CN109148663A - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发光二极管及其制造方法。包括从下往上依次设置的基板、N型半导体层、活性层、P型半导体层，且活性层、P型半导体层面积小于N型半导体层，以露出部分N型半导体层，还包括位于所述N型半导体层上方且与N型半导体层电性连接的N型焊盘电极、位于所述P型半导体层上方且与P型半导体层电性连接的P型焊盘电极、由N型焊盘电极及P型焊盘电极延伸出来的指形电极、位于N型半导体层上方及P型半导体层上方并露出N型焊盘电极及P型焊盘电极的钝化层；所述N型焊盘电极、P型焊盘电极、指形电极均包括从下往上依次设置的欧姆接触层、下部反射层、应力缓和层、导电金属层、上部反射层。本发明通过上部反射层防止由钝化层全反射的光再被金属电极吸收，从而提高外部出光效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管及其制造方法，具体地是指包含通过减少焊盘电极以及指形电极的光吸收来提高出光效率的反射层的发光二极管及其制造方法。
背景技术
半导体发光元件在其接入正向电压时，P型半导体层的空穴与N型半导体层的电子复合，发出具有相应带隙宽波长的光。 氮化镓系列半导体(AlxInyGa1-x-yN; 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)可以通过改变Al、In、Ga三种元素的组成比来发出多种波长的光，因而成为备受青睐的发光元件材料。
构成氮化镓系列半导体发光元件的P型半导体层存在因载体移动率小而电阻过大的问题。若在电阻大的P型氮化镓半导体层注入电流，电荷无法扩散至整个半导体层而只集中在电阻小的通路，从而出现因电流拥挤而发光不均匀的现象。这种现象是使元件亮度降低的主要问题之一。
因此，为使电流扩散至整个P型半导体层，而在P型半导体层上形成透明电极层。使电流扩散至整个P型半导体层的另一种方式是形成一个由焊盘电极延伸出来的指形电极从而防止电流密集在与线相连的键合点周围。
焊盘电极及指形电极都采用高导电金属，通常使用的金属材质的电极比较厚，这成为因光被吸收而导致出光效率降低的主要原因之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发光二极管及其制造方法，通过上部反射层防止由钝化层全反射的光再被金属电极吸收，从而提高外部出光效率。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种发光二极管，包括从下往上依次设置的基板、N型半导体层、活性层、P型半导体层，且活性层、P型半导体层面积小于N型半导体层，以露出部分N型半导体层，还包括位于所述N型半导体层上方且与N型半导体层电性连接的N型焊盘电极、位于所述P型半导体层上方且与P型半导体层电性连接的P型焊盘电极、由N型焊盘电极及P型焊盘电极延伸出来的指形电极、位于N型半导体层上方及P型半导体层上方并露出N型焊盘电极及P型焊盘电极的钝化层；所述N型焊盘电极、P型焊盘电极、指形电极均包括从下往上依次设置的欧姆接触层、下部反射层、应力缓和层、导电金属层、上部反射层。
在本发明一实施例中，所述欧姆接触层由铬形成，所述下部反射层由铝或银形成，所述应力缓和层由镍、钛或铬形成，所述导电金属层由铂金或金形成。
在本发明一实施例中，所述上部反射层由铝、银或DBR形成。
在本发明一实施例中，所述P型半导体层与P型焊盘电极之间还设置有一透明电极层。
在本发明一实施例中，所述P型半导体层与透明电极层之间的部分区域还设置有电流阻断层，且电流阻断层位于P型焊盘电极的正下方。
本发明还提供了一种基于上述所述的发光二极管的制造方法，首先，在所述P型半导体层上形成欧姆接触层；然后，在所述欧姆接触层上形成下部反射层；而后，在所述下部反射层上形成应力缓和层；再而，在所述应力缓和层上形成导电金属层，最后在所述导电金属层上形成上部反射层；在形成所述上部反射层的过程中，是在所述N型焊盘电极及P型焊盘电极的导电金属层的部分区域上和所述指形电极的导电金属层整个面上形成所述上部反射层的过程。
在本发明一实施例中，所述欧姆接触层由铬形成，所述下部反射层由铝或银形成，所述应力缓和层由镍、钛或铬形成，所述导电金属层由铂金或金形成。
在本发明一实施例中，在形成所述上部反射层的过程中，是在所述N型焊盘电极及P型焊盘电极和指形电极的导电金属层上形成所述上部反射层，并去除所述N型焊盘电极与P型焊盘电极的部分区域上的上部反射层。
在本发明一实施例中，所述上部反射层由铝、银或DBR形成。
