[0001] 本发明涉及一种半导体发光器件及其制作方法 ， 更具体地为一种薄膜垂直发光 组件结构及其制作方法。

背景技术

[0002] 由于蓝宝石或砷化镓衬底的导热系数差， 影响 LED的发光效率。 为了解决 LED 的散热问题， 主要采用垂直薄膜结构 LED的架构来解决在高电流操作散热不良的 问题。 众所皆知， LED芯片有两种基本结构， 横向结构 （Lateral) 和垂直结构 ( Vertical) 。 横向结构 LED芯片的两个电极在 LED芯片的同一侧， 电流在 n和 p限 制层中横向传导。 垂直结构的 LED芯片的两个电极分别在 LED外延层的两侧， 电 流几乎全部垂直流过 LED外延层， 极少横向传导的电流， 可以改善横向结构的电 流分布问题， 提高发光效率， 也可以解决电极的遮光问题， 提升 LED的发光面积 技术问题

[0003] 目前制造垂直结构主流技术是利用芯片黏合及 剥离衬底技术来达成， 将导热率 比较低的蓝宝石或砷化镓衬底转换成硅衬底或 是金属衬底。 这样的方法还是有 很多限制， 由于在芯片黏合过程常需要使用到贵金属如金 、 金锡合金及一定要 透过晶圆键合工艺才能实现， 除了金属成本高之外， 晶圆贴合的好坏是影响整 个 LED器件的关键， 所以对外延表面均匀性或是蒸镀金属的均匀性 要求非常高。 另外， 由于工艺上的需要， 其键合金属接口通常都是整面连续性的， 但是要分 离个别的 LED器件吋， 需要将这个连续的金属接口利用昂贵的激光设 备来将其切 割幵， 以达到分离个别组件的作用。

问题的解决方案

技术解决方案

[0004] 本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的 不足， 提供一种薄膜垂直发光组 件结构及其制作方法。 [0005] 为解决上述技术问题， 根据本发明的第一方面， 提供一种薄膜垂直发光组件结 构， 包括： 永久基板和位于其上的发光结构， 所述发光结构为三五族材料所生 长的薄膜， 有相对的两个表面， 其中第一表面为发光的出光面及第一电极所构 成， 第二表面直接与所述永久基材进行连接， 其特征在于： 所述永久基材从上 到下包含反射层、 种子连接层、 高导热材料， 周围包覆有机高导热包覆材， 所 述高导热材料通过电镀沉积形成于所述种子连 接层的下表面。

