本发明涉及一种垂直结构发光二极管及其制造方法。
背景技术：
LED芯片是一种固态的半导体发光器件，也称为LED发光二极管、LED芯片二极管、LED发光芯片，具有能耗低，体积小、寿命长，稳定性好，响应快，发光波长稳定等光电性能特点，是LED灯的核心组件，目前已经在照明、家电、显示屏、指示灯等领域有广范的应用。其主要功能是可以直接将电能转化为光能，LED芯片的主要材料为单晶硅。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一部分是N型半导体，在其中主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。
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芯片的两个电极位于LED芯片的同一侧，电流在n-和p-类型限制层中横向流动不等的距离。垂直结构的LED芯片的两个电极位于LED外延层的两侧，由于图形化电极和全部的p-类型限制层作为第二电极，使得电流几乎全部垂直流过LED外延层，减少了横向流动的电流，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P极的遮光问题，提升LED的发光面积。基垂直结构LED具有散热好，能够承载大电流，发光强度高，耗电量小、寿命长等优点，在通用照明、景观照明、特种照明、汽车照明中被广泛应用。GaN基垂直结构LED是半导体器件的研究热点。
如图1所示，是典型的垂直结构LED晶片的结构示意图，衬底1上设置有功能层2，功能层上设置有外延层。功能层包含设置在衬底1上的阻挡层（Barrier）201，设置在阻挡层201上的反射层（REF）202，以及设置在反射层202上的欧姆接触层（ITO）203。外延层包含设置在欧姆接触层203上的P型氮化镓层（P-GaN）3，设置在P型氮化镓层3上的多量子阱层（MQW）4，以及设置在多量子阱层4上的N型氮化镓层（N-GaN）5。N型电极（N-Pad）6设置在N型氮化镓层5上。
N型电极结构一般采用金属或合金材料，可以设置为多层结构，最上层采用贵金属金（Au）。在白光封装工艺中，在LED晶片上涂布荧光粉需要使用硅胶（一种有机硅），有机硅与Au金属的黏附性较差，在后续工艺中易发生荧光粉涂层脱落的情况，降低了产品品质。
技术实现要素：
本发明提供一种垂直结构发光二极管及其制造方法，增强了LED晶片与荧光粉之间的粘附力，改善了荧光粉脱落的问题，减少了异常，提高了产品品质。
为了达到上述目的，本发明提供一种垂直结构发光二极管制造方法，包含以下步骤：
步骤S1、在生长衬底上形成外延层；
外延层包含形成在生长衬底的掺杂氮化镓层，形成在掺杂氮化镓层上的N型氮化镓层，形成在N型氮化镓层上的多量子阱层，以及形成在多量子阱层上的P型氮化镓层；
步骤S2、在外延层上形成功能层；
步骤S3、去除生长衬底，并将键合衬底与功能层键合；
步骤S4、刻蚀掺杂氮化镓层，暴露出N型氮化镓层，并对暴露出的N型氮化镓层进行表面粗化处理；
步骤S5、在N型氮化镓层上形成多层结构N型电极，该N型电极的顶层材质为Al。
所述的形成多层结构N型电极的方法包含：
在N型氮化镓层上形成第一电极层，第一电极层的材质是Cr；
在第一电极层上形成第二电极层，第二电极层是金属Ti和金属Pt的叠层结构；
在第二电极层上形成第三电极层，第三电极层的材质是Au；
以及在第三电极层上形成顶层电极层，顶层电极层的材质是Al。
所述的顶层电极层的厚度为5～200Å，蒸镀速率为5～15 Å /S。
所述的形成功能层的方法包含：
在P型氮化镓层上形成欧姆接触层；
在欧姆接触层上形成反射层；
以及在反射层上形成阻挡层。
本发明还提供一种垂直结构发光二极管，包含：
键合衬底；
位于键合衬底上的功能层；
位于功能层上的外延层，该外延层包含位于功能层上的P型氮化镓层，位于P型氮化镓层上的多量子阱层，以及位于多量子阱层上的N型氮化镓层；
位于外延层上的多层结构N型电极，该N型电极的顶层材质为Al。
所述的功能层包含：
位于键合衬底上的阻挡层；
位于阻挡层上的反射层；
以及位于反射层上的欧姆接触层。
所述的N型电极包含：
位于N型氮化镓层上的第一电极层，第一电极层的材质是Cr；
位于第一电极层上的第二电极层，第二电极层是金属Ti和金属Pt的叠层结构；
位于第二电极层上的第三电极层，第三电极层的材质是Au；
以及位于第三电极层上的顶层电极层，顶层电极层的材质是Al。
所述的顶层电极层的厚度为5～200Å，蒸镀速率为5～15 Å /S。
本发明在N型电极的顶层电极层采用铝材质，增强了LED晶片与荧光粉之间的粘附力，改善了荧光粉脱落的问题，减少了异常，提高了产品品质。
附图说明
图1是背景技术中垂直结构LED的结构示意图。
图2是本发明提供的一种垂直结构发光二极管制造方法的流程图。