在本发明一实施例中，还包括在所述P型半导体层的部分区域上形成电流阻断层的过程、以及在所述电流阻断层和所述P型半导体层上形成透明导电层的过程，并且在形成电流阻断层的区域正上方形成P型焊盘电极。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明中的N型焊盘电极、P型焊盘电极及指形电极包括欧姆接触层、下部反射层、应力缓和层、导电金属层及上部反射层。欧姆接触层使电极结构与P型半导体层或透明导电层形成欧姆接触，从而较为有效地为P型半导体层供电。上述下部反射层防止从活性层发出的光被N型焊盘电极、P型焊盘电极及指形电极的导电金属层吸收。上述应力缓和层接合上述下部反射层及上述导电金属层。形成于上述应力缓和层上的上述导电金属层用于焊线通电。 上部反射层防止被形成于发光二极管结构上面的钝化层反射的光被导电金属层吸收。因此，根据本发明的实施例提供的发光二极管易于扩散电流，且因光吸收较少，发光二极管出光效率可以得到提高。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的发光二极管的平面图。
图2为将图1所示的发光二极管按A-A’线截断而显露出来的截面图。
图3为将图1所示的发光二极管按B-B’线截断而显露出来的截面图。
图4为本发明一实施例提供的发光二极管的电极层的剖面图。
图中，
10：基板 20：发光层
21：N型半导体层 23：活性层
25：P型半导体层 30：电极层
31：P型焊盘电极 33：P型指形电极
35：N型焊盘电极 37：N型指形电极
40、40a、40b：上部反射层 51：透明电极层
53：电流阻断层 60：钝化层
71：欧姆接触层 73：下部反射层
75：应力缓和层 77：导电金属层。
具体实施方式
本发明允许各种修改及变形，同时本发明的特定实施例以附图例示，以下将详细说明。 但这并非为了将本发明限制于图示的特定形态， 而是包括所有与依据本发明的权利请求项定义的思想与精神一致的修改、等同物、替代等。
层、区间或基板等要素作为存在于其他构成要素“上（on）”的要素被言及时，则可以理解为这些要素直接存在于其他要素上或者在它们与其他要素间还可以存在中间要素。
虽然第1级、2级的用语可以用于说明各种要素、成分、区间、层以及/或者地域，但应理解为这些要素、成分、区间、层以及/或者地域并不限于这些用语。
参照下面附图，将对本发明的优选实施例进行详细说明。对于下图中相同的构成要素使用相同参照符号，并且不对相同构成要素进行重复说明。
本发明提供了一种发光二极管，包括从下往上依次设置的基板、N型半导体层、活性层、P型半导体层，且活性层、P型半导体层面积小于N型半导体层，以露出部分N型半导体层，还包括位于所述N型半导体层上方且与N型半导体层电性连接的N型焊盘电极、位于所述P型半导体层上方且与P型半导体层电性连接的P型焊盘电极、由N型焊盘电极及P型焊盘电极延伸出来的指形电极、位于N型半导体层上方及P型半导体层上方并露出N型焊盘电极及P型焊盘电极的钝化层；所述N型焊盘电极、P型焊盘电极、指形电极均包括从下往上依次设置的欧姆接触层、下部反射层、应力缓和层、导电金属层、上部反射层。
所述欧姆接触层由铬形成，所述下部反射层由铝或银形成，所述应力缓和层由镍、钛或铬形成，所述导电金属层由铂金或金形成。所述上部反射层由铝、银或DBR形成。
所述P型半导体层与P型焊盘电极之间还设置有一透明电极层。
所述P型半导体层与透明电极层之间的部分区域还设置有电流阻断层，且电流阻断层位于P型焊盘电极的正下方。
本发明还提供了一种基于上述所述的发光二极管的制造方法，首先，在所述P型半导体层上形成欧姆接触层；然后，在所述欧姆接触层上形成下部反射层；而后，在所述下部反射层上形成应力缓和层；再而，在所述应力缓和层上形成导电金属层，最后在所述导电金属层上形成上部反射层；在形成所述上部反射层的过程中，是在所述N型焊盘电极及P型焊盘电极的导电金属层的部分区域上和所述指形电极的导电金属层整个面上形成所述上部反射层的过程。
所述欧姆接触层由铬形成，所述下部反射层由铝或银形成，所述应力缓和层由镍、钛或铬形成，所述导电金属层由铂金或金形成。所述上部反射层由铝、银或DBR形成。
上述所述的发光二极管的制造方法，在形成所述上部反射层的过程中，是在所述N型焊盘电极及P型焊盘电极和指形电极的导电金属层上形成所述上部反射层，并去除所述N型焊盘电极与P型焊盘电极的部分区域上的上部反射层。
上述所述的发光二极管的制造方法，还包括在所述P型半导体层的部分区域上形成电流阻断层的过程、以及在所述电流阻断层和所述P型半导体层上形成透明导电层的过程，并且在形成电流阻断层的区域正上方形成P型焊盘电极。
以下为本发明的具体实施例。
图1为本发明一实施例提供的发光二极管的平面图。
参照图1，本发明实施例之一提供的发光二极管包括含有N型半导体层、活性层及P型半导体的发光层（20），与P型半导体形成电性连接的P型焊盘电极（31），从上述P型焊盘电极延伸出来的P型指形电极（33），与上述N型半导体层形成电性连接的N型焊盘电极（35）以及从上述N型焊盘电极（35）延伸出来的N型指形电极（37）。上述P型指形电极 （33）在P型半导体层上由P型焊盘电极（31）向N型焊盘电极（35）延伸。
