发光二极管及其制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种发光二极管及其制作方法，该发光二极管包括：发光外延叠层，上表面划分为欧姆接触区和非欧姆接触区；欧姆接触层，位于发光外延叠层的欧姆接触区之上；扩展电极，形成于欧姆接触层上，并至少部分向欧姆接触层的边沿延伸至发光外延叠层的非欧姆接触区，接触发光外延叠层的上表面；透明绝缘层，覆盖扩展电极及裸露着的欧姆接触层和发光外延叠层上表面，具有电流通道，其与扩展电极连接，在发光外延叠层的投影位于非欧姆接触区；焊线电极，位于透明绝缘层之上，通过电流通道与扩展电极导通，在发光外延叠层的投影位于非欧姆接触区；当注入电流时，迅速沿焊线电极下方的电流通道向发光外延叠层的欧姆接触区流通，避免焊线电极下方有源层灌入电流发光。
【专利说明】
发光二极管及其制作方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体照明领域，具体的说是一种发光二极管及其制作方法。
【背景技术】
[0002]近几年，发光二极管(light emitting d1de，简称LED)得到了广泛的应用，在各种显示系统、照明系统、汽车尾灯等领域起着越来越重要的作用。
[0003]图1显示了现有的一种大功率P侧出光的发光二极管结构，其采用金属键合层110将发光外延叠层150粘接于导电基板100上，在发外延叠层150的上表面形成欧姆接触层160，并于欧姆接触层160上形成第一焊线电极171和第二焊线电极172。该结构虽然能满足大功率需求，但是本身浪费严重。请参看图2，该设计中第二焊线电极(打线电极)较大，电流导通后电流首先大比例灌入第一焊线电极下方的有源层并复合发光，发出的光绝大部分被第一焊线电极本身吸收或遮挡，不能从外延表面发射出来，电流严重浪费，而且发光区发射到第二焊线电极下方的光同样被吸收和遮挡，严重影响LED光取出率。
【发明内容】
[0004]针对前述问题，本发明提出一种焊线电极下方不发光的发光二极管结构及其制作，其设计图形化的欧姆接触层，并配合透明绝缘层、扩展电极和焊线电极，使得焊线电极下方无欧姆接触并尽可能远离所述欧姆接触层。
[0005]本发明解决上述问题的技术方案为:发光二极管，包括:发光外延叠层，包含第一半导体层、有源层和第二半导体层，其上表面划分为欧姆接触区和非欧姆接触区；欧姆接触层，位于所述发光外延叠层的欧姆接触区；扩展电极，形成于所述欧姆接触层上，并至少部分向所述欧姆接触层的边沿延伸至所述发光外延叠层的非欧姆接触区，接触所述发光外延叠层的上表面;透明绝缘层，覆盖所述扩展电极及裸露着的欧姆接触层和发光外延叠层上表面；电流通道，位于所述透明绝缘层内并贯彻所述透明绝缘层，与所述扩展电极连接，在发光外延叠层的投影位于非欧姆接触区；焊线电极，位于所述透明绝缘层之上，通过所述电流通道与所述扩展电极导通，其在所述发光外延叠层的投影位于所述非欧姆接触区；当注入电流时，迅速沿焊线电极下方的电流通道向发光外延叠层的欧姆接触区流通，避免所述焊线电极下方有源层灌入电流发光。
[0006]进一步地，所述第二焊线电极的下方及其临近区域无欧姆接触层。
[0007]进一步地，所述发光外延叠层上表面的非欧姆接触区的面积大于所述焊线电极的面积。
[0008]进一步地，所述电流通道尽可能远离所述欧姆接触层。
[0009]进一步地，所述非欧姆接触区分布于所述发光外延叠层上表面的两个端部，所述扩展电极为一系列平行的线状结构，其首、尾位于所述非欧姆接触区，中间部分与所述欧姆接触层接触。
[0010]进一步地，所述透明绝缘层的折射率介于所述发光外延叠层与空气之间。
[0011]进一步地，所述透明绝缘层与所述发光外延叠层、焊线电极构成全方位反射系统，避免所述焊线电极吸光。
[0012]进一步地，在所述发光外延叠层的下表面还设反射镜。
[0013]本发明同时提供了一种发光二极管的制作方法，包括步骤:I)形成发光外延叠层及欧姆接触层，其中发光外延叠层包含第一半导体层、有源层和第二半导体层;2)在所述欧姆接触层的表面定义欧姆接触区和非欧姆接触区，去除非欧姆接触区的欧姆接触层，裸露出发光外延叠层;3)形成扩展电极，其位于所述欧姆接触层上，并至少部分向所述欧姆接触层的边沿延伸至所述发光外延叠层上表面的非欧姆接触区，直接接触所述裸露出的发光外延叠层;4)形成透明绝缘层，其覆盖所述扩展电极及裸露着的欧姆接触层和发光外延叠层上表面;5)在所述形成的透明绝缘层设置电流通道，其与所述扩展电极连接，在发光外延叠层的投影位于非欧姆接触区；6)形成焊线电极，其位于所述透明绝缘层之上，通过所述电流通道与所述扩展电极导通，在所述发光外延叠层的投影位于所述非欧姆接触区；当注入电流时，迅速沿焊线电极下方的电流通道向发光外延叠层的欧姆接触区流通，避免所述焊线电极下方有源层灌入电流发光。
