CN105720155B - 一种发光二极管led及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管及其制作方法，属于半导体技术领域。所述发光二极管包括衬底、N型层、发光层、P型层，P型层上开设有延伸到N型层的凹槽，P型层上层叠有第一电流阻挡层、第一透明导电层、以及钝化层，钝化层内设有延伸到P型层的第一通孔、以及延伸到第一透明导电层的第二通孔，P型焊盘设置在第一通孔内，P型电极线设置在第二通孔内，N型层上层叠有第二电流阻挡层、第二透明导电层、N型焊盘和N型电极线，第二电流阻挡层和第二透明导电层内沿N型电极线的延伸方向设有延伸到N型层的第三通孔，N型焊盘和N型电极线通过第三通孔与N型层形成欧姆接触。本发明提高了LED的发光亮度，LED的电压降低。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管LED及其制作方法。
背景技术
随着第三代半导体技术的兴起和不断成熟，半导体照明以能耗小、无污染、高亮度、长寿命等优势，成为人们关注的焦点，也带动了整个行业上中下游产业的蓬勃发展。其中，半导体发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)的制造是核心技术之一，不断提高LED的发光亮度是自始至终追求的目标。
现有的LED包括衬底、以及依次层叠在衬底上的N型层、发光层、P型层、电流阻挡层、透明导电层、钝化层，P型层上开设有从P型层延伸到N型层的凹槽，P型层上设有依次穿过电流阻挡层、透明导电层、钝化层的P型电极，N型层上设有穿过钝化层的N型电极。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
为了将N型电极设置N型层上，从P型层延伸到N型层的凹槽的面积较大，使得设置在P型层和N型层之间的发光层的面积较小，导致LED的发光亮度低、电压高。
发明内容
为了解决现有技术发光亮度低的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管及其制作方法。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管，所述发光二极管包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的N型层、发光层、P型层，所述P型层上开设有从所述P型层延伸到所述N型层的凹槽，所述P型层上依次层叠有第一电流阻挡层、第一透明导电层、以及延伸到所述凹槽内的钝化层，所述钝化层内设有延伸到所述P型层的第一通孔、以及延伸到所述第一透明导电层的第二通孔，P型焊盘设置在所述第一通孔内，P型电极线设置在所述第二通孔内，所述N型层上层叠有第二电流阻挡层、第二透明导电层、以及N型焊盘和N型电极线，所述第二电流阻挡层和所述第二透明导电层内沿所述N型电极线的延伸方向设有若干延伸到所述N型层的第三通孔，所述N型焊盘和所述N型电极线通过所述第三通孔与所述N型层形成欧姆接触。
可选地，所述第二电流阻挡层包括若干由所述第三通孔分离的单元，所述单元的形状为圆形、环形、三角形、五角星形中的一种或多种。
优选地，所述单元沿所述N型电极线的延伸方向的长度与所述单元之间的间距之比为1/4～3/4。
可选地，所述N型焊盘与所述N型层之间层叠有所述第二电流阻挡层和所述第二透明导电层。
另一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管的制作方法，所述制作方法包括：
在衬底上依次形成N型层、发光层、P型层；
在所述P型层上开设从所述P型层延伸到所述N型层的凹槽；
在所述P型层上形成第一电流阻挡层，在所述N型层上形成第二电流阻挡层，所述第二电流阻挡层内设有多个延伸到所述N型层的第三通孔；
在所述P型层上、以及所述第一电流阻挡层上形成第一透明导电层，在所述第二电流阻挡层上形成第二透明导电层；
在所述第一透明导电层上形成延伸到所述凹槽内的钝化层，所述钝化层内设有延伸到所述P型层的第一通孔、以及延伸到所述第一透明导电层的第二通孔；
在所述第一通孔内设置P型焊盘，在所述第二通孔内设置P型电极线，在所述第三通孔内设置N型焊盘，在所述第三通孔内和所述第二透明导电层上设置N型电极线。