上述N型指形电极（37）形成于N型半导体层上，且具有从N型焊盘电极（35）延伸出来并环绕住P型指形电极（33）的形态。因此可以有效地将电流传导至整个发光层（20）。
图2为将图1所示的发光二极管按A-A’线截断而显露出来的截面图。图3为将图1所示的发光二极管按B-B’线截断而显露出来的截面图。
参照图2，根据本发明实施例之一提供的发光二极管包括基板（10），形成于上述基板（10）且包含N型半导体层（21）、活性层（23）及P型半导体层（25）的发光层（20），包含形成于上述发光层（20）上且与上述P型半导体层（25）形成电性连接的P型焊盘电极（31）、从上述P型焊盘电极（31）延伸出来的P型指形电极（33）、与上述N型半导体层形成电性连接的N型焊盘电极（35）、 从上述N型焊盘电极（35）延伸出来的N型指形电极（37）的电极层（30）以及钝化层（60）。
上述基板（10）可以无限制地使用公认的可作为GaN LED基板使用的物质。一般用来生长氮化镓半导体物质可以是SiC, Si, GaN, ZnO, GaAs, GaP, LiAl2O3, BN 及 AlN中的任何一种，但并不限于这些物质。上述基板（10）可以具有凹凸图形，以便通过生长高质量的氮化镓发光层（20），反射由活性层（23）形成并发出的光线，从而提高出光效率。
氮化镓发光结构物形成于上述基板（10）上。首先，在N型半导体层（21）上形成活性层（23）。在上述活性层（23）上再形成P型半导体层（25）。将上述P型半导体层（25）及上述活性层（23）的部分区域蚀刻后露出N型半导体层（21）。
上述发光层（20）可以是AlxInyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)。上述N型半导体层 (21)可以包含类如硅 (Si)、锗(Ge)、锡(Sn)的N型掺杂物，上述P型半导体则可以包含类如镁（Mg）,锌（Zn）或镉（Cd）的P型掺杂物。上述活性层（23）可以具有单一量子阱结构或多重量子阱结构。多重量子阱结构的活性层（23）可能是带隙大的半导体层与带隙小的半导体层交替堆叠而成的结构。
上述N型半导体层（21），上述活性层(23)以及上述P型半导体层（25）可由化学气相淀积法(Chemical vapor deposition, CVD) 形成, 或者氢化物气相外延生长法(Hydridevapor phase epitaxy, HVPE) 或者原子层沉积法(Atomic layer deposition)等广为人知的生长方法形成。
在上述P型半导体层（25）上可选择性地形成透明导电层（51）。上述透明导电层(51)可以形成为非常薄的Ni/Au薄膜或导电的金属氧化物薄膜。上述透明导电层 (51)可使电流扩散至空穴密度小的P型半导体层 (25)。
当形成上述透明导电层（51）时, 在上述P型半导体层（25）上的部分区域可形成电流阻断层(53)。电流阻断层(53)形成于P型焊盘电极（31）且防止电流从P型焊盘电极下方流向活性区域。继而，因电流从P型焊盘电极（31）弯曲流出，出光效率得以提高。
P型焊盘电极（31）形成于上述P型半导体层（25）或上述透明导电层（51）上。N型焊盘电极（35）则形成于从上述活性层（23）及上述P型半导体层（25）下露出的上述N型半导体层（21）上。
P型指形电极（33）由上述P型焊盘电极（31）向上述N型焊盘电极（35）延伸而形成。N型指形电极（37）则由上述N型焊盘电极（31）延伸出来并形成环绕P型指形电极（33）的形态。为使电流有效扩散，包括上述P型焊盘电极 (31), 上述N型焊盘电极 (35)，上述P型指形电极 (33) 以及上述N型指形电极(37)的电极层 (30)可以具有多种形态。
上述电极层 (30)可以由电子束蒸发法、高频感应蒸发法、磁控溅射法等众所周知的沉积方法形成。
上部反射层（40）形成于上述电极层(30)。 上述上部反射层 (40、40a或40b)可以是铝 (Al)，银(Ag)或者DBR(Distributed Bragg Reflector)。上述上部反射层(40)可防止由钝化层(60)全反射的光被导电金属层吸收，从而提高出光效率。
上述上部反射层 (40)为DBR时，上述上部反射层(40)可以是由折射率互不相同的绝缘薄膜交替堆叠而成的结构。低折射率层可以是氧化硅或氧化铝(Al2O3)薄膜，高折射率层则可以是氮化硅或氧化钛(TiO2)薄膜。
上述上部反射层（40）蚀刻掉P型焊盘电极（31）及N型焊盘电极（35）上的一部分区域，从而形成用以打线的开口部。
