CN115148870A - 垂直发光二极管及其制备方法 - Google Patents

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CN115148870A CN202210626478.XA CN202210626478A CN115148870A CN 115148870 A CN115148870 A CN 115148870A CN 202210626478 A CN202210626478 A CN 202210626478A CN 115148870 A CN115148870 A CN 115148870A
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郑锦坚
毕京锋
沈侠强
金全鑫
王思琦
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Abstract

本发明提供了一种垂直发光二极管及其制备方法，利用ODR反射层的金属反射层和绝缘反射层与外延层构成MIS电容结构，令第二电极连接相对较高的电位，第三电极连接相对较低的电位，使得外延层中的发光层发光，同时，令第一电极连接相对较高的电位，令第三电极连接相对较低的电位，使得电子从外延层的第一半导体层向发光层聚集，空穴从外延层的第二半导体层向发光层中聚集，提高了空穴注入效率，增加发光层中的辐射复合效率，在不降低辐射复合发光的透射效率的同时提高了光电转化效率，且成本低；本发明仅对现有的垂直发光二极管稍加改进，不会显著增加结构和制备工艺的复杂程度。

Description

垂直发光二极管及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种垂直发光二极管及其制备方法。
背景技术
发光二极管的光电转化效率的提升是目前备受关注的技术重点，尤其对于 III-N族材料(III族材料与氮元素形成的化合物材料，如GaN、AlGaN等材料) 体系的发光二极管而言，由于III-N族材料的P型掺杂激活相对困难，导致外延层的P型半导体层的空穴浓度比N型半导体层的电子浓度低一到两个数量级，且空穴的有效质量也大于电子的有效质量，同时空穴的迁移率也显著低于电子，因此如何获得较高的空穴浓度和较好的空穴注入效果是解决发光二极管的光电转化效率的关键问题之一。
相对于正装结构的发光二极管而言，垂直发光二极管可以缓解电流拥堵现象，垂直发光二极管在P型半导体层上通常会制备欧姆接触层和反射层，然而仅采用金属反射层其反射率并未达到最佳，例如Ag的最高反射率约90％-95％，且受热团聚后反射率还会降低；通过采用ODR(Omni-Directional Reflector，全角反射镜)结构可以将反射率继续提高到98％以上，但ODR反射镜中的介质层需要形成阵列式的通孔，ODR金属电流扩展层穿过通孔后与欧姆接触层电性连接。对于通孔之外的区域(非金属电流扩展层直接连接区域)，在大电流下载流子输运效果相对较差，从而导致空穴注入效果不佳，将会影响大工作电流密度下垂直发光二极管的电光转化效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种垂直发光二极管及其制备方法，以解决现有的垂直发光二极管的光电转化效率较低的问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种垂直发光二极管，包括：
第一衬底；
外延层，位于所述第一衬底的第一表面，包括由上至下依次设置的第一半导体层、发光层及第二半导体层；
ODR反射层，位于所述外延层与所述第一衬底的第一表面之间，包括由上至下依次设置的绝缘反射层和金属反射层，所述金属反射层、所述绝缘反射层及所述外延层构成MIS电容结构；以及，
彼此绝缘的第一电极、第二电极及第三电极，分别与所述金属反射层、所述第二半导体层及所述第一半导体层电性连接。
可选的，还包括：
若干凹槽，贯穿所述第二半导体层及所述发光层并露出所述第一半导体层；
若干第一穿孔，贯穿所述ODR反射层并露出所述第二半导体层；
若干第二穿孔，贯穿所述ODR反射层并连通相应的所述凹槽；以及，
介质层，位于所述ODR反射层与所述第一衬底的第一表面之间，并至少覆盖所述第一穿孔和所述第二穿孔的侧壁对应所述金属反射层的部分，至少用于电性隔离所述第一电极和所述第二电极。
可选的，还包括：
第一台阶，贯穿所述外延层并露出所述金属反射层，所述第一电极位于所述第一台阶的下台阶面，并与所述金属反射层电性连接；
第一电流扩展层，位于所述介质层内并穿过部分厚度的所述介质层填充所述第一穿孔，以与所述第二半导体层电性连接；
第二台阶，贯穿所述外延层、所述ODR反射层及部分厚度的所述介质层并露出所述第一电流扩展层，所述第二电极位于所述第二台阶的下台阶面，并与所述第一电流扩展层电性连接；以及，
第二电流扩展层，位于所述介质层与所述第一衬底的第一表面之间，穿过所述介质层并填充所述第二穿孔和所述凹槽后与所述第一半导体层电性连接，所述第三电极位于所述第一衬底的第二表面，并通过所述第一衬底与所述第二电流扩展层电性连接。
可选的，所述介质层包括依次堆叠在所述金属反射层上的第一介质层及第二介质层，所述第一电流扩展层位于所述第一介质层与所述第二介质层之间，贯穿所述第一介质层并填充所述第一穿孔后与所述第二半导体层电性连接，所述第二电流扩展层位于所述第二介质层与所述第一衬底的第一表面之间，贯穿所述第二介质层及所述第一介质层并填充所述第二穿孔和所述凹槽后与所述第一半导体层电性连接。
可选的，还包括：
第一欧姆接触层，位于所述第二半导体层靠近所述第一衬底的一面上并位于每个所述第一穿孔内，所述第一电流扩展层填充所述第一穿孔后通过所述第一欧姆接触层与所述第二半导体层电性连接。
可选的，所述第一欧姆接触层的材料为金属材料；和/或，所述第一欧姆接触层的厚度为10nm～200nm。
可选的，所述第一欧姆接触层的材料为透明导电材料，且所述第一欧姆接触层靠近所述第一衬底的一面上还覆盖有刻蚀保护层；和/或，所述第一欧姆接触层的厚度为10nm～200nm。
可选的，还包括：
第二欧姆接触层，位于所述第一半导体层靠近所述第一衬底的一面上并位于每个所述凹槽内，所述第二电流扩展层填充所述第二穿孔和所述凹槽后通过所述第二欧姆接触层与所述第一半导体层电性连接。
可选的，所述第二电流扩展层与所述第一衬底的第一表面之间还具有键合层。
可选的，所述第一电流扩展层靠近所述第一衬底的一面与所述介质层之间具有第一粘附层；和/或，所述第一电流扩展层和/或所述第二电流扩展层的远离所述第一衬底的一面与所述介质层之间具有第二粘附层。
可选的，所述第一粘附层和/或所述第二粘附层的材料为Ti、Cr及Ni中的至少一种；所述第一粘附层和/或所述第二粘附层的厚度为5nm～50nm。
可选的，还包括：
钝化层，共形覆盖所述外延层的表面、所述第一台阶的侧壁和下台阶面及所述第二台阶的侧壁和下台阶面，所述第一电极和所述第二电极的至少部分表面从所述钝化层中露出。
可选的，所述钝化层为由SiO2和/或Al2O3构成的单层或至少两层膜。
可选的，所述第一介质层及所述第二介质层的材料分别为SiO2、SiNx、AlN、 BN及金刚石中的至少一种；和/或，所述第一介质层及所述第二介质层的厚度分别为200nm～2μm。
可选的，所述绝缘反射层为单层反射膜或由两层折射率不同的反射膜交替分布而成。
可选的，所述反射膜的材料为SiO2、Al2O3、HfO2、SiNx、AlN、BN或MgF2；和/或，所述反射膜的厚度为λ/4n，其中，λ为所述发光层的发光波长，n为所述反射膜的折射率。
可选的，所述垂直发光二极管在使用时，所述第一电极连接第一电位，所述第二电极连接第二电位，所述第三电极连接第三电位，所述第一电位和所述第二电位均大于所述第三电位。
可选的，所述第一电位与所述第三电位之间的差值为3V～10V。
本发明还提供了一种垂直发光二极管的制备方法，包括：
提供第一衬底；
将外延层转移到所述第一衬底的第一表面，所述外延层包括由上至下依次设置的第一半导体层、发光层及第二半导体层；
形成ODR反射层，所述ODR反射层位于所述外延层与所述第一衬底的第一表面之间，包括由上至下依次设置的绝缘反射层和金属反射层，所述金属反射层、所述绝缘反射层及所述外延层构成MIS电容结构；以及，
形成彼此绝缘的第一电极、第二电极及第三电极，所述第一电极、所述第二电极及所述第三电极分别与所述金属反射层、所述第二半导体层及所述第一半导体层电性连接。
可选的，形成所述外延层及所述ODR反射层的步骤包括：
提供第二衬底，并在所述第二衬底上依次形成所述第一半导体层、所述发光层及所述第二半导体层；
刻蚀所述第二半导体层及所述发光层，形成露出所述第一半导体层的若干凹槽；
