2之間的隔離區(qū)形成共用電極層141，正面共用電極層將另兩端電連接，只需單一電極焊盤(pán)于兩區(qū)交界中間，并通過(guò)晶片鍵合技術(shù)便可形成垂直型交流發(fā)光二極管。下面結(jié)合制備方法對(duì)上述結(jié)構(gòu)做具體描述。上述垂直式交流發(fā)光二管器件的制備方法，包括下面步驟
如圖3所示，利用MOCVD技術(shù)在生長(zhǎng)襯底101 (藍(lán)寶石等)上依次成長(zhǎng)n型半導(dǎo)體層111，發(fā)光層112及P型半導(dǎo)體層113，構(gòu)成發(fā)光外延層110。下一步，定義單個(gè)發(fā)光模塊的大小，將發(fā)光外延層劃分為若干個(gè)發(fā)光模塊，每個(gè)發(fā)光模塊包括正向?qū)▍^(qū)域A、反向?qū)▍^(qū)域B和位于兩者之間的隔離區(qū)域C。在反向?qū)▍^(qū)域A定義一導(dǎo)電區(qū)，通過(guò)黃光微影、干法蝕刻等技術(shù)刻蝕該導(dǎo)電區(qū)至n型半導(dǎo)體層110，形成導(dǎo)電孔160，其側(cè)面剖視圖如圖3所示，導(dǎo)電孔可為圓形或者矩形，至少含有一個(gè)或者以上。下一步，如圖6所示，通過(guò)黃光微影、電子束蒸鍍等技術(shù)在發(fā)光外延層形成高反射性P型歐姆接觸層120，該層可由能與p型半導(dǎo)體形成良好接觸的第一金屬接觸層(Pt，Ni，Pd的一種或者以上)和反射金屬層(Ag，Al其中一種，或者Ag，Al經(jīng)過(guò)特殊制作的具有高反射的合金)組成，第一金屬接觸層應(yīng)能保證盡量少的吸收活性層發(fā)出的光；該層亦可直接由能與P型半導(dǎo)體層形成良好接觸并且具備對(duì)可見(jiàn)光高反射的金屬材料構(gòu)成(例如Ag)。如圖5所示，上圖為未形成高反射性p型歐姆接觸層120的俯視圖，正向?qū)▍^(qū)域A、反向?qū)▍^(qū)域B通過(guò)隔離區(qū)域C隔離開(kāi)；下圖為形成高反射性p型歐姆接觸層120后的俯視圖，高反射性P型歐姆接觸層120覆蓋正向?qū)▍^(qū)域B、反向?qū)▍^(qū)域A和靠近反向?qū)▍^(qū)域A —側(cè)的部分隔離區(qū)域。下一步，利用PECVD、黃光微影、化學(xué)蝕刻在高反射層p型歐姆接觸層120上形成圖形化所述第一絕緣層131，其覆蓋反向?qū)▍^(qū)域一側(cè)的高反射層p型歐姆接觸層120上表面、導(dǎo)電孔160側(cè)壁和正、反向?qū)▍^(qū)域交界處未覆蓋歐姆接觸層120的p型半導(dǎo)體層上表面，其側(cè)面剖視圖如圖7所示。該絕緣層有兩種作用，一是使反向?qū)▍^(qū)n型半導(dǎo)體層與P型半導(dǎo)體層電絕緣，二是使正向?qū)▍^(qū)與反向?qū)▍^(qū)反射性P型歐姆接觸層分離，此絕緣材料可為SiO2, SiNx, BCB等。下一步，在經(jīng)過(guò)前面步驟處理的發(fā)光外延層表面形成金屬鍵合層140，其覆蓋覆蓋了包括反向?qū)▍^(qū)域的通孔、第一絕緣層、正向?qū)▍^(qū)域的P型歐姆接觸層在內(nèi)的整個(gè)表面，并填充反向?qū)▍^(qū)域的導(dǎo)通孔160形成導(dǎo)電柱，構(gòu)成第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。該層可包含Cr，Ti，Pt, Au的多種組合。下一步，提供一導(dǎo)電基板102，利用晶片鍵合技術(shù)將發(fā)光外延層與導(dǎo)電基板連接，其側(cè)面剖視圖如圖8所示。下一步，移除生長(zhǎng)襯底101，其側(cè)面剖視圖如圖9所示。在本實(shí)施例中，采用藍(lán)寶石作為生長(zhǎng)襯底，可利用激光剝離方式移除生長(zhǎng)襯底。下一步，結(jié)合黃光微影、干法蝕刻等工藝在發(fā)光外延層形成溝道170，從而隔離正向?qū)▍^(qū)域、反向?qū)▍^(qū)域的發(fā)光外延層，形成第一發(fā)光二極管LEDl和第二發(fā)光二極管LED2，其中第一發(fā)光二極管對(duì)應(yīng)反向?qū)▍^(qū)域，第二發(fā)光二極管對(duì)應(yīng)正向?qū)軈^(qū)域，其側(cè)面剖視圖如圖10所示。下一步，在溝道170的側(cè)壁形成第二絕緣層132，其側(cè)面剖視圖如圖11所示。