CN107359223B - 发光二极管及其制作方法 - 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，其中所述发光二极管的制作方法包括步骤：（1）提供一外延结构，包含第一类型半导体层、有源层和第二类型半导体层，具有相对的第一表面和第二表面，其中第一表面为出光面；（2）在所述外延结构的第二表面上形成一图形化的金属欧姆接触层，裸露出部分所述外延结构的第二表面；（3）在裸露出的外延结构第二表面之上沉积一透光性绝缘层，其在所述金属欧姆接触层的位置形成开口部，裸露出所述金属欧姆接触层的部分表面；（4）在所述透光性绝缘层上形成金属反射层，并向所述开口延伸，与所述金属欧姆接触层接触，从而在所述外延结构的第二表面上形成全方位反射镜。
Description
技术领域
本发明涉及半导体照明领域，具体的说是一种具有高反射镜面层的发光二极管及其制作方法。
背景技术
现有发光二极管之增光工艺，通常借由键合工艺在芯片外延层与吸光基板之间制作反射镜面，藉此避免芯片内发光被吸光基板吸收，并将其反射至出光面提升整体亮度。镜面材质通常选用对于该芯片波长具有高反射率之金属材料，如红光常用Au/Ag镜，蓝绿光常用Al/Ag镜；此外，也常见地将高反射率金属结合低折射率材料（例如SiO2），形成全方位反射镜面ODR结构，如图1所示。其中L1反射路线是由于全反射角产生，L2路线是由金属材质反射产生。
图2~图8显示了图1所示的镜面***之传统制作方法，具体步骤如下：先在一外延结构110（例如图2所示）的表面上形成透光性绝缘层121，如图3所示；接着，在透光性绝缘层121上形成掩膜层210，如4图；接下来，蚀刻透光性绝缘层121，形成一系列开口230，露出部分外延结构的表面，如图5所示，在蚀刻过程中会发生侧蚀121a；接下来，蒸镀金属欧姆接触层123，如图6所示，在金属欧姆接触层123蒸镀时，由于透光性绝缘层121的侧蚀问题，导致金属欧姆接触层123与透光性绝缘层121之间形成空隙231；然后，去除掩膜层210及其上的金属欧姆接触层122b，如图7所示；最后蒸镀金属镜面123及金属键合层130，如图8所示。因蚀刻绝缘层121后产生的空隙231，一方面镜面蒸镀时侧镀填补侧蚀形成的空隙231，减少镜面的有效面积；另一方面导致镜面蒸镀后会有裂缝123a产生，使得金属键合层蒸镀前清洗BOE时会由裂缝123a进入侧蚀的绝缘层121，降低了发光二极管的发光效率。
发明内容
针对前述问题，本发明提出了一种新的镜面***的制作方法及结构，其先在外延叠层的非出光形成图形化的金属欧姆接触层，接着在图形化的金属欧姆接触层上沉积透光性绝缘层，并在金属欧姆接触层的位置形成开口，裸露出金属欧姆接触层，最后进行金属镜面蒸镀，从而形成具有全方位反射***的高亮度发光二极管，避免了侧镀问题，并增加透光性绝缘层面积，达到亮度提升效果。
根据本发明的第一个方面，一种发光二极管的制作方法，包括步骤： （1）提供一外延结构，包含第一类型半导体层、有源层和第二类型半导体层，具有相对的第一表面和第二表面，其中第一表面为出光面； （2）在所述外延结构的第二表面上形成一图形化的金属欧姆接触层，裸露出部分所述外延结构的第二表面；（3）在裸露出的外延结构第二表面之上沉积一透光性绝缘层，其在所述金属欧姆接触层的位置形成开口部，裸露出所述金属欧姆接触层的部分表面； （4）在所述透光性绝缘层上形成金属反射层，并向所述开口延伸，与所述金属欧姆接触层接触，从而在所述外延结构的第二表面上形成全方位反射镜。
优选地，所述形成的金属欧姆接触层与透光性绝缘层之间无间隙连接。
优选地，所述步骤（3）中所述透光性绝缘层同时覆盖所述金属欧姆接触层的部分表面。
优选地，所述步骤（3）中形成的开口的尺寸小于其对应的金属欧姆接触层的尺寸。
优选地， 所述开口的尺寸a与所述金属欧姆接触层的尺寸b的关系：a/ b≤0.8。
根据本发明的第二个方面，发光二极管，包括：外延结构，包含第一类型半导体层、有源层和第二类型半导体层，具有相对的第一表面和第二表面，其中第一表面为出光面；图案化的金属欧姆接触层，形成于所述外延结构的第二表面之上，裸露出所述外延结构的部分表面；透光性绝缘层，形成于裸露着的外延结构的第二表面上，在各个金属欧姆接触层的表面上形成开口结构，裸露出所述金属欧姆接触层单元的部分上表面；金属反射层，形成于透光性绝缘层的表面上，并填充该开口，与所述金属欧姆接触层的上表面接触。