形成所述绝缘反射层于所述第二半导体层上；以及，
形成所述金属反射层于部分所述绝缘反射层上，所述金属反射层中具有若干第三穿孔和若干第四穿孔，所述第三穿孔露出所述绝缘反射层，所述第四穿孔与所述凹槽连通。
可选的，形成所述凹槽之后，形成所述绝缘反射层之前，还包括：
形成第一欧姆接触层于部分所述第二半导体层上，每个所述第三穿孔对准所述第一欧姆接触层。
可选的，所述第一欧姆接触层的材料为金属材料；和/或，所述第一欧姆接触层的厚度为10nm～200nm。
可选的，形成所述第一欧姆接触层之后，还在所述第一欧姆接触层上形成刻蚀保护层。
可选的，所述第一欧姆接触层的材料为透明导电材料；和/或，所述第一欧姆接触层的厚度为10nm～200nm。
可选的，形成所述第一欧姆接触层时，还形成第二欧姆接触层于每个所述凹槽内的所述第一半导体层上，每个所述第四穿孔露出所述第二欧姆接触层。
可选的，形成彼此绝缘的所述第一电极、所述第二电极及所述第三电极的步骤包括：
形成第一介质层于所述金属反射层上，所述第一介质层还填充所述第三穿孔、所述第四穿孔及所述凹槽，所述第一介质层中具有若干第五穿孔和若干第六穿孔，所述第五穿孔对准所述第三穿孔并露出所述第二半导体层，所述第六穿孔对准所述第四穿孔并露出所述第一半导体层；
形成第一电流扩展层于部分所述第一介质层上，所述第一电流扩展层填充所述第五穿孔并与所述第二半导体层电性连接；
形成第二介质层于所述第一电流扩展层及所述第一介质层上，所述第二介质层还填充所述第六穿孔，所述第二介质层中具有若干第七穿孔，所述第七穿孔对准所述第六穿孔并露出所述第一半导体层；
形成第二电流扩展层于至少部分所述第二介质层上，所述第二电流扩展层填充所述第七穿孔并与所述第一半导体层电性连接；
在所述第二电流扩展层上键合所述第一衬底，并分离所述第二衬底；
依次刻蚀所述外延层及所述绝缘反射层以形成露出所述金属反射层的第一台阶，以及依次刻蚀所述外延层及所述ODR反射层以形成露出所述第一电流扩展层的第二台阶；
分别形成第一电极和第二电极于所述第一台阶和所述第二台阶的下台阶面，所述第一电极和所述第二电极分别与所述金属反射层和所述第一电流扩展层电性连接；以及，
形成第三电极于所述第一衬底的第二表面，所述第三电极通过所述第一衬底与所述第二电流扩展层电性连接。
可选的，所述第一电流扩展层靠近所述第一衬底的一面与所述介质层之间具有第一粘附层；和/或，所述第一电流扩展层和/或所述第二电流扩展层的远离所述第一衬底的一面与所述介质层之间具有第二粘附层。
可选的，所述第一粘附层和/或所述第二粘附层的材料为Ti、Cr及Ni中的至少一种；所述第一粘附层和/或所述第二粘附层的厚度为5nm～50nm。
可选的，所述第一介质层及所述第二介质层的材料分别为SiO2、SiNx、AlN、 BN及金刚石中的至少一种；和/或，所述第一介质层及所述第二介质层的厚度分别为200nm～2μm。
可选的，在所述第二电流扩展层上键合所述第一衬底的步骤包括：
在所述第二电流扩展层上及所述第一衬底上分别形成第一键合材料层及第二键合材料层；以及，
所述第一键合材料层与所述第二键合材料层融合以在所述第二电流扩展层上键合所述第一衬底，所述第一键合材料层与所述第二键合材料层融合后在所述第一衬底与所述第二电流扩展层之间形成键合层。
可选的，在所述第二电流扩展层上键合所述第一衬底的步骤包括：
在所述第一衬底的第一表面上形成第二键合材料层；以及，
所述第二键合材料层融合至所述第二电流扩展层中以在所述第二电流扩展层上键合所述第一衬底。
可选的，形成所述第一台阶及所述第二台阶之后，还包括：
沿所述第一台阶和所述第二台阶继续刻蚀直至形成露出所述第一衬底的第一表面的划片槽；以及，
在形成所述第一电极、所述第二电极及所述第三电极之后，沿所述划片槽对所述第一衬底进行切割，形成单个的垂直发光二极管。
可选的，形成所述第一电极和所述第二电极之前或之后，形成所述第三电极之前，还包括：
形成钝化层，所述钝化层共形覆盖所述外延层的表面、所述第一台阶的侧壁和下台阶面、所述第二台阶的侧壁和下台阶面，所述第一电极和所述第二电极的至少部分表面从所述钝化层中露出。
可选的，所述钝化层为由SiO2和/或Al2O3构成的单层或至少两层膜。
可选的，所述绝缘反射层为单层反射膜或由两层折射率不同的反射膜交替分布而成。
可选的，所述反射膜的材料为SiO2、Al2O3、HfO2、SiNx、AlN、BN或MgF2；和/或，所述反射膜的厚度为λ/4n，其中，λ为所述发光层的发光波长，n为所述反射膜的折射率。
可选的，所述垂直发光二极管在使用时，所述第一电极连接第一电位，所述第二电极连接第二电位，所述第三电极连接第三电位，所述第一电位和所述第二电位均大于所述第三电位。
可选的，所述第一电位与所述第三电位之间的差值为3V～10V。
在本发明提供的垂直发光二极管及其制备方法中，利用ODR反射层的金属反射层和绝缘反射层与外延层构成MIS(Metal-Insulator-Semiconductor，金属- 绝缘层-半导体)电容结构，当所述垂直发光二极管在使用时，可以令第二电极连接相对较高的电位，第三电极连接相对较低的电位，使得所述外延层中的发光层发光，同时，令第一电极连接相对较高的电位，令第三电极连接相对较低的电位，使得电子从所述外延层的第一半导体层向所述发光层聚集，空穴从所述外延层的第二半导体层向所述发光层中聚集，提高了空穴注入效率，增加所述发光层中的辐射复合效率，在不降低辐射复合发光的透射效率的同时提高了光电转化效率，且成本较低；并且，由于ODR反射层可以改善光提取效率，目前的垂直发光二极管中广泛使用ODR反射层，本发明仅对现有的垂直发光二极管稍加改进，不会显著增加结构和制备工艺的复杂程度。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的垂直发光二极管的制备方法的流程图；
图2～图14为本发明实施例一提供的垂直发光二极管的制备方法的相应步骤对应的结构示意图；
图15～图25为本发明实施例二提供的垂直发光二极管的制备方法的相应步骤对应的结构示意图；
其中，附图标记为：
100-第二衬底；101-第一衬底；200-外延层；200a-凹槽；210a-第一台阶； 210b-第二台阶；201-缓冲层；202-低缺陷密度层；203-应力调整层；204-第一半导体层；205-发光层；206-第二半导体层；214-第二欧姆接触层；216-第一欧姆接触层；301-绝缘反射层；302-金属反射层；302a-第三穿孔；302b-第四穿孔； 401-第一介质层；401a-第五穿孔；401b-第六穿孔；402-第二介质层；402a-第七穿孔；501-第一电流扩展层；502-第二电流扩展层；601-第一电极；602-第二电极；603-第三电极；700-钝化层。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，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。
实施例一
图14为本实施例提供的垂直发光二极管的结构示意图。如图14所示，所述垂直发光二极管包括第一衬底101、外延层200、ODR反射层300、介质层、第一电极601、第二电极602及第三电极603。其中，所述ODR反射层300包括绝缘反射层301和金属反射层302。
接下来，本实施例将以所述垂直发光二极管为深紫外垂直发光二极管(发光波长为200nm-320nm)为例进行说明，但应理解，所述垂直发光二极管不限于是深紫外垂直发光二极管，还可以是紫外、可见光等其他发光波段的垂直发光二极管(发光波长为320nm-600nm)，此处不再一一解释说明。
具体而言，所述第一衬底101可以采用诸如钼(Mo)、铜(Cu)、钨(W)、钼铜合金(CuMo)、铜钨合金(CuW)或硅铝合金(AlSi)等金属材料制成，也可以采用Si、Ge、SiC等导电的半导体材料制成。
所述外延层200位于所述第一衬底101的第一表面(即所述第一衬底101 的上表面)，包括由上至下依次设置的第一半导体层204、发光层205及第二半导体层206。本实施例中，所述第一半导体层204为N型半导体层，所述第二半导体层206为P型半导体层。其中，所述第一半导体层204为n-AlGaN层，所述第二半导体层206为p-AlGaN层，所述发光层205为多量子阱层(MQW)，所述多量子阱层可由Al组分渐变的AlGaN结构堆叠而成，对应的发光波长范围为200nm～320nm。
进一步地，本实施例中，所述外延层200还具有由上至下依次设置的低缺陷密度层202及应力调整层203，所述低缺陷密度层202及所述应力调整层203 堆叠后位于所述第一半导体层204上。其中，所述低缺陷密度层202可以是较厚的非故意掺杂AlN层，所述应力调整层203可以是AlGaN的超晶格结构，具体为：从所述低缺陷密度层202至所述第一半导体层204的方向制备对Al组分渐变的(逐渐降低)AlxGa1-xN/AlyGa1-yN超晶格结构，其中0＜y＜x＜1。