[0014]本发明还提供另一种发光二极管的制作方法，包括步骤:I)在一生长衬底上依次形成发光外延叠层，包含第一半导体层、有源层和第二半导体层，具有相对的第一表面和第二表面，其中第一表面远离所述生长衬底，被划分为欧姆接触区和非欧姆接触区；2)在所述发光外延叠层的第一表面之欧姆接触区形成欧姆接触层;3)制作扩展电极，其位于所述欧姆接触层上，并至少部分向所述欧姆接触层的边沿延伸至所述发光外延叠层的非欧姆接触区，接触所述裸露出的发光外延叠层;4)提供一临时基板，将其与所述发光外延叠层的第一表面粘接;5)去除生长衬底，裸露出所述发光外延叠层的第二表面;6)在所述裸露出的发光外延叠层的第二表面上形成反射镜;7)提供一导电基板，将其所述反射镜粘接;8)去除临时基板，裸露出扩展电极、部分发光外延叠层的表面和欧姆接触层;9)形成透明绝缘层，其覆盖所述扩展电极及裸露着的欧姆接触层和发光外延叠层的第一表面；10)在所述形成的透明绝缘层设置电流通道，其与所述扩展电极连接，在发光外延叠层的投影位于非欧姆接触区；11)形成焊线电极，其位于所述透明绝缘层之上，通过所述电流通道与所述扩展电极导通，在所述发光外延叠层的投影位于所述非欧姆接触区。
[0015]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。
【附图说明】
[0016]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。
[0017]图1为现有的一种大功率P侧出光的发光二极管的侧面剖视图。
[0018]图2为图1所示发光二极管的电流流向示意图。
[0019]图3为根据本发明实施的一种大功率P侧出光的发光二极管的侧面剖视图。
[0020]图4为根据本发明实施的发光二极管芯片的电极制作过程剖视图。
[0021]图5为图3的所示的发光二极管的电流流向示意图。
[0022]图中标号:
100、200:导电基板；
110、110:金属键合层；
120、220:导电反射层；
130、230:介质层；
140、240: N型欧姆接触层；
150、250:发光外延叠层；
151、251:N型电流扩展层；
152、252:N型覆盖层；
153、253:有源层;
154、254:P型覆盖层；
155、255:P型窗口层;
160、260: P型欧姆接触层 170、270:顶电极；
171:第一焊线电极；
172:第二焊线电极；
250a:欧姆接触区；
250b:非欧姆接触层；
271:扩展电极；
272:焊线电极；
273:电流通道；
280:透明绝缘层。
【具体实施方式】
[0023]以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
[0024]请参看图3，根据本发明实施的一种发光二极管，包括:导电基板200、金属键合层210、导电反射层220、透明性介电层230、发光外延叠层250、欧姆接触层260、扩展电极271、透明绝缘层280和焊线电极272。其中导电基板200可采用Si基板，透明性介电层230中设有一系列N型接触层点231，透明性介电层230和导电反射层220构成全方位反射镜面系统，发光外延叠层250的上表面划分为欧姆接触区250a和非欧姆接触区250b，欧姆接触层260形成于发光外延叠层250的欧姆接触区250a，扩展电极271形成于欧姆接触层260上，并部分向欧姆接触层的边沿延伸至发光外延叠层的非欧姆接触区250b，接触发光外延叠层的上表面250b，透明绝缘层280覆盖扩展电极271及裸露着的欧姆接触层260和发光外延叠层上表面250b，电流通道273位于透明绝缘层280内并贯彻该透明绝缘层，与扩展电极271连接，其在发光外延叠层的投影位于非欧姆接触区250b内，焊线电极272位于透明绝缘层280上面，通过电流通道273与扩展电极271导通，其在所述发光外延叠层的投影位于非欧姆接触区250b内。
[0025]下面结合制作方法对上述发光二极管进行详细说明，该制作方法主要包括生长外延叠层、图形化欧姆接触层、制作扩展电极、两次基板转移、制作绝缘层及焊线电极。
[0026]一、生长外延叠层。