具體工藝如下利用PECVD或者旋轉(zhuǎn)涂布在形成絕緣材料，再通過(guò)黃光微影、干法、濕法蝕刻結(jié)合制作第二絕緣層110,此絕緣層應(yīng)由gap填充能力較好的透明絕緣材料構(gòu)成,如S0G、SiNx> BCB的一種或者多種組合。下一步，制作第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。利用真空電子束以及黃光微影、金屬玻璃技術(shù)在溝道170制作共用電極層111，兩端分別連接所述LEDl的p型半導(dǎo)體層與LED2的n型半導(dǎo)體層，構(gòu)成所述第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。此共用電極層應(yīng)能與n型半導(dǎo)體才層以及p型反射性歐姆接觸層形成良好電性接觸，厚度應(yīng)滿(mǎn)足后續(xù)封裝焊接引線(xiàn)，該層可包含Cr，Ti，Pt，Au的多種組合。通過(guò)襯底減薄技術(shù)將導(dǎo)電基板102減薄，并鍍上背電極150，形成垂直交流發(fā)光二極管。為了取得更佳的出光效果，一般可在n型半導(dǎo)體表面上做粗化處理，完成后的器件的側(cè)面剖視圖如圖12所示。在本制作方法中，設(shè)置圖形化的p型歐姆接觸層120、絕緣層131，并通過(guò)在LEDl中設(shè)置一導(dǎo)電通孔，在晶片鍵合的過(guò)程中，同時(shí)將導(dǎo)電金屬注入通孔中，形成垂直式的交流發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)，工藝簡(jiǎn)單。實(shí)施例二
如圖2所示，一種垂直式交流發(fā)光二管器件，包括導(dǎo)電基板202，發(fā)光模塊，高反歐姆接觸層220、金屬鍵合層240，絕緣層231、232，第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，背電極250。本實(shí)施例與實(shí)施例一的主要區(qū)別的在于絕緣層的位置。在實(shí)施例一中，其位于金屬鍵合層與所述LEDl的p型半導(dǎo)體層之間，通過(guò)圖形化外延層，在LEDl的p型半導(dǎo)體層上形成絕緣層；而本實(shí)施例，其位于金屬鍵合層與導(dǎo)電基板之間，圖形化導(dǎo)電基板，將其表面劃分為兩個(gè)區(qū)域，其中第一區(qū)域?yàn)榻^緣區(qū)，其表層為絕緣性材料，第二區(qū)域?yàn)閷?dǎo)電區(qū)，金屬鍵合層241、242 完全覆蓋所述導(dǎo)電區(qū)及絕緣區(qū)的中央?yún)^(qū)域，保證了 LEDl的p型半導(dǎo)體不與導(dǎo)電基板202導(dǎo)通。金屬鍵合層241形成于導(dǎo)電區(qū)，金屬鍵合層242形成絕緣區(qū)，兩金屬鍵合層互不導(dǎo)通過(guò)。導(dǎo)電柱240、金屬鍵合層241構(gòu)成第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，連通了 LEDl的n型半導(dǎo)體層、導(dǎo)導(dǎo)基板202和LED2的p型半導(dǎo)體；共用電極層243、金屬鍵合層242構(gòu)成了第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，連通過(guò)了 LEDl的p型半導(dǎo)體層和LED2的n型半導(dǎo)體層，從而形成了垂直式交流發(fā)光二極管。下面結(jié)合制備方法對(duì)該結(jié)構(gòu)做具體描述。上述垂直式交流發(fā)光二管器件的制備方法，包括下面步驟
首先，如圖13所示，利用MOCVD技術(shù)在生長(zhǎng)襯底101 (藍(lán)寶石等)上依次成長(zhǎng)n型半導(dǎo)體層211，發(fā)光層212及P型半導(dǎo)體層213，構(gòu)成發(fā)光外延層210。下一步，定義單個(gè)發(fā)光模塊的大小，將發(fā)光外延層劃分為若干個(gè)發(fā)光模塊，每個(gè)發(fā)光模塊包括正向?qū)▍^(qū)域A、反向?qū)▍^(qū)域B和位于兩者之間的隔離區(qū)域C。在反向?qū)▍^(qū)域A定義一導(dǎo)電區(qū)，利用ICP干法刻蝕打穿隔離區(qū)域C發(fā)光外延層及導(dǎo)電區(qū)的p型半導(dǎo)體層、發(fā)光層。如圖14所示，在導(dǎo)電區(qū)露出n型半導(dǎo)體層；在隔離區(qū)域C露出生長(zhǎng)襯底，發(fā)光外延層被分隔為兩個(gè)LED，其中LEDl對(duì)應(yīng)反向?qū)▍^(qū)域，LED2對(duì)應(yīng)正向?qū)▍^(qū)域。
