CN102117870B

CN102117870B - 垂直发光二极管及其制造方法

Info

Publication number: CN102117870B
Application number: CN201010588456.6A
Authority: CN
Inventors: 李雄; 张昭英; 郑相俊; 金贤龟
Original assignee: LG Display Co Ltd
Current assignee: LG Display Co Ltd
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2030-12-02
Also published as: CN102117870A; KR20110077707A; US20110155997A1

Abstract

本发明涉及一种垂直发光二极管及其制造方法。所述垂直发光二极管包括具有多个贯穿通孔的基板、在所述基板上形成的多个半导体层、在所述多个半导体层上形成的第一电极、以及形成为填充所述多个通孔由此接触所述多个半导体层的一部分的第二电极。

Description

垂直发光二极管及其制造方法

本申请要求享有2009年12月30日提交的第10-2009-0134353号韩国专利申请的权益，该申请如同在此完全阐述一样，被引入以供参考。

技术领域

本发明涉及一种垂直发光二极管及其制造方法。

背景技术

一般来讲，发光二极管(LED)是一种在对其施加电流的时候发光的特殊类型的发光器件。这种利用化合物半导体的特性而将电转换为光的发光二极管可以以高效率在低电压下工作，因而一直以来都表现出杰出的节能效果。近来，发光二极管在亮度方面得到了显著的改善，并已应用于各种自动化设备，比如液晶显示设备的背光单元、电子公告牌、显示设备、家电用品等等。

特别是，基于氮化镓(GaN)的发光二极管表现出红外光谱或者包括红外光在内的更宽发光光谱，并具有各种应用。此外，由于不包含诸如砷(As)、汞(Hg)等环境有害材料的优点，基于氮化镓(GaN)的发光二极管近来作为下一代光源而极受关注。

图1是示出传统发光二极管的透视图。

如图1所示，传统发光二极管10包括蓝宝石基的基板11、在该蓝宝石基的基板11上形成的第一缓冲层12、使用无掺杂GaN层13在第一缓冲层12上形成的第二缓冲层13、在第二缓冲层13上形成的n型GaN层14、在n型GaN层14上形成的具有多量子阱(MQW)结构的有源层15、在有源层15上形成的p型GaN层16、使用透明导电材料在p型GaN层16上形成的欧姆接触层17、形成为与欧姆接触层17的一部分相接触的p型电极焊盘18、以及形成为与已经通过蚀刻有源层15、p型GaN层16和欧姆接触层17的部分区域而暴露出的n型GaN层14的一部分相接触的n型电极焊盘19。

在传统发光二极管10中，蓝宝石基的基板11对于生长氮化物半导体层13至16是必不可少的，并被布置在氮化物半导体层13至16的下方。此外，在所述多个氮化物半导体层13至16上，水平地布置了为了施加电压而分别布线接合到p型GaN层16和n型GaN层14的p型电极焊盘18和n型电极焊盘19。具有上述结构的传统发光二极管10具有如下问题。

首先，因为p型电极焊盘18和n型电极焊盘19是彼此平行地水平布置的，因此电流在p型电极焊盘18和n型电极焊盘19之间水平流动，并集中于某一区域上。这种电流集中增加了正向电压，因而降低电流效率，并且还可能由于产生静电而容易使发光二极管10恶化。

其次，由于必须去除有源层15、p型GaN层16和欧姆接触层17的部分区域以形成n型电极焊盘19，因而减少了发光面积。

第三，发光二极管10适于从所述多个氮化物半导体层13至16的顶部发光。在该情况下，由于布置在光的发射路径上的p型电极焊盘18和n型电极焊盘19可吸收光，所以发光二极管10的光输出效率降低。

第四，从多个氮化物半导体层13至16生成的一部分光被引入蓝宝石基的基板11中。在该情况下，由于以临界角或更大角度引入蓝宝石基的基板11的光被全反射、并在蓝宝石基的基板11内部消失，因此降低了发光二极管10的光输出效率。

第五，多个氮化物半导体层13至16在产生光的同时还散发热量。因为蓝宝石基的基板11具有低热导率，并由此难以释放热量，因此从多个氮化物半导体层13至16生成的热量降低了电流效率。

