一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片及其制作方法，屬于半導(dǎo)體發(fā)光二極管領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，發(fā)光二極管（Lightemittingdiode,簡(jiǎn)稱LED)作為一種新型光源在社會(huì) 生活各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，例如戶外顯示、儀表指示、一般照明等。
[0003] 現(xiàn)有LED結(jié)構(gòu)包括襯底110,p型半導(dǎo)體層111，活性層112,n型半導(dǎo)體層113,p 電極114和n電極115,當(dāng)在p電極114和n電極115之間施加電壓時(shí)，電流從p電極114 至n電極115,在活性層112進(jìn)行電光轉(zhuǎn)化。如圖1所示。由于p、n電極位于芯片同一側(cè)， 導(dǎo)致芯片工作時(shí)，注入電流分布不均勻，影響LED的發(fā)光效率。另一種現(xiàn)有LED薄膜芯片， 結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)電襯底120，p型半導(dǎo)體層121，活性層122，n型半導(dǎo)體層123，p型半導(dǎo)體層121 和導(dǎo)電襯底120之間有一p型接觸層126和一金屬粘合層127。p電極124和n電極125位 于芯片的兩側(cè)。當(dāng)在P電極124和n電極125之間施加電壓時(shí)，電流垂直注入活性層122， 如圖2所示。相對(duì)于圖1的芯片，其電流分布均勻性得到一定提高。但是，當(dāng)大電流通過(guò)時(shí)， 越靠近n電極125的地方，流過(guò)的電流密度就越大，電流分布不均勻性越明顯。上述現(xiàn)有芯 片有一個(gè)共同點(diǎn)，就是均需要借助n型半導(dǎo)體層來(lái)進(jìn)行電流的橫向擴(kuò)展。這就要求n型半導(dǎo) 體層具有較大的厚度(一般超過(guò)2微米)以及較高的摻雜濃度(一般大于1E18每立方厘米)。 這帶來(lái)一個(gè)新的問(wèn)題：n型半導(dǎo)體層對(duì)光的吸收。為了減少n型半導(dǎo)體的吸收，將n型半導(dǎo) 體層減薄或者降低半導(dǎo)體的摻雜濃度。但單獨(dú)采用這兩種方法都會(huì)降低n型半導(dǎo)體的導(dǎo)電 能力，進(jìn)而導(dǎo)致芯片工作時(shí)電流分布不均勻，降低芯片發(fā)光效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片及其制作方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] -種半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片，其結(jié)構(gòu)從上往下依次包括透明導(dǎo)電層、n型半導(dǎo)體 層、活性層、P型半導(dǎo)體層、P型接觸層、介質(zhì)絕緣層、鍵合金屬層、導(dǎo)電襯底、n電極；其中，所 述透明導(dǎo)電層材料在該半導(dǎo)體二極管芯片發(fā)射光的波段內(nèi)的透過(guò)率超過(guò)90%;透明導(dǎo)電層 是在生長(zhǎng)n型半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)襯底去除之后沉積到n型半導(dǎo)體層上的；
[0007] 在介質(zhì)絕緣層與鍵合金屬層之間設(shè)有n型接觸層，n型接觸層通過(guò)貫穿其上部各 層的通孔直達(dá)n型半導(dǎo)體層中實(shí)現(xiàn)與n型半導(dǎo)體層接觸，實(shí)現(xiàn)n電極和n半導(dǎo)體層的電氣 連接；或者所述通孔貫穿整個(gè)n型半導(dǎo)體層實(shí)現(xiàn)與透明導(dǎo)電層接觸；
[0008] 芯片表面有窗口，p電極位于窗口區(qū)域，p電極與p型接觸層接觸，實(shí)現(xiàn)p電極和p 型半導(dǎo)體層的電氣連接。
[0009] 所述n型接觸層上的通孔內(nèi)表層沉積有n型接觸層材料。
[0010] 所述n型接觸層上設(shè)有多個(gè)通孔。設(shè)計(jì)通孔數(shù)取決于芯片面積，進(jìn)一步優(yōu)選所述 通孔之間的距離在50-200微米。所述通孔為圓形或方形的孔。通孔口徑盡量地小以減少 發(fā)光面積的縮減。
[0011] 所述透明導(dǎo)電層的具有低電阻和高透過(guò)率的特點(diǎn)，替代或者輔助n型半導(dǎo)體層進(jìn) 行電流和橫向擴(kuò)展。優(yōu)選的，所述透明導(dǎo)電層材料為氧化銦錫（IT0)或氧化鋅，厚度為50? 500納米。
