一種薄膜垂直發光組件及其制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種薄膜垂直發光組件及其制作方法，包括：包括：永久基板和位于其上的發光結構，所述發光結構為三五族材料所生長的薄膜，有相對的兩個表面，其中第一表面為發光的出光面及第一電極所構成，第二表面直接與所述永久基材進行連接，其特征在于：所述永久基材從上到下包含反射層、種子連接層、高導熱材料，周圍包覆有機高導熱包覆材，所述高導熱材料通過電鍍沉積形成于所述種子連接層的下表面。
【專利說明】
一種薄膜垂直發光組件及其制作方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種半導體發光器件及其制作方法，更具體地為一種薄膜垂直發光組件結構及其制作方法。
【背景技術】
[0002]由于藍寶石或砷化鎵襯底的導熱系數差，影響LED的發光效率。為了解決LED的散熱問題，主要采用垂直薄膜結構LED的架構來解決在高電流操作散熱不良的問題。眾所皆知，LED芯片有兩種基本結構，橫向結構(Lateral)和垂直結構(Vertical)。橫向結構LED芯片的兩個電極在LED芯片的同一側，電流在η和P限制層中橫向傳導。垂直結構的LED芯片的兩個電極分別在LED外延層的兩側，電流幾乎全部垂直流過LED外延層，極少橫向傳導的電流，可以改善橫向結構的電流分布問題，提高發光效率，也可以解決電極的遮光問題，提升LED的發光面積。
[0003]目前制造垂直結構主流技術是利用芯片黏合及剝離襯底技術來達成，將導熱率比較低的藍寶石或砷化鎵襯底轉換成硅襯底或是金屬襯底。這樣的方法還是有很多限制，由于在芯片黏合過程常需要使用到貴金屬如金、金錫合金及一定要透過晶圓鍵合工藝才能實現，除了金屬成本高之外，晶圓貼合的好壞是影響整個LED器件的關鍵，所以對外延表面均勻性或是蒸鍍金屬的均勻性要求非常高。另外，由于工藝上的需要，其鍵合金屬接口通常都是整面連續性的，但是要分離個別的LED器件時，需要將這個連續的金屬接口利用昂貴的激光設備來將其切割開，以達到分離個別組件的作用。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種薄膜垂直發光組件結構及其制作方法。
[0005]為解決上述技術問題，根據本發明的第一方面，提供一種薄膜垂直發光組件結構，包括:永久基板和位于其上的發光結構，所述發光結構為三五族材料所生長的薄膜，有相對的兩個表面，其中第一表面為發光的出光面及第一電極所構成，第二表面直接與所述永久基材進行連接，其特征在于:所述永久基材從上到下包含反射層、種子連接層、高導熱材料，周圍包覆有機高導熱包覆材，所述高導熱材料通過電鍍沉積形成于所述種子連接層的下表面。
[0006]優選地，所述薄膜由P型的三五族薄膜、N型的三五族薄膜以及發光主動層所構成。
[0007]優選地，所述出光面為平面、隨機粗糙面或經過幾何加工過的面。
[0008]優選地，所述第一電極的材料為Al或Ti或C或Ni或Au或Pt或ITO或前述組合。
[0009 ] 優選地，所述永久基材的厚度范圍介于10ym~5mm。
[0010]優選地，所述反射層為金屬反射層或者分布布拉格反射結構。
[0011 ] 優選地，所述反射層對于200nm?1150nm波段的光，反射率為50%以上。
[0012]優選地，所述種子連接層的材料為Al或Ti或Cr或Ni或Au或Pt或Ti或前述組合。
[0013]優選地，所述種子連接層介于所述反射層與高導熱材料層之間，且所述種子連接層的披覆面積大于或者等于反射層的面積。
[0014]優選地，所述高導熱材料層的材料為Ag或Cu或Al或MgO或BeO或鉆石或石墨或炭黑或AlN或前述組合。
[0015]優選地，所述高導熱材料層的導熱系數大于100W/mK。
[0016]優選地，所述高導熱材料層覆蓋所述種子連接層，且披覆面積等于種子連接層的面積。