如上所述，因为p型电极焊盘18和n型电极焊盘19彼此平行地水平布置，因此传统发光二极管10在电流效率、光输出效率及其使用寿命方面都会恶化。由于这个缘故，已提出了一种垂直发光二极管，其中去除了用于生长多个氮化物半导体层的蓝宝石基的基板，从而分别在氮化物半导体层上方和下方形成p型电极焊盘和n型电极焊盘。

图2是示出传统垂直发光二极管的透视图。

如图2所示，传统垂直发光二极管20包括用作p型电极焊盘的下金属基板21、在下金属基板21上布置的p型电极22、在p型电极22上布置的p型GaN层23、在p型GaN层23上布置的有源层24、在有源层24上布置的n型GaN层25、在n型GaN层25上布置的无掺杂GaN缓冲层26、以及布置为与所述缓冲层26的至少一部分相接触的n型电极27。

现在将描述上述传统垂直发光二极管20的制造方法。

首先，在蓝宝石基的基板(未示出)上顺序地生长无掺杂GaN缓冲层26、n型GaN层25、有源层24和p型GaN层23。然后，在p型GaN层23上形成与p型GaN层23的整个表面相接触的p型电极22，之后，在高温下将下金属基板21附装到p型电极22。其后，将蓝宝石基的基板(未示出)与缓冲层26分离开，并形成与已通过去除蓝宝石基的基板(未示出)而暴露出的缓冲层26的一部分相接触的n型电极27。在该情况下，为了去除蓝宝石基的基板(未示出)，一般使用激光剥离(LLO)工艺，其中将激光照射到蓝宝石基的基板(未示出)的表面，从而在600℃或以上的高温下使蓝宝石基的基板(未示出)与缓冲层26分离开。

如上所述，由于去除了用于生长氮化物半导体层23至26的蓝宝石基的基板(未示出)，因此可以沿多个氮化物半导体层23至26的垂直方向布置p型电极22和n型电极27，由此该传统垂直发光二极管20可以防止减少发光面积、光输出效率和电流效率以及电流集中。

然而，传统垂直发光二极管20的制造方法应必需包括去除蓝宝石基的基板(未示出)的工艺，即激光剥离工艺。但是，由于激光剥离工艺使用昂贵的装备，因而会增加制造成本，并且与传统发光二极管相比还会使整个制造工艺复杂化，导致制造时间增加。而且，激光剥离工艺可导致损坏氮化物半导体层23至26。此外，在下金属基板21和p型电极22之间的附装工艺常常出现工艺误差，并成为低产量的一个因素。

发明内容

据此，本发明涉及一种垂直发光二极管及其制造方法，其基本上消除了由于相关技术的局限性和缺点而引起的一个或多个问题。

本发明的目的是提供一种垂直发光二极管及其制造方法，其中可以垂直地布置电极，而无需去除用于生长氮化物半导体层的基板。

本发明的另外的优点、目的和特征将部分在随后的描述中进行阐述，而部分则将在本领域技术人员在研究下文之后变得显而易见，或者可以通过本发明的实践来了解。可以通过在书面的说明书和其权利要求以及所附附图中具体指明的结构来实现和获得本发明的目的及其他优点。

为了实现这些目的及其他优点、并根据本发明的意图，如同在此具体实现和概括描述的，一种垂直发光二极管包括具有多个垂直贯穿的通孔的基板、在所述基板上形成的多个氮化物半导体层、使用透明导电材料在所述多个氮化物半导体层上形成的第一电极、以及作为所述多个通孔中的填充物形成的与所述多个氮化物半导体层的下部区域相接触的第二电极。

根据本发明的另一方面，一种用于制造垂直发光二极管的方法包括在基板的上表面中形成多个通孔、在其中已经形成所述多个通孔的所述基板上形成多个氮化物半导体层、在所述多个氮化物半导体层上形成第一电极和第一电极焊盘、调整所述基板的厚度、以及形成作为所述多个通孔中的填充物的第二电极以与经由所述多个通孔暴露出的所述多个氮化物半导体层的下部区域相接触。

应理解的是，本发明的上述概括说明及随后的详细说明是示例性的和解释性的，旨在为所请求保护的本发明提供进一步的解释。

附图说明

给本发明提供进一步理解并结合在本申请中组成本申请一部分的附图图解了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是示出传统发光二极管的透视图；