应理解，所述外延层200中还可以形成有其他膜层，例如所述发光层205 与所述第二半导体层206之间还可以形成EBL电子阻挡层等，此处不再一一解释说明。所述外延层200的厚度可以为5μm～10μm，但不应以此为限。
所述外延层200中具有凹槽200a，所述凹槽200a贯穿所述第二半导体层206 及所述发光层205并露出所述第一半导体层204。所述凹槽200a阵列排布。
请继续参阅图14，所述第二半导体层206靠近所述第一衬底101的一面上具有第一欧姆接触层216，所述第一欧姆接触层216是图形化的膜层，所述第一欧姆接触层216与所述第二半导体层206之间进行欧姆接触，从而实现优异的电性连接。每个所述凹槽200a内具有第二欧姆接触层214，所述第二欧姆接触层214是图形化的膜层，所述第二欧姆接触层214与所述第一半导体层204之间进行欧姆接触，从而实现优异的电性连接。
本实施例中，所述第一欧姆接触层216的材料可以为金属材料，如Ag、NiAg、 NiAu、NiAl或PdAu等，厚度可以为10nm～200nm，但不应以此为限。
本实施例中，所述第二欧姆接触层214的材料可以为V、Hf、Ti、Cr、Al、Ni、Au及Pt中的至少一种，厚度可以为100nm～2μm，但不应以此为限。
进一步地，所述ODR反射层300位于所述第二半导体层206与所述第一衬底101的第一表面之间，包括由上至下依次设置的绝缘反射层301和金属反射层302。其中，所述绝缘反射层301覆盖所述第二半导体层206靠近所述第一衬底101的一面，且覆盖所述第一欧姆接触层216并延伸至覆盖所述凹槽200a的侧壁；所述金属反射层302仅覆盖所述绝缘反射层301靠近所述第一衬底101 的一面的部分，具体是覆盖所述绝缘反射层301避开所述第一欧姆接触层216 的区域，且所述金属反射层302并未进入所述凹槽200a内。所述金属反射层302、所述绝缘反射层301及所述外延层200可以构成MIS电容结构。
本实施例中，所述绝缘反射层301进入所述凹槽200a内覆盖所述凹槽200a 的侧壁，但与所述第二欧姆接触层214之间在横向上具有间隙，但不应以此为限，所述绝缘反射层301也可以紧贴所述第二欧姆接触层214的侧壁；并且，作为可选实施例，所述绝缘反射层301也可以仅覆盖所述第二半导体层206而不进入所述凹槽200a内，所述金属反射层302也可以进入所述凹槽200a内覆盖所述凹槽200a的侧壁，但是不能与所述第二欧姆接触层214接触，这些可选实施例这并不影响本发明的实施。
从图14中可见，所述ODR反射层300中可以看作是具有若干第一穿孔和若干第二穿孔，其中，每个所述第一穿孔均对准所述第一欧姆接触层216，所述第一穿孔贯穿所述金属反射层302及所述绝缘反射层301并露出所述第一欧姆接触层216；每个所述第二穿孔则对准所述第二欧姆接触层214，所述第二穿孔贯穿所述金属反射层302及所述绝缘反射层301并连通所述凹槽200a，以露出所述第二欧姆接触层214。
本实施例中，所述绝缘反射层301可以为单层反射膜或由两层折射率不同的反射膜交替分布形成DBR(Distributed Bragg Reflectors，分散式布拉格反射镜) 反射结构。所述反射膜的材料可以为SiO2、Al2O3、HfO2、SiNx、AlN、BN或 MgF2；所述反射膜的厚度为λ/4n，其中，λ为所述发光层205的发光波长，n 为所述反射膜的折射率。
本实施例中，所述金属反射层302的材料可以为Ag、Al、Mg及Rh中的至少一种，厚度可以为50-500nm，但不应以此为限。
作为可选实施例，所述金属反射层302靠近所述第一衬底101的一面上还可以依次形成第三粘附层及抗氧化层(图14中未示出)。所述第三粘附层用于粘附所述金属反射层302及所述抗氧化层，而所述抗氧化层可以防止所述金属反射层302被氧化。
进一步地，所述第三粘附层的材料可以为Ti、Ni及Cr中的至少一种，厚度可以为厚度为
Figure RE-GDA0003797819990000111
但不应以此为限；所述抗氧化层的材料可以为Pt和/ 或TiW，厚度可以为
Figure RE-GDA0003797819990000112
但不应以此为限。
请继续参阅图14，所述ODR反射层300与所述第一衬底101的第一表面之间还具有介质层，所述介质层用于电性隔离所述第一电极、所述第二电极及所述第三电极。本实施例中，所述介质层需要覆盖所述ODR反射层300靠近所述第一衬底101的一面以及覆盖所述第一穿孔及所述第二穿孔的侧壁对应所述金属反射层302的部分。
本实施例中，由于所述绝缘反射层301覆盖所述凹槽200a的侧壁，所述介质层可以覆盖所述第二穿孔的侧壁以及所述绝缘反射层301位于所述凹槽200a 内的部分；但应理解，若所述绝缘反射层301仅位于所述第二半导体层206靠近所述第一衬底101的一面，并未进入所述凹槽200a内，所述介质层则需要进入所述凹槽200a并覆盖所述凹槽200a的侧壁；或者，若所述金属反射层302 也进入了所述凹槽200a内，所述介质层则需要进入所述凹槽200a并覆盖所述金属反射层302。
本实施例中，所述介质层内具有第一电流扩展层501。所述第一电流扩展层 501穿过部分厚度的所述介质层并填充所述第一穿孔，从而与所述第一欧姆接触层216电性连接。所述介质层与所述第一衬底101的第一表面之间具有第二电流扩展层502，所述第二电流扩展层502穿过所述介质层并填充所述第二穿孔和所述凹槽200a，从而与所述第二欧姆接触层214电性连接。第一电流扩展层501 和所述第二电流扩展层502被所述介质层电性隔离。
进一步地，所述垂直发光二极管还包括第一台阶210a和第二台阶210b，所述第一台阶210a贯穿所述外延层200并露出所述金属反射层302，所述第二台阶210b贯穿所述外延层200、所述ODR反射层300及部分厚度的所述介质层并露出所述第一电流扩展层501，且仅具有一个侧壁。
本实施例中，所述第一台阶210a和所述第二台阶210b分别位于所述外延层200的边缘两侧，但不应以此为限，所述第一台阶210a和所述第二台阶210b 也可以位于所述外延层200的边缘的同侧或者对角。
所述第一电极601位于所述第一台阶210a的下台阶面，并与所述金属反射层302电性连接；所述第二电极602位于所述第二台阶210b的下台阶面并与所述第一电流扩展层501电性连接，所述第二电极602通过所述第一电流扩展层 501及所述第一欧姆接触层216与所述第二半导体层206电性连接；所述第三电极603位于所述第一衬底101的第二表面，并通过所述第一衬底101与所述第二电流扩展层502电性连接，所述第三电极603通过所述第一衬底101、所述第二电流扩展层502及所述第二欧姆接触层214与所述第一半导体层204电性连接。如此一来，所述第一电极601可以作为所述MIS电容结构的一个电极，所述第二电极602可以作为所述垂直发光二极管的P电极，所述第三电极603可以同时作为所述MIS电容结构的另一电极以及所述垂直发光二极管的N电极。所述第三电极603可以共用也可以分开成两个单独的电极。
本实施例中，所述第一电流扩展层501及所述第二电流扩展层502的材料可以为Ti、Cr、Ni、Al、Au及Pt中的至少一种，厚度可以为300nm-2um，但不应以此为限。
作为可选实施例，所述第一电流扩展层501靠近所述第一衬底101的一面与所述介质层之间可以形成第一粘附层(图14中未示出)，所述第一粘附层可以改善所述第一电流扩展层501与所述介质层之间的粘附效果。所述第一粘附层的材料可以为Ti、Cr及Ni中的至少一种，厚度为5nm～50nm。
作为可选实施例，所述第一电流扩展层501和/或所述第二电流扩展层502 远离所述第一衬底101的一面与所述介质层之间也可以形成第二粘附层(图14 中未示出)，所述第二粘附层可以改善所述第一电流扩展层501和/或所述第二电流扩展层502的顶面与所述介质层之间的粘附效果。所述第二粘附层的材料可以为Ti、Cr及Ni中的至少一种，厚度为5nm～50nm。
本实施例中，所述第一电极601、所述第二电极602和所述第三电极603的材料可以为Au和/或Sn，厚度可以为500nm～20μm，但不应以此为限。
具体而言，所述介质层包括由上至下依次堆叠在所述ODR反射层300与所述第一衬底101的第一表面之间的第一介质层401和第二介质层402。