优选地，所述金属欧姆接触层与所述透光性绝缘层之间无间隙连接。
优选地，所述透光性绝缘层同时覆盖所述金属欧姆接触层的部分表面，所述开口的尺寸小于所述金属欧姆接触层的尺寸。
优选地，所述开口的尺寸a与所述欧姆接触金属层的尺寸b的关系：a：b≤0.8。
优选地，所述外延结构的第一表面一侧外周缘形成台面，在其上覆盖一绝缘保护层。
优选地，所述金属反射层可以为Au、Ag、 Al等，厚度大于0.2微米为宜，较佳值为0.25微米。
本发明至少具备以下有益效果：（1）由于先形成金属欧姆接触层，再在所述金属欧姆接触层的部分上覆盖绝缘层，有效解决了侧镀问题，增加了全反射镜面的面积，达到亮度提升的效果；（2）可有效避免绝缘层侧蚀导致的裂缝问题，从而防止键合金属扩散至镜面层而导致镜面被破坏，导致亮度变低。
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
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。
图1显示了现有的一种具有镜面***的发光二极管的侧面剖视图。
图2~图8显示了图1所示的发光二极管的镜面***之传统制作方法。
图9显示了根据本发明实施的一种发光二极管的制作方法的流程图。
图10~图17显示了根据本发明实施的一种发光二极管的制作方法。
图中标号：
100：生长衬底；110：外延结构；111：蚀刻截止层；112：n型欧姆接触层；113：n型半导体层；114：有源层；115：p型半导体层；116：窗口层；117：外延结构的外周缘台面；120：镜面***；121：透光性绝缘层；122：金属欧姆接触层；123：金属反射层；123a：裂缝；140：导电基板；151：顶面电极；152：背面电极；160：绝缘保护层；170：表面粗化结构；210，220：掩膜层；230：开口；231：空隙。
具体实施方式
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。
图9是根据本发明实施的一种发光二极管的制作方法的流程图，其主要包括了步骤S110~S140，下面结合附图10~17进行详细说明。
首先，提供外延结构，其可参照图2所示的结构，包括生长衬底100及依次形成在其上的发光外延叠层110，该发光外延叠层包括第一半导体层、有源层和第二半导体层。生长衬底110的选取包括但不限于蓝宝石、氮化铝、氮化镓、硅、碳化硅，其表面结构可为平面结构或图案化图结构。当第一半导体层为p 型半导体，第二半导体层可为相异电性的n型半导体，反之，当第一半导体层为n 型半导体，第二半导体层可为相异电性的p型半导体。有源层可为中性、p型或n型电性的半导体。施以电流通过半导体发光叠层时，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。本实施例以磷化铝铟镓系LED为例，发光外延叠层110依次可以包括蚀刻截止层111、n型欧姆接触层112、n型半导体层113、有源层114、p型半导体层115及窗口层116。其中n型半导体层113一侧为出光面，p型半导体层一侧为非出面。
接着，在发光外延叠层110的p侧表面上首先沉积一图形化的金属欧姆接触层122，裸露出部分外延叠层110的p侧表面，其材料要为AuZn、AuBe等。在一个实施例中，先在窗口层116的表面上先沉积金属欧姆接触层122，如图10所示，接着在金属欧姆接触层122上形成掩膜层210，如图11所示，最后蚀刻形成图形化的金属欧姆接触层并去除掩膜层210，如图12所示。在另一实施例中，也可先在窗口层116的表面上形成图形化的剥离层，接着沉积金属欧姆接触层122，最后采用剥离的方式形成图形化的金属欧姆接触层。
接着，在裸露出的外延叠层110的p侧表面和金属欧姆接触层122的表面上形成一透光性绝缘层121，其在欧姆接触金属层122的位置形成开口部230，裸露出金属欧姆接触层122的部分表面。在本步骤中，可先在在裸露出的外延叠层110的p侧表面和金属欧姆接触层122的表面上沉积绝缘层121，如图13所示，接着在绝缘层121上形成掩膜层220，如图14所示，然后进行蚀刻形成开口部230，并去除掩膜层220，如图15所示。较佳的，开口部230位于图形化的欧姆接触层122的正上方，其尺寸a小于对应的欧姆接触层的尺寸b，两者的比例a/b取值以不超过0.8为佳，一方面确保金属传导面积来达到电性稳定，另一方面绝缘层121有一定的蚀刻窗口及黄光对位窗口，避免对位偏及侧蚀导致a超出b，导致裂缝及遮光问题。
