[发明专利]垂直型LED芯片结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及LED芯片制造领域，尤其涉及一种垂直型LED芯片结构及其制备方法。

背景技术

近年来，对于发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)的研究已经成为趋势。LED芯片有两种基本结构：横向结构(Lateral)和垂直结构(Vertical)。传统的正装结构LED芯片是横向结构的典型代表。LED芯片形成在蓝宝石衬底上，由于受限于蓝宝石衬底不导电、导热率差的制约，横向结构自从诞生就存在先天缺陷：(1)蓝宝石不导电，P电极与N电极均在LED芯片的同一侧，由此带来多种不利因素，如一、在电性能方面，电流在n-与p-类型限制层中横向流动不等距离带来的电流拥挤效应(Current crowding)；二、出光性能方面，N电极与P电极均在出光面上带来的电极遮光问题；(2)蓝宝石导热系数很差，横向结构LED芯片的PN结热量需要通过蓝宝石衬底导出，对大尺寸的功率型芯片来说导热路径较长，这种LED芯片的热阻较大，工作电流也受到限制。

为了克服横向结构LED芯片的这些不足，美国Cree公司、德国Osram公司、美国Philips Lumileds公司及美国SemiLEDs都积极开发垂直型LED芯片(以下简称V-LED)。V-LED采用高导电率、散热良好的硅或者金属衬底。一方面：V-LED芯片的P电极与N电极分别在LED芯片的外延层的两侧，由于图形化电极和全部的p-类型限制层作为P面电极，使得电流几乎全部垂直流过LED芯片的外延层，极少横向流动的电流，可以改善平面结构的电流分布问题，提高发光效率，也可以解决P电极的遮光问题，提升LED芯片的发光面积；另一方面：衬底采用导热良好的硅或者金属，PN结散热问题能够得到解决，大尺寸功率型芯片得以实现。

由于底部与P电极接触的硅或金属衬底均不能透光，因此会在V-LED芯片的P面形成反射镜用于增加出光效率，V-LED芯片主要从顶部的N面出光，P面欧姆接触好坏与反射镜反射率高低成为V-LED芯片成败的关键点，其中P面反射镜反射率的优劣直接决定V-LED芯片的发光亮度。目前，垂直型LED芯片采用的光反射镜主要为金属结构，依赖Ag、Al、Rh等金属的高反射率完成光线由到芯片底部光的反射。

请参考图1，图1为现有技术中一种垂直型LED芯片的结构示意图，目前，市场上V-LED芯片包括衬底10、依次形成在衬底10上的保护层和金属键合层20、反射镜30、P-GaN层40、量子阱层50、N-GaN层60以及N电极70。通常，反射镜30多使用高反射率的金属材料，常见的为以Ag为主体反射材料。由于Ag的性质活泼，导致形成的反射镜30易发生氧化、团簇、迁移等现象，从而需制备保护层；由于Ag与V-LED芯片的P-GaN之间粘附力不良，反射镜前通常会制备一层Cr、Ni(图未示出)等其他金属解决粘附性问题。然而，单纯采用Ag或其他金属材质形成的反射镜30的界面对光线会有一定的吸收，降低了发光的效率。

为了解决上述问题，现有技术中还提出一种如图2所示的垂直型LED芯片的结构，根据可见光从光密介质入射到光疏介质发生全反射这一物理现象，由Ag材质的反射镜30和一层不导电的低折射率介质(如SiO₂)组合的双层复合反射镜，可以有效减小光在反射镜30界面的吸收，提升了复合反射镜的有效反射率。如图2所示，图2中提出的垂直型LED芯片与图1中的相似，不同的是，在反射镜30和P-GaN层40之间形成了低折射率介质31，用于提高有效反射率。

由于复合反射镜还有一个重要功能就是作为垂直型LED芯片P面的欧姆接触层，而低折射率介质31(通常为SiO₂)并不导电，无法实现欧姆接触的功能，只能靠Ag材质的反射镜30来实现，因此必须要保证Ag材质的反射镜30在复合反射镜中占相当大的比例，低折射率介质31在复合反射镜所占的表面积只占复合反射镜的表面积的20-80％，然而不能通过无限增加低折射率介质31在复合反射镜比例的方式来增大复合反射镜的反射率，此外P面的横向电流扩展能力极弱，这种依靠Ag材质的反射镜30的分布来调整电流分布的双层复合反射镜很难做到均匀的将电流扩散到整个P面。

因此，如何解决现有技术中反射镜存在的问题，便成为本领域技术人员的一项重要任务。

发明内容

本发明的目的在于提供一种垂直型LED芯片结构及其制备方法，能够在降低反射镜对光的吸收比例的同时兼顾电流在垂直型LED芯片P面的均匀分布。

为了实现上述目的，本发明提出了一种垂直型LED芯片结构的制备方法，包括步骤：