CN217719642U

CN217719642U - 发光二极管

Info

Publication number: CN217719642U
Application number: CN202220763431.3U
Authority: CN
Inventors: 郭茂峰; 田文; 金全鑫; 王思琦; 沈铭; 赵进超; 李士涛
Original assignee: Hangzhou Silan Azure Co Ltd; Xiamen Silan Advanced Compound Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Silan Azure Co Ltd; Xiamen Silan Advanced Compound Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2022-04-02
Filing date: 2022-04-02
Publication date: 2022-11-01
Anticipated expiration: 2032-04-02

Abstract

公开了一种发光二极管包括：衬底；位于所述衬底表面上依次堆叠的金属阻挡层、反射镜层、第一欧姆接触层以及外延层，所述外延层包括依次堆叠的第一半导体层、发光层和第二半导体层，所述第一欧姆接触层位于所述第二半导体层上；多个第一通孔，贯穿所述第二半导体层、发光层以暴露出第一半导体层；第一钝化层，覆盖第一通孔的侧壁以及第二半导体层的部分表面；其中，所述反射镜层和金属阻挡层不与所述第二半导体层直接接触。本申请通过控制第一欧姆接触层、反射镜层以及金属阻挡层的尺寸使得反射镜层和金属阻挡层与外延层不直接接触，使得发光二极管不存在金属‑半导体肖特基接触，提高发光二极管的防静电和大电流击穿能力。

Description

发光二极管

技术领域

本实用新型涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种发光二极管。

背景技术

发光二极管由于其具有较高的电光转化效率、体积小、可靠性高、节能环保等优点，已经大量取代传统白炽灯和荧光灯等光源，成为照明应用的最主要光源。照明用发光二极管主要是基于氮化铟镓材料，为获得高效发光，一般基础结构是p-GaN层和n-GaN层中设置所需发光波长的InGaN/GaN多量子阱结构以提高发光效率。由于p-GaN材料的空穴激活能相对较高，导致空穴浓度相对较低，且空穴迁移率较电子迁移率低，使得p-GaN材料的体电阻较高、电流扩展能力较差，因此需要在p-GaN材料层上制备整面或局部的欧姆接触层和反射镜层，以保证具有高透射率的同时也具有优异的电流扩展能力。

现有的发光二极管一般在p-GaN层上依次形成欧姆接触层、反射镜层和金属阻挡层来提高发光二极管的电流扩展能力，而且反射镜层和/或金属阻挡层完全覆盖欧姆接触层，导致反射镜层和/或金属阻挡层与p-GaN层直接接触形成金属-半导体肖特基接触。金属-半导体肖特基接触存在势垒高度，导致载流子拥堵积累，容易造成电荷积累效应，容易发生击穿。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种发光二极管，通过控制第一欧姆接触层、反射镜层以及金属阻挡层的尺寸使得反射镜层和金属阻挡层与外延层不直接接触，使得发光二极管不存在金属-半导体肖特基接触，提高发光二极管的防静电和大电流击穿能力。

根据本实用新型的第一方面，提供一种发光二极管，包括：衬底；位于所述衬底表面上依次堆叠的金属阻挡层、反射镜层、第一欧姆接触层以及外延层，所述外延层包括依次堆叠的第一半导体层、发光层和第二半导体层，所述第一欧姆接触层位于所述第二半导体层上；多个第一通孔，贯穿所述第二半导体层、发光层以暴露出第一半导体层；第一钝化层，覆盖第一通孔的侧壁以及第二半导体层的部分表面；其中，所述反射镜层和金属阻挡层不与所述第二半导体层直接接触。

优选地，所述第一钝化层与第一欧姆接触层不接触。

优选地，所述第一欧姆接触层与所述第一钝化层之间的距离为1～15μm。

优选地，所述第一欧姆接触层的边界位于所述反射镜层和所述金属阻挡层的边界外侧。

优选地，所述第一钝化层覆盖第一欧姆接触层的边缘。

优选地，所述第一钝化层覆盖第一欧姆接触层的边缘的尺寸为1～15μm。

优选地，当所述反射镜层覆盖所述第一欧姆接触层且与所述第一钝化层不接触时，所述金属阻挡层仅覆盖所述反射镜层、或所述金属阻挡层覆盖所述反射镜层以及至少部分所述第一欧姆接触层、或所述金属阻挡层覆盖所述反射镜层、所述第一欧姆接触层和部分所述第一钝化层。