图2是示出传统垂直发光二极管的透视图；

图3是示出根据本发明实施例的垂直发光二极管的透视图；

图4是沿图3的线A-A’的剖视图；

图5A至5D是示出在传统发光二极管和根据本发明实施例的垂直发光二极管的相应有源层中的电流分布的视图；

图6A至6D是示出来自传统发光二极管和根据本发明实施例的垂直发光二极管的相应上表面的光功率输出的视图；

图7A和7B是示出根据传统发光二极管和根据本发明实施例的垂直发光二极管中所施加电流的光功率输出的图表；

图8是示出根据本发明实施例的垂直发光二极管的制造方法的流程图；以及

图9A至9G是示出图8的垂直发光二极管制造方法的顺序工艺的剖视图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的最佳实施例，附图中图示出了这些实施例的范例。只要可能，将使用相同的附图标记在整个附图中表示相同的或者类似的部分。

在下文中，将参考附图详细说明根据本发明的实施例的垂直发光二极管和及其制造方法。

图3是示出根据本发明的实施例的垂直发光二极管的透视图，以及图4是沿图3的线A-A’的剖视图。

如图3和4中所示，根据本发明的实施例的垂直发光二极管100包括具有多个垂直贯穿的通孔111的基板110、在基板110上形成的具有所述多个通孔111的第一缓冲层120、在第一缓冲层120上形成的多个氮化物半导体层130至160、由透明导电材料制成并形成为与所述多个氮化物半导体层130至160的最上表面相接触的第一电极170、形成为与第一电极170的至少一部分相接触的第一电极焊盘171、作为所述多个通孔111中的填充物形成的并与所述多个氮化物半导体层130至160的下部区域相接触的第二电极180、以及由反射金属制成并形成在基板110的下表面上以与第二电极180相接触的第二电极焊盘181。此外，形成围绕所述多个氮化物半导体层130至160、第一电极170和第一电极焊盘171的保护膜190。该保护膜190由透明绝缘材料制成，并用于电气和物理保护所述多个氮化物半导体层130至160。

基板110由蓝宝石(Al₂O₃)或者碳化硅(SiC)制成。基板110具有彼此隔预定距离的多个通孔111。

在基板110的上表面上，更具体的是在基板110和氮化物半导体层130至160之间，形成第一缓冲层120。第一缓冲层120由例如具有与氮化物半导体类似结构的二氧化硅(SiO₂)制成，以能够在基板110上适当地生长氮化物半导体层130至160。在该情况下，第一缓冲层120具有贯穿基板110的多个通孔111，并经由多个通孔111与第二电极180相接触。

在第一缓冲层120上形成氮化物半导体层130至160。氮化物半导体层130至160包括由无掺杂氮化物半导体(GaN)制成的第二缓冲层130、在第二缓冲层130上形成的由n型氮化物半导体制成的第一半导体层140、在第一半导体层140上形成的具有多量子阱(MQW)结构的有源层150、以及在有源层150上形成的由p型氮化物半导体制成的第二半导体层160。第二缓冲层130具有贯穿基板110的多个通孔111，以经由该多个通孔111与第二电极180相接触。

在基板110和第一半导体层140之间提供的第二缓冲层130用于克服基板110和由n型氮化物半导体(n-GaN)制成的第一半导体层140之间的不同的晶格常数和热膨胀系数。特别是，如果首先生长无掺杂氮化物半导体(与第二缓冲层130相对应)，随后在其上生长n型氮化物半导体(与第一半导体层140相对应)，则可以改善n型氮化物半导体的结晶质量。第一半导体层140由n型氮化物半导体(n-GaN)制成，其由于诸如硅(Si)的掺杂剂而具有传导性。有源层150具有由阻挡层和阱层(InGaN-GaN)构成的MQW结构。根据有源层150中的氮化物半导体(InGaN和GaN)的构成比，确定从发光二极管发出的光的波长带。第二半导体层160由p型氮化物半导体(p-GaN)制成，其由于诸如镁(Mg)的掺杂剂而具有传导性。

第一电极170与由p型氮化物半导体(p-GaN)制成的第二半导体层160相接触，并且该第一电极170由诸如氧化锌(ZnO)、氧化铟锡(ITO)等的透明导电材料制成。