[0006] 优选地， 所述薄膜由 P型的三五族薄膜、 N型的三五族薄膜以及发光主动层所 构成。

[0007] 优选地， 所述出光面为平面、 随机粗糙面或经过几何加工过的面。

[0008] 优选地， 所述第一电极的材料为 A1或 Ti或 C或 Ni或 Au或 Pt或 ITO或前述组合。

[0009] 优选地， 所述永久基材的厚度范围介于 l(Vm~5mm。

[0010] 优选地， 所述反射层为金属反射层或者分布布拉格反射 结构。

[0011] 优选地， 所述反射层对于 200nm~1150nm波段的光， 反射率为 50%以上。

[0012] 优选地， 所述种子连接层的材料为 A1或 Ti或 Cr或 Ni或 Au或 Pt或 Ti或前述组合。

[0013] 优选地， 所述种子连接层介于所述反射层与高导热材料 层之间， 且所述种子连 接层的披覆面积大于或者等于反射层的面积。

[0014] 优选地， 所述高导热材料层的材料为 Ag或 Cu或 A1或 MgO或 BeO或钻石或石墨 或炭黑或 A1N或前述组合。

[0015] 优选地， 所述高导热材料层的导热系数大于 100 W/mK。

[0016] 优选地， 所述高导热材料层覆盖所述种子连接层， 且披覆面积等于种子连接层 的面积。

[0017] 优选地， 所述有机高导热包覆材的材料为硅胶或树脂或 有机密封胶。

[0018] 优选地， 所述有机高导热包覆材的导热系数大于 l W/mK。

[0019] 优选地， 所述有机高导热包覆材包覆于所述种子连接层 和高导热材料层的各个 侧面。

[0020] 根据本发明的第二方面， 提供一种薄膜垂直发光组件结构的制作方法， 包括工 艺步骤：

[0021] 1) 提供一生长衬底， 在其上生长三五族材料薄膜， 构成发光结构； [0022] 2) 定义所述发光结构的表面为发光区和阻隔区；

[0023] 3) 在所述发光区依次沉积反射层、 种子连接层；

[0024] 4) 在所述种子连接层的表面上通过电镀沉积方式 ， 形成高导热材料用于支撑 所述发光结构， 在所述阻隔区形成耐热有机材料；

[0025] 5) 移除生长衬底， 露出发光结构的表面， 在其上制作第一电极， 构成免键合 薄膜垂直发光组件结构。

[0026] 优选地， 所述步骤 3) 具体包括：

[0027] 在所述发光结构的发光区沉积反射层；

[0028] 在所述发光结构的发光区和阻隔区沉积种子连 接层， 其覆盖所述反射层； [0029] 在所述发光结构的阻隔区形成阻隔层， 露出发光区的种子连接层；

[0030] 采用电镀沉积方式， 在露出的种子连接层上制作高导热材料层；

[0031] 移除所述阻隔层及阻隔层下方的种子连接层， 露出阻隔区的发光结构表面； [0032] 采用旋涂、 网印、 压合或射出成型方式， 将有机高导热包覆材填充在移除的阻 隔层与种子连接层相应位置上。

[0033] 本发明旨在提出一种免键合薄膜垂直发光组件 结构及其制作方法。 在蓝宝石或 砷化镓单晶衬底上生长外延层， 在 P型外延层上直接透过物理沉积及化学沉积来 形成数个永久基板， 在这些永久基板周围填上有机高导热包覆材， 使用机械方 式将包覆材及永久基板进行同一平面的平坦化 ， 接着利用激光设备或蚀刻方式 将蓝宝石或砷化镓单晶衬底移除， 在露出的 N型外延层上， 利用蚀刻方式来划分 出组件与组件间的隔离通道， 在每一个隔离出的 N型外延层上， 进行光取出技术 与图形化电极。

[0034] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中 阐述， 并且， 部分地从说明书中 变得显而易见， 或者通过实施本发明而了解。 本发明的目的和其他优点可通过 在说明书、 权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实 现和获得。

发明的有益效果

对附图的简要说明

附图说明

[0035] 附图用来提供对本发明的进一步理解， 并且构成说明书的一部分， 与本发明的 实施例一起用于解释本发明， 并不构成对本发明的限制。 此外， 附图数据是描 述概要， 不是按比例绘制。

[0036] 图 1~11是本发明实施例的制作薄膜垂直发光组件� �构的工艺步骤示意图。

[0037] 图 12是本发明实施例的薄膜垂直发光组件结构的� ��意图。

[0038] 图中各标号表示如下：

[0039] 100： 衬底； 110: 外延层； 111 : P型半导体层； 112: 活性层； 113: N型半导 体层； 120: 反射层； 130: 种子连接层； 140: 阻隔层； 150: 高导热材料； 160 ： 有机高导热包覆材； 170: 粗糙尖锥； 180: 隔离通道； 190: 第一电极； 200

： 永久基板。

本发明的实施方式

[0040] 下面结合示意图对本发明的薄膜垂直发光组件 结构及其制作方法进行详细的描 述， 在进一步介绍本发明之前， 应当理解， 由于可以对特定的实施例进行改造 ， 因此， 本发明并不限于下述的特定实施例。 还应当理解， 由于本发明的范围 只由所附权利要求限定， 因此所采用的实施例只是介绍性的， 而不是限制性的 。 除非另有说明， 否则这里所用的所有技术和科学用语与本领域 的普通技术人 员所普遍理解的意义相同。

实施例

如图 1所示， 在蓝宝石或砷化镓单晶衬底 100上生长外延层 110， 具体来说， 可以是具有 N型半导体层 113、 活性层 112和 P型半导体层 111发光结构的外延薄膜 ， 薄膜由 P型的三五族薄膜、 N型的三五族薄膜以及发光主动层所构成， 三五族 薄膜中可以由三族的硼、 铝、 镓、 铟与五族的氮、 磷、 砷排列组合而成。 活性 层的发光波长在 200nm~1150nm之间， 优选紫外波段， 如 UV-C

波段 （200〜280nm) 、 UV-B波段 （280〜315nm) 以及 UV-A波段 （315〜380nm 如图 2所示， 定义发光结构的表面为发光区和阻隔区， 利用物理沉积方法， 在 发光区的 P型半导体层 111上制作一反射层 120， 反射层可以是金属反射层或者分 布布拉格反射结构， 本实施例首选 Ag/Ti/Pt金属反射层。 [0043] 如图 3所示， 利用物理沉积方法， 接着在 P型半导体层 111及反射层 120的整个表 面上， 即在发光区和阻隔区上覆盖沉积种子连接层 130， 种子连接层的披覆面积 大于或者等于反射层的面积， 种子连接层材质可以选用 A1或 Ti或 Cr或 Ni或 Au或 Pt 或 Ti或前述组合， 本实施首选 Ti-Ni合金。