[0017]優選地，所述有機高導熱包覆材的材料為硅膠或樹脂或有機密封膠。
[0018]優選地，所述有機高導熱包覆材的導熱系數大于IW/mK。
[0019]優選地，所述有機高導熱包覆材包覆于所述種子連接層和高導熱材料層的各個側面。
[0020]根據本發明的第二方面，提供一種薄膜垂直發光組件結構的制作方法，包括工藝步驟:
1)提供一生長襯底，在其上生長三五族材料薄膜，構成發光結構；
2)定義所述發光結構的表面為發光區和阻隔區；
3 )在所述發光區依次沉積反射層、種子連接層；
4)在所述種子連接層的表面上通過電鍍沉積方式，形成高導熱材料用于支撐所述發光結構，在所述阻隔區形成耐熱有機材料；
5)移除生長襯底，露出發光結構的表面，在其上制作第一電極，構成免鍵合薄膜垂直發光組件結構。
[0021]優選地，所述步驟3)具體包括:
在所述發光結構的發光區沉積反射層；
在所述發光結構的發光區和阻隔區沉積種子連接層，其覆蓋所述反射層；
在所述發光結構的阻隔區形成阻隔層，露出發光區的種子連接層；
采用電鍍沉積方式，在露出的種子連接層上制作高導熱材料層；
移除所述阻隔層及阻隔層下方的種子連接層，露出阻隔區的發光結構表面；
采用旋涂、網印、壓合或射出成型方式，將有機高導熱包覆材填充在移除的阻隔層與種子連接層相應位置上。
[0022]本發明旨在提出一種免鍵合薄膜垂直發光組件結構及其制作方法。在藍寶石或砷化鎵單晶襯底上生長外延層，在P型外延層上直接透過物理沉積及化學沉積來形成數個永久基板，在這些永久基板周圍填上有機高導熱包覆材，使用機械方式將包覆材及永久基板進行同一平面的平坦化，接著利用激光設備或蝕刻方式將藍寶石或砷化鎵單晶襯底移除，在露出的N型外延層上，利用蝕刻方式來劃分出組件與組件間的隔離通道，在每一個隔離出的N型外延層上，進行光取出技術與圖形化電極。
[0023]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】
[0024]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。
[0025]圖1?11是本發明實施例的制作薄膜垂直發光組件結構的工藝步驟示意圖。
[0026]圖12是本發明實施例的薄膜垂直發光組件結構的示意圖。
[0027]圖中各標號表示如下:
100:襯底；110:外延層；111:P型半導體層；112:活性層；113:N型半導體層；120:反射層；130:種子連接層；140:阻隔層；150:高導熱材料；160:有機高導熱包覆材；170:粗糙尖錐;180:隔離通道;190:第一電極;200:永久基板。
【具體實施方式】
[0028]下面結合示意圖對本發明的薄膜垂直發光組件結構及其制作方法進行詳細的描述，在進一步介紹本發明之前，應當理解，由于可以對特定的實施例進行改造，因此，本發明并不限于下述的特定實施例。還應當理解，由于本發明的范圍只由所附權利要求限定，因此所采用的實施例只是介紹性的，而不是限制性的。除非另有說明，否則這里所用的所有技術和科學用語與本領域的普通技術人員所普遍理解的意義相同。
實施例
[0029]如圖1所示，在藍寶石或砷化鎵單晶襯底100上生長外延層110，具體來說，可以是具有N型半導體層113、活性層112和P型半導體層111發光結構的外延薄膜，薄膜由P型的三五族薄膜、N型的三五族薄膜以及發光主動層所構成，三五族薄膜中可以由三族的硼、鋁、鎵、銦與五族的氮、磷、砷排列組合而成。活性層的發光波長在200nm?1150nm之間，優選紫外波段，如UV-C 波段(200?280nm)、UV-B波段(280?315nm)以及UV-A波段(315?380nm)o
[0030]如圖2所示，定義發光結構的表面為發光區和阻隔區，利用物理沉積方法，在發光區的P型半導體層111上制作一反射層120，反射層可以是金屬反射層或者分布布拉格反射結構，本實施例首選Ag/Ti/Pt金屬反射層。