第一电极焊盘171由Ni、Au、Pt、Ti和Al中的任一金属或者包含它们的合金制成，并且与第一电极170的至少一部分相接触。

第二电极180与所述多个氮化物半导体层130至160的经由多个通孔111暴露出的下部区域相接触。在该情况下，第二电极180与第二缓冲层130以及由n型氮化物半导体(n-GaN)制成的第一半导体层140中的至少之一相接触。特别是，如图4中所示，第二电极180可以作为贯穿基板110、第一缓冲层120和第二缓冲层130的多个通孔111中的填充物而形成，或者可以作为贯穿基板110的多个通孔111中的填充物而形成，或者可以作为贯穿基板110和第一缓冲层120的多个通孔111中的填充物而形成。第二电极180由Ti、Al、Ni、Au、Cr、Pt、V、In、Sn和Ag中的任一金属或者包含它们的合金制成，并被填充在所述多个通孔111中。

第二电极焊盘181由诸如铝(Al)等反射金属制成，并且在所述基板110的下表面上形成，以与第二电极180相接触。

在具有上述结构的垂直发光二极管中，沿氮化物半导体层130至160的垂直方向布置第一电极170和第二电极180。该布局使得第一电极170和第二电极180之间流动的电流能够均匀分布，而不是集中于某一区域，由此在垂直发光二极管的整个上表面上获得光功率输出的均匀分布。因此，垂直发光二极管可以表现出最小化的静电生成，并降低了其中的正向电压，因此可以具有更少的恶化以及增加的电流效率。第一电极170和第二电极180分别地布置在氮化物半导体层130和160的上侧和下侧。这使得无需蚀刻掉氮化物半导体层130至160的一部分，从而防止减少发光面积。由反射金属制成的第二电极焊盘181可以对发光二极管内捕获的光进行反射，以将该光发射到外部，并由此可以改善发光二极管的光输出效率。此外，由于在占据氮化物半导体层130至160的至少一部分区域的多个通孔111中形成第二电极180，因此氮化物半导体层130至160中产生的热量可以经由该金属的第二电极180而散发到外部。这可以改善发光二极管的散热效率，实现最小化的恶化，并延长了发光二极管的使用寿命。

在下文中，将与先前描述的其中在多个氮化物半导体层上水平布置p型电极焊盘和n型电极焊盘的传统发光二极管相比较，描述根据本发明实施例的垂直发光二极管的关于电气和光学特性的试验结果。

表1示出在传统发光二极管和根据本发明实施例的垂直发光二极管之间比较电气和光学特性的试验数据。图5A至5D示出在传统发光二极管和根据本发明实施例的垂直发光二极管的相应有源层中的电流分布，以及图6A至6D示出来自传统发光二极管和根据本发明实施例的垂直发光二极管的相应上表面的光功率输出。

表1

在表1中，发光二极管A对应于图1中示出的传统发光二极管并具有尺寸350x350，发光二极管B对应于根据本发明实施例的发光二极管并具有尺寸320x320。尽管未示出，发光二极管C是其中在氮化物半导体层上形成p型电极以围绕n型电极焊盘的传统发光二极管并具有尺寸600x600，而发光二极管D对应于根据本发明实施例的发光二极管并具有尺寸460x460。

图5A和6A对应于发光二极管A，图5B和6B对应于发光二极管B，图5C和6C对应于发光二极管C，以及图5D和6D对应于发光二极管D。

首先，将参考表1和图5A、5B、6A和6B，相互比较具有350x350或更小的小尺寸的发光二极管A和发光二极管B。

在发光二极管A的情况中，如图5A中所示，有源层中的电流集中于p型电极焊盘周围的部分区域。另一方面，在发光二极管B的情况中，可以从图5B中看出，有源层中的电流在p型电极焊盘周围均匀分布。这也可以从表1上的数值看出。在发光二极管A的情况中，根据所施加的大约20mA的电流，有源层的电流密度大约为4.40A/cm²，并且平均电流密度大约为23.85A/cm²。另一方面，在发光二极管B的情况中，根据所施加的大约20mA的电流，有源层的电流密度大约为2.96A/cm²，低于发光二极管A的电流密度，并且平均电流密度大约为19.198A/cm²，低于发光二极管A的平均电流密度。如上所述，发光二极管B具有低于发光二极管A的电流密度，因而具有低于发光二极管A的正向电压(大约3.25V)的正向电压(大约3.03V)。

