CN103137800A - 一种发光二极管制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发光二极管制作方法，通过使p型辅助电极部分或者全部置于透明导电层之内，可有效的避免外界化学物质腐蚀底部接触层金属，也降低了p型辅助电极于透明导电层之上的高度，使得难以受到外力作用而发生损伤、脱落、断裂等情况。尤其当p型辅助电极的高度小于透明导电层内凹槽高度，或者小于凹槽高度与绝缘保护层厚度之和时，p型辅助电极将全部被绝缘保护层所包覆，大大增加了器件的可靠性。如此，也可以减小金属辅助电极的线宽，从而减小遮挡出光的面积，一定程度上增加了LED芯片亮度。

Description

一种发光二极管制作方法

技术领域

本发明涉及发光二极管领域，尤其涉及一种p型辅助电极全部或者部分嵌入透明导电层中的发光二极管的制作方法。

背景技术

发光二极管（LED）是一种当pn结处于正偏压情况下即会发光的半导体二极管。典型的垂直型发光二极管可包括衬底、n型半导体层、有源层（发光层）、p型半导体层、n型电极与p型电极。LED具有体积小、重量轻、结构牢固、抗冲击和抗震能力强、寿命长、环保无污染等诸多优点，已成为近年来最受重视的光源技术之一。

以目前主流的基于蓝宝石衬底的正装GaN基LED芯片为例，由于蓝宝石不具备导电性，所以必须通过刻蚀器件表面来形成负电极。因此，随着LED芯片尺寸的不断扩大，这种结构的LED芯片不可避免的存在电流的横向扩展，从而极易产生电流聚集效应，影响发光效率。

为了缓解和避免这一现象的发生，往往在制作大尺寸大功率LED芯片的时候，除了应有的主电极用于焊线外，还额外的设计各种形状的金属辅助电极（Finger）来延长电流在横向的传导路径，用于帮助电流在位于p型GaN之上的透明导电层中的传导。而由于金属的遮光作用，所以当金属辅助电极的线宽被制作得比较大时，势必会遮挡掉一部分出光，从而影响亮度，而较小线宽的金属辅助电极，虽然可以最大限度的保证出光不受影响，但是由于其与透明导电层的接触面积过小，所以在后续加工过程中，很容易受外界物理或者化学因素的综合作用而脱落，影响成品率和使用效果，尤其对于p型辅助电极来说，与其接触的透明导电层多数为氧化物材料，其粘附性更差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发光二极管制作方法，以解决p型辅助电极在加工以及封装过程中由于化学腐蚀、机械损伤等因素而造成的断裂、损伤、脱落等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种发光二极管制作方法，包括：

提供一衬底，所述衬底上形成有n型半导体层、有源层和p型半导体层；

在所述p型半导体层上形成透明导电层；

刻蚀所述透明导电层形成形成第一凹槽；

形成p型电极以及与p型电极电连接的p型辅助电极，所述p型辅助电极全部或者部分嵌入所述第一凹槽中。

进一步的，所述第一凹槽的深度小于或者等于所述透明导电层的厚度。

进一步的，所述第一凹槽的宽度等于或者大于所述p型辅助电极的宽度。

进一步的，刻蚀所述透明导电层形成形成第一凹槽的同时还形成第二凹槽，所述p型电极部分嵌入所述第二凹槽中。

进一步的，所述第二凹槽的深度小于所述透明导电层的厚度。

进一步的，所述第二凹槽的宽度等于或者大于p型电极的宽度。

进一步的，所述透明导电层的材料为氧化铟锡、氧化锌、氧化镍中的一种。

进一步的，所述透明导电层的厚度为

进一步的，所述发光二极管制作方法还包括在所述衬底和n型半导体层之间形成缓冲层。

进一步的，所述发光二极管制作方法还包括刻蚀所述p型半导体层、有源层和部分厚度的n型半导体层，形成深度延伸至n型半导体层的开口，形成p型电极以及与p型电极电连接的p型辅助电极的同时在开口中形成n型电极。