优选地，当所述反射镜层覆盖所述第一欧姆接触层和部分所述第一钝化层时，所述金属阻挡层仅覆盖所述反射镜层、或者所述金属阻挡层覆盖所述反射镜层和部分所述第一钝化层。

优选地，所述第一欧姆接触层为透明导电氧化物层。

优选地，所述衬底为键合衬底，所述金属阻挡层、所述反射镜层、所述第一欧姆接触层和所述外延层从下至上依次堆叠在所述键合衬底上。

优选地，所述发光二极管还包括：第二欧姆接触层，位于所述第一通孔暴露出的第一半导体层表面上；第二钝化层，覆盖所述金属阻挡层的表面以及所述第一通孔中，其中，所述第二钝化层具有暴露所述第二欧姆接触层的开口；键合层，位于所述第二钝化层的表面以及所述第二欧姆接触层的表面上；台阶，贯穿所述第一半导体层、所述发光层、所述电子阻挡层、所述第二半导体层、所述第一欧姆接触层、所述反射镜层的边缘以暴露所述金属阻挡层表面；第一电极，位于所述键合衬底远离键合层的表面上；第二电极，位于所述金属阻挡层表面上；第三钝化层，覆盖所述第一半导体层表面以及所述台阶的侧壁。

优选地，所述第一半导体层的表面为粗糙表面。

优选地，所述衬底为生长衬底，所述外延层、所述第一欧姆接触层、所述反射镜层和所述金属阻挡层从下至上依次堆叠在所述生长衬底上；所述外延层还包括位于所述生长衬底和第一半导体层之间的缓冲层和本征半导体层。

优选地，所述发光二极管还包括：第二欧姆接触层，位于所述第一通孔暴露出的第一半导体层表面上；第二钝化层，覆盖所述金属阻挡层的表面以及所述第一通孔中，其中，所述第二钝化层具有暴露所述第二欧姆接触层和所述金属阻挡层的开口；第一电极，位于所述第二钝化层的表面并与所述第二欧姆接触层连接；第二电极，位于所述第二钝化层的表面并与所述金属阻挡层连接；其中，所述第一电极和所述第二电极彼此隔离。

优选地，当所述第一欧姆接触层的边界均位于所述反射镜层和所述金属阻挡层的边界外侧时，所述第一钝化层和所述第二钝化层一体化形成。

优选地，所述反射镜层为金属反射镜、DBR反射镜或ODR反射镜。

优选地，所述ODR反射镜层由DBR反射镜层和金属层组成；其中，所述DBR反射镜层包括交替堆叠的氧化硅层和氧化钛层；所述金属层覆盖所述DBR反射镜层的表面以及贯穿所述DBR反射镜层中的多个第二通孔，所述多个第二通孔延伸至所述第一欧姆接触层表面。

优选地，所述外延层还包括电子阻挡层，位于所述发光层和所述第二半导体层之间。

本实用新型实施例提供的发光二极管，通过控制第一欧姆接触层、反射镜层以及金属阻挡层的尺寸使得反射镜层和金属阻挡层与外延层不直接接触，使得发光二极管不存在金属-半导体肖特基接触，不会产生电荷积累，提高发光二极管的防静电和大电流击穿能力。

进一步地，第一欧姆接触层为透明导电层，其高温退火后和第二半导体层形成欧姆接触，金属-半导体欧姆接触不会阻碍电子在金属和半导体界面的传输，改善了瞬间静电释放大电流冲击过程中的电荷聚集问题所导致的电击穿问题，实现了提高大功率发光二极管光电参数性能和抗静电击穿能力的目的。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出本实用新型第一实施例的发光二极管的结构示意图；

图2示出本实用新型第二实施例的发光二极管的结构示意图；

图3示出本实用新型第三实施例的发光二极管的结构示意图；

图4示出本实用新型第一实施例和第二实施例的发光二极管的局部放大图；

图5示出本实用新型第三实施例的发光二极管的局部放大图；

图6a至图6i示出根据本实用新型第一实施例提供的发光二极管在制造过程中不同阶段的结构截面图；

图7a至图7g示出根据本实用新型第二实施例提供的发光二极管在制造过程中不同阶段的结构截面图；

图8a至图8i示出根据本实用新型第三实施例提供的发光二极管在制造过程中不同阶段的结构截面图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。

图1示出本实用新型第一实施例的发光二极管的结构示意图。如图1所示，所述发光二极管包括衬底200、键合层108、第二钝化层107、金属阻挡层106、反射镜层105、第一钝化层104、第一欧姆接触层103、第二欧姆接触层102、外延层101、多个第一通孔、第一电极110、第二电极109以及第三钝化层111。本实施例的发光二极管为垂直结构发光二极管。