此外，如图6A所示，发光二极管A的上表面在与n型电极焊盘和p型电极焊盘相对应的区域处没有光功率输出。另一方面，如图6B所示，发光二极管B的上表面除了与p型电极焊盘相对应的区域之外，都具有均匀光功率输出。以这种方式，如表1所表示，发光二极管A的光功率输出大约为8.40mW，而发光二极管B的光功率输出大约为8.49mW，高于发光二极管A的光功率输出。

如上所述，在具有350x350或者更小的尺寸的传统发光二极管A和根据本发明实施例的垂直发光二极管B中，与传统发光二极管A相比，根据本发明实施例的发光二极管B具有更低的电流密度、降低的正向电压和增加的光功率输出。

接下来，将参考表1和图5C、5D、6C和6D，相互比较具有400x400或更大尺寸的发光二极管C和发光二极管D。

在发光二极管C的情况中，如图5C中所示，有源层中的电流集中于与n型电极焊盘邻近的区域上。另一方面，在发光二极管D的情况中，可以从图5D中看出，有源层中的电流在p型电极焊盘周围均匀分布。这也可以从表1上的数值看出。在发光二极管C的情况中，根据所施加的大约50mA的电流，有源层的电流密度大约为4.12A/cm²，并且平均电流密度大约为22.23A/cm²。另一方面，在尺寸为发光二极管C的三分之二的发光二极管D的情况中，有源层的电流密度大约为1.07A/cm²，低于发光二极管C的电流密度，并且平均电流密度大约为23.51A/cm²，与发光二极管C的平均电流密度相似。发光二极管D的正向电压大约为3.09V，低于发光二极管D的正向电压(大约3.18V)。

此外，如图6C所示，发光二极管C的上表面在与n型电极焊盘和p型电极焊盘相对应的区域处没有光功率输出。另一方面，如图6D所示，发光二极管D的上表面除了仅仅与p型电极焊盘相对应的区域之外，都具有均匀光功率输出。以这种方式，如表1所表示，发光二极管C的光功率输出大约为53.201mW，而发光二极管D的光功率输出大约为58.193mW，高于发光二极管C的光功率输出。

如上所述，在具有400x400或者更大尺寸的传统发光二极管C和根据本发明实施例的垂直发光二极管D中，与传统发光二极管C相比，根据本发明实施例的发光二极管D具有更低的电流密度、降低的正向电压和增加的光功率输出。

图7A和7B是示出根据传统发光二极管和根据本发明实施例的垂直发光二极管中所施加的电流的光功率输出的图表。具体来讲，图7A是示出根据表1的发光二极管A和发光二极管B中所施加电流的光功率输出的变化的图表，而图7B是示出根据表1的发光二极管C和发光二极管D中所施加电流的光功率输出的变化的图表。

如图7A所示，根据大约相同的施加电流，发光二极管B的光功率输出稍微大于发光二极管A的光功率输出。此外，如图7B所示，根据大约相同的施加电流，发光二极管D的光功率输出大于发光二极管C的光功率输出。如上所述，根据本发明实施例的发光二极管可以获得超过传统发光二极管1～10％的亮度增强。

在下文中，将描述根据本发明实施例的垂直发光二极管的制造方法。

图8是示出根据本发明实施例的垂直发光二极管的制造方法的流程图，以及图9A至9G是示出图8的垂直发光二极管制造方法的顺序工艺的剖视图。

如图8所示，根据本发明实施例的垂直发光二极管的制造方法包括：在基板110的上表面中形成多个通孔111(S100)；在具有多个通孔111的基板110上形成多个氮化物半导体层130至160(S110)；在多个氮化物半导体层130至160上形成第一电极170和第一电极焊盘171(S120)；调整基板110的厚度(S130)；形成作为多个通孔111中的填充物形成的与经由多个通孔111暴露出的多个氮化物半导体层130至160的下部区域相接触的第二电极180(S140)；利用反射金属形成第二电极焊盘181以与基板110的下表面上形成的第二电极180相接触；以及将多个单独的芯片彼此分离。