可选地，所述第二电流阻挡层包括若干由所述第三通孔分离的单元，所述单元的形状为圆形、环形、三角形、五角星形中的一种或多种。
优选地，所述单元沿所述N型电极线的延伸方向的长度与所述单元之间的间距之比为1/4～3/4。
可选地，所述N型焊盘与所述N型层之间层叠有所述第二电流阻挡层和所述第二透明导电层。
可选地，所述在所述第一透明导电层上形成延伸到所述凹槽内的钝化层，所述钝化层内设有延伸到所述P型层的第一通孔、以及延伸到所述第一透明导电层的第二通孔，包括：
在所述第一透明导电层和所述第二透明导电层上铺设一层钝化层；
采用光刻工艺在所述钝化层上形成设定图形的光刻胶；
利用所述设定图形的光刻胶对所述钝化层进行刻蚀，在所述钝化层内形成延伸到所述P型层的第一通孔、以及延伸到所述第一透明导电层的第二通孔。
优选地，所述在所述第一通孔内设置P型焊盘，在所述第二通孔内设置P型电极线，在所述第三通孔内设置N型焊盘，在所述第三通孔内和所述第二透明导电层上设置N型电极线，包括：
在所述第一通孔内、第二通孔内、第三通孔内、以及所述光刻胶上形成电极；
剥离所述光刻胶，得到所述P型焊盘、所述P型电极线、所述N型焊盘、以及所述N型电极线。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在N型层上层叠第二电流阻挡层、第二透明导电层、以及N型焊盘和N型电极线，第二电流阻挡层和第二透明导电层中沿N型电极线的延伸方向设有若干延伸到N型层的第三通孔，N型焊盘和N型电极线通过第三通孔与N型层形成欧姆接触，N型焊盘接入的电流分别通过各个通孔内的N型电极线进入，电流分区域聚集，有利于电流的扩散，提高了LED的发光亮度，同时各个区域的电流之间形成并联电路，降低了LED的电压。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种发光二极管的结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的电极的结构示意图；
图3是本发明实施例一提供的N型电极线的结构示意图；
图4是本发明实施例二提供的一种发光二极管的的制作方法的流程图；
图5a-图5f是本发明实施例二提供的发光二极管的制作过程中的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种发光二极管，适用于正装单颗、正装串并联的LED芯片，参见图1，该发光二极管包括衬底1、以及依次层叠在衬底1上的N型层2、发光层3、P型层4，P型层4上开设有从P型层4延伸到N型层2的凹槽10，P型层4上依次层叠有第一电流阻挡层5a、第一透明导电层6a、以及延伸到凹槽10内的钝化层7，钝化层7内设有延伸到P型层4的第一通孔(图中未示出)、以及延伸到第一透明导电层6a的第二通孔20b，P型焊盘8aa(见图2)设置在第一通孔内，P型电极线8ab设置在第二通孔20b内，N型层2上层叠有第二电流阻挡层5b、第二透明导电层6b、以及N型焊盘8ba和N型电极线8bb，参见图3，第二电流阻挡层5b和第二透明导电层6b内沿N型电极线8bb的延伸方向设有若干延伸到N型层4的第三通孔，N型焊盘8ba和N型电极线8bb通过第三通孔与N型层4形成欧姆接触。
参见图2，P型焊盘8aa与P型电极线8ab之间欧姆接触，P型电极线8ab沿垂直于发光二极管的生长方向延伸；N型焊盘8ba与N型电极线8bb之间欧姆接触，N型电极线8bb沿垂直于发光二极管的生长方向延伸。容易知道，图1是图2中A-A方向的剖视图，图3是图2中B-B方向的剖视图。
在本实施例中，衬底1可以为蓝宝石衬底，N型层2可以为N型GaN层，发光层3可以为交替形成的InGaN层和GaN层，P型层4可以为P型GaN层。
可选地，N型焊盘8ba与N型层4之间层叠有第二电流阻挡层5b和第二透明导电层6b。
可选地，参见图3，第二电流阻挡层5b包括若干由第三通孔分离的单元5ba，单元的形状可以为圆形、环形、三角形、五角星形中的一种或多种。
优选地，单元沿N型电极线8bb的延伸方向的长度与单元之间的间距之比可以为1/4～3/4，如1/2。实验证明，单元沿N型电极线8bb的延伸方向的长度与单元之间的间距之比为1/2时亮度和电压性能达到最优。