下一步，利用電子束蒸發(fā)在P型半導(dǎo)體層上形成高反射層P型歐姆接觸層220。在上述用ICP打出的n型半導(dǎo)體層上蒸鍍與高反射層p型歐姆接觸層220厚度一致的導(dǎo)電柱240。其側(cè)面剖視圖如圖15所示。下一步，如圖16所示，利用填充材料231將隔離區(qū)填充至與高反射層p型歐姆接觸層220平齊。下一步，提供一導(dǎo)電基板202，其表面劃分為兩個(gè)區(qū)域，其中第一區(qū)域?yàn)榻^緣區(qū)，其表層為絕緣性材料232，第二區(qū)域?yàn)閷?dǎo)電區(qū)。該圖形化的導(dǎo)電基板可通過(guò)以下工藝獲得利用PECVD在導(dǎo)電基板202上沉積絕緣材料，利用黃光技術(shù)，制作絕緣層保護(hù)光阻，并利用濕法蝕刻去除導(dǎo)電區(qū)的絕緣材料，接著利用電子束蒸發(fā)鍍膜在裸露的基板形成第一基板金屬鍵合層241，以及在絕緣材料232上沉積第二基板金屬鍵合層242。該導(dǎo)電基板的側(cè)面剖視圖和俯視圖如圖17和18所示。下一步，利用晶片鍵合工藝將發(fā)光外延層與導(dǎo)電基板202鍵合，形成電性連接。其中，LEDl位于導(dǎo)電基板202的絕緣區(qū)且該p型半導(dǎo)體層與導(dǎo)電基板之間實(shí)現(xiàn)電性絕緣；LED2位于導(dǎo)電基板的導(dǎo)電區(qū)且該p型半導(dǎo)體層與導(dǎo)電基板之間實(shí)現(xiàn)歐姆接觸；導(dǎo)電柱240與第一基板金屬鍵合層241連接，從而連接所述LEDl的n型半導(dǎo)體層、LED2的p型半導(dǎo)體層及導(dǎo)電基板。其側(cè)面剖視圖如圖19所示。下一步，移除生長(zhǎng)襯底201。在本實(shí)施例中，采用藍(lán)寶石作為生長(zhǎng)襯底，可利用激光剝離方式移除生長(zhǎng)襯底。下一步，制作第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。具體工藝如下利用ICP干法或者濕法蝕刻隔離區(qū)域的填充物231至基板絕緣部分上的鍵合金屬層242，并利用電子束蒸發(fā)形成共用電極層243。通過(guò)襯底減薄技術(shù)將導(dǎo)電基板202減薄，并鍍上背電極250，形成垂直交流發(fā)光二極管。為了取得更佳的出光效果，一般可在n型半導(dǎo)體表面上做粗化處理，完成后的器件的側(cè) 面剖視圖如圖20所示。很明顯地，本發(fā)明的說(shuō)明不應(yīng)理解為僅僅限制在上述實(shí)施例，而是包括利用本發(fā)明構(gòu)思的全部實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.垂直式交流發(fā)光二極管器件，包括 導(dǎo)電基板； 發(fā)光模塊，位于所述導(dǎo)電基板之上，其包含兩個(gè)水平并列且相互隔離的發(fā)光二極管，所述第一、第二發(fā)光二極管至上而下包括第一半導(dǎo)體層，發(fā)光層，第二半導(dǎo)體層；所述第一發(fā)光二極管的第二半導(dǎo)體層與所述導(dǎo)電基板之間設(shè)有一第一絕緣層，實(shí)現(xiàn)相互隔離；所述第ニ發(fā)光二極管的第二半導(dǎo)體層與所述導(dǎo)電基板形成歐姆接觸； 第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，連接所述第一發(fā)光二極管的第一半導(dǎo)體層、第二發(fā)光二極管第二半導(dǎo)體層及所述導(dǎo)電基板； 