如图9A和9B所示，在用于在基板110的上表面中形成多个111的操作(S100)中，在以由蓝宝石(Al₂O₃)或者碳化硅(SiC)制成的晶片的形式的基板110的上表面中形成多个通孔111，使这些通孔111彼此隔开预定距离。更具体地说，在具有厚度大约430μm的晶片基板110的上表面上形成图案掩模。利用该图案掩模对晶片基板110的上表面进行蚀刻，使得直径为30～70μm且深度为150～250μm的多个通孔111彼此隔开30～100μm的距离。在该情况下，这些多个通孔111形成为不贯穿该基板110。此外，在所述基板110的上表面中可以形成所述多个通孔111，使得所述通孔111彼此隔开所述垂直发光二极管的工作波长的64～215倍。或者，所述多个通孔111的直径是所述垂直发光二极管的工作波长的64～151倍，并且所述多个通孔的深度是所述垂直发光二极管的工作波长的321～537倍。

图案掩模是光掩模或者金属掩模，其包括其中直径为30～70μm的孔彼此隔开30～100μm的距离的图案。可以通过诸如激光钻孔或者RIE-ICP等干蚀刻或湿蚀刻来对晶片基板110进行蚀刻。特别是，当通过激光钻孔蚀刻晶片基板110时，将具有波长带193～248nm的激光照射到晶片基板110的已经在其上形成有所述图案掩模的上表面。

如上所述的晶片基板110的厚度、通孔111的形状、直径和距离激光钻孔蚀刻中激光的波长带等等仅仅是为了更好地描述本发明的实施例，而作为例子给出的，当然，本发明的实施例也可以采用除了上述方式的其他方式。特别是，尽管图9A和9B示出具有圆柱形状的通孔111，通孔111也可以具有多边形、椭圆形、平行四边形和各种其他横截面，而且也可以具有圆柱形、圆锥形、倒圆锥形、金字塔形和各种其他形状的任一形状。

接下来，如图9C所示，在已经形成多个通孔111的基板110上，形成第一缓冲层120和多个氮化物半导体层130。在该情况下，可以使用金属有机化学气相淀积(MOCVD)方法、液相外延方法、氢化物气相外延方法、分子束外延方法等等，在基板110的上表面上生长所述多个氮化物半导体层130。优选的是，利用MOCVD方法，在基板110的上表面上生长所述多个氮化物半导体层130至160。例如，在所述多个氮化物半导体层130至160中，第二缓冲层130可以由无掺杂氮化物半导体(GaN)制成，并具有0.5～2.0μm的厚度，并且第一半导体层140可以由掺杂Si的n型氮化物半导体(n-GaN)制成，并具有2.0μm或者更少的厚度。有源层150可以由氮化物半导体(InGaN-GaN)制成，并具有由五个层构成的MQW结构，并且第二半导体层160可以由掺杂Mg的p型氮化物半导体(p-GaN)制成，并具有0.2μm或者更少的厚度。

如图9D所示，在用于形成第一电极170和第一电极焊盘171的操作(S120)中，使用诸如ZnO或者ITO等透明导电材料，在第二半导体层160上形成第一电极170，并形成第一电极焊盘171以与第一电极170的至少一部分相接触。在该情况下，第一电极焊盘171可以由Ni、Au、Pt、Ti和Al中的任一金属或者包含它们的合金制成。

用于调整基板110的厚度的操作(S130)包括通过研磨和抛光基板110的下表面来减少基板110的厚度，使得所述多个通孔111贯穿基板110，并调整该多个通孔111的深度，使得贯穿基板110的多个通孔111形成在多个氮化物半导体层130至160的至少之一中。

具体来讲，如图9E所示，在用于减少基板110的厚度的操作中，对基板110的下表面执行研磨和抛光处理，使得基板110的厚度减少为200μm或者更少。然后，在用于调整多个通孔111的深度的操作中，更深地形成贯穿基板110的所述多个通孔111，以延伸到氮化物半导体层130至160中，具体来讲是延伸至第二缓冲层130和第一半导体层140的至少之一中。例如，可以对已经减少了厚度的基板110的下表面进行等离子体蚀刻，使得多个通孔111暴露出第一半导体层140或者仅仅暴露出第二缓冲层130。在该情况下，当然，可以由二极管设计者在考虑发光二极管特性的情况下，自由地确定多个通孔111的深度。