可选地，第二电流阻挡层5b和第一电流阻挡层5a的材料可以均采用SiO2、SiON或者SiN，以达到较好的绝缘效果，而且采用业内通用材料、成本低。
可选地，第二透明导电层6b和第一透明导电层6a的材料可以均采用氧化铟锡(Indium Tin Oxides，简称ITO)或者NiAu。采用业内通用材料、成本低。
可选地，钝化层7的材料可以均采用SiO2或者SiON。
可选地，P型焊盘8aa、P型电极线8ab、N型焊盘8ba、N型电极线8bb的材料可以均采用Ni/Al/Cr/Ni/Au。
本发明实施例通过在N型层上层叠第二电流阻挡层、第二透明导电层、以及N型焊盘和N型电极线，第二电流阻挡层和第二透明导电层中沿N型电极线的延伸方向设有若干延伸到N型层的第三通孔，N型焊盘和N型电极线通过第三通孔与N型层形成欧姆接触，N型焊盘接入的电流分别通过各个通孔内的N型电极线进入，电流分区域聚集，有利于电流的扩散，提高了LED的发光亮度，同时各个区域的电流之间形成并联电路，降低了LED的电压。
实施例二
本发明实施例提供了一种发光二极管的制作方法，适用于制作实施例一提供的发光二极管，参见图4，该方法包括：
步骤201：在衬底上依次形成N型层、发光层、P型层。
图5a为步骤201执行之后的发光二极管的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为发光层，4为P型层。
具体地，衬底可以为蓝宝石衬底，N型层可以为N型GaN层，发光层可以为交替生长的InGaN层和GaN层，P型层可以为P型GaN层。
可选地，该步骤201可以包括：
采用金属有机化合物化学气相沉淀(Metal-organic Chemical VaporDeposition，简称MOCVD)技术在衬底上依次形成N型层、发光层和P型层。
优选地，在步骤201之前，该方法还可以包括：
在衬底上形成至少一层缓冲层；
在缓冲层上依次形成N型层、发光层和P型层。
可以理解地，在衬底和N型层之间先形成缓冲层，有利于N型层、发光层和P型层的生长，提高晶体质量。
步骤202：在P型层上开设从P型层延伸到N型层的凹槽。
图5b为步骤202执行之后的发光二极管的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为发光层，4为P型层，10为凹槽。
可选地，该步骤202可以包括：
在P型层上形成一层光刻胶；
采用光刻工艺溶解部分光刻胶；
在光刻胶的保护下，采用感应耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma，简称ICP)刻蚀工艺在P型层上开设从P型层延伸至N型层的凹槽；
剥离光刻胶并进行清洗。
优选地，在步骤202之前，该方法还可以包括：
清洗发光二极管。
步骤203：在P型层上形成第一电流阻挡层，在N型层上形成第二电流阻挡层，第二电流阻挡层内设有多个延伸到N型层的第三通孔。
图5c为步骤203执行之后的发光二极管的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为发光层，4为P型层，10为凹槽，5a为第一电流阻挡层，5b为第二电流阻挡层。
可选地，第二电流阻挡层和第一电流阻挡层的材料可以均采用SiO2、SiON或者SiN。
可选地，第二电流阻挡层包括若干由第三通孔分离的单元，单元的形状可以为圆形、环形、三角形、五角星形中的一种或多种。
优选地，单元沿N型电极线8bb的延伸方向的长度与单元之间的间距之比可以为1/4～3/4。
可选地，该步骤203可以包括：
采用等离子体增强化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，简称PECVD)在P型层和N型层上形成电流阻挡层；
在电流阻挡层形成一层光刻胶；
采用光刻工艺溶解部分光刻胶；
在光刻胶的保护下，采用湿法腐蚀技术腐蚀电流阻挡层，得到第一电流阻挡层和的第二电流阻挡层；
剥离光刻胶并进行清洗。
步骤204：在P型层上、以及第一电流阻挡层上形成第一透明导电层，在第二电流阻挡层上形成第二透明导电层。
图5d为步骤204执行之后的发光二极管的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为发光层，4为P型层，10为凹槽，5a为第一电流阻挡层，5b为第二电流阻挡层，6a为第一透明导电层，6b为第二透明导电层。