具体而言，所述第一介质层401位于所述ODR反射层300靠近所述第一衬底101的一面，覆盖所述金属反射层302、所述第一穿孔及所述第二穿孔的侧壁，同时还进入所述凹槽200a内，覆盖所述凹槽200a内的所述绝缘反射层301。所述第一电流扩展层501位于所述第一介质层401靠近所述第一衬底101的一面，覆盖所述第一介质层401的部分表面，且所述第一电流扩展层501穿过所述第一介质层401并填充所述第一穿孔，所述第一电流扩展层501接触所述第一欧姆接触层216从而实现电性连接。
所述第二介质层402位于所述第一介质层401靠近所述第一衬底101的一面，覆盖所述第一电流扩展层501及所述第一介质层401。所述第二电流扩展层 502位于所述第二介质层402靠近所述第一衬底101的一面，覆盖所述第二介质层402，且所述第二电流扩展层502穿过所述第二介质层402及所述第一介质层 401并填充所述第二穿孔及所述凹槽200a，所述第二电流扩展层502接触所述第二欧姆接触层214从而实现电性连接。
从图14中可见，所述第一电极601、所述第二电极602及所述第三电极603 是通过所述介质层彼此绝缘的。
本实施例中，所述第一介质层401及所述第二介质层402的材料可以分别为SiO2、SiNx、AlN、BN及金刚石中的至少一种，厚度可以分别为200nm～2μm，但不应以此为限。可选的，所述第一介质层401及第二介质层402的材料和厚度相同或不同均可。
作为可选实施例，所述第一衬底101的第一表面与所述第二电流扩展层502 之间还可以具有一键合层，所述键合层用于实现所述第一衬底101与所述第二电流扩展层502之间的键合。所述键合层的材料可以是金属合金，例如金(Au)、镍(Ni)、铜(Cu)、银(Ag)等高熔点金属和锡(Sn)、铟(In)等低熔点金属组成的二元共晶金属体系中的一种。
请继续参阅图14，所述垂直发光二极管还包括钝化层700，所述钝化层700 共形覆盖所述第一衬底101的第一表面、所述低缺陷密度层202的表面并延伸覆盖所述第一台阶210a及所述第二台阶210b的侧壁和下台阶面，也即是说，所述钝化层700整面覆盖所述垂直发光二极管的表面，从而保护所述垂直发光二极管的内部结构。需要说明的是，所述第一电极601和所述第二电极602的至少部分表面需要露出所述钝化层700，从而便于施加电压。
本实施例中，所述钝化层700可以为由SiO2和/或Al2O3构成的单层或至少两层膜，例如可以是由SiO2-Al2O3-SiO2构成的三层膜，从而避免外界的水汽进入，提高所述垂直发光二极管的防潮能力，但不应以此为限。
本实施例中，所述垂直发光二极管在使用时，所述第二电极602连接第二电位，所述第三电极603连接第三电位，所述第二电位大于所述第三电位从而为所述垂直发光二极管提供正向工作电流，使得所述发光层205发光；同时，所述第一电极601连接第一电位，所述第一电位大于所述第三电位，从而为所述MIS电容结构提供正向工作电流，使得电子从所述第一半导体层204向所述发光层205聚集，空穴从所述第二半导体层206向所述发光层205中聚集，相当于提高了空穴注入效率，增加所述发光层205中的辐射复合效率，在不降低辐射复合发光的透射效率的同时提高了所述垂直发光二极管的光电转化效率，且成本较低，对实现大尺寸的垂直发光二极管的产业化具有重大的意义，若所述没有MIS电容结构，则仅有所述第二欧姆接触层216位置及其附近区域的第二半导体层206中的空穴注入所述发光层205中，远离所述第二欧姆接触层216 的区域的空穴未被有效利用。并且，由于所述ODR反射层300可以改善光提取效率，目前的垂直发光二极管中广泛使用所述ODR反射层300，本发明仅对现有的垂直发光二极管稍加改进，不会显著增加结构和制备工艺的复杂程度。
可选的，所述第一电位与所述第三电位之间的差值可以为3V～10V，但不应以此为限。
图1为本实施例提供的垂直发光二极管的制备方法的流程图，如图1所示，所述垂直发光二极管的制备方法包括：
步骤S100：提供第一衬底；
步骤S200：将外延层转移到所述第一衬底的第一表面，所述外延层包括由上至下依次设置的第一半导体层、发光层及第二半导体层；
步骤S300：形成ODR反射层，所述ODR反射层位于所述外延层与所述第一衬底的第一表面之间，包括由上至下依次设置的绝缘反射层和金属反射层，所述金属反射层、所述绝缘反射层及所述外延层构成MIS电容结构；以及，
步骤S400：形成彼此绝缘的第一电极、第二电极及第三电极，所述第一电极、所述第二电极及所述第三电极分别与所述金属反射层、所述第二半导体层及所述第一半导体层电性连接。
图2～图14为本实施例提供的垂直发光二极管的制备方法的相应步骤对应的结构示意图。接下来，将结合图2～图14对本实施例提供的垂直发光二极管的制备方法进行详细说明。
参阅图2，执行步骤S100及步骤S200，提供第二衬底100。所述第二衬底 100为异质衬底中的一种，其材料可以是Ga2O3、SiC、Si、蓝宝石、ZnO及LiGaO2中的任一种。所述第二衬底100的表面可以制备出微纳图形，从而提高发光效率。所述微纳图形可以直接在所述第二衬底100的表面制备，也可以预先在所述第二衬底100上沉积诸如AlN膜等膜层，所述微纳图形制备在预沉积的膜层上，所述微纳图形制备的特征尺寸范围可以是数百纳米至数微米，其图形阵列方式可以为平行直线、曲线条、四方及六方排列中的任一种。
此时，所述第二衬底100可以为1英寸～8英寸的晶圆，厚度可以为300μ m～2mm，但不以此为限。
接着，在所述第二衬底100上形成缓冲层201，所述缓冲层201的材料可以是低温生长的AlN，或者也可以是溅射制备的AlN，所述缓冲层201作为所述第二衬底100与后续形成的外延层200之间的缓冲结构，有利于在后续工艺中通过所述缓冲层201将所述第二衬底100与后续形成的外延层200的晶体质量改善。
接着，在所述第二衬底100上形成所述外延层200。具体而言，在所述第二衬底100上依次形成所述低缺陷密度层202、应力调整层203、第一半导体层204、发光层205及第二半导体层206。具体而言，所述低缺陷密度层202、应力调整层203、第一半导体层204、发光层205及第二半导体层206可以采用金属化学气相沉积工艺、激光辅助分子束外延工艺、激光溅射工艺或氢化物气相外延工艺制备。
请参阅图3，向下刻蚀所述第二半导体层206及所述发光层205直至露出所述第一半导体层204，以形成若干所述凹槽200a。具体而言，形成所述凹槽200a 的步骤包括：利用光刻和干法刻蚀工艺在所述第二半导体层206及所述发光层205中加工出所述凹槽200a，所述凹槽200a的深度需要超过所述发光层205并露出所述第一半导体层204。
请参阅图4，执行步骤S300及步骤S400，在每个所述凹槽200a内形成第二欧姆接触层214，在所述第二半导体层206上形成第一欧姆接触层216。所述第二欧姆接触层214及所述第一欧姆接触层216的形成工艺可以是：利用电子束蒸发工艺、溅射工艺、原子层沉积工艺、等离子体辅助工艺、离子束辅助沉积工艺或化学气相沉积工艺在相应的区域形成欧姆接触材料。
可选的，形成所述第二欧姆接触层214之后，可以对所述第二欧姆接触层 214进行退火处理，从而增强所述第二欧姆接触层214与所述第一半导体层204 之间的欧姆接触效果；形成所述第一欧姆接触层216之后，也以对所述第一欧姆接触层216进行退火处理，从而增强所述第一欧姆接触层216与所述第二半导体层206之间的欧姆接触效果。对所述第二欧姆接触层214和/或所述第一欧姆接触层216进行退火处理可以在诸如N2等惰性气体的氛围下进行，对所述第一欧姆接触层216进行退火处理的退火温度可以为450℃～600℃，退火时间可以为2min～20min；对所述第二欧姆接触层214进行退火处理的退火温度可以为 700℃～1100℃，退火时间可以为30s～2min。
请参阅图5，在所述第二半导体层206上形成绝缘反射层301，所述绝缘反射层301覆盖所述第二半导体层206、所述第一欧姆接触层216以及所述凹槽 200a的侧壁。所述绝缘反射层301的形成工艺可以是：利用电子束蒸发工艺、溅射工艺、原子层沉积工艺、等离子体辅助工艺、离子束辅助沉积工艺或化学气相沉积工艺在所述第二半导体层206上全面沉积绝缘反射材料(图5中未示出)，然后利用刻蚀工艺去除所述第二欧姆接触层214上及所述凹槽200a内的部分绝缘反射材料，剩余的绝缘反射材料构成所述绝缘反射层301。
请继续参阅图5，在所述绝缘反射层301上形成金属反射层302，所述金属反射层302中具有若干第三穿孔302a和若干第四穿孔302b。所述第三穿孔302a 贯穿所述金属反射层302并露出所述绝缘反射层301，且每个所述第三穿孔302a 均对准所述第一欧姆接触层216；每个所述第四穿孔302b均贯穿所述金属反射层302并与一个所述凹槽200a连通，从而露出所述第二欧姆接触层214。所述金属反射层302的形成工艺可以是：利用电子束蒸发工艺、溅射工艺、原子层沉积工艺、等离子体辅助工艺、离子束辅助沉积工艺在所述绝缘反射层301上形成金属反射材料(图5中未示出)，然后利用光刻和刻蚀工艺去除所述绝缘反射层301上的部分金属反射材料以及所述凹槽200a内的金属反射材料，剩余的金属反射材料构成所述金属反射层302。