第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，連接所述第一發(fā)光二極管的第二半導(dǎo)體層與第二發(fā)光二極管的第一半導(dǎo)體層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的垂直式交流發(fā)光二極管器件，其特征在于在所述發(fā)光模塊的出光面上有且只有ー個(gè)電極結(jié)構(gòu)，其與所述第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的垂直式交流發(fā)光二極管器件，其特征在于所述第一、第二發(fā)光二極管之間設(shè)有一第一溝道，在所述溝道的側(cè)壁覆蓋ー第二絕緣層，中間填充導(dǎo)電材料形成導(dǎo)電柱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的垂直式交流發(fā)光二極管器件，其特征在于所述導(dǎo)電柱的兩端分別連接所述第一發(fā)光二極管的第二半導(dǎo)體層與第二發(fā)光二極管的第一半導(dǎo)體層，構(gòu)成所述第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的垂直式交流發(fā)光二極管器件，其特征在于在所述導(dǎo)電基板與發(fā)光模塊之間還設(shè)有歐姆接觸層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的垂直式交流發(fā)光二極管器件，其特征在于所述第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的兩端分別與第二發(fā)光二極管的第一半導(dǎo)體層、所述歐姆接觸層連接，實(shí)現(xiàn)所述第一發(fā)光二極管的第二半導(dǎo)體層與第二發(fā)光二極管的第一半導(dǎo)體層的連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的垂直式交流發(fā)光二極管器件，其特征在于所述發(fā)光模塊通過(guò)ー金屬鍵合層與所述導(dǎo)電基板連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的垂直式交流發(fā)光二極管器件，其特征在于所述第一絕緣層位于所述金屬鍵合層與所述第一發(fā)光二極管的第二半導(dǎo)體之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的垂直式交流發(fā)光二極管器件，其特征在于所述第一發(fā)光二極管設(shè)有一通道，其貫穿第二半導(dǎo)體層、發(fā)光層，底部位于第一半導(dǎo)體層，側(cè)壁覆蓋ー層絕緣層，所述金屬鍵合層完全覆蓋所述發(fā)光模塊的第二半導(dǎo)體層并填充所述通道，構(gòu)成所述第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的垂直式交流發(fā)光二極管器件，其特征在于所述第一絕緣層位于所述導(dǎo)電基板上，通過(guò)所述金屬鍵合層與發(fā)光模塊粘結(jié)。
11.垂直式交流發(fā)光二極管器件的制作方法，包括步驟 1)提供一生長(zhǎng)襯底，在其上外延生長(zhǎng)發(fā)光外延層，其至下而上包括第一半導(dǎo)體層，發(fā)光層和第二半導(dǎo)體層； 2)定義單個(gè)發(fā)光模塊的大小，將所述發(fā)光外延層劃分為若干個(gè)發(fā)光模塊，每個(gè)發(fā)光模塊包括一正向?qū)▍^(qū)域、一反向?qū)▍^(qū)域和位于兩者之間的隔離區(qū)域； 3)制作第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，提供ー導(dǎo)電基板，將所述發(fā)光外延層與導(dǎo)電基板連接；其中，所述反向?qū)▍^(qū)域的第二半導(dǎo)體層與所述導(dǎo)電基板之間設(shè)有一第一絕緣層，實(shí)現(xiàn)相互隔離；所述正向?qū)щ妳^(qū)域的第二半導(dǎo)體層與所述導(dǎo)電基板形成歐姆接觸；第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)連接所述反向?qū)▍^(qū)域的第一半導(dǎo)體層、正向?qū)▍^(qū)域的第二半導(dǎo)體層及所述導(dǎo)電基板； 4)移除生長(zhǎng)襯底； 5)隔離正向?qū)▍^(qū)域、反向?qū)▍^(qū)域的發(fā)光外延層，形成第一發(fā)光二極管和第二發(fā)光二極管，其中第一發(fā)光二極管對(duì)應(yīng)所述反向?qū)▍^(qū)域，第二發(fā)光二極管對(duì)應(yīng)所述正向?qū)軈^(qū)域； 