在本实施例中，衬底200为键合衬底，键合衬底例如为硅、铜、钼、钨、铜钨合金、钼铜合金、铝硅合金衬底中的一种，键合衬底的厚度为500微米～1微米。

衬底200和键合层108之间例如还形成有粘附层(未示出)，该粘附层的材料例如为钛层。第二钝化层107与键合层108、第一钝化层104与键合层108以及第二欧姆接触层102与键合层108之间例如还形成有粘附层(未示出)，该粘附层的材料例如为钛层。

第一欧姆接触层103为透明导电层(ITO)，其高温退火后和第二半导体层16形成欧姆接触，不会阻碍电子在金属和半导体界面的传输。

所述金属阻挡层106、所述反射镜层105、所述第一欧姆接触层103和所述外延层101从下至上依次堆叠在所述键合衬底200上。

金属阻挡层106例如是钛镍、铂、钨中的一种或多种金属叠层，本实施例中以钛层和铂层的叠层为例进行说明。

所述外延层101包括从下至上依次堆叠的第二半导体层16、电子阻挡层15、发光层14和第一半导体层13。

多个第一通孔贯穿所述第二半导体层16、电子阻挡层15、发光层14以暴露出第一半导体层13。第二欧姆接触层102位于所述第一通孔中暴露出的第一半导体层13表面上。

第一钝化层104覆盖第一通孔的侧壁以及第二半导体层16的部分表面。

所述反射镜层105和金属阻挡层106不与所述第二半导体层16直接接触。

在本实施例中，所述第一钝化层104覆盖第一欧姆接触层103的边缘，例如第一钝化层104覆盖第一欧姆接触层103的边缘的尺寸为1～15μm，优选地覆盖尺寸为3μm。参见图4，所述反射镜层105覆盖部分第一欧姆接触层103，即所述第一欧姆接触层103的边界位于所述反射镜层105边界外侧。所述金属阻挡层106完全覆盖所述反射镜层105以及覆盖被反射镜层105和第一钝化层104暴露出的第一欧姆接触层103。所述金属阻挡层106还覆盖部分第一钝化层104。

在其他实施例中，当所述反射镜层105覆盖所述第一欧姆接触层103且与所述第一钝化层104不接触时，所述金属阻挡层106可以仅覆盖所述反射镜层105、或所述金属阻挡层106覆盖所述反射镜层105以及至少部分所述第一欧姆接触层103、或所述金属阻挡层106覆盖所述反射镜层105、所述第一欧姆接触层103和部分所述第一钝化层104。

在其他实施例中，当所述反射镜层105覆盖所述第一欧姆接触层103和部分所述第一钝化层104时，所述金属阻挡层106仅覆盖所述反射镜层105、或者所述金属阻挡层106覆盖所述反射镜层105和部分所述第一钝化层104。

第二钝化层107覆盖所述金属阻挡层106和第一钝化层104的表面，所述第二钝化层107中具有暴露所述第二欧姆接触层102的开口。

键合层108位于所述第二钝化层107的表面、所述第一钝化层104的表面以及所述第二欧姆接触层102的表面上。键合层108为金、镍、铜、银等高熔点金属和锡、铟等低熔点金属组成的二元合金中的一种，键合层108的厚度为100纳米～2微米。

所述发光二极管还包括台阶，台阶贯穿所述第一半导体层13、所述发光层14、所述电子阻挡层15、所述第二半导体层16、所述第一欧姆接触层103以及所述反射镜层105以暴露所述金属阻挡层106表面。

第三钝化层111覆盖所述第一半导体层13表面以及所述台阶的侧壁。

第一电极110位于所述衬底200远离键合层108的表面上。第二电极109位于所述金属阻挡层106表面上。

图6a至图6i示出根据本实用新型第一实施例提供的发光二极管在制造过程中不同阶段的结构截面图，本实施例提供的制造方法是对整片晶圆操作的，为方便理解，附图仅仅示出一个垂直结构发光二极管单元。

参见图6a，在生长衬底100的表面上形成外延层101。外延层101的总厚度为5微米～10微米。进一步地，制备外延层101例如采用金属有机物化学气相沉积工艺在生长衬底100的第一表面上依次形成缓冲层11、本征半导体层12、第一半导体层13、发光层14、电子阻挡层15和第二半导体层16。

接着，采用光刻和干法刻蚀工艺在外延层101中形成阵列分布的至少一个第一通孔，第一通孔的直径为20～60μm，例如为30μm。第一通孔依次贯穿第二半导体层16、电子阻挡层15、发光层14并露出第一半导体层13，第一通孔的底部位于第一半导体层13的表面或第一半导体层13内部。其中，本征半导体层12为非掺杂的氮化镓材料层，第一半导体层13为第一掺杂类型(N型)的氮化镓材料层，发光层14例如为多量子阱(MQW，multiple quantumwell)层，电子阻挡层15例如为第二掺杂类型(P型)的氮化铝镓材料层，第二半导体层16例如为第二掺杂类型(P型)的氮化镓材料层，其中，外延层101可以是多晶结构层或单晶结构层。生长衬底100例如为硅衬底。在其他实施例中，生长衬底100还可以为Ga₂O₃、SiC、蓝宝石、ZnO、LiAlO₂、LiGaO₂单晶衬底，厚度为300um到2mm之间。