所述绝缘反射层301与所述金属反射层302构成所述ODR反射层300。
请参阅图6，形成第一介质层401于所述金属反射层302上，所述第一介质层401还填充所述第三穿孔302a、第四穿孔302b及所述凹槽200a，所述第一介质层401中具有若干第五穿孔401a和第六穿孔401b，所述第五穿孔401a对准所述第三穿孔302a并露出所述第一欧姆接触层216，所述第六穿孔401b对准所述第四穿孔302b并露出所述第二欧姆接触层214。所述第一介质层401的形成工艺可以是：利用电子束蒸发工艺、溅射工艺、原子层沉积工艺、等离子体辅助工艺、离子束辅助沉积工艺或化学气相沉积工艺在所述金属反射层302上全面沉积第一介质材料(图6中未示出)，然后利用光刻和刻蚀工艺去除所述第三穿孔302a、所述第四穿孔302b及所述凹槽200a内的部分第一介质材料，剩余的第一介质材料构成所述第一介质层401。
请参阅图7，形成第一电流扩展层501于所述第一介质层401上，所述第一电流扩展层501覆盖部分所述第一介质层401并填充所述第五穿孔401a。所述第一电流扩展层501的形成工艺可以是：利用电子束蒸发工艺、溅射工艺、原子层沉积工艺、等离子体辅助工艺、离子束辅助沉积工艺或化学气相沉积工艺在所述第一介质层401上全面沉积第一电流扩展材料(图7中未示出)，然后利用光刻和刻蚀工艺去除所述第一介质层401上的部分第一电流扩展材料及所述第六穿孔401b内的第一电流扩展材料，剩余的第一电流扩展材料构成所述第一电流扩展层501。
请参阅图8，形成第二介质层402于所述第一电流扩展层501和所述第一介质层401上，所述第二介质层402还填充所述第六穿孔401b，所述第二介质层 402中具有若干第七穿孔402a，所述第七穿孔402a对准所述第六穿孔401b并露出所述第二欧姆接触层214。所述第二介质层402的形成工艺可以是：利用电子束蒸发工艺、溅射工艺、原子层沉积工艺、等离子体辅助工艺、离子束辅助沉积工艺或化学气相沉积工艺在所述第一电流扩展层501和所述第一介质层401 上全面沉积第二介质材料(图8中未示出)，然后利用光刻和刻蚀工艺去除所述第六穿孔401b中的部分第二介质材料，剩余的第二介质材料构成所述第二介质层402。
请参阅图9，形成第二电流扩展层502于所述第二介质层402上，所述第二电流扩展层502覆盖所述第二介质层402并填充所述第七穿孔402a。所述第二电流扩展层502的形成工艺可以是：利用电子束蒸发工艺、溅射工艺、原子层沉积工艺、等离子体辅助工艺、离子束辅助沉积工艺或化学气相沉积工艺在所述第二介质层402上全面沉积第二电流扩展材料(图9中未示出)，从而形成所述第二电流扩展层502。
请参阅图10，提供第一衬底101，并将所述第一衬底101的第一表面与所述第二电流扩展层502键合在一起。具体的，键合所述第一衬底101的方法可以是：在所述第一衬底101的第一表面形成第二键合材料层，然后将所述第二电流扩展层502和所述第二键合材料层贴合在一起，然后在一定的温度下，利用液相瞬态键合工艺，所述第二键合材料层融合至所述第二电流扩展层502中 (图10中可见，所述第二电流扩展层502的厚度增加)，实现所述第一衬底101 与所述第二电流扩展层502的永久键合。
作为可选实施例，键合所述第一衬底101的方法还可以是：在所述第二电流扩展层502上及所述第一衬底101的第一表面分别形成第一键合材料层和第二键合材料层，然后将所述第一键合材料层和所述第二键合材料层贴合在一起，然后在一定的温度下，利用液相瞬态键合工艺，所述第一键合材料层与所述第二键合材料层融合在一起，实现所述第一衬底101与所述第二电流扩展层502 的永久键合。所述第一键合材料层与所述第二键合材料层融合之后，在所述第二电流扩展层502与所述第一衬底101之间会形成键合层。
所述第一键合材料层(或所述第二电流扩展层502)与所述第二键合材料层的材料可以相同，例如均是由高熔点金属及低熔点金属的合金构成的二元键合层；当然，所述第一键合材料层(或所述第二电流扩展层502)与所述第二键合材料层的材料也可以不相同，例如一者为高熔点金属层，另一者为低熔点金属层。
可选的，在所述第二电流扩展层502上及所述第一衬底101的第一表面上分别形成第一键合材料层及第二键合材料层之前，还可以先在所述第二电流扩展层502上及所述第一衬底101的第一表面形成一层第四粘附层，以增强所述第一键合材料层与所述第二电流扩展层502以及第二键合材料层与所述第一衬底101的第一表面之间的粘附力，避免分层。所述第四粘附层的材料可以是钛。
请参阅图11，将所述第二衬底100分离。本实施例中，利用一定波长(例如为193nm)的紫外激光，采用一定尺寸(例如200μm)的小光斑照射所述第二衬底100上的所述缓冲层201，在紫外激光的照射下，所述缓冲层201被分解为Al和N2，再通过加热实现所述第二衬底100与所述外延层200的分离。
应理解，由于本实施例中的缓冲层201为AlN材料，所以将所述第二衬底 100分离时采用了紫外激光照射的方法，当所述第二衬底100的材料改变时，还可以采用例如刻蚀等其他方式将所述第二衬底100分离，例如，将所述第二衬底100替换为硅衬底，采用研磨工艺去除所述第二衬底100。
请参阅图12，刻蚀所述外延层200及所述绝缘反射层301，从而形成露出所述金属反射层302的第一台阶210a；刻蚀所述外延层200、所述绝缘反射层 301及所述金属反射层302，从而形成露出所述第一电流扩展层501的第二台阶 210b。
进一步地，形成所述第一台阶210a及所述第二台阶210b之后，可以沿所述第一台阶210a及所述第二台阶210b继续刻蚀直至露出所述第一衬底101，刻蚀完成后，形成横纵分布的划片槽，利用所述划片槽可以限定出单个的垂直发光二极管的区域，便于后续划片。
请继续参阅图12，利用一定浓度(例如是2mol/L～6mol/L)的热KOH溶液 (例如是50℃～70℃)腐蚀所述低缺陷密度层202以粗化所述低缺陷密度层202 的表面，从而提高发光效率。
请继续参阅图13，在分别在所述第一台阶210a及所述第二台阶210b的下台阶面形成第一电极601和第二电极602。其中，所述第一电极601与所述金属反射层302接触从而实现电性连接；所述第二电极602与所述第一电流扩展层 501接触，从而通过所述第一电流扩展层501及所述第一欧姆接触层216与所述第二半导体层206电性连接。形成所述第一电极601及所述第二电极602的步骤包括：形成光刻胶掩模遮盖不需要形成电极的区域，然后利用电子束蒸发工艺形成导电材料，接着利用去胶工艺去除光刻胶掩模以及光刻胶掩模上的导电材料，未被光刻胶掩模覆盖的区域的导电材料得以保留，从而构成所述第一电极601及所述第二电极602。
接着，可以整面沉积钝化材料，从而形成钝化层700，所述钝化层700可以整面覆盖所述低缺陷密度层202的表面并覆盖所述第一台阶210a、第二台阶 210b的侧壁及下台阶面，及所述划片槽的内壁，从而将所述外延层200与外界隔离，以对所述外延层200进行保护。应理解，所述第一电极601及所述第二电极602的至少部分顶面需要露出所述钝化层700，从而作为引出端进行后续的封装工艺，所以，在形成所述钝化层700之后，可以进行刻蚀工艺去除部分所述钝化层700，以使所述第一电极601及所述第二电极602的至少部分顶面露出。
作为可选实施例，所述钝化层700也可以在形成所述第一电极601及所述第二电极602之前形成，如此一来，在形成所述第一电极601及所述第二电极 602之前，需要先刻蚀所述钝化层700形成容纳所述第一电极601及所述第二电极602的开口。
请参阅图14，在所述第一衬底101的第二表面形成所述第三电极603，所述第三电极603通过所述第一衬底101、所述第二电流扩展层502及所述第二欧姆接触层214与所述第一半导体层204电性连接。形成所述第三电极603的步骤包括：利用电子束蒸发工艺在所述第一衬底101的第二表面形成导电材料，从而构成所述第三电极603。
进一步地，利用砂轮或激光(水导激光、激光表切)沿着所述划片槽切割所述第一衬底101，从而分离出单个的垂直发光二极管。
实施例二
图25为本实施例提供的垂直发光二极管的结构示意图。如图25所示，与实施例一的区别在于，本实施例中，所述垂直发光二极管为紫外垂直发光二极管，且所述第一欧姆接触层216的材料为透明导电材料。