如图9F所示，在用于形成第二电极180的操作(S140)中，通过在贯穿基板110、第一缓冲层120和第二缓冲层130的至少之一的所述多个通孔111中填充Ti、Al、Ni、Au、Cr、Pt、V、In、Sn和Ag中的任一金属或者包含它们的合金，来形成第二电极180。具体来讲，第二电极180对应于在多个通孔111中填充的金属或者合金。在该情况下，根据多个通孔111的深度，第二金属180可以仅仅与第二缓冲层130相接触，或者可以与第二缓冲层130和第一半导体层140相接触。第二电极180可以由具有高热导率的金属制成，或者可以由具有高反射率的金属制成，比如铝。

如图9G所示，在用于形成第二电极焊盘181的操作(S150)中，使用反射金属在基板110的下表面上形成第二电极焊盘181，以与第二电极180相接触。在该情况下，第二电极焊盘181可以通过在基板110的下表面上气相淀积铝(Al)或者铜(Cu)而形成。

最终，在用于将多个单独的芯片彼此分离开的操作(S160)中，在利用激光或者金刚钻形成刻线之后，执行切断，以将单独的芯片彼此分离开。

如上所述，根据本发明实施例的垂直发光二极管的制造方法并不包括对用于生长氮化物半导体层130至160的基板110进行去除的操作，比如激光剥离(LLO)操作。因此，可以简化制造方法，并且可以减少总体制造时间。此外，去除LLO操作可以防止损坏多个氮化物半导体层，因而可以提高发光二极管的产量。此外，当不使用昂贵的LLO装备时，可以降低总体制造成本。

从上述描述中明显可见，根据本发明的垂直发光二极管包括具有多个通孔的基板、在基板的上表面上形成的多个氮化物半导体层、在多个氮化物半导体层上形成的第一电极、形成为与第一电极的至少一部分相接触的第一电极焊盘、作为多个通孔中的填充物形成的与经由贯穿基板的多个通孔暴露出的多个氮化物半导体层的下部区域相接触的第二电极、以及由反射金属制成的在第二电极下表面上形成的第二金属焊盘。在该情况下，在生长多个氮化物半导体层期间，多个通孔并不贯穿基板。在形成第二电极之前调整基板的厚度，使得多个通孔贯穿基板。根据本发明的垂直发光二极管及其制造方法可以预期能获得以下效果。

首先，第一电极和第二电极分别布置在多个氮化物半导体层的上侧和下侧，这具有防止发光面积减少的效果。

第二，由于第一电极和第二电极是沿垂直方向布置的，这可以使第一电极和第二电极之间流动的电流均匀分布，而不是像先前描述的传统发光二极管那样集中于某一区域。由于减少了正向电压，这可以增加电流效率，而且还可以防止产生静电，并由此防止发光二极管恶化。

第三，当使用已经形成有多个通孔的基板时，该制造方法不需要对用于生长多个氮化物半导体层的基板进行去除的操作。因而，可以防止由于传统上为去除基板而使用的激光剥离工艺对多个氮化物半导体层造成损坏，并因此可以增加发光二极管的产量。

第四，由反射金属制成并在基板的下表面上形成的第二电极焊盘可以用于反射在多个氮化物半导体层中产生的光，从而将该光发射到外部，因而增强了光输出效率。

第五，由于第二电极是作为在基板以及多个氮化物半导体层的至少之一中形成的多个通孔中的填充物而形成的，因而可以经由其中填充有具有高热导率的金属的所述多个通孔，容易地将从所述多个氮化物半导体层中产生的热量散发到外部。结果，发光二极管可以在没有恶化风险的情况下，增强散热效率，并因而可以具有延长的使用寿命。

第六，由于多个通孔填充有金属，因而可以防止由于多个通孔而造成发光二极管的耐用性方面的恶化。

对于本领域技术人员来说很清楚的是，在不脱离本发明的精神或者范围内可以在本发明中作出各种修改和变动。因此，其意图是，本发明涵盖对于本发明的修改和变动，只要这些修改和变动归入所附权利要求及其等效物的范围之内。