[0012] n型半導(dǎo)體層厚度減薄至0. 5?1微米，比常規(guī)減少一半以上；n型半導(dǎo)體層的摻 雜濃度為1E17?1E19每立方厘米，進(jìn)一步優(yōu)選為1E17?1E18每立方厘米，比常規(guī)減少一 半以上。其他各層的厚度和摻雜均按現(xiàn)有技術(shù)即可。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述n型半導(dǎo)體層和/或p型半導(dǎo)體層為Al，Ga，In，N四元 材料體系或Al，Ga，In，P四元材料體系。
[0014]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述p型接觸層為Ni、Ag、Al、Ti、Au、Pt之一或組合。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述n型接觸層為Cr、Ni、Al、Au、Ge、Ti之一或組合。進(jìn)一步 優(yōu)選的，所述n型接觸層為金屬疊層鉻/金。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述介質(zhì)絕緣層為氧化硅或者氮化硅或者氮氧化硅，厚度為 0. 1?1微米。
[0017]本發(fā)明采用常規(guī)外延生長(zhǎng)半導(dǎo)體材料的方法：在生長(zhǎng)襯底上依次外延生長(zhǎng)n型半 導(dǎo)體層、活性層、P型半導(dǎo)體層。其中n型半導(dǎo)體層的厚度減薄、摻雜濃度降低。結(jié)構(gòu)與現(xiàn) 有技術(shù)不同。
[0018] 本發(fā)明提出一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片的制作方法，包括以下步驟：
[0019] (1)在生長(zhǎng)襯底上依次外延生長(zhǎng)n型半導(dǎo)體層、活性層、p型半導(dǎo)體層。
[0020] (2)通過(guò)干法或濕法蝕刻技術(shù)在外延層上制作多個(gè)通孔，通孔的深度達(dá)到n型半 導(dǎo)體層或者完全穿透外延層達(dá)到生長(zhǎng)襯底。
[0021] (3 )依次制作p型接觸層、介質(zhì)絕緣層、n型接觸層、鍵合金屬層。通過(guò)晶圓鍵合技 術(shù)將制得的外延晶片與另一導(dǎo)電襯底粘合。
[0022] (4)通過(guò)機(jī)械研磨、拋光、干法或者濕法蝕刻技術(shù)移除生長(zhǎng)襯底，露出n型半導(dǎo)體 層。通過(guò)干法蝕刻或者濕法蝕刻將n型半導(dǎo)體層減薄至0. 5?1微米。
[0023] (5)在n型半導(dǎo)體層表面制作透明導(dǎo)電層。
[0024] (6)通過(guò)干法或濕法蝕刻技術(shù)在外延層生制作窗口，露出p型接觸層，制備p電極 與P型接觸層連接。在導(dǎo)電襯底背面制備n電極。
[0025] (7)切割晶圓，制作成獨(dú)立的發(fā)光芯片。
[0026]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述導(dǎo)電襯底選自導(dǎo)電硅，鍺，碳化硅或者金屬襯底；金屬襯 底優(yōu)選銅，鎳，鶴，或銅、鎳、鶴的合金。
[0027] 如上述步驟（1)中生長(zhǎng)的n型半導(dǎo)體層的厚度為0.5-1微米，上述步驟（4)中減薄 n型半導(dǎo)體層的操作就可省去。
[0028]根據(jù)本發(fā)明，將半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片的導(dǎo)電襯底替換為絕緣襯底，構(gòu)成另一種 半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片結(jié)構(gòu)。
[0029] -種絕緣襯底的半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片，其結(jié)構(gòu)從上往下依次包括透明導(dǎo)電層、n 型半導(dǎo)體層、活性層、P型半導(dǎo)體層、P型接觸層、介質(zhì)絕緣層、鍵合金屬層、絕緣襯底；其中， 所述透明導(dǎo)電層材料在該半導(dǎo)體二極管芯片發(fā)射光的波段內(nèi)的透過(guò)率超過(guò)90%;透明導(dǎo)電 層是在生長(zhǎng)n型半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)襯底去除之后沉積到n型半導(dǎo)體層上的；
[0030] 在介質(zhì)絕緣層與鍵合金屬層之間設(shè)有n型接觸層，n型接觸層通過(guò)貫穿其上部各 層的通孔直達(dá)n型半導(dǎo)體層中實(shí)現(xiàn)與n型半導(dǎo)體層接觸，或者所述通孔貫穿整個(gè)n型半導(dǎo) 體層實(shí)現(xiàn)與透明導(dǎo)電層接觸；
[0031] 芯片表面有兩個(gè)窗口，其中一個(gè)窗口為p電極窗口，p電極與p型接觸層接觸，實(shí) 現(xiàn)P電極和P型半導(dǎo)體層的電氣連接；另一個(gè)窗口為n電極窗口，在n型接觸層上制作有n 電極，實(shí)現(xiàn)n電極和n型半導(dǎo)體層的電氣連接。優(yōu)選的，p、n電極位于芯片同一側(cè)。