具体而言，本实施例中，所述第一半导体层204为n-GaN层，所述第二半导体层206为p-GaN层，所述发光层205为多量子阱层(MQW)，所述多量子阱层可由In组分渐变的InGaN结构堆叠而成，对应的发光波长范围为320nm～400nm。所述缓冲层201可以是GaN层，所述低缺陷密度层202可以是较厚的非故意掺杂GaN层，所述应力调整层203可以是AlGaN的超晶格结构，具体为：从所述低缺陷密度层202至所述第一半导体层204方向制备对Al组分渐变(逐渐降低)AlxGa1-xN超晶格结构，其中0＜x＜0.2，从而降低所述第二衬底100与所述第一半导体层204之间因晶格和热膨胀系数差异所导致的应力差异。
应理解，所述外延层200中还可以形成有其他膜层，例如所述发光层205 与所述第二半导体层206之间还可以形成EBL电子阻挡层等，此处不再一一解释说明。所述外延层200的厚度可以为5μm～10μm，但不应以此为限。
进一步地，由于所述第一半导体层204为n-GaN层，膜层内部的电子浓度较高，本实施例中省略了所述第二欧姆接触层，也即，所述第二电流扩展层502 直接与所述第一半导体层204接触，也能实现较好的电性连接。
当然，作为可选实施例，所述第一半导体层204上也可以制备所述第二欧姆接触层，所述第二电流扩展层502仍然通过所述第二欧姆接触层与所述第一半导体层204电性连接，这不影响本发明的实施。
进一步地，本实施例中，所述第一欧姆接触层216的材料可以为ITO、IFO、 IZO、AZO、GZO或GTO，厚度可以为10nm～200nm。
进一步地，所述第一欧姆接触层216靠近所述第一衬底100的一面上还覆盖有刻蚀保护层(图25中未示出)，所述刻蚀保护层可以在刻蚀所述介质层时 (通常采用的是F基气体来刻蚀)保护所述第一欧姆接触层216不被损伤，保证所述第一电流扩展层501与所述第一欧姆接触层216的电性连接效果，所述刻蚀保护层的材料可以为Cr、Al、Pt及Ti中的至少一种。
图15～图25为本实施例提供的垂直发光二极管的制备方法的相应步骤对应的结构示意图，接下来，将结合图15～图25对本实施例提供的垂直发光二极管的制备方法进行详细说明。
请参阅图15，在已执行实施例一中形成所述凹槽200a的基础上，仅在所述第二半导体层206上形成第一欧姆接触层216。所述第一欧姆接触层216的形成工艺可以是：利用电子束蒸发工艺、溅射工艺、原子层沉积工艺、等离子体辅助工艺、离子束辅助沉积工艺或化学气相沉积工艺在相应的区域形成欧姆接触材料。
可选的，形成所述第一欧姆接触层216之后，可以对所述第一欧姆接触层 216进行退火处理，从而增强所述第一欧姆接触层216与所述第二半导体层206 之间欧姆接触效果。对所述第一欧姆接触层216进行退火处理可以在诸如N2等惰性气体的氛围下进行，退火温度可以为700℃～1100℃，退火时间可以为 30s～2min。
请参阅图16，在所述第二半导体层206上形成绝缘反射层301，所述绝缘反射层301覆盖所述第二半导体层206、所述第一欧姆接触层216以及所述凹槽 200a的内壁。所述绝缘反射层301的形成工艺可以是：利用电子束蒸发工艺、溅射工艺、原子层沉积工艺、等离子体辅助工艺、离子束辅助沉积工艺或化学气相沉积工艺在所述第二半导体层206上全面沉积绝缘反射材料(图16中未示出)，所述绝缘反射材料构成所述绝缘反射层301。
请继续参阅图16，在所述绝缘反射层301上形成金属反射层302，所述金属反射层中具有若干第三穿孔302a和若干第四穿孔302b。所述第三穿孔302a 贯穿所述金属反射层302并露出所述绝缘反射层301，且每个所述第三穿孔302a 均对准所述第一欧姆接触层216；每个所述第四穿孔302b均与一个所述凹槽 200a连通，从而露出所述凹槽200a中的所述绝缘反射层301。所述金属反射层 302的形成工艺可以是：利用电子束蒸发工艺、溅射工艺、原子层沉积工艺、等离子体辅助工艺、离子束辅助沉积工艺在所述绝缘反射层301上形成金属反射材料(图16中未示出)，然后利用光刻和刻蚀工艺去除所述绝缘反射层301上的部分金属反射材料以及所述凹槽200a内的金属反射材料，剩余的金属反射材料构成所述金属反射层302。
所述绝缘反射层301与所述金属反射层302构成所述ODR反射层300。
请参阅图17，形成第一介质层401于所述金属反射层302上，所述第一介质层401还填充所述第三穿孔302a、第四穿孔302b及所述凹槽200a，所述第一介质层401中具有若干第五穿孔401a和第六穿孔401b，所述第五穿孔401a对准所述第三穿孔302a并露出所述第一欧姆接触层216，所述第六穿孔401b对准所述第四穿孔302b并直接露出所述第一半导体层204。所述第一介质层401的形成工艺可以是：利用电子束蒸发工艺、溅射工艺、原子层沉积工艺、等离子体辅助工艺、离子束辅助沉积工艺或化学气相沉积工艺在所述金属反射层302上全面沉积第一介质材料(图17中未示出)，然后利用光刻和刻蚀工艺去除所述第三穿孔302a、所述第四穿孔302b及所述凹槽200a内的部分第一介质材料，且还沿所述凹槽200a向下刻蚀所述绝缘反射层301直至露出所述第一半导体层 204，刻蚀完毕后，剩余的第一介质材料构成所述第一介质层401。
请参阅图18，形成第一电流扩展层501于所述第一介质层401上，所述第一电流扩展层501覆盖部分所述第一介质层401并填充所述第五穿孔401a。所述第一电流扩展层501的形成工艺可以是：利用电子束蒸发工艺、溅射工艺、原子层沉积工艺、等离子体辅助工艺、离子束辅助沉积工艺或化学气相沉积工艺在所述第一介质层401上全面沉积第一电流扩展材料(图18中未示出)，然后利用光刻和刻蚀工艺去除所述第一介质层401上的部分第一电流扩展材料及所述第六穿孔401b内的第一电流扩展材料，剩余的第一电流扩展材料构成所述第一电流扩展层501。
请参阅图19，形成第二介质层402于所述第一电流扩展层501和所述第一介质层401上，所述第二介质层402还填充所述第六穿孔401b，所述第二介质层402中具有若干第七穿孔402a，所述第七穿孔402a对准所述第六穿孔401b 并露出所述第一半导体层204。所述第二介质层402的形成工艺可以是：利用电子束蒸发工艺、溅射工艺、原子层沉积工艺、等离子体辅助工艺、离子束辅助沉积工艺或化学气相沉积工艺在所述第一电流扩展层501和所述第一介质层401 上全面沉积第二介质材料(图19中未示出)，然后利用光刻和刻蚀工艺去除所述第六穿孔401b中的部分第二介质材料，剩余的第二介质材料构成所述第二介质层402。
请参阅图20，形成第二电流扩展层502于所述第二介质层402上，所述第二电流扩展层502覆盖所述第二介质层402并填充所述第七穿孔402a。所述第二电流扩展层502的形成工艺可以是：利用电子束蒸发工艺、溅射工艺、原子层沉积工艺、等离子体辅助工艺、离子束辅助沉积工艺或化学气相沉积工艺在所述第二介质层402上全面沉积第二电流扩展材料(图20中未示出)，从而形成所述第二电流扩展层502。
请参阅图21，提供第一衬底101，并将所述第一衬底101的第一表面与所述第二电流扩展层502键合在一起。具体的，键合所述第一衬底101的方法可以是：在所述第一衬底101的第一表面形成第二键合材料层，然后将所述第二电流扩展层502和所述第二键合材料层贴合在一起，然后在一定的温度下，利用液相瞬态键合工艺，所述第二键合材料层融合至所述第二电流扩展层502中 (图21中可见，所述第二电流扩展层502的厚度增加)，实现所述第一衬底101 与所述第二电流扩展层502的永久键合。
作为可选实施例，键合所述第一衬底101的方法还可以是：在所述第二电流扩展层502上及所述第一衬底101的第一表面分别形成第一键合材料层和第二键合材料层，然后将所述第一键合材料层和所述第二键合材料层贴合在一起，然后在一定的温度下，利用液相瞬态键合工艺，所述第一键合材料层与所述第二键合材料层融合在一起，实现所述第一衬底101与所述第二电流扩展层502 的永久键合。所述第一键合材料层与所述第二键合材料层融合之后，在所述第二电流扩展层502与所述第一衬底101之间会形成键合层。
所述第一键合材料层(或所述第二电流扩展层502)与所述第二键合材料层的材料可以相同，例如均是由高熔点金属及低熔点金属的合金构成的二元键合层；当然，所述第一键合材料层(或所述第二电流扩展层502)与所述第二键合材料层的材料也可以不相同，例如一者为高熔点金属层，另一者为低熔点金属层。
可选的，在所述第二电流扩展层502上及所述第一衬底101的第一表面上分别形成第一键合材料层及第二键合材料层之前，还可以先在所述第二电流扩展层502上及所述第一衬底101的第一表面形成一层第四粘附层，以增强所述第一键合材料层与所述第二电流扩展层502以及第二键合材料层与所述第一衬底101的第一表面之间的粘附力，避免分层。所述第四粘附层的材料可以是钛。