[0027]在生长衬底上依次形成发光外延叠层250，衬底的选取包括但不限于蓝宝石、氮化铝、氮化镓、硅、碳化硅、砷化镓等，其表面结构可为平面结构或图案化图结构。施以电流通过发光外延叠层时，激发有源层发光出光线。当有源层以氮化物为基础的材料时，会发出蓝或绿光；当以磷化铝铟镓为基础的材料时，会发出红、橙、黄光的琥珀色系的光。在一个具体实施例中，采用磷化铝铟镓为基础的材料作为有源层，因此欧姆接触层260采用半导体材料，与发光外延叠层一起直接通过外延生长，具体为:在GaAs衬底上依次形成截止层、N型欧姆接触层240、N型电流扩展层2514型覆盖层252、有源层2534型覆盖层254、？型窗口层255和P型欧姆接触层260，其中，N型电流扩展层251、N型覆盖层252、有源层253、P型覆盖层254、P型窗口层255构成发光外延叠层250。
[0028]二、图形化欧姆接触层、制作扩展电极
参看图4的(a)，将发光外延叠层250的表面定义欧姆接触区250a和非欧姆接触区250b，在本实施例中，芯片呈矩形状，非欧姆接触区250b分布于发光外延叠层上表面的两个端部，去除非欧姆接触区250b的欧姆接触层，裸露出发光外延叠层的P型窗口层255。
[0029]参看图4的(b)，制作扩展电极271，该扩展电极271为一系列平行的线状结构，其首、尾端部位于非欧姆接触区250b，中间部分与P型欧姆接触层260接触。
[0030]二、转移基板。
[0031]首先，进行第一次基板转移。具体为提供一临时基板，将其与发光外延叠层250的P侧表面(在本实施例中，包括P型欧姆接触层260、扩展电极271及P型窗口层255的表面)粘接，并移除生长衬底，裸露出发光外延叠层的N侧表面，在本实施例中，裸露出N型欧姆接触层251;在裸露出的发光外延叠层表面上制作反射镜。在一个较佳实施例中，可蚀刻去除部分N型接触层，只留下一些欧姆接触点231，在N型欧姆接触层上依次沉积透光性介质层230和导电反射层220，其中透光性介质层230可以为单层结构，也可以由两种高、低折射率的材料交替堆叠而成的分布式布拉格反射层结构，导电反射层220选用高反射率的金属材料如银、招等材料。
[0032]接着，进行第二次基板转移。具体为提供一导电基板200，分别在导电基板200和反射层220上涂布金属键合层210，进行高温键合，从而将发光外延叠层与导电基板200粘接；去除临时基板，裸露出发光外延叠层250的P侧表面，至此完成基板转移工艺。
[0033]三、制作透明绝缘层和焊线电极。
[0034]在裸露出发光外延叠层250的P侧表面上覆盖透明绝缘层。参看图4的(C)，沉积透明绝缘层280，其覆盖整个样品的上表面，包括扩展电极271、及裸露着的P型欧姆接触层和P型窗口层。该透明绝缘层280选用高透过率介质，其η值介于空气和外延之间，厚度需满足T=λ/4η，具发光区增透膜效果。
[0035]参看图4的(d)，在透明绝缘层制作电流通孔290，其对应于非欧姆接触区的扩展电极271上，并尽可能远离P型欧姆接触层260。
[0036]参看图4的(e)，在透明绝缘层制作焊线电极272，其在发光外延叠层上的投影位于非欧姆接触区内250b，并填充电流通孔290形成电流通道，从而与扩展电极271导通，形成芯片。焊线电极272的材料选用高反射性材料，优选Ti/Pt/Au、Cr/Al/Ti/Pt/AuSTi/Al/Pt/Au结构
在上述发光二极管芯片中，透明绝缘层280至少具有以下用途:一、位于扩展电极271之上、焊线电极272之下，可使电流外扩，减少焊线电极下方有源层的电流浪费和焊线电极的吸光、遮光；二、可以作为出光面的增透膜;三、与焊线电极、P型欧姆接触层255构成ODR系统，反射入射到焊线电极下方的光，减少电极吸光或遮光；四、作为保护膜，避免外部或制程中的残肩搭在芯粒侧壁产生漏电路径。
[0037]图5显示了上述发光二极管的电流流向示意图，焊线电极下方设有绝缘层，远离P型欧姆接触层，其下方和临近扩展电极的区域均无欧姆接触，电流直接沿电流通道流向有源区，可使电流有效外扩。当接通外部电源时，电流优先选择最小阻值路径流通，迅速沿焊线电极的下方电流通道向有源区有欧姆接触区域流通。
[0038]很明显地，本发明的说明不应理解为仅仅限制在上述实施例，而是包括利用本发明构思的所有可能的实施方式。
【主权项】