接着，在透光性绝缘层121上形成金属反射层123，并向开口部230延伸，填充该开口部，与金属欧姆接触层122接触，从而在发光外延叠层110的窗口层116上上形成全方面反射镜，如图16所示，金属欧姆接触层与绝缘层之间无间隙连接。
最后，进行转移基板、制作电极，形成具有全方位反射镜的发光二极管。具体为：提供一导电基板150，并在导电基板150和金属反射层123的表面上形成金属键合层130，进行高温键合，从而将导电基板与发光外延叠层粘接，并移除生长衬底100，裸露出发光外延叠层的n型欧姆接触层112表面，在裸露出的外延叠层表面上制作顶面电极151，并在导电基板150的背面制作底电极152，如图17所示。较佳的，在出光面上制作粗化结构170。更佳的，在发光外延叠层110的n型半导体层一侧形成一个台面117，并形成一绝缘保护层160。
请参看图17所示的发光二极管，在p型半导体层115的下方形成透光性绝缘121和金属反射层123，共同构成全方位反射层，其中绝缘层121中形成金属欧姆接触层122作为导电通道。在本实施例中，先形成金属欧姆接触层122再在金属欧姆接触层122的表面上覆盖绝缘层，一方面解决了传统发光二极管在制作全方位反射镜里存在的侧蚀、裂缝及侧镀等问题，有效提升全方位反射的反射效率。
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。
Claims (10)
1.一种发光二极管的制作方法，包括步骤：
（1）提供一外延结构，包含第一类型半导体层、有源层和第二类型半导体层，具有相对的第一表面和第二表面，其中第一表面为出光面；
（2）在所述外延结构的第二表面上形成一图形化的金属欧姆接触层，裸露出部分所述外延结构的第二表面；
（3）在裸露出的外延结构第二表面之上沉积一透光性绝缘层，其在所述金属欧姆接触层的位置形成开口部，裸露出所述金属欧姆接触层的部分表面；
（4）在所述透光性绝缘层上形成金属反射层，并向所述开口延伸，与所述金属欧姆接触层接触，从而在所述外延结构的第二表面上形成全方位反射镜。
2.根据权利要求1所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述金属欧姆接触层与透光性绝缘层之间无间隙连接。
3.根据权利要求1所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤（3）中所述透光性绝缘层同时覆盖所述金属欧姆接触层的部分表面。
4.根据权利要求3所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤（3）中形成的开口的尺寸小于其对应的金属欧姆接触层的尺寸。
5.根据权利要求4所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述开口的尺寸a与所述金属欧姆接触层的尺寸b的关系：a/b≤0.8。
6.发光二极管，包括：
外延结构，包含第一类型半导体层、有源层和第二类型半导体层，具有相对的第一表面和第二表面，其中第一表面为出光面；
图案化的金属欧姆接触层，形成于所述外延结构的第二表面之上，裸露出所述外延结构的部分表面；
透光性绝缘层，形成于裸露着的外延结构的第二表面上，在各个金属欧姆接触层的表面上形成开口结构，裸露出所述金属欧姆接触层单元的部分上表面；
金属反射层，形成于透光性绝缘层的表面上，并填充该开口，与所述金属欧姆接触层的上表面接触。
7.根据权利要求6所述的发光二极管，其特征在于：所述金属欧姆接触层与所述透光性绝缘层之间无间隙连接。
8.根据权利要求6所述的发光二极管，其特征在于：所述透光性绝缘层同时覆盖所述金属欧姆接触层的部分表面，所述开口的尺寸小于所述金属欧姆接触层的尺寸。
9.根据权利要求6所述的发光二极管，其特征在于：所述开口的尺寸a与所述欧姆接触金属层的尺寸b的关系：a/b≤0.8。
10.根据权利要求6所述的发光二极管，其特征在于：所述外延结构的第一表面一侧外周缘形成台面，在其上覆盖一绝缘保护层。
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