6)制作第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，其連接所述第一發(fā)光二極管的第二半導(dǎo)體層與第二發(fā)光二極管的第一半導(dǎo)體層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的垂直式交流發(fā)光二極管器件的制作方法，其特征在于還包括如下步驟在所述發(fā)光外延層的第二半導(dǎo)體層之上形成一圖形化歐姆接觸層，其覆蓋前述每個(gè)發(fā)光模塊的正向?qū)▍^(qū)域、反向?qū)▍^(qū)域和靠近反向?qū)▍^(qū)域一側(cè)的部分隔離區(qū)域。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的垂直式交流發(fā)光二極管器件的制作方法，其特征在于步驟3通過(guò)下面方法實(shí)現(xiàn) 在所述反向?qū)▍^(qū)域定義一導(dǎo)電區(qū)，蝕刻所述導(dǎo)電區(qū)的發(fā)光外延層的第二半導(dǎo)體層和發(fā)光層，露出第一半導(dǎo)體層； 在所述發(fā)光外延層的第二半導(dǎo)體層之上形成一圖形化歐姆接觸層，其覆蓋前述每個(gè)發(fā)光模塊的正向?qū)▍^(qū)域、反向?qū)▍^(qū)域和靠近反向?qū)▍^(qū)域一側(cè)的部分隔離區(qū)域； 在所述歐姆接觸層上形成圖形化所述第一絕緣層，其覆蓋所述反向?qū)▍^(qū)域的歐姆接觸層上表面、所述導(dǎo)電區(qū)側(cè)壁和正、反向?qū)▍^(qū)域交界處； 在經(jīng)過(guò)前面步驟處理的發(fā)光外延層表面形成金屬鍵合層，其覆蓋整個(gè)發(fā)光外延層的表面，并在反向?qū)▍^(qū)域的導(dǎo)通區(qū)形成導(dǎo)電柱，構(gòu)成第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)； 提供一導(dǎo)電基板，利用晶片鍵合技術(shù)將將所述發(fā)光外延層與導(dǎo)電基板連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的垂直式交流發(fā)光二極管器件的制作方法，其特征在于所述第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)通過(guò)下面方法形成在所述發(fā)光外延層的隔離區(qū)域形成一溝道，在所述溝道的側(cè)壁覆蓋一第二絕緣層，中間填充導(dǎo)電材料形成導(dǎo)電柱，兩端分別連接所述第一發(fā)光二極管的第二半導(dǎo)體層與第二發(fā)光二極管的第一半導(dǎo)體層，構(gòu)成所述第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
15.垂直式交流發(fā)光二極管器件的制作方法，包括步驟 1)提供一生長(zhǎng)襯底，在其上外延生長(zhǎng)發(fā)光外延層，其至下而上包括第一半導(dǎo)體層，發(fā)光層和第二半導(dǎo)體層； 2)定義單個(gè)發(fā)光模塊的大小，將所述發(fā)光外延層劃分為若干個(gè)發(fā)光模塊，每個(gè)發(fā)光模塊包括一正向?qū)▍^(qū)域、一反向?qū)▍^(qū)域和位于兩者之間的隔離區(qū)域； 3)隔離所述正向?qū)▍^(qū)域、反向?qū)▍^(qū)域的發(fā)光外延層，形成第一發(fā)光二極管和第二發(fā)光二極管，其中第一發(fā)光二極管對(duì)應(yīng)所述反向?qū)▍^(qū)域，第二發(fā)光二極管對(duì)應(yīng)所述正向?qū)軈^(qū)域； 4)制作第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，提供一導(dǎo)電基板，將所述發(fā)光外延層與導(dǎo)電基板連接；其中，所述反向?qū)▍^(qū)域的第二半導(dǎo)體層與所述導(dǎo)電基板之間設(shè)有一第一絕緣層，實(shí)現(xiàn)相互隔離；所述正向?qū)щ妳^(qū)域的第二半導(dǎo)體層與所述導(dǎo)電基板形成歐姆接觸；第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)連接所述第一發(fā)光二極管的第一半導(dǎo)體層、第二發(fā)光二極管的第二半導(dǎo)體層及所述導(dǎo)電基板； 5)移除生長(zhǎng)襯底； 6)制作第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，其連接所述第一發(fā)光二極管的第二半導(dǎo)體層與第二發(fā)光二極管的第一半導(dǎo)體層。