形成覆盖上述发光层（20）及电极层（30）的钝化层（60）。上述钝化层（60）是为防止因物理、化学、电性上的损伤而降低发光效率而形成的。上述钝化层（60）可以包含用于形成白色发光二极管的荧光物质。上述荧光物质可以是黄色荧光物质YAG(Yttrium AluminumGarnet)。
从发光结构物发出的光可被上述钝化层（60）反射。被反射的光可再次被上部反射层（40）反射并发射出去，从而提高发光二极管的外部出光效率。
图4为本发明一实施例提供的发光二极管的电极层的剖面图。
参照图4，电极层（30）可以是包括形成于P型半导体层或透明电极层上的欧姆接触层（71）、形成于上述欧姆接触层（71）上的下部反射层（73）、形成于上述下部反射层（73）上的应力缓和层（75）及导电金属层（77）的多层结构。
上述欧姆接触层（71）可包含铬（Cr），且是为实现P型半导体层或透明导电层与电极层（30）间的欧姆接触而形成的。
上述下部反射层（73）包含铝（AL）或银（Ag）,并反射从活性区域发出的光，从而防止光被导电金属层（77）吸收。
上述应力缓和层（75）包括镍（Ni）、钛（Ti）或铬（Cr）,从而可实现上述下部反射层（73）与上述导电金属层（77）的欧姆接触。
上述导电金属层（77）可包括铂金（Pt）或金（Au）。
上述上部反射层（40）形成于上述导电金属层（77）。上述上部反射层（40）可对由钝化层（60）全反射的光进行再次反射，从而提高外部出光效率。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种发光二极管，其特征在于，包括从下往上依次设置的基板、N型半导体层、活性层、P型半导体层，且活性层、P型半导体层面积小于N型半导体层，以露出部分N型半导体层，还包括位于所述N型半导体层上方且与N型半导体层电性连接的N型焊盘电极、位于所述P型半导体层上方且与P型半导体层电性连接的P型焊盘电极、由N型焊盘电极及P型焊盘电极延伸出来的指形电极、位于N型半导体层上方及P型半导体层上方并露出N型焊盘电极及P型焊盘电极的钝化层；所述N型焊盘电极、P型焊盘电极、指形电极均包括从下往上依次设置的欧姆接触层、下部反射层、应力缓和层、导电金属层、上部反射层。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述欧姆接触层由铬形成，所述下部反射层由铝或银形成，所述应力缓和层由镍、钛或铬形成，所述导电金属层由铂金或金形成。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述上部反射层由铝、银或DBR形成。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述P型半导体层与P型焊盘电极之间还设置有一透明电极层。
5.根据权利要求4所述的发光二极管，其特征在于，所述P型半导体层与透明电极层之间的部分区域还设置有电流阻断层，且电流阻断层位于P型焊盘电极的正下方。
6.一种基于权利要求1至5任一所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，首先，在所述P型半导体层上形成欧姆接触层；然后，在所述欧姆接触层上形成下部反射层；而后，在所述下部反射层上形成应力缓和层；再而，在所述应力缓和层上形成导电金属层，最后在所述导电金属层上形成上部反射层；在形成所述上部反射层的过程中，是在所述N型焊盘电极及P型焊盘电极的导电金属层的部分区域上和所述指形电极的导电金属层整个面上形成所述上部反射层的过程。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于：所述欧姆接触层由铬形成，所述下部反射层由铝或银形成，所述应力缓和层由镍、钛或铬形成，所述导电金属层由铂金或金形成。
8.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于：在形成所述上部反射层的过程中，是在所述N型焊盘电极及P型焊盘电极和指形电极的导电金属层上形成所述上部反射层，并去除所述N型焊盘电极与P型焊盘电极的部分区域上的上部反射层。
9.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于：所述上部反射层由铝、银或DBR形成。
10.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于：还包括在所述P型半导体层的部分区域上形成电流阻断层的过程、以及在所述电流阻断层和所述P型半导体层上形成透明导电层的过程，并且在形成电流阻断层的区域正上方形成P型焊盘电极。
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