进一步的，所述发光二极管制作方法还包括在所述透明导电层上形成绝缘保护层，所述绝缘保护层覆盖所述p型辅助电极并暴露出p型电极和n型电极。

进一步的，所述透明导电层为台阶状的透明导电层。

与现有技术相比，本发明通过使p型辅助电极部分或者全部置于透明导电层之内，可有效的避免外界化学物质腐蚀底部接触层金属，也降低了p型辅助电极于透明导电层之上的高度，使其难以受到外力作用而发生损伤、脱落、断裂等情况。尤其当p型辅助电极的高度小于透明导电层内凹槽高度，或者小于凹槽高度与绝缘保护层厚度之和时，p型辅助电极将全部被绝缘保护层所包覆，大大增加了器件的可靠性。如此，也可以减小金属辅助电极的线宽，从而减小遮挡出光的面积，一定程度上增加了LED芯片亮度。

附图说明

图1~7为本发明的发光二极管制作方法过程中的器件剖面示意图；

图8为本发明的发光二极管制作方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图8所示，本发明提供一种发光二极管制作方法，包括如下步骤：

步骤S10：提供衬底，所述衬底上依次形成有n型半导体层、有源层和p型半导体层；

步骤S11：在所述p型半导体层上形成透明导电层；

步骤S12：刻蚀所述透明导电层形成第一凹槽；

步骤S13：形成p型电极以及与p型电极电连接的p型辅助电极，所述p型辅助电极全部或者部分嵌入所述第一凹槽中。

下面结合剖面示意图对本发明的发光二极管制作方法作进一步详细说明。

首先，如图1所示，提供衬底100，所述衬底100上依次形成有缓冲层110、n型半导体层120、有源层（发光层）130和p型半导体层140。所述衬底100例如为蓝宝石衬底。当然，所述衬底100的材料还可以是碳（Si）、碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）中的一种或其任意组合。所述缓冲层110可采用低温条件下生长的氮化镓薄膜，所述缓冲层110可改善衬底100与氮化镓材料之间的晶格常数失配的问题。所述n型半导体层120、有源层130、p型半导体层140依次位于缓冲层110上方。所述n型半导体层120的材料例如为n型掺杂的氮化镓

（n-GaN）；所述有源层130包括多量子阱有源层，所述多量子阱有源层的材料包括铟氮化镓（InGaN），用于发出波长为470nm的蓝光；所述p型半导体层140的材料例如为p型掺杂的氮化镓（p-GaN）。所述n型半导体层120、有源层130和p型半导体层140构成发光二极管的管芯。

需要说明的是，本发明的方法既适用于制作垂直式发光二极管，还适用于制作水平式发光二极管。以垂直式发光二极管为例，形成p型半导体层140后，可利用光刻及等离子刻蚀工艺，移除部分p型半导体层140和有源层130，使得部分n型半导体层120外露，形成深度延伸至n型半导体层120的开口121，如图1所示。接着，通过电子束蒸镀等方式，在外延片上表面形成一层透明导电层150。所述透明导电层150的材料优选为氧化铟锡（ITO）、氧化锌（ZnO）、氧化镍（NiO）中的一种或其组合，其厚度例如为

然后，利用光刻及等离子刻蚀工艺，仅保留p型半导体层140之上的透明导电层150。由于p型掺杂的氮化镓的电导率比较小，因此在p型半导体层140表面沉积一层金属的电流扩散层，有助于提高电导率。在本发明其它实施例中，也可以先形成n型半导体层120、有源层130、p型半导体层140和透明导电层150后，再利用光刻及等离子刻蚀工艺形成开口121。

接着，可进行高温退火工艺，然后通过光刻工艺在透明导电层150上覆盖一层光刻胶薄膜200，并且在光刻胶薄膜200上预留了n型电极、p型电极和p型辅助电极的位置，本实施例中，所述光刻胶薄膜200的开口将所述p型电极和p型辅助电极位置处的透明导电层裸露在外，将n型电极位置处的n型半导体层裸露在外，如图2所示。

接着，将外延片置于透明导电层蚀刻液（如ITO蚀刻液）中进行蚀刻，用于移除p型电极和p型辅助电极位置内的部分透明导电层，形成第一凹槽151a、第二凹槽151b，如图3所示。所述第一凹槽151a用于后续形成p型辅助电极，所述第二凹槽151b用于后续形成p型电极，可通过控制蚀刻时间和蚀刻温度以及透明导电层蚀刻液的配比来控制透明导电层150（如ITO）的蚀刻速率，本领域技术人员可通过有限次实验获知具体的工艺条件。

接着，清洗所述衬底，然后再进行电子束蒸发镀金属层，金属层材料例如为Cr/Pt/Au三种自下而上的组合、钛铝合金（Ti/Al）或钛金合金（Ti/Au），但不限于上述材料。所述金属层的厚度控制在

