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具有電流阻擋功能的垂直發光二極管及其制作方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201210355335.6

申請日:

2012.09.24

公開號:

CN103000779B

公開日:

2015.01.07

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效號牌文件類型代碼:1604號牌文件序號:101444330914IPC(主分類):H01L 33/14專利申請號:2012103553356申請日:20120924|||公開
IPC分類號: H01L33/14(2010.01)I; H01L33/36(2010.01)I; H01L33/00(2010.01)I 主分類號: H01L33/14
申請人: 安徽三安光電有限公司
發明人: 曾曉強; 趙志偉; 陳順平; 楊建健; 林大銓
地址: 241000 安徽省蕪湖市經濟技術開發區東梁路8號
優先權:
專利代理機構: 代理人:
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210355335.6

授權公告號:

103000779B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.07|||2013.04.24|||2013.03.27

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種具有電流阻擋功能的垂直發光二極管及其制作方法,通過利用異方性導電材料的特性配合具有凹凸起伏的導電基板,使異方性導電材料在凹凸基板和發光外延層之間形成垂直方向導通橫向絕緣的鍵合層,從而形成一種具有電流阻擋功能的垂直發光二極管。

權利要求書

權利要求書具有電流阻擋功能的垂直發光二極管,包括:
導電基板,包括正反兩個主表面,其正表面上形成圖案化凹凸結構;
異方性導電材料層,位于上述具有凹凸結構的導電基板正表面上,且其與導電基板的凸起部形成電性連接,與導電基板的凹陷部形成非電性連接,從而構成電流阻擋結構;
發光外延結構,形成于所述異方性導電材料層上。
根據權利要求1所述的垂直發光二極管,其特征在于:還包括電極結構,形成于發光外延結構在頂面上,其在法線方向投影與導電基板上的凹陷部對應。
根據權利要求1所述的垂直發光二極管,其特征在于:所述導電基板上的圖案化凹凸結構為點陣式結構,所有凸起部上表面齊平。
根據權利要求1所述的垂直發光二極管,其特征在于:所述ACF異方性導電材料層在垂直方向導電,在水平方向絕緣。
根據權利要求1所述的垂直發光二極管,其特征在于:所述發光外延層包括:第一導電半導體層、有源層和第二導電半導體層。
具有電流阻擋功能的垂直發光二極管的制作方法,包括:
1)提供一永久導電基板,在其正表面上形成圖案化凹凸結構;
2)提供一發光外延層;
3)將所述發光外延層通過一異方性導電材料層粘結于所述永久導電基板上,
其中,所述異方性導電材料層與導電基板的凸起部形成電性連接,與導電基板的凹陷部形成非電性連接,從而構成電流阻擋結構。
根據權利要求6所述的垂直發光二極管的制作方法,其特征在于:所述步驟3)通過下面方法實現: 在所述外延層上均勻一層涂布異方性導電材料層;
采用晶圓鍵合設備,將所述發光外延層與永久導電基板鍵合,其中鍵合的壓力足以讓與導電基板凸起部接觸的異方性導電膠形成垂直導通狀態,而與導電基板凹陷部接觸的異方性導電膠呈絕緣狀態。
根據權利要求6所述的垂直發光二極管的制作方法,其特征在于:所述步驟3)通過下面方法實現: 在所述導電基板的正面上涂布異方性導電材料層;
采用晶圓鍵合設備,將所述發光外延層與永久導電基板鍵合,其中鍵合的壓力足以讓與導電基板凸起部接觸的異方性導電膠形成垂直導通狀態,而與導電基板凹陷部接觸的異方性導電膠呈絕緣狀態。
根據權利要求7或8所述的垂直發光二極管的制作方法,其特征在于:所述鍵合的溫度足以令所述異方性導電材料層固化。
根據權利要求6所述的垂直發光二極管的制作方法,還包括步驟4):在所述發光外延層遠離導電基板的一端表面上制作電極,其在法線方向投影與導電基板上的凹陷部對應。