可选地，第二透明导电层和第一透明导电层的材料可以均采用ITO或者NiAu。
可选地，该步骤204可以包括：
采用磁控溅射技术或者电子束蒸发技术在P型层上、第一电流阻挡层上、第二电流阻挡层上、以及N型层上沉积透明导电层；
在透明导电层上形成一层光刻胶；
采用光刻工艺溶解部分光刻胶；
在光刻胶的保护下，采用湿法腐蚀技术腐蚀透明导电层，得到第一透明导电层和第二透明导电层；
剥离光刻胶并进行清洗。
优选地，在步骤204之后，该方法还可以包括：
采用快速热退火(rapid thermal annealing，简称RAT)技术或者在退火炉中氧气氛围内进行高温退火，使第一透明导电层与P型层之间形成良好的欧姆接触。
优选地，在步骤204之后，该方法还可以包括：
清洗发光二极管。
步骤205：在第一透明导电层上形成延伸到凹槽内的钝化层，钝化层内设有延伸到P型层的第一通孔、以及延伸到第一透明导电层的第二通孔。
图5e为步骤205执行之后的发光二极管的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为发光层，4为P型层，10为凹槽，5a为第一电流阻挡层，5b为第二电流阻挡层，6a为第一透明导电层，6b为第二透明导电层，7为钝化层，20b为第二通孔。
可选地，钝化层的材料可以均采用SiO2或者SiON。
可选地，该步骤205可以包括：
采用PECVD在第一透明导电层和第二透明导电层上沉积一层钝化层；
采用光刻工艺在钝化层上形成设定图形的光刻胶；
利用设定图形的光刻胶对钝化层进行刻蚀，在钝化层内形成延伸到P型层的第一通孔、以及延伸到第一透明导电层的第二通孔。
步骤206：在第一通孔内设置P型焊盘，在第二通孔内设置P型电极线，在第三通孔内设置N型焊盘，在第三通孔内和第二透明导电层上设置N型电极线。
图5f为步骤206执行之后的发光二极管的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为发光层，4为P型层，10为第二凹槽，5a为第一电流阻挡层，5b为第二电流阻挡层，6a为第一透明导电层，6b为第二透明导电层，7为钝化层，20b为第二通孔，8ab为P型电极线，8ba为N型焊盘，8bb为N型电极线。
可选地，P型焊盘、P型电极线、N型焊盘、N型电极线的材料可以均采用Ni/Al/Cr/Ni/Au。
可选地，该步骤206可以包括：
在第一通孔内、第二通孔内、第三通孔内、以及光刻胶上形成电极；
剥离光刻胶，得到P型焊盘、P型电极线、N型焊盘、以及N型电极线。
可选地，在步骤206之后，该方法还可以包括：
采用炉管退火技术进行高温退火，使P型电极线与第一透明导电层、P型焊盘与P型层、N型电极线和N型焊盘与N型层之间良好的欧姆接触。
实验证实，当选择第二电流阻挡层和第一电流阻挡层的材料采用SiO2、第二透明导电层和第一透明导电层的材料采用ITO、采用磁控溅射技术沉积透明导电层、采用RAT技术进行高温退火、钝化层的材料采用SiO2时，制成的10mil×30mil的单颗LED芯片发光均匀，并且芯片电压、漏电、抗静电性能、反向电压、开启电压等各方面参数均表现优良，发光强度提高5％，电压降低0.03V，从点侧图上得到的片内生产综合良率达到93.56％。
当选择第二电流阻挡层和第一电流阻挡层的材料采用SiN、第二透明导电层和第一透明导电层的材料采用NiAu、采用电子束蒸发技术沉积透明导电层、在退火炉内中氧气氛围内进行高温退火、钝化层的材料采用SiON时，制成的25mil×25mil的单颗LED芯片发光均匀，并且芯片电压、漏电、抗静电性能、反向电压、开启电压等各方面参数均表现优良，发光强度提高4.6％，电压降低0.05V，从点侧图上得到的片内生产综合良率达到91.6％