之间。然后，移除剩余的光刻胶薄膜以及附带在光刻胶薄膜之上多余的金属层，只在n型半导体层的开口121中形成n型电极180，在所述透明导电层150的第一凹槽151a中形成p型辅助电极170，在所述透明导电层150的第二凹槽151b中形成p型电极160，如图4所示。其中，所述n型半导体层120通过n型电极180（和n型辅助电极）与电源负极电连接，所述p型半导体层140通过p型电极160以及p型辅助电极170与电源正极电连接。

其中，所述p型电极160可为一倒金字塔形或为一圆锥形，也可为任何介于中间的形状，也就是说，金字塔形可具有使其趋向圆形的角，直到成为圆锥形。其他形状包括半球形、半椭圆球形、楔形、倒圆锥形或其他类似形状。可以理解的是，所述p型电极160形状可根据发光二极管的设计来进行选择，本发明对此不予限定。此外，所述p型电极160与p型辅助电极170电性连接即可，并不限定p型电极160与p型辅助电极170的具体布局方式。同样，所述发光二极管还可以形成有n型辅助电极（未图示），所述n型电极180与n型辅助电极电性连接即可，并不限定n型电极与n型辅助电极的具体布局方式。

接着，如图4所示，利用PECVD方式在透明导电层150上形成绝缘保护层190，再通过光刻及蚀刻工艺去除覆盖在n型电极180及p型电极160之上的绝缘保护层，但保留p型辅助电极170（和n型辅助电极）之上的绝缘保护层，即，使得所述绝缘保护层190覆盖所述p型辅助电极170（和n型辅助电极），但暴露出所述p型电极160和n型电极180。所述绝缘保护层190的材料包括但不限于SiO2，厚度例如在

之间。

最后，可采用常规技术手段完成研磨、抛光及切割工序，经过测试分选得到LED芯片，此处不再赘述。

在本实施例中，p型辅助电极170全部嵌入所述透明导电层150中，而p型电极160部分嵌入所述透明导电层150中，如图4所示。应当认识到，在本发明的其它实施例中，所述p型电极160可以在透明导电层150上（完全不嵌入透明导电层150中）。图5示出了p型辅助电极170全部嵌入所述透明导电层150中，而p型电极160在透明导电层150上的情形，此种情况下只需在光刻胶薄膜200上预留了n型电极和p型辅助电极的位置，即，所述光刻胶薄膜200的开口将所述p型辅助电极位置处的透明导电层裸露在外，将n型电极位置处的n型半导体层裸露在外，那么后续刻蚀透明导电层150时只会刻蚀掉p型辅助电极位置内的部分透明导电层，即可实现将p型辅助电极170全部嵌入所述透明导电层150中。

可以理解的是，通过上述自对准工艺，即上述光刻、刻蚀、电子束蒸发镀金属层（镀膜）等步骤之组合及重复实施，可以实现仅移除p型辅助电极位置的部分或全部透明导电层，同时可实现移除p型电极位置的部分或全部透明导电层。总之，所述内嵌式的p型电极160和p型辅助电极170结构可基于在透明导电层150上预设凹槽（第一凹槽，或者第一凹槽和第二凹槽），凹槽的形状及位置依据预设的p型电极160和p型辅助电极170的形状和位置而定。第一凹槽和第二凹槽的深度不超过（小于或者等于）透明导电层150的厚度，第一凹槽的宽度等于或者略大于预设的p型辅助电极170的宽度，第二凹槽的宽度等于或者略大于预设的p型电极160的宽度。为确保起到良好的保护效果，第一凹槽与p型辅助电极170之间的间隙不超过3μm，再将p型辅助电极170通过光刻及镀膜的方式置于第一凹槽内。根据工艺的实施方式不同，所述第一凹槽深度可以大于p型辅助电极170的高度，也可以等于p型辅助电极170的高度。图6中示出了p型辅助电极170的高度等于第一凹槽的深度且等于透明导电层150厚度的情形，而图4至图5中p型辅助电极170的高度等于第一凹槽的深度且小于透明导电层150的厚度。