请参阅图22，将所述第二衬底100分离。本实施例中，利用一定波长(例如为193nm)的紫外激光，采用一定尺寸(例如200μm)的小光斑照射所述第二衬底100上的所述缓冲层201，在紫外激光的照射下，所述缓冲层201被分解为Al和N2，再通过加热实现所述第二衬底100与所述外延层200的分离。
应理解，由于本实施例中的缓冲层201为AlN材料，所以将所述第二衬底 100分离时采用了紫外激光照射的方法，当所述第二衬底100的材料改变时，还可以采用例如刻蚀等其他方式将所述第二衬底100分离，例如，将所述第二衬底100替换为硅衬底，采用研磨工艺去除所述第二衬底100。
请参阅图23，刻蚀所述外延层200及所述绝缘反射层301，从而形成露出所述金属反射层302的第一台阶210a；刻蚀所述外延层200、所述绝缘反射层 301及所述金属反射层302，从而形成露出所述第一电流扩展层501的第二台阶 210b。
进一步地，形成所述第一台阶210a及所述第二台阶210b之后，可以沿所述第一台阶210a及所述第二台阶210b继续刻蚀直至露出所述第一衬底101，刻蚀完成后，形成横纵分布的划片槽，利用所述划片槽可以限定出单个的垂直发光二极管的区域，便于后续划片。
请继续参阅图23，利用一定浓度(例如是2mol/L～6mol/L)的热KOH溶液 (例如是50℃～70℃)腐蚀所述低缺陷密度层202以粗化所述低缺陷密度层202 的表面，从而提高发光效率。
请继续参阅图24，在分别在所述第一台阶210a及所述第二台阶210b的下台阶面形成第一电极601和第二电极602。其中，所述第一电极601与所述金属反射层302接触从而实现电性连接；所述第二电极602与所述第一电流扩展层 501接触，从而通过所述第一电流扩展层501及所述第一欧姆接触层216与所述第二半导体层206电性连接。形成所述第一电极601及所述第二电极602的步骤包括：形成光刻胶掩模遮盖不需要形成电极的区域，然后利用电子束蒸发工艺形成导电材料，接着利用去胶工艺去除光刻胶掩模以及光刻胶掩模上的导电材料，未被光刻胶掩模覆盖的区域的导电材料得以保留，从而构成所述第一电极601及所述第二电极602。
接着，可以整面沉积钝化材料，从而形成钝化层700，所述钝化层700可以整面覆盖所述低缺陷密度层202的表面并覆盖所述第一台阶210a、第二台阶 210b的侧壁及下台阶面，及所述划片槽的内壁，从而将所述外延层200与外界隔离，以对所述外延层200进行保护。应理解，所述第一电极601及所述第二电极602的至少部分顶面需要露出所述钝化层700，从而作为引出端进行后续的封装工艺，所以，在形成所述钝化层700之后，可以进行刻蚀工艺去除部分所述钝化层700，以使所述第一电极601及所述第二电极602的至少部分顶面露出。
作为可选实施例，所述钝化层700也可以在形成所述第一电极601及所述第二电极602之前形成，如此一来，在形成所述第一电极601及所述第二电极 602之前，需要先刻蚀所述钝化层700形成容纳所述第一电极601及所述第二电极602的开口。
请参阅图25，在所述第一衬底101的第二表面形成所述第三电极603，所述第三电极603通过所述第一衬底101及所述第二电流扩展层502与所述第一半导体层204电性连接。形成所述第三电极603的步骤包括：利用电子束蒸发工艺在所述第一衬底101的第二表面形成导电材料，从而构成所述第三电极603。
进一步地，利用砂轮或激光(水导激光、激光表切)沿着所述划片槽切割所述第一衬底101，从而分离出单个的垂直发光二极管。
综上，在本发明实施例提供的垂直发光二极管及其制备方法中，利用ODR 反射层的金属反射层和绝缘反射层与外延层构成MIS (Metal-Insulator-Semiconductor，金属-绝缘层-半导体)电容结构，当所述垂直发光二极管在使用时，可以令第二电极连接相对较高的电位，第三电极连接相对较低的电位，使得所述外延层中的发光层发光，同时，令第一电极连接相对较高的电位，令第三电极连接相对较低的电位，使得电子从所述外延层的第一半导体层向所述发光层聚集，空穴从所述外延层的第二半导体层向所述发光层中聚集，提高了空穴注入效率，增加所述发光层中的辐射复合效率，在不降低辐射复合发光的透射效率的同时提高了光电转化效率，且成本较低；并且，由于ODR反射层可以改善光提取效率，目前的垂直发光二极管中广泛使用ODR 反射层，本发明仅对现有的垂直发光二极管稍加改进，不会显著增加结构和制备工艺的复杂程度。
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的***而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
此外还应该认识到，此处描述的术语仅仅用来描述特定实施例，而不是用来限制本发明的范围。必须注意的是，此处的以及所附权利要求中使用的单数形式“一个”和“一种”包括复数基准，除非上下文明确表示相反意思。例如，对“一个步骤”或“一个装置”的引述意味着对一个或多个步骤或装置的引述，并且可能包括次级步骤以及次级装置。应该以最广义的含义来理解使用的所有连词。以及，词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。此外，本发明实施例中的方法和/或设备的实现可包括手动、自动或组合地执行所选任务。

Claims (38)

1.一种垂直发光二极管，其特征在于，包括：
第一衬底；
外延层，位于所述第一衬底的第一表面，包括由上至下依次设置的第一半导体层、发光层及第二半导体层；
ODR反射层，位于所述外延层与所述第一衬底的第一表面之间，包括由上至下依次设置的绝缘反射层和金属反射层，所述金属反射层、所述绝缘反射层及所述外延层构成MIS电容结构；以及，
彼此绝缘的第一电极、第二电极及第三电极，分别与所述金属反射层、所述第二半导体层及所述第一半导体层电性连接。
2.如权利要求1所述的垂直发光二极管，其特征在于，还包括：
若干凹槽，贯穿所述第二半导体层及所述发光层并露出所述第一半导体层；
若干第一穿孔，贯穿所述ODR反射层并露出所述第二半导体层；
若干第二穿孔，贯穿所述ODR反射层并连通相应的所述凹槽；以及，
介质层，位于所述ODR反射层与所述第一衬底的第一表面之间，并至少覆盖所述第一穿孔和所述第二穿孔的侧壁对应所述金属反射层的部分，至少用于电性隔离所述第一电极及所述第二电极。
3.如权利要求2所述的垂直发光二极管，其特征在于，还包括：
第一台阶，贯穿所述外延层并露出所述金属反射层，所述第一电极位于所述第一台阶的下台阶面，并与所述金属反射层电性连接；
第一电流扩展层，位于所述介质层内并穿过部分厚度的所述介质层填充所述第一穿孔，以与所述第二半导体层电性连接；
第二台阶，贯穿所述外延层、所述ODR反射层及部分厚度的所述介质层并露出所述第一电流扩展层，所述第二电极位于所述第二台阶的下台阶面，并与所述第一电流扩展层电性连接；以及，
第二电流扩展层，位于所述介质层与所述第一衬底的第一表面之间，穿过所述介质层并填充所述第二穿孔和所述凹槽后与所述第一半导体层电性连接，所述第三电极位于所述第一衬底的第二表面，并通过所述第一衬底与所述第二电流扩展层电性连接。
4.如权利要求3所述的垂直发光二极管，其特征在于，所述介质层包括依次堆叠在所述金属反射层上的第一介质层及第二介质层，所述第一电流扩展层位于所述第一介质层与所述第二介质层之间，贯穿所述第一介质层并填充所述第一穿孔后与所述第二半导体层电性连接，所述第二电流扩展层位于所述第二介质层与所述第一衬底的第一表面之间，贯穿所述第二介质层及所述第一介质层并填充所述第二穿孔和所述凹槽后与所述第一半导体层电性连接。
5.如权利要求3所述的垂直发光二极管，其特征在于，还包括：
第一欧姆接触层，位于所述第二半导体层靠近所述第一衬底的一面上并位于每个所述第一穿孔内，所述第一电流扩展层填充所述第一穿孔后通过所述第一欧姆接触层与所述第二半导体层电性连接。
6.如权利要求5所述的垂直发光二极管，其特征在于，所述第一欧姆接触层的材料为金属材料；和/或，所述第一欧姆接触层的厚度为10nm～200nm。
7.如权利要求5所述的垂直发光二极管，其特征在于，所述第一欧姆接触层的材料为透明导电材料，且所述第一欧姆接触层靠近所述第一衬底的一面上还覆盖有刻蚀保护层；和/或，所述第一欧姆接触层的厚度为10nm～200nm。
8.如权利要求5所述的垂直发光二极管，其特征在于，还包括：
第二欧姆接触层，位于所述第一半导体层靠近所述第一衬底的一面上并位于每个所述凹槽内，所述第二电流扩展层填充所述第二穿孔和所述凹槽后通过所述第二欧姆接触层与所述第一半导体层电性连接。
9.如权利要求3所述的垂直发光二极管，其特征在于，所述第二电流扩展层与所述第一衬底的第一表面之间还具有键合层。
10.如权利要求3所述的垂直发光二极管，其特征在于，所述第一电流扩展层靠近所述第一衬底的一面与所述介质层之间具有第一粘附层；和/或，所述第一电流扩展层和/或所述第二电流扩展层的远离所述第一衬底的一面与所述介质层之间具有第二粘附层。
