[发明专利]一种带蓝宝石衬底的垂直LED芯片结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体照明器件及其制造方法，特别是涉及一种带蓝宝石衬底的垂直LED芯片结构及其制造方法。

背景技术

半导体照明作为新型高效固体光源，具有寿命长、节能、环保、安全等显著优点，将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃，其应用领域正在迅速扩大，正带动传统照明、显示等行业的升级换代，其经济效益和社会效益巨大。正因如此，半导体照明被普遍看作是21世纪最具发展前景的新兴产业之一，也是未来几年光电子领域最重要的制高点之一。发光二极管LED是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光。

随着LED灯市场爆发的日益临近，LED封装技术的研发竞争也十分激烈。目前GaN基LED封装主要有正装结构、倒装结构和垂直结构三种。当前较为成熟的是III族氮化物氮化镓用蓝宝石材料作为衬底，由于蓝宝石衬底的绝缘性，所以普通的GaN基LED采用正装结构。正装结构有源区发出的光经由P型GaN区和透明电极出射。该结构简单，制作工艺相对成熟。然而正装结构LED有一个明显的缺点，正装结构LED的P、N电极在LED的同一侧，电流须横向流过N-GaN层，导致电流拥挤，局部发热量高，限制了驱动电流。

垂直结构发光二极管可以解决正装结构发光二极管电流拥挤的问题，但是，现有的垂直结构发光二极管需要在剥离蓝宝石衬底后再制作电极，蓝宝石衬底的剥离技术难度较大，工艺复杂，工艺时间长，而且在剥离的过程中容易对发光外延结构造成破坏，大大降低了最终发光二极管的成品率。

鉴于现有技术的以上缺陷，本发明提供一种带蓝宝石衬底的垂直LED芯片结构及其制造方法，实现一种不需要剥离蓝宝石衬底，工艺简单，能提高LED电流均匀度的垂直LED芯片结构。

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带蓝宝石衬底的垂直LED芯片结构及其制造方法，以实现一种不需要剥离蓝宝石衬底，工艺简单，成本较低，且能提高LED电流均匀度的垂直LED芯片结构。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种带蓝宝石衬底的垂直LED芯片结构，包括：

蓝宝石衬底；

发光外延结构，结合于所述蓝宝石衬底表面，包括N型层、量子阱层及P型层，且所述发光外延结构去除了周侧区域的P型层及量子阱层，露出该周侧区域的N型层；

P电极，结合于所述P型层表面；

绝缘层，结合于所述P型层表面、及P型层与量子阱层侧壁；

透明导电层，包覆于所述蓝宝石衬底、N型层侧壁及所述周侧区域的N型层。

作为本发明的带蓝宝石衬底的垂直LED芯片结构的一种优选方案，所述N型层为N-GaN层，所述量子阱层为InGaN/GaN多量子阱层，所述P型层为P-GaN层。

作为本发明的带蓝宝石衬底的垂直LED芯片结构的一种优选方案，去除了所述发光外延结构周侧区域的P型层及量子阱层后，所保留的P型层及量子阱层的形状包括矩形、圆形或三角形。

作为本发明的带蓝宝石衬底的垂直LED芯片结构的一种优选方案，所述绝缘层为二氧化硅层，其厚度为1000埃～10000埃。

作为本发明的带蓝宝石衬底的垂直LED芯片结构的一种优选方案，所述透明导电层包括ITO薄膜或ZnO薄膜，其厚度为100埃～10000埃。

作为本发明的带蓝宝石衬底的垂直LED芯片结构的一种优选方案，所述透明导电层与N型层侧壁及所述周侧区域的N型层的接触方式为欧姆接触。

本发明还提供一种带蓝宝石衬底的垂直LED芯片结构的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：

1)于蓝宝石衬底表面形成包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构；

2)定义LED芯片，去除各LED芯片的发光外延结构周侧区域的P型层及量子阱层，以露出N型层；

3)于各LED芯片的P型层表面、及P型层与量子阱层侧壁形成绝缘层，并制作P电极；

4)依据各LED芯片进行切割裂片，获得独立的LED芯片；

5)采用蒸镀法于各独立的LED芯片中形成包覆于所述蓝宝石衬底、N型层侧壁及周侧区域的N型层表面的透明导电层。