[0032] 上述絕緣襯底的半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片，其他技術(shù)特征與前述導(dǎo)電襯底的半導(dǎo)體 發(fā)光二極管芯片相同。
[0033] 根據(jù)上述絕緣襯底的半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片，本發(fā)明提出另一種半導(dǎo)體發(fā)光二極 管芯片的制作方法，包括以下步驟：
[0034] 1)在生長(zhǎng)襯底上依次外延生長(zhǎng)n型半導(dǎo)體層、活性層、p型半導(dǎo)體層。
[0035] 2)通過(guò)干法或濕法蝕刻技術(shù)在外延層上制作多個(gè)通孔，通孔的深度達(dá)到n型半導(dǎo) 體層或者完全穿透外延層達(dá)到生長(zhǎng)襯底。
[0036] 3)依次制作p型接觸層、介質(zhì)絕緣層、n型接觸層、鍵合金屬層。通過(guò)晶圓鍵合技 術(shù)將制得的外延晶片與另一絕緣襯底粘合。
[0037] 4)通過(guò)機(jī)械研磨、拋光、干法或者濕法蝕刻等技術(shù)移除生長(zhǎng)襯底，露出n型半導(dǎo)體 層。通過(guò)干法蝕刻或者濕法蝕刻將n型半導(dǎo)體層減薄至0. 5?1微米。
[0038] 5)在n型半導(dǎo)體層表面制作透明導(dǎo)電層。
[0039]6)通過(guò)干法或濕法蝕刻技術(shù)在外延層上制作兩個(gè)窗口，分別露出n型接觸層和p 型接觸層，在n型接觸層上制備n電極，在p型接觸層上制備p電極。p、n電極都位于絕緣 襯底上方。
[0040] 7)切割晶圓，制作成獨(dú)立的發(fā)光芯片。
[0041] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述絕緣襯底選自絕緣硅或者藍(lán)寶石。
[0042] 如上述步驟1)中生長(zhǎng)的n型半導(dǎo)體層的厚度為0. 5-1微米，上述步驟4)中減薄 n型半導(dǎo)體層的操作就可省去。
[0043] 本發(fā)明的有益效果：
[0044] 本發(fā)明新結(jié)構(gòu)LED通過(guò)透明導(dǎo)電層的具有低電阻和高透過(guò)率的特點(diǎn)，不全依賴n 型半導(dǎo)體層進(jìn)行橫向電流擴(kuò)展，采用透明導(dǎo)電材料實(shí)現(xiàn)了電流的橫向擴(kuò)展，這樣便可以降 低n型半導(dǎo)體層的厚度或者減少n型半導(dǎo)體層的摻雜濃度來(lái)減少n型半導(dǎo)體層對(duì)光的吸 收，提_芯片的光提取效率。
[0045] 本發(fā)明另外一個(gè)有益的效果是在相同的生長(zhǎng)速率下，減少了外延生長(zhǎng)n型半導(dǎo)體 層的時(shí)間，降低了外延生長(zhǎng)成本，提高了外延生長(zhǎng)設(shè)備的利用效率。
[0046] 本發(fā)明另外一個(gè)有益的效果是，減少了外延層的總厚度，減少了由于外延生長(zhǎng)材 料和襯底材料熱適配導(dǎo)致的晶片翹曲，有利于大尺寸晶片的半導(dǎo)體平面化工藝的實(shí)施。
【附圖說(shuō)明】
[0047] 圖1、圖2分別為現(xiàn)有LED芯片的簡(jiǎn)略剖面圖。圖1中：110、襯底；111、p型半導(dǎo) 體層；112、活性層；113、n型半導(dǎo)體層；114、p電極；115、n電極。圖2中：120、導(dǎo)電襯底； 121、型半導(dǎo)體層；122、活性層；123、n型半導(dǎo)體層；124、p電極；125、n電極；126、p型接觸 層；127、金屬粘合層。
[0048] 圖3A至圖3H為本發(fā)明實(shí)施例1的發(fā)光二極管制作過(guò)程的截面示意圖。
[0049] 圖4為實(shí)施例2制備的發(fā)光二極管的截面示意圖。圖5為實(shí)施例3制備的發(fā)光二 極管的截面示意圖。
[0050] 圖3A-圖3H、圖4,圖5中：200、生長(zhǎng)襯底；210、外延層；211、p型半導(dǎo)體層；212、 活性層；213、n型半導(dǎo)體層；220、通孔；230、窗口，240、窗口；300、p型接觸層；310、p電極； 400、介質(zhì)絕緣層；500、n型接觸層；510、鍵合金屬層；520、導(dǎo)電襯底；530、n電極；600、透明 導(dǎo)電層。521、絕緣襯底。
【具體實(shí)施方式】
[0051] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，但不限于此。
[0052] 實(shí)施例1 :
[0053] -種半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片，其結(jié)構(gòu)從上往下依次為透明導(dǎo)電層600、n型半