1.发光二极管，包括: 发光外延叠层，包含第一半导体层、有源层和第二半导体层，其上表面划分为欧姆接触区和非欧姆接触区； 欧姆接触层，位于所述发光外延叠层的欧姆接触区； 扩展电极，形成于所述欧姆接触层上，并至少部分向所述欧姆接触层的边沿延伸至所述发光外延叠层的非欧姆接触区，接触所述发光外延叠层的上表面； 透明绝缘层，覆盖所述扩展电极及裸露着的欧姆接触层和发光外延叠层上表面； 电流通道，位于所述透明绝缘层内并贯彻所述透明绝缘层，与所述扩展电极连接，在发光外延叠层的投影位于非欧姆接触区； 焊线电极，位于所述透明绝缘层之上，通过所述电流通道与所述扩展电极导通，其在所述发光外延叠层的投影位于所述非欧姆接触区； 当注入电流时，迅速沿焊线电极下方的电流通道向发光外延叠层的欧姆接触区流通，避免所述焊线电极下方有源层灌入电流发光。2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于:所述第二焊线电极的下方及其临近区域无欧姆接触层。3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于:所述发光外延叠层上表面的非欧姆接触区的面积大于所述焊线电极的面积。4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于:所述电流通道尽可能远离所述欧姆接触层。5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于:所述非欧姆接触区分布于所述发光外延叠层上表面的两个端部，所述扩展电极为一系列平行的线状结构，其首、尾位于所述非欧姆接触区，中间部分与所述欧姆接触层接触。6.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于:所述透明绝缘层的折射率介于所述发光外延叠层与空气之间。7.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于:所述透明绝缘层与所述发光外延叠层、焊线电极构成全方位反射系统，避免所述焊线电极吸光。8.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于:位于所述欧姆接触区的透明绝缘层的厚度为λ/4η。9.发光二极管的制作方法，包括步骤: .1)形成发光外延叠层及欧姆接触层，其中发光外延叠层包含第一半导体层、有源层和第二半导体层； .2)在所述欧姆接触层的表面定义欧姆接触区和非欧姆接触区，去除非欧姆接触区的欧姆接触层，裸露出发光外延叠层； .3)形成扩展电极，其位于所述欧姆接触层上，并至少部分向所述欧姆接触层的边沿延伸至所述发光外延叠层上表面的非欧姆接触区，直接接触所述裸露出的发光外延叠层； .4)形成透明绝缘层，其覆盖所述扩展电极及裸露着的欧姆接触层和发光外延叠层上表面； .5)在所述形成的透明绝缘层设置电流通道，其与所述扩展电极连接，在发光外延叠层的投影位于非欧姆接触区； .6)形成焊线电极，其位于所述透明绝缘层之上，通过所述电流通道与所述扩展电极导通，在所述发光外延叠层的投影位于所述非欧姆接触区； 当注入电流时，迅速沿焊线电极下方的电流通道向发光外延叠层的欧姆接触区流通，避免所述焊线电极下方有源层灌入电流发光。10.发光二极管的制作方法，包括步骤: .1)在一生长衬底上依次形成发光外延叠层，包含第一半导体层、有源层和第二半导体层，具有相对的第一表面和第二表面，其中第一表面远离所述生长衬底，被划分为欧姆接触区和非欧姆接触区； .2)在所述发光外延叠层的第一表面之欧姆接触区形成欧姆接触层； .3)制作扩展电极，其位于所述欧姆接触层上，并至少部分向所述欧姆接触层的边沿延伸至所述发光外延叠层的非欧姆接触区，接触所述裸露出的发光外延叠层； .4)提供一临时基板，将其与所述发光外延叠层的第一表面粘接； .5)去除生长衬底，裸露出所述发光外延叠层的第二表面； .6)在所述裸露出的发光外延叠层的第二表面上形成反射镜； .7 )提供一导电基板，将其所述反射镜粘接； .8)去除临时基板，裸露出扩展电极、部分发光外延叠层的表面和欧姆接触层； .9)形成透明绝缘层，其覆盖所述扩展电极及裸露着的欧姆接触层和发光外延叠层的第一表面; .10)在所述形成的透明绝缘层设置电流通道，其与所述扩展电极连接，在发光外延叠层的投影位于非欧姆接触区； .11)形成焊线电极，其位于所述透明绝缘层之上，通过所述电流通道与所述扩展电极导通，在所述发光外延叠层的投影位于所述非欧姆接触区。
【文档编号】H01L33/38GK105845801SQ201610413139
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年6月13日
【发明人】蒙成, 卢怡安, 吴俊毅, 王笃祥
【申请人】天津三安光电有限公司