[0031]如圖3所示，利用物理沉積方法，接著在P型半導體層111及反射層120的整個表面上，即在發光區和阻隔區上覆蓋沉積種子連接層130，種子連接層的披覆面積大于或者等于反射層的面積，種子連接層材質可以選用Al或Ti或Cr或Ni或Au或Pt或Ti或前述組合，本實施首選T1-Ni合金。
[0032]如圖4所示，采用黃光技術，在種子連接層130上的阻隔區位置形成阻隔層140，并采用物理沉積或化學沉積方法，在介于相鄰阻隔層140之間的種子連接層上電鍍沉積高導熱材料150，厚度可控制在ΙΟμπι?5mm之間，高導熱材料150可選Ag或Cu或Al或MgO或BeO或鉆石或石墨或炭黑或AlN或前述組合，導熱系數優選大于100 W/mK。本實施高導熱材料優選用Cu金屬，取代常規的鍵合金屬與金屬基板，且不需要經過任何鍵合工序，有效簡化制作工藝，節省制造成本。
[0033]如圖5所示，將阻隔層140利用化學蝕刻將其移除，以及將阻隔層140下方的種子連接層130—并去除掉，使得P型半導體層111露出，如此實現高導熱材料層覆蓋種子連接層且披覆面積等于種子連接層的面積。
[0034]如圖6所示，進一步采用旋涂、網印、壓合、射出成型方式，將有機高導熱包覆材160填充在步驟(5)去除的阻隔層140與種子連接層130相應位置上，且使得有機高導熱包覆材包覆于種子連接層和高導熱材料層的各個側面。有機高導熱包覆材作為切割道材料，可選絕緣性的硅膠或樹脂或有機密封膠，導熱系數優選大于I W/mK，其不含任何金屬，可用便宜的鉆石輪劃片機(dicing saw)設備進行切割。再經由機械方式進行同一平面的平坦化，此步驟即形成永久基板200，該永久基板是由反射層120、種子連接層130、高導熱材料150以及有機高導熱包覆材160所構成，永久基材的厚度范圍介于10ym~5mm。
[0035]如圖7所示，利用激光設備或蝕刻方式將藍寶石或砷化鎵單晶襯底100移除。
[0036]如圖8所示，在露出的N型半導體層113表面利用研磨、化學蝕刻方式，形成隨機或是帶有幾何排列圖形的粗糙尖錐170，比如高于平面的突起形狀，高度優選大于整個外延厚度的5%，可以是錐體或圓球體或方體。需要說明的是，本步驟也可以省去，即出光面為平面，不做粗糙化處理。
[0037]如圖9所示，利用蝕刻方式來劃分出組件(cellI)與組件(cell 2)之間的隔離通道180，隔離通道所露出的表面為有機高導熱包覆材160。
[0038]如圖10所不，在每一個隔離出的N型外延層上，形成圖形化第一電極190，第一電極可以為Al或Ti或Cr或Ni或Au或Pt或ITO或前述組合，本實施例首選Al/Ni/Au。
[0039]如圖11所示，將芯片切割開，即形成如圖12的芯片結構。
[0040]如圖12所示，經由上述工藝步驟制得的薄膜垂直發光組件結構，包括:永久基板200和位于其上的發光結構，發光結構為三五族材料所生長的薄膜，有相對的兩個表面，其中第一表面為發光的出光面及第一電極所構成，第二表面直接與所述永久基材進行連接，永久基材200從上到下包含反射層120、種子連接層130、高導熱材料150，周圍包覆有機高導熱包覆材160，高導熱材料150通過電鍍沉積形成于種子連接層130的下表面。
[0041]本發明提供的薄膜垂直發光組件結構及其制作方法，適合制作LED的發光器件，也適用于制作UV-LED，具有可以實現更大單位面積下的光輸出的優勢。此外，由于容易導熱的關系，UV-LED可以更容易達到更大電流密度操作。