說明書

說明書具有電流阻擋功能的垂直發光二極管及其制作方法
技術領域
本發明涉及一種半導體發光器件及其制作方法,更具體地是一種具有電流阻擋功能的垂直發光二極管及其制作方法。
背景技術
近年來,垂直結構發光二極管已成為研究開發的熱點。與傳統正裝、倒裝結構比較,垂直結構LED通過晶圓鍵合或者電鍍、激光剝離(LLO)等工藝的結合,將外延層從生長襯底轉移到導電和導熱性能良好的金屬或者半導體襯底材料上,形成電極上下分布,電流垂直注入,從而解決了正裝、倒裝結構LED器件中因電極水平分布、電流側向注入導致的諸如散熱不佳,電流分布不均、可靠性差等一系列問題。
傳統垂直發光二極管制作時,通過對金屬加高壓和高溫進行晶圓鍵合。具體來講是將鍍有金或者金錫等易鍵合金屬的外延層鍵合在同樣鍍有金屬的導電基板上,然后去除生長襯底,制作N電極,形成垂直發光二極管。圖1為采用上述方法形成的垂直LED結構示意圖,其中n電極位于頂部,其存在會遮擋并吸收有源層發出的光。
發明內容
本發明旨在提出一種具有電流阻擋功能的垂直發光二極管及其制作方法,通過利用異方性導電材料的特性配合具有凹凸起伏的導電基板,使異方性導電材料在凹凸基板和發光外延層之間形成垂直方向導通橫向絕緣的鍵合層,從而形成一種具有電流阻擋功能的垂直發光二極管。
根據本發明的第一個方面,具有電流阻擋功能的垂直發光二極管,包括:導電基板,包括正反兩個主表面,其正表面上形成圖案化凹凸結構;異方性導電材料層,位于上述具有凹凸結構的導電基板正表面上,且其與導電基板的凸起部形成電性連接,與導電基板的凹陷部形成非電性連接,從而構成電流阻擋結構;發光外延結構,形成于所述異方性導電材料層上。
進一步地,該發光二極管還包括一位于發光外延層表面上電極結構,其在法線方向投影與導電基板的凹起部對應。
在本發明的一些優選實施例中,導電基板的凹凸結構為陣列式結構所有凸起部上表面齊平。
所述ACF異方性導電材料層在垂直方向導電,在水平方向絕緣。
根據本發明的第二個方面,具有電流阻擋功能的垂直發光二極管的制作方法,包括步驟:
1)提供一永久導電基板,在其正表面上形成圖案化凹凸結構;
2)提供一發光外延層;
3)將所述發光外延層通過一異方性導電材料層粘結于所述永久導電基板上,
其中,所述異方性導電材料層與導電基板的凸起部形成電性連接,與導電基板的凹陷部形成非電性連接,從而構成電流阻擋結構。
在本發明的一個實施例中,步驟3)可以通過下面方法實現:在所述外延層上均勻一層涂布異方性導電材料層;采用晶圓鍵合設備,將所述發光外延層與永久導電基板鍵合。異方性導電材料層經過導電基板凹凸結構加壓后,在基板凸起位置的方向外延層與導電基板導通,在基板凹陷位置,異方性導電膠ACF呈絕緣狀態,并且填充器件。其中鍵合的壓力足以讓與導電基板凸起部接觸的異方性導電膠形成垂直導通狀態,而與導電基板凹陷部接觸的異方性導電膠呈絕緣狀態。
在本發明的另一個實施例中,步驟3)也可以通過下面方法實現:在所述導電基板的正面上涂布異方性導電材料層;采用晶圓鍵合設備,將所述發光外延層與永久導電基板鍵合,其中鍵合的壓力足以讓與導電基板凸起部接觸的異方性導電膠形成垂直導通狀態,而與導電基板凹陷部接觸的異方性導電膠呈絕緣狀態。
本發明的制作方法中,所述步驟1)中導電基板圖案化為陣列式分布的圖形,或者是與N型電極尺寸相當的圖形;完成步驟3)后還包括步驟4):在所述發光外延層遠離導電基板的一端表面上制作第一電極結構,其在法線方向投影與導電基板上的凹陷部對應;此外還可以包括減薄導電基板并制作背電極、出光面粗化、制作鈍化層、制作電流阻擋層等操作。
本發明相比傳統垂直結構芯片,本發明利用異方性導電材料配合具有凹凸起伏的導電基板,使異方性導電材料在凹凸基板和發光外延層之間形成垂直方向導通橫向絕緣的鍵合層,從而形成一種具有電流阻擋功能的垂直發光二極管同,可有效解決電流阻塞問題,其制作方法簡單、穩定性高。
本發明的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述,并且,部分地從說明書中變得顯而易見,或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。 
附圖說明
附圖用來提供對本發明的進一步理解,并且構成說明書的一部分,與本發明的實施例一起用于解釋本發明,并不構成對本發明的限制。此外,附圖數據是描述概要,不是按比例繪制。
圖1為一種傳統垂直結構發光元件的側面剖視圖。
圖2為本發明優選實施例的側面剖視圖。
圖3為異方性導電材料層的成分及其原理剖析圖。
圖4~圖8為本發明優先實施例的制作過程側面剖視圖。
圖9和圖10為本發明實施例中導電基板的凹凸圖案。