图3是本发明实施例中形成外延层的示意图。
图4是本发明实施例中提供的一种垂直结构发光二极管的结构示意图。
图5是本发明中N型电极的结构示意图。
具体实施方式
以下根据图2～图5，具体说明本发明的较佳实施例。
如图2所示，本发明提供一种垂直结构发光二极管制造方法，包含以下步骤：
步骤S1、在生长衬底8上形成外延层；
外延层包含形成在生长衬底8的掺杂氮化镓层9，形成在掺杂氮化镓层9上的N型氮化镓层5，形成在N型氮化镓层5上的多量子阱层4，以及形成在多量子阱层4上的P型氮化镓层3；
步骤S2、在外延层上形成功能层；
功能层包含形成在P型氮化镓层3上的欧姆接触层203，形成在欧姆接触层203上的反射层202，以及形成在反射层202上的阻挡层201；
步骤S3、去除生长衬底8，并将键合衬底1与功能层键合；
步骤S4、刻蚀掺杂氮化镓层9，暴露出N型氮化镓层5，并对暴露出的N型氮化镓层5进行表面粗化处理；
步骤S5、在N型氮化镓层5上形成多层结构N型电极6，该N型电极6的顶层电极层604的材质为铝（Al）。
进一步地，该顶层电极层604的厚度为5～200Å，蒸镀速率为5～15埃/秒（Å /S）。
在本发明的一个实施例中，如图3所示，首先提供一生长衬底8，生长衬底8 可以为蓝宝石衬底、硅衬底、碳化硅衬底或图形化衬底。在该生长衬底8上形成外延层。采用MOCVD金属有机气相沉积/MBE分子束外延等生长方法在生长衬底8上依次形成掺杂氮化镓层9、N型氮化镓层5、多量子阱层4和P型氮化镓层3。
在P型氮化镓层3上形成功能层2。首先，在P型氮化镓层3上形成欧姆接触层203，欧姆接触层203的材料包含氧化铟锡（ITO）、氧化锌（ZnO）或掺铝氧化锌（AZO）等低电阻，高透光率的氧化物，可以通过溅射（Sputter）方式或者等离子辅助沉积（RPD）方式形成。继续在欧姆接触层203上形成反射层202，反射层202的材料包含银（Ag）、铝（Al）或铑（Rh）等高反射率金属。最后在欧姆接触层203上形成阻挡层201，所述阻挡层201的材料包含氧化硅（SiO2）、氧化铝（Al2O3）或氮化硅（SiN），可以通过CVD工艺进行沉积，然后经过光刻刻蚀工艺之后得到具有所需图形的阻挡层201。
提供一键合衬底1，键合衬底1的材质为Si、Cu 或MoCu 等导电且散热良好的衬底，将该键合衬底1与阻挡层201键合，并去除生长衬底8，可以采用激光剥离或化学剥离去除所述生长衬底8。
对掺杂氮化镓层9进行整面刻蚀或者图形化刻蚀，暴露出N型氮化镓层5。对暴露出的N型氮化镓层5进行表面粗化处理，增加N型氮化镓层5的表面积，进而增加出光的面积，从而提高垂直型LED 芯片结构的出光效率。这一粗化过程可以利用湿法刻蚀来完成，例如使用的刻蚀液可以是氢氧化钾（KOH）溶液、硫酸（H2SO4）溶液等。
在N型氮化镓层5上，采用电子枪蒸发金属镀膜机通过蒸镀工艺在N型氮化镓层5上形成N型电极6，N型电极6的上表面高于N型氮化镓层5的粗糙上表面以暴露出所述N型电极6。
N型电极6可以为多层结构，每层由不同的金属构成。如图5所示，在本实施例中，首先蒸镀第一电极层601，第一电极层601的材质是铬（Cr），接着在第一电极层601上蒸镀第二电极层602，第二电极层602是金属钛（Ti）和金属铂（Pt）的叠层结构，在该叠层结构中，可以交叠设置多层金属钛和金属铂，继续在第二电极层602上蒸镀第三电极层603，第三电极层603的材质是金（Au），最后在第三电极层603上蒸镀顶层电极层604，顶层电极层604的材质是铝（Al），Al层的蒸镀速率为100Å /S，厚度为10 Å。金属铝增强了LED晶片与荧光粉之间的粘附力，改善了荧光粉脱落的问题，减少了异常，提高了产品品质。
如图4所示，采用上述制造方法获得的垂直结构发光二极管的结构包含：
键合衬底1；
位于键合衬底1上的功能层2，该功能层进一步包含位于键合衬底1上的阻挡层201，位于阻挡层201上的反射层202，以及位于反射层202上的欧姆接触层203；
位于功能层2上的外延层，该外延层进一步包含位于欧姆接触层203上的P型氮化镓层3，位于P型氮化镓层3上的多量子阱层4，以及位于多量子阱层4上的N型氮化镓层5；
位于外延层上的N型电极6，该N型电极进一步包含位于N型氮化镓层5上的第一电极层601，位于第一电极层601上的第二电极层602，位于第二电极层602上的第三电极层603，以及位于第三电极层603上的顶层电极层604，第一电极层601的材质是铬（Cr），第二电极层602是金属Ti和金属Pt的叠层结构，第三电极层603的材质是金（Au），顶层电极层604的材质是铝（Al）。
本发明在N型电极的顶层电极层采用铝材质，增强了LED晶片与荧光粉之间的粘附力，改善了荧光粉脱落的问题，减少了异常，提高了产品品质。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。