需要说明的是，通常来说，透明导电层150的厚度越厚则其导电性越好，但是遮光也越多。本实施例中在导电性和遮光之间作权衡，透明导电层150的厚度最多为800nm，优选为180~500nm。而为了焊线牢固，p型电极的厚度需在1000nm以上，优选在1000~1500nm之间。但是，这个厚度仅限于p型和n型电极，对于其各自的辅助电极（延长线）来说，厚度可以做到200nm以下，因为辅助电极（延长线）的作用只是利用金属的超好导电性能帮助电流扩散，并不需要打线。因而，在优选的方案中，所述p型电极160的厚度是大于透明导电层150的厚度，其并不能全部嵌入透明导电层150中，也就是说，为不影响焊线效果，所述第二凹槽的深度优选小于p型电极160的高度，而p型辅助电极170的厚度可以小于或者等于透明导电层150的厚度，其可以全部或者部分嵌入所述透明导电层150中。

在本发明的另一实施例中，透明导电层150可设计为台阶状，如图7所示。此种方案可解决透明导电层150过厚而遮光的问题，具体地说，假设p型辅助电极170的厚度为400nm，若将p型辅助电极170完全内嵌进透明导电层150中，那么预先设置的透明导电层厚度势必要大于或等于400nm。若在某些场合下要求透明导电层的透光率最佳（厚度例如选为250nm），此时如图4至图6的情形就存在矛盾，将透明导电层150设计为台阶状则很好地解决了这个矛盾，通过光刻和蚀刻工艺可将透明导电层部分设计成台阶状，p型辅助电极170（和p型电极160）下方及其附近位置（p型辅助电极170左右两侧3~5μm）的透明导电层厚度大于或者等于400nm，而其他区域还是最佳的250nm，既保证了最佳出光，又实现了内嵌电极结构。

综上所述，本实施例所述的发光二极管制作方法，由于p型辅助电极被部分或者全部置于透明导电层之内，可有效的避免外界化学物质腐蚀底部接触层金属，也降低了p型辅助电极于透明导电层之上的高度，使得难以受到外力作用而发生损伤、脱落、断裂等情况。尤其当p型辅助电极的高度小于透明导电层内凹槽高度，或者小于凹槽高度与绝缘保护层厚度之和时，p型辅助电极将全部被绝缘保护层所包覆，大大增加了器件的可靠性。如此，也可以减小金属辅助电极的线宽，从而减小遮挡出光的面积，一定程度上增加了LED芯片亮度。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (12)

1.一种发光二极管制作方法，包括：

提供一衬底，所述衬底上形成有n型半导体层、有源层和p型半导体层；

在所述p型半导体层上形成透明导电层；

刻蚀所述透明导电层形成形成第一凹槽；

形成p型电极以及与p型电极电连接的p型辅助电极，所述p型辅助电极全部或者部分嵌入所述第一凹槽中。

2.如权利要求1所述的发光二极管制作方法，其特征在于，所述第一凹槽的深度小于或者等于所述透明导电层的厚度。

3.如权利要求1或2所述的发光二极管制作方法，其特征在于，所述第一凹槽的宽度等于或者大于所述p型辅助电极的宽度。

4.如权利要求1所述的发光二极管制作方法，其特征在于，刻蚀所述透明导电层形成形成第一凹槽的同时还形成第二凹槽，所述p型电极部分嵌入所述第二凹槽中。

5.如权利要求4所述的发光二极管制作方法，其特征在于，所述第二凹槽的深度小于所述透明导电层的厚度。

6.如权利要求4所述的发光二极管制作方法，其特征在于，所述第二凹槽的宽度等于或者大于p型电极的宽度。

7.如权利要求1或2所述的发光二极管制作方法，其特征在于，所述透明导电层的材料为氧化铟锡、氧化锌、氧化镍中的一种。

8.如权利要求1或2所述的发光二极管制作方法，其特征在于，所述透明导电层的厚度为

9.如权利要求1或2所述的发光二极管制作方法，其特征在于，还包括在所述衬底和n型半导体层之间形成缓冲层。

10.如权利要求1或2所述的发光二极管制作方法，其特征在于，还包括刻蚀所述p型半导体层、有源层和部分厚度的n型半导体层，形成深度延伸至n型半导体层的开口，形成p型电极以及与p型电极电连接的p型辅助电极的同时在所述开口中形成n型电极。

11.如权利要求8所述的发光二极管制作方法，其特征在于，还包括在所述透明导电层上形成绝缘保护层，所述绝缘保护层覆盖所述p型辅助电极并暴露出所述p型电极和n型电极。

12.如权利要求1所述的发光二极管制作方法，其特征在于，所述透明导电层为台阶状的透明导电层。

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