圖中部件符號說明:
100:生長襯底;101:P型層;102:有源層;103:N型層;200:導電襯底;201:突起起;202:凹陷部;310:鍵合金屬層;320:異方性導電膠(ACF);321:絕緣膠材;322:導電粒子;320a:ACF導通部分;320b:ACF絕緣部分;410:P電極;420:N電極;421:N電極擴展條。
具體實施方式
下面各實施例公開了一種具有電流阻擋功能的垂直發光二極管及其制作方法,其中該發光二極管包括:導電基板,在其正表面上制作圖案化凹凸形貌;異方性導電材料層,形成于導電基板正表面上,并且在襯底凸起處導通,凹陷處絕緣;發光外延層,形成于異方性導電材料層之上,自下而上依次包含P型層,有源層,N型層;N電極,形成于N型層之上;P電極,形成于導電基板反面。
如圖2所示,具有電流阻擋功能的垂直發光二極管,包括具有凹凸結構圖案化的永久導電基板200;異方性導電膠320位于上述基板正表面上;P型外延層101、有源層102、N型外延層103依次形成于異方性導電膠320之上,構成發光外延層;P電極410位于永久導電基板200反表面,N型電極420及其擴展結構421位于N型外延層上方。
異方性導電膠(ACF,Anisotropic Conductiveadhesive Film )是一種同時具有接著、導電、絕緣三特性之高分子接續材料,其特性乃在膜厚方向具有導電性,但在面方向則不具有導電性 (即垂直方向上導通,水平方向上絕緣)。一般地,異方性導電膠由導電粒子322和絕緣膠材321兩部分組成,導電粒子均勻離散地分布于絕緣膠材內部。當異方性導電膠經過加熱和加壓一段時間后,絕緣膠材內部的導電粒子相互接觸,并且絕緣膠材由于高溫固化,將導電粒子結合狀態永久固定,最終該異方性導電膠形成垂直方向(加壓方向)導通,橫向絕緣的穩定結構。在本實施例中,如圖3所示,異方性導電膠320分為兩個部分,導通部分320a和絕緣部分320b。導通部分320a是異常性導電膠320經過導電基板凸起部分擠壓,使其內部導電粒子322相互接觸形成導通結構;絕緣部分320b是導電粒子322尚未完全接觸至導通的異方性導電膠320,其填充滿導電基板的凹陷處。
下面結合圖4~8對本發明的具有電流阻擋功能的垂直發光二極管的制作方法進行詳細說明。
如圖4所示,提供一永久導電基板200,利用黃光微影技術形成圖案化,利用干法或者濕法蝕刻基板使其形成凹凸結構,蝕刻深度至少為10um,最佳深度為30um,圖9展示了一種與N型電極對應的凹凸結構的導電基板200的俯視結構圖,其中灰色部分為凹陷部分,其余為凸起部分;圖10展示了一種陣列式凹凸結構的導電基板200的俯視結構圖,其中灰色部分為凹陷部分,其余為凸起部分。
如圖5所示,利用MOCVD在生長襯底100(例如藍寶石)上依次成長N型層103與有源層102和P型層101。
如圖6所示,在P型層101上涂布異方性導電膠320,涂布厚度不少于30um,最佳厚度為50um。
如圖7所示,將制作有凹凸結構的導電基板200,鍵合至涂布有異方性導電膠320的外延層,鍵合壓力控制在40MPa~60MPa之間,鍵合溫度最佳為200℃。
如圖8所示,采用248nm KrF準分子激光器,剝離生長襯底100,用鹽酸清洗激光剝離殘留的Ga金屬,如此,N型外延層103裸露在表面上。
如圖3所示,在N型外延層103上制作N型電極420及其擴展結構421,具體如下:采用光罩圖形化定義電極及其擴展條區域,利用真空電子束蒸發鍍膜蒸鍍N型金屬電極420及其擴展部分421,該金屬層可包含Cr、Ag、Ni、Al、Pt、Au、Ti的一種或者多種,其總體厚度不小于1um,最佳厚度為2um。
具有電流阻擋功能的垂直發光二極管的制作方法還包括:粗化N型外延層,制作鈍化層等步驟。
在本實施例中,將異方性導電膠320涂布在發光外延層,將其與導電基板的凹凸面進鍵合,可以簡單的獲得電流阻擋結構,由于制作方法簡便,鍵合條件要求不高容易實現,因此鍵合良率高;另外,使用ACF替代金金鍵合或者金錫鍵合可避免使用貴金屬,大幅度節省生產成本。
本發明的制備方法并不局限于前述的方法,也可將異方性導電膠320涂布在導電基板的凹凸表面上,再將其與發光外延層再鍵合。
很明顯地,本發明的說明不應理解為僅僅限制在上述實施例,而是包括利用本發明構思的全部實施方式。

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具有 電流 阻擋 功能 垂直 發光二極管 及其 制作方法
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