[0044] 如图 4所示， 采用黄光技术， 在种子连接层 130上的阻隔区位置形成阻隔层 140 ， 并采用物理沉积或化学沉积方法， 在介于相邻阻隔层 140之间的种子连接层上 电镀沉积高导热材料 150， 厚度可控制在 l(Vm~5mm之间， 高导热材料 150可选 A g或 Cu或 A1或 MgO或 BeO或钻石或石墨或炭黑或 A1N或前述组合， 导热系数优选 大于 100 W/mK。 本实施高导热材料优选用 Cu金属， 取代常规的键合金属与金属 基板， 且不需要经过任何键合工序， 有效简化制作工艺， 节省制造成本。

[0045] 如图 5所示， 将阻隔层 140利用化学蚀刻将其移除， 以及将阻隔层 140下方的种 子连接层 130—并去除掉， 使得 P型半导体层 111露出， 如此实现高导热材料层覆 盖种子连接层且披覆面积等于种子连接层的面 积。

[0046] 如图 6所示， 进一步采用旋涂、 网印、 压合、 射出成型方式， 将有机高导热包 覆材 160填充在步骤 （5) 去除的阻隔层 140与种子连接层 130相应位置上， 且使 得有机高导热包覆材包覆于种子连接层和高导 热材料层的各个侧面。 有机高导 热包覆材作为切割道材料， 可选绝缘性的硅胶或树脂或有机密封胶， 导热系数 优选大于 l W/mK， 其不含任何金属， 可用便宜的钻石轮划片机 （dicing saw) 设 备进行切割。 再经由机械方式进行同一平面的平坦化， 此步骤即形成永久基板 2 00， 该永久基板是由反射层 120、 种子连接层 130、 高导热材料 150以及有机高导 热包覆材 160所构成， 永久基材的厚度范围介于 l(Vm~5mm。

[0047] 如图 7所示， 利用激光设备或蚀刻方式将蓝宝石或砷化镓单 晶衬底 100移除。

[0048] 如图 8所示， 在露出的 N型半导体层 113表面利用研磨、 化学蚀刻方式， 形成随 机或是带有几何排列图形的粗糙尖锥 170， 比如高于平面的突起形状， 高度优选 大于整个外延厚度的 _5% ， 可以是锥体或圆球体或方体。 需要说明的是， 本步骤 也可以省去， 即出光面为平面， 不做粗糙化处理。

[0049] 如图 9所示， 利用蚀刻方式来划分出组件 （cell l) 与组件 （cell 2) 之间的隔离 通道 180， 隔离通道所露出的表面为有机高导热包覆材 160。 [0050] 如图 10所示， 在每一个隔离出的 N型外延层上， 形成图形化第一电极 190， 第一 电极可以为 A1或 Ti或 Cr或 Ni或 Au或 Pt或 IT0或前述组合， 本实施例首选 Al/Ni/Au

[0051] 如图 11所示， 将芯片切割幵， 即形成如图 12的芯片结构。

[0052] 如图 12所示， 经由上述工艺步骤制得的薄膜垂直发光组件结 构， 包括： 永久基 板 200和位于其上的发光结构， 发光结构为三五族材料所生长的薄膜， 有相对的 两个表面， 其中第一表面为发光的出光面及第一电极所构 成， 第二表面直接与 所述永久基材进行连接， 永久基材 200从上到下包含反射层 120、 种子连接层 130 、 高导热材料 150， 周围包覆有机高导热包覆材 160， 高导热材料 150通过电镀沉 积形成于种子连接层 130的下表面。

[0053] 本发明提供的薄膜垂直发光组件结构及其制作 方法， 适合制作 LED的发光器件 ， 也适用于制作 UV-LED, 具有可以实现更大单位面积下的光输出的优势 。 此外 ， 由于容易导热的关系， UV-LED可以更容易达到更大电流密度操作。

[0054] 应当理解的是， 上述具体实施方案仅为本发明的部分优选实施 例， 以上实施例 还可以进行各种组合、 变形。 本发明的范围不限于以上实施例， 凡依本发明所 做的任何变更， 皆属本发明的保护范围之内。

[0055]