[发明专利]一种发光二极管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体照明领域，特别是涉及一种发光二极管及其制造方法。

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有两个明显的缺点，首先正装结构LED 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；其次，由于蓝宝石衬底的导热性差，严重的阻碍了热量的散失。

为了解决散热问题，美国Lumileds Lighting公司发明了倒装芯片（Flipchip）技术。这种方法首先制备具有适合共晶焊接的大尺寸LED芯片，同时制备相应尺寸的硅底板，并在其上制作共晶焊接电极的金导电层和引出导电层（超声波金丝球焊点）。然后，利用共晶焊接设备将大尺寸LED芯片与硅底板焊在一起。到装结构在散热效果上有了很大的改善。但现有的倒装结构通常是通过焊接的方法固定于硅衬底中，这样的做法往往会引入较多的热阻而且降低LED芯片的散热效率。而且，这中结构的LED芯片，P电极与N电极通常制备于LED芯片的同一侧，往往会增加倒装键合工艺和引线工艺的难度，较难实现晶圆级的制造，容易造成产品良率的降低。

本发明提供一种新型的晶圆级的倒装LED芯片结构，可以有效的提高LED芯片的散热效率，同时降低工艺的难度，提高产品的良率。

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发光二极管及其制造方法，用于解决现有技术中倒装LED芯片较难实现晶圆级制造、散热效率不够高、工艺较复杂、成本过高且良率较低等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种发光二极管，所述发光二极管至少包括：

导热导电衬底，其下表面结合有P电极，上表面结合有键合层；

反射镜，结合于所述键合层；

发光外延结构，结合于所述反射镜，包括依次层叠的P型层、量子阱层及N型层；

蓝宝石衬底，结合于所述发光外延结构；

接触区，由所述蓝宝石衬底贯穿至所述键合层；

N电极，藉由所述接触区将所述N型层电性连接至所述蓝宝石衬底表面；

钝化层，填充于所述接触区内的N电极与键合层之间。

作为本发明的发光二极管的一种优选方案，所述接触区为孔状结构或槽状结构。

作为本发明的发光二极管的一种优选方案，所述接触区内去除了部分的P型层、量子阱层及N型层形成N电极制备平台。

进一步地，所述N电极制备平台与所述蓝宝石衬底的连接面垂直于所述蓝宝石衬底表面。

进一步地，所述N电极制备平台与所述蓝宝石衬底的连接面为斜面。

进一步地，所述N电极包括结合于所述N电极制备平台表面并横跨所述接触区的第一电极、以及填充于所述蓝宝石衬底内并将所述第一电极连接至所述蓝宝石衬底出光面的第二电极。

作为本发明的发光二极管的一种优选方案，所述P型层表面还结合有电流扩展层。

进一步地，所述电流扩展层为包括ITO、ATO、FTO或AZO的透明导电层。

作为本发明的发光二极管的一种优选方案，所述反射镜为具有孔状结构的反射镜。

作为本发明的发光二极管的一种优选方案，所述反射镜包括布拉格反射镜、Ag反射镜、Al反射镜、ITO/Ag复合反射镜、介质/金属复合反射镜的一种。