本发明实施例通过在N型层上层叠第二电流阻挡层、第二透明导电层、以及N型焊盘和N型电极线，第二电流阻挡层和第二透明导电层中沿N型电极线的延伸方向设有若干延伸到N型层的第三通孔，N型焊盘和N型电极线通过第三通孔与N型层形成欧姆接触，N型焊盘接入的电流分别通过各个通孔内的N型电极线进入，电流分区域聚集，有利于电流的扩散，提高了LED的发光亮度，同时各个区域的电流之间形成并联电路，降低了LED的电压。另外，依次采用光刻工艺形成所需形状的电极、钝化层相比，本实施例先采用光刻工艺形成所需形状的钝化层，再通过剥离刻蚀所需形状的钝化层所用的光刻胶，形成所需形状的电极，节省了一道光刻工艺，缩短生产周期，降低生长成成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种发光二极管，所述发光二极管包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的N型层、发光层、P型层，所述P型层上开设有从所述P型层延伸到所述N型层的凹槽，所述P型层上依次层叠有第一电流阻挡层、第一透明导电层、以及延伸到所述凹槽内的钝化层，所述钝化层内设有延伸到所述P型层的第一通孔、以及延伸到所述第一透明导电层的第二通孔，P型焊盘设置在所述第一通孔内，P型电极线设置在所述第二通孔内，其特征在于，所述N型层上层叠有第二电流阻挡层、第二透明导电层、以及N型焊盘和N型电极线，所述第二电流阻挡层和所述第二透明导电层内沿所述N型电极线的延伸方向设有若干延伸到所述N型层的第三通孔，所述N型焊盘和所述N型电极线通过所述第三通孔与所述N型层形成欧姆接触，
所述第二电流阻挡层包括若干由所述第三通孔分离的单元，所述单元沿所述N型电极线的延伸方向的长度与所述单元之间的间距之比为1/4～3/4。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述单元的形状为圆形、环形、三角形、五角星形中的一种或多种。
3.根据权利要求1-2任一项所述的发光二极管，其特征在于，所述N型焊盘与所述N型层之间层叠有所述第二电流阻挡层和所述第二透明导电层。
4.一种发光二极管的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
在衬底上依次形成N型层、发光层、P型层；
在所述P型层上开设从所述P型层延伸到所述N型层的凹槽；
在所述P型层上形成第一电流阻挡层，在所述N型层上形成第二电流阻挡层，所述第二电流阻挡层内设有多个延伸到所述N型层的第三通孔；
在所述P型层上、以及所述第一电流阻挡层上形成第一透明导电层，在所述第二电流阻挡层上形成第二透明导电层；
在所述第一透明导电层上形成延伸到所述凹槽内的钝化层，所述钝化层内设有延伸到所述P型层的第一通孔、以及延伸到所述第一透明导电层的第二通孔；
在所述第一通孔内设置P型焊盘，在所述第二通孔内设置P型电极线，在所述第三通孔内设置N型焊盘，在所述第三通孔内和所述第二透明导电层上设置N型电极线，
所述第二电流阻挡层包括若干由所述第三通孔分离的单元，所述单元沿所述N型电极线的延伸方向的长度与所述单元之间的间距之比为1/4～3/4。
5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述单元的形状为圆形、环形、三角形、五角星形中的一种或多种。
6.根据权利要求4-5任一项所述的制作方法，其特征在于，所述N型焊盘与所述N型层之间层叠有所述第二电流阻挡层和所述第二透明导电层。
7.根据权利要求4-5任一项所述的制作方法，其特征在于，所述在所述第一透明导电层上形成延伸到所述凹槽内的钝化层，所述钝化层内设有延伸到所述P型层的第一通孔、以及延伸到所述第一透明导电层的第二通孔，包括：
在所述第一透明导电层和所述第二透明导电层上铺设一层钝化层；
采用光刻工艺在所述钝化层上形成设定图形的光刻胶；
利用所述设定图形的光刻胶对所述钝化层进行刻蚀，在所述钝化层内形成延伸到所述P型层的第一通孔、以及延伸到所述第一透明导电层的第二通孔。
8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述在所述第一通孔内设置P型焊盘，在所述第二通孔内设置P型电极线，在所述第三通孔内设置N型焊盘，在所述第三通孔内和所述第二透明导电层上设置N型电极线，包括：
在所述第一通孔内、第二通孔内、第三通孔内、以及所述光刻胶上形成电极；
剥离所述光刻胶，得到所述P型焊盘、所述P型电极线、所述N型焊盘、以及所述N型电极线。
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