11.如权利要求10所述的垂直发光二极管，其特征在于，所述第一粘附层和/或所述第二粘附层的材料为Ti、Cr及Ni中的至少一种；所述第一粘附层和/或所述第二粘附层的厚度为5nm～50nm。
12.如权利要求3所述的垂直发光二极管，其特征在于，还包括：
钝化层，共形覆盖所述外延层的表面、所述第一台阶的侧壁和下台阶面及所述第二台阶的侧壁和下台阶面，所述第一电极和所述第二电极的至少部分表面从所述钝化层中露出。
13.如权利要求12所述的垂直发光二极管，其特征在于，所述钝化层为由SiO2和/或Al2O3构成的单层或至少两层膜。
14.如权利要求4所述的垂直发光二极管，其特征在于，所述第一介质层及所述第二介质层的材料分别为SiO2、SiNx、AlN、BN及金刚石中的至少一种；和/或，所述第一介质层及所述第二介质层的厚度分别为200nm～2μm。
15.如权利要求1所述的垂直发光二极管，其特征在于，所述绝缘反射层为单层反射膜或由两层折射率不同的反射膜交替分布而成。
16.如权利要求15所述的垂直发光二极管，其特征在于，所述反射膜的材料为SiO2、Al2O3、HfO2、SiNx、AlN、BN或MgF2；和/或，所述反射膜的厚度为λ/4n，其中，λ为所述发光层的发光波长，n为所述反射膜的折射率。
17.如权利要求1～16中任一项所述的垂直发光二极管，其特征在于，所述垂直发光二极管在使用时，所述第一电极连接第一电位，所述第二电极连接第二电位，所述第三电极连接第三电位，所述第一电位和所述第二电位均大于所述第三电位。
18.如权利要求17所述的垂直发光二极管，其特征在于，所述第一电位与所述第三电位之间的差值为3V～10V。
19.一种垂直发光二极管的制备方法，其特征在于，包括：
提供第一衬底；
将外延层转移到所述第一衬底的第一表面，所述外延层包括由上至下依次设置的第一半导体层、发光层及第二半导体层；
形成ODR反射层，所述ODR反射层位于所述外延层与所述第一衬底的第一表面之间，包括由上至下依次设置的绝缘反射层和金属反射层，所述金属反射层、所述绝缘反射层及所述外延层构成MIS电容结构；以及，
形成彼此绝缘的第一电极、第二电极及第三电极，所述第一电极、所述第二电极及所述第三电极分别与所述金属反射层、所述第二半导体层及所述第一半导体层电性连接。
20.如权利要求19所述的垂直发光二极管的制备方法，其特征在于，形成所述外延层及所述ODR反射层的步骤包括：
提供第二衬底，并在所述第二衬底上依次形成所述第一半导体层、所述发光层及所述第二半导体层；
刻蚀所述第二半导体层及所述发光层，形成露出所述第一半导体层的若干凹槽；
形成所述绝缘反射层于所述第二半导体层上；以及，
形成所述金属反射层于部分所述绝缘反射层上，所述金属反射层中具有若干第三穿孔和若干第四穿孔，所述第三穿孔露出所述绝缘反射层，所述第四穿孔与所述凹槽连通。
21.如权利要求20所述的垂直发光二极管的制备方法，其特征在于，形成所述凹槽之后，形成所述绝缘反射层之前，还包括：
形成第一欧姆接触层于部分所述第二半导体层上，每个所述第三穿孔对准所述第一欧姆接触层。
22.如权利要求21所述的垂直发光二极管的制备方法，其特征在于，所述第一欧姆接触层的材料为金属材料；和/或，所述第一欧姆接触层的厚度为10nm～200nm。
23.如权利要求21所述的垂直发光二极管的制备方法，其特征在于，形成所述第一欧姆接触层之后，还在所述第一欧姆接触层上形成刻蚀保护层。
24.如权利要求23所述的垂直发光二极管的制备方法，其特征在于，所述第一欧姆接触层的材料为透明导电材料；和/或，所述第一欧姆接触层的厚度为10nm～200nm。
25.如权利要求21所述的垂直发光二极管的制备方法，其特征在于，形成所述第一欧姆接触层时，还形成第二欧姆接触层于每个所述凹槽内的所述第一半导体层上，每个所述第四穿孔露出所述第二欧姆接触层。
26.如权利要求19～25中任一项所述的垂直发光二极管的制备方法，其特征在于，形成彼此绝缘的所述第一电极、所述第二电极及所述第三电极的步骤包括：
形成第一介质层于所述金属反射层上，所述第一介质层还填充所述第三穿孔、所述第四穿孔及所述凹槽，所述第一介质层中具有若干第五穿孔和若干第六穿孔，所述第五穿孔对准所述第三穿孔并露出所述第二半导体层，所述第六穿孔对准所述第四穿孔并露出所述第一半导体层；
形成第一电流扩展层于部分所述第一介质层上，所述第一电流扩展层填充所述第五穿孔并与所述第二半导体层电性连接；
形成第二介质层于所述第一电流扩展层及所述第一介质层上，所述第二介质层还填充所述第六穿孔，所述第二介质层中具有若干第七穿孔，所述第七穿孔对准所述第六穿孔并露出所述第一半导体层；
形成第二电流扩展层于至少部分所述第二介质层上，所述第二电流扩展层填充所述第七穿孔并与所述第一半导体层电性连接；
在所述第二电流扩展层上键合所述第一衬底，并分离所述第二衬底；
依次刻蚀所述外延层及所述绝缘反射层以形成露出所述金属反射层的第一台阶，以及依次刻蚀所述外延层及所述ODR反射层以形成露出所述第一电流扩展层的第二台阶；
分别形成第一电极和第二电极于所述第一台阶和所述第二台阶的下台阶面，所述第一电极和所述第二电极分别与所述金属反射层和所述第一电流扩展层电性连接；以及，
形成第三电极于所述第一衬底的第二表面，所述第三电极通过所述第一衬底与所述第二电流扩展层电性连接。
27.如权利要求26所述的垂直发光二极管的制备方法，其特征在于，所述第一电流扩展层靠近所述第一衬底的一面与所述介质层之间具有第一粘附层；和/或，所述第一电流扩展层和/或所述第二电流扩展层的远离所述第一衬底的一面与所述介质层之间具有第二粘附层。
28.如权利要求27所述的垂直发光二极管的制备方法，其特征在于，所述第一粘附层和/或所述第二粘附层的材料为Ti、Cr及Ni中的至少一种；所述第一粘附层和/或所述第二粘附层的厚度为5nm～50nm。
29.如权利要求26所述的垂直发光二极管，其特征在于，所述第一介质层及所述第二介质层的材料分别为SiO2、SiNx、AlN、BN及金刚石中的至少一种；和/或，所述第一介质层及所述第二介质层的厚度分别为200nm～2μm。
30.如权利要求26所述的垂直发光二极管的制备方法，其特征在于，在所述第二电流扩展层上键合所述第一衬底的步骤包括：
在所述第二电流扩展层上及所述第一衬底上分别形成第一键合材料层及第二键合材料层；以及，
所述第一键合材料层与所述第二键合材料层融合以在所述第二电流扩展层上键合所述第一衬底，所述第一键合材料层与所述第二键合材料层融合后在所述第一衬底与所述第二电流扩展层之间形成键合层。
31.如权利要求26所述的垂直发光二极管的制备方法，其特征在于，在所述第二电流扩展层上键合所述第一衬底的步骤包括：
在所述第一衬底的第一表面上形成第二键合材料层；以及，
所述第二键合材料层融合至所述第二电流扩展层中以在所述第二电流扩展层上键合所述第一衬底。
32.如权利要求26所述的垂直发光二极管的制备方法，其特征在于，形成所述第一台阶及所述第二台阶之后，还包括：
沿所述第一台阶和所述第二台阶继续刻蚀直至形成露出所述第一衬底的第一表面的划片槽；以及，
在形成所述第一电极、所述第二电极及所述第三电极之后，沿所述划片槽对所述第一衬底进行切割，形成单个的垂直发光二极管。
33.如权利要求26所述的垂直发光二极管的制备方法，其特征在于，形成所述第一电极和所述第二电极之前或之后，形成所述第三电极之前，还包括：
形成钝化层，所述钝化层共形覆盖所述外延层的表面、所述第一台阶的侧壁和下台阶面、所述第二台阶的侧壁和下台阶面，所述第一电极和所述第二电极的至少部分表面从所述钝化层中露出。
34.如权利要求33所述的垂直发光二极管的制备方法，其特征在于，所述钝化层为由SiO2和/或Al2O3构成的单层或至少两层膜。
35.如权利要求19所述的垂直发光二极管的制备方法，其特征在于，所述绝缘反射层为单层反射膜或由两层折射率不同的反射膜交替分布而成。
36.如权利要求35所述的垂直发光二极管的制备方法，其特征在于，所述反射膜的材料为SiO2、Al2O3、HfO2、SiNx、AlN、BN或MgF2；和/或，所述反射膜的厚度为λ/4n，其中，λ为所述发光层的发光波长，n为所述反射膜的折射率。
37.如权利要求19所述的垂直发光二极管的制备方法，其特征在于，所述垂直发光二极管在使用时，所述第一电极连接第一电位，所述第二电极连接第二电位，所述第三电极连接第三电位，所述第一电位和所述第二电位均大于所述第三电位。
38.如权利要求37所述的垂直发光二极管的制备方法，其特征在于，所述第一电位与所述第三电位之间的差值为3V～10V。
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