[发明专利]一种薄膜结构发光二极管

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管的芯片结构，尤其是指一种薄膜结构的发光二极管。

背景技术

发光二极管具有体积小、效率高和寿命长等优点，在交通指示、户外全色显示等领域有着广泛的应用。尤其是利用大功率发光二极管可能实现半导体固态照明，引起人类照明史的革命，从而逐渐成为目前电子学领域的研究热点。LED的光提取效率是指出射到器件外可供利用的光子与外延片的有源区由电子空穴复合所产生的光子的比例。在传统LED器件中，由于衬底吸收、电极阻挡、出光面的全反射等因素的存在，光提取效率通常不到10％，绝大部分光子被限制在器件内部无法出射而转变成热，成为影响器件可靠性的不良因素。为提高光提取效率，使得器件体内产生的光子更多地发射到体外，并改善器件内部热特性，经过多年的研究和实践，人们已经提出了多种光提取效率提高的方法，比如电流分布与电流扩展结构、芯片形状几何化结构、表面微结构等。

通常LED的芯片结构为在蓝宝石等衬底上依次外延了N型半导体层、有源层、P型半导体层的构造。另外，在P型半导体层上配置有P电极，在N型半导体层上配置有N电极。最终的芯片可以是正装结构、倒装结构、垂直结构等。其中，传统的垂直结构如图1所示，垂直结构LED的两个电极分别在有源层的上下两侧，电流几乎全部垂直流过氮化镓基外延层，没有横向流动的电流。因此，电阻降低，没有电流拥塞，电流分布均匀，充分利用发光层的材料，电流产生的热量减小，电压降低，抗静电能力提高。其传统的制造工艺包括下述步骤：在蓝宝石衬底上生长一中间媒介层和氮化镓基外延层(依次包括N型半导体层、有源层、P型半导体层，等)，在氮化镓基P型半导体层上键合一导电支持衬底，该导电支持衬底的另一面层叠P电极。利用激光照射在中间媒介层上，氮化镓分解，蓝宝石衬底和氮化镓基外延层分离，即激光剥离，然后制造N电极完成芯片结构的制作。虽然这种传统的垂直结构有利于大功率LED的散热，但是其制造工艺往往比较复杂，键合导电支持衬底的牢固性也较难控制，不利于生产上良品率的提高。

因此，如何突破现有技术进一步提高芯片良品率、提高芯片的散热能力、改善电流注入，从而提高出光率，仍然是本领域技术人员亟待解决的技术课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种薄膜结构的发光二极管，提高芯片的发光效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种薄膜结构发光二极管，包括：外延片、键合衬底以及通孔金属栓；

所述外延片至少包括N型半导体层、位于N型半导体层上的有源层、位于有源层上的P型半导体层；在P型半导体层上依次设有透明导电层和反射层；在所述反射层上设有第一键合金属层；所述外延片上设有凹孔，所述凹孔深至N型半导体层，在所述凹孔内的N型半导体层表面设有N电极；所述外延片以及透明导电层和反射层的表面包裹有第一绝缘保护层，仅将所述第一键合金属层和N电极露出；

所述键合衬底中设有与所述凹孔相对应的通孔；在所述键合衬底上还设有与所述第一键合金属层相配合的第二键合金属层；

所述外延片与所述键合衬底通过第一键合金属层和第二键合金属层键合连接在一起，第一键合金属层或第二键合金属层作为P电极引出；所述通孔和凹孔相对接形成空腔，所述通孔金属栓位于该空腔中与N电极接触，从而将N电极引出。

其中，N型半导体层为N型氮化镓基材料层，P型半导体层为P型氮化镓基材料层，有源层为多量子阱层；透明导电层采用ITO材料；第一键合金属层和第二键合金属层采用Ag、Al、Au、DBR材料或者DBR与Al、Ag、Au或者AlAg合金等高反射金属组成的叠层结构。第一绝缘保护层采用SiO₂材料。所述通孔金属栓采用Cu金属材料。

作为本发明的优选方案之一，所述键合衬底采用陶瓷衬底。

作为本发明的另一优选方案，所述键合衬底采用Si衬底；在所述Si衬底表面先包裹有第二绝缘保护层，再在第二绝缘保护层外包裹金属扩散阻挡层，所述第二键合金属层位于金属扩散阻挡层外。所述第二绝缘保护层采用SiO₂材料，所述金属扩散阻挡层采用TiN材料。