[0042]應當理解的是，上述具體實施方案僅為本發明的部分優選實施例，以上實施例還可以進行各種組合、變形。本發明的范圍不限于以上實施例，凡依本發明所做的任何變更，皆屬本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種薄膜垂直發光組件結構，包括:永久基板和位于其上的發光結構，所述發光結構為三五族材料所生長的薄膜，有相對的兩個表面，其中第一表面為發光的出光面及第一電極所構成，第二表面直接與所述永久基材進行連接，其特征在于:所述永久基材從上到下包含反射層、種子連接層、高導熱材料，周圍包覆有機高導熱包覆材，所述高導熱材料通過電鍍沉積形成于所述種子連接層的下表面。2.根據權利要求1所述的一種薄膜垂直發光組件結構，其特征在于:所述薄膜由P型的三五族薄膜、N型的三五族薄膜以及發光主動層所構成。3.根據權利要求1所述的一種薄膜垂直發光組件結構，其特征在于:所述出光面為平面、隨機粗糙面或經過幾何加工過的面。4.根據權利要求1所述的一種薄膜垂直發光組件結構，其特征在于:所述第一電極的材料為Al或Ti或C或Ni或Au或Pt或ITO或前述組合。5.根據權利要求1所述的一種薄膜垂直發光組件結構，其特征在于:所述永久基材的厚度范圍介于I Oym?5mm。6.根據權利要求1所述的一種薄膜垂直發光組件結構，其特征在于:所述反射層為金屬反射層或者分布布拉格反射結構。7.根據權利要求1所述的一種薄膜垂直發光組件結構，其特征在于:所述反射層對于200nm?1150nm波段的光，反射率為50%以上。8.根據權利要求1所述的一種薄膜垂直發光組件結構，其特征在于:所述種子連接層的材料為Al或Ti或Cr或Ni或Au或Pt或Ti或前述組合。9.根據權利要求1所述的一種薄膜垂直發光組件結構，其特征在于:所述種子連接層介于所述反射層與高導熱材料層之間，且所述種子連接層的披覆面積大于或者等于反射層的面積。10.根據權利要求1所述的一種薄膜垂直發光組件結構，其特征在于:所述高導熱材料層的材料為Ag或Cu或Al或MgO或BeO或鉆石或石墨或炭黑或AlN或前述組合。11.根據權利要求1所述的一種薄膜垂直發光組件結構，其特征在于:所述高導熱材料層的導熱系數大于100 W/mK。12.根據權利要求1所述的一種薄膜垂直發光組件結構，其特征在于:所述高導熱材料層覆蓋所述種子連接層，且披覆面積等于種子連接層的面積。13.根據權利要求1所述的一種薄膜垂直發光組件結構，其特征在于:所述有機高導熱包覆材的材料為硅膠或樹脂或有機密封膠。14.根據權利要求1所述的一種薄膜垂直發光組件結構，其特征在于:所述有機高導熱包覆材的導熱系數大于I W/mK。15.根據權利要求1所述的一種薄膜垂直發光組件結構，其特征在于:所述有機高導熱包覆材包覆于所述種子連接層和高導熱材料層的各個側面。16.—種薄膜垂直發光組件結構的制作方法，包括工藝步驟: 1)提供一生長襯底，在其上生長三五族材料薄膜，構成發光結構； 2)定義所述發光結構的表面為發光區和阻隔區； 3 )在所述發光區依次沉積反射層、種子連接層； 4)在所述種子連接層的表面上通過電鍍沉積方式，形成高導熱材料用于支撐所述發光結構，在所述阻隔區形成耐熱有機材料； 5)移除生長襯底，露出發光結構的表面，在其上制作第一電極，構成免鍵合薄膜垂直發光組件結構。17.根據權利要求16所述的一種薄膜垂直發光組件結構的制作方法，其特征在于:所述步驟3)具體包括: 在所述發光結構的發光區沉積反射層； 在所述發光結構的發光區和阻隔區沉積種子連接層，其覆蓋所述反射層； 在所述發光結構的阻隔區形成阻隔層，露出發光區的種子連接層； 采用電鍍沉積方式，在露出的種子連接層上制作高導熱材料層； 移除所述阻隔層及阻隔層下方的種子連接層，露出阻隔區的發光結構表面； 采用旋涂、網印、壓合或射出成型方式，將有機高導熱包覆材填充在移除的阻隔層與種子連接層相應位置上。
【文檔編號】H01L33/00GK106057993SQ201610684227
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月18日
【發明人】江彥志, 李佳恩, 鄭建森, 徐宸科
【申請人】廈門市三安光電科技有限公司