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的垂直式交流發(fā)光二極管器件的制作方法，其特征在于還包括如下步驟在所述發(fā)光外延層的第二半導(dǎo)體層之上形成ー圖形化歐姆接觸層，其覆蓋前述每個(gè)發(fā)光模塊的正向?qū)▍^(qū)域、反向?qū)▍^(qū)域。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的垂直式交流發(fā)光二極管器件的制作方法，其特征在于步驟4通過(guò)下面方法實(shí)現(xiàn) 在所述反向?qū)▍^(qū)域定義ー導(dǎo)電區(qū)，蝕刻所述導(dǎo)電區(qū)的發(fā)光外延層的第二半導(dǎo)體層和發(fā)光層，露出第一半導(dǎo)體層； 在所述發(fā)光外延層的第二半導(dǎo)體層之上形成ー圖形化歐姆接觸層，其覆蓋前述每個(gè)發(fā)光模塊的正向?qū)▍^(qū)域、反向?qū)▍^(qū)域； 在所述導(dǎo)電區(qū)形成ー導(dǎo)電柱，其側(cè)壁覆蓋ー絕緣層； 提供ー導(dǎo)電基板，其表面劃分為兩個(gè)區(qū)域，其中第一區(qū)域?yàn)榻^緣區(qū)，其表層為絕緣性材料，第二區(qū)域?yàn)閷?dǎo)電區(qū)； 在所述導(dǎo)電基板上覆蓋ー層金屬鍵合層，其完全覆蓋所述導(dǎo)電區(qū)及絕緣區(qū)的中央?yún)^(qū)域； 將經(jīng)過(guò)前面步驟處理的發(fā)光外延層與所述導(dǎo)電基板鍵合； 其中，所述反向?qū)▍^(qū)域位于所述導(dǎo)基板的絕緣區(qū)且其第二半導(dǎo)體層與導(dǎo)電基板之間實(shí)現(xiàn)電性絕緣，所述正向?qū)▍^(qū)域位于所述導(dǎo)電基板的導(dǎo)電區(qū)且其第二半導(dǎo)體層與導(dǎo)電基板之間實(shí)現(xiàn)歐姆接觸；所述導(dǎo)電柱與所述導(dǎo)電基板的導(dǎo)電區(qū)金屬鍵合層連接，實(shí)現(xiàn)連接所述第一發(fā)光二極管的第一半導(dǎo)體層、第二發(fā)光二極管的第二半導(dǎo)體層及所述導(dǎo)電基板。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種垂直式交流發(fā)光二極管器件及其制作方法。其中，所述垂直式交流發(fā)光二極管器件，包括導(dǎo)電基板；發(fā)光模塊，位于所述導(dǎo)電基板之上，其包含兩個(gè)水平并列且相互隔離的發(fā)光二極管，所述第一、第二發(fā)光二極管至上而下包括第一半導(dǎo)體層，發(fā)光層，第二半導(dǎo)體層；所述第一發(fā)光二極管的第二半導(dǎo)體層與所述導(dǎo)電基板之間設(shè)有一第一絕緣層，實(shí)現(xiàn)相互隔離；所述第二發(fā)光二極管的第二半導(dǎo)體層與所述導(dǎo)電基板形成歐姆接觸；第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，連接所述第一發(fā)光二極管的第一半導(dǎo)體層、第二發(fā)光二極管第二半導(dǎo)體層及所述導(dǎo)電基板；第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，連接所述第一發(fā)光二極管的第二半導(dǎo)體層與第二發(fā)光二極管的第一半導(dǎo)體層。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102683534SQ201210157568
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月21日
發(fā)明者吳志強(qiáng), 曾曉強(qiáng), 潘群峰, 陳順平, 黃少華 申請(qǐng)人:廈門(mén)市三安光電科技有限公司