Claims

1.一种垂直发光二极管，包括：

基板，

位于所述基板的上表面上的第一缓冲层，

在所述第一缓冲层上形成的多个半导体层，所述多个半导体层包括位于所述第一缓冲层上的由无掺杂的氮化物半导体材料形成的第二缓冲层、位于所述第二缓冲层上的n型氮化物半导体层、位于所述n型氮化物半导体层上的具有多量子阱结构的有源层、和位于所述有源层上的p型氮化物半导体层，

在所述p型氮化物半导体层上形成的第一电极，

多个通孔，所述多个通孔贯穿所述基板和所述第一缓冲层，以便通过所述多个通孔暴露所述第二缓冲层，以及

第二电极，其形成在所述基板的下表面上，

其中所述第二电极完全填充所述多个通孔，从而使所述第二电极直接接触通过所述多个通孔暴露的所述第二缓冲层。

2.根据权利要求1所述的垂直发光二极管，还包括形成为覆盖所述第一电极和所述多个半导体层的保护膜。

3.根据权利要求1所述的垂直发光二极管，其中在所述基板的上表面中形成所述多个通孔，使得所述通孔彼此隔开30～100μm。

4.根据权利要求1所述的垂直发光二极管，其中所述多个通孔具有30～70μm的直径和150～250μm的深度。

5.根据权利要求1所述的垂直发光二极管，其中在所述基板的上表面中形成所述多个通孔，使得所述通孔彼此隔开所述垂直发光二极管的工作波长的64～215倍。

6.根据权利要求1所述的垂直发光二极管，其中所述多个通孔的直径是所述垂直发光二极管的工作波长的64～151倍，并且所述多个通孔的深度是所述垂直发光二极管的工作波长的321～537倍。

7.根据权利要求1所述的垂直发光二极管，其中所述第一电极是使用透明导电材料形成的。

8.根据权利要求1所述的垂直发光二极管，其中所述第一电极由ZnO或者ITO形成。

9.根据权利要求1所述的垂直发光二极管，其中所述基板由Al2O3或者SiC制成。

10.根据权利要求1所述的垂直发光二极管，其中所述第二电极包括Ti、Al、Ni、Au、Cr、Pt、V、In、Sn、和Ag中的一种或多种。

11.根据权利要求1所述的垂直发光二极管，还包括形成为接触所述第一电极的第一电极焊盘，和形成为接触所述第二电极的第二电极焊盘。

12.根据权利要求11所述的垂直发光二极管，其中所述第一电极焊盘包括Ni、Au、Pt、Ti或者Al。

13.根据权利要求11所述的垂直发光二极管，其中所述第二电极焊盘由反射金属形成。

14.根据权利要求1所述的垂直发光二极管，其中所述多个通孔具有圆形、多边形、椭圆形和平行四边形横截面中的一种。

15.根据权利要求1所述的垂直发光二极管，其中所述多个通孔具有圆柱形、圆锥形、倒圆锥形和金字塔形的形状中的一种。

16.一种制造垂直发光二极管的方法，包括：

在基板的上表面中形成多个通孔，所述多个通孔未贯穿所述基板，

在所述基板的上表面上形成第一缓冲层，

在所述第一缓冲层上形成多个半导体层，所述多个半导体层包括位于所述第一缓冲层上的由无掺杂的氮化物半导体材料形成的第二缓冲层、位于所述第二缓冲层上的n型氮化物半导体层、位于所述n型氮化物半导体层上的具有多量子阱结构的有源层、和位于所述有源层上的p型氮化物半导体层，

在所述p型氮化物半导体层上形成第一电极和在所述第一电极上形成第一电极焊盘，

通过对所述基板的下表面进行研磨和抛光，减少所述基板的厚度，从而使所述多个通孔贯穿所述基板，

调整所述多个通孔的深度，以便通过所述多个通孔暴露所述第二缓冲层，以及

在所述基板的下表面上形成第二电极，

17.根据权利要求16所述的方法，还包括使用反射金属形成第二电极焊盘，以接触所述第二电极。

18.根据权利要求16所述的方法，其中在所述基板的上表面中形成所述多个通孔，使得所述通孔彼此隔开30～100μm。

19.根据权利要求16所述的方法，其中所述多个通孔具有30～70μm的直径和150～250μm的深度。