接着，采用光刻和物理气相沉积工艺在第一通孔中的第一半导体层13的表面形成第二欧姆接触层102。第二欧姆接触层102例如是铬、铝、钛、钒、铪、镍、铂、金中的一种或多种金属叠层，总厚度例如为800nm。

参见图6b，在第二半导体层16表面上形成第一欧姆接触层103。更进一步地，采用光刻、湿法腐蚀和溅射工艺在外延层101除第一通孔区域外的第二半导体层16表面形成第一欧姆接触层103，第一欧姆接触层103例如为透明导电层(ITO层)，第一欧姆接触层103的形状例如为圆形，圆形的直径例如为42μm。在其他实施例中，透明导电层还可以为ITO层、IZO层、IGO层、IFO层、GTO层、GZO层、AZO层、ATO层中的一种或多种组合，且对发光层14的发光波长的透射率大于80％；第一欧姆接触层103的表面可以为平整表面也可以为粗化表面；第一欧姆接触层103的尺寸范围为30～70um；第一欧姆接触层103的厚度范围为10nm～300nm。参见图6c，采用化学气相沉积工艺在第一欧姆接触层103的表面以及第一通孔中形成第一钝化层104。第一钝化层104例如为氧化硅层，厚度例如为400nm。利用光刻、蚀刻技术对第一钝化层104进行图形化，在第一通孔中形成露出第二欧姆接触层102的开口，在第一欧姆接触层103上形成露出部分第一欧姆接触层103的开口，也即第二欧姆接触层102与外延层101的侧壁之间设置有第一钝化层104。所述第一钝化层104覆盖第一欧姆接触层103的边缘，所述第一钝化层104覆盖第一欧姆接触层103的边缘的尺寸为1～15μm，例如为3μm。在其他实施例中，第一钝化层104还可以为SiO₂、SiN_x、AlN、MgF₂、TiO₂中的一种。

接着，利用物理气相沉积工艺在第一欧姆接触层103的表面上形成反射镜层105，反射镜层105覆盖部分第一欧姆接触层103的表面。反射镜层105例如为厚度200纳米的银层。在其他实施例中，反射镜层105还可以为金属反射镜Ag、Al、Mg、Rh或DBR反射镜，或两者结合形成的ODR反射镜中的一种。

参见图6d，利用物理气相沉积工艺在反射镜层105的表面上形成金属阻挡层106，金属阻挡层106覆盖反射镜层105、部分第一钝化层104以及被反射镜层105和第一钝化层104暴露的第一欧姆接触层103。金属阻挡层106例如是钛、镍、铂、钨中的一种或多种金属叠层，本实施例中以钛层和铂层的叠层为例进行说明。图6d中的虚线框中的局部放大图如图4所示。可以理解的是，在其他实施例中，所述金属阻挡层106可以仅覆盖所述反射镜层105、或所述金属阻挡层106覆盖所述反射镜层105以及至少部分所述第一欧姆接触层103；反射镜层105也可以覆盖全部第一欧姆接触层103的表面及部分第一钝化层104，金属阻挡层106覆盖至少部分反射镜层105、或者所述金属阻挡层106覆盖所述反射镜层105和部分所述第一钝化层104。

参见图6e，采用化学气相沉积工艺在金属阻挡层106的表面以及第一通孔中形成第二钝化层107。第二钝化层107例如为氧化硅层，厚度例如为1μm。

如图6f所示，采用光刻和干法刻蚀技术在第二钝化层107中形成与第二欧姆接触层102连通的开口。第二钝化层107覆盖金属阻挡层106和第一钝化层104的表面，并露出第二欧姆接触层102的表面。此时形成的结构为第一晶圆。在其他实施例中，第二钝化层107也可以是SiO₂、SiN_x、AlN、MgF₂、TiO₂、Al₂O₃、HfO₂、Ga₂O₃介质材料中的一种或多种组合方案。

接着，采用物理气相沉积工艺在第二钝化层107远离金属阻挡层106的表面以及第二钝化层107的开口中(第一晶圆的表面)形成粘附层(图中未示出)，以及在粘附层表面形成键合层108。更进一步地，形成于第二钝化层107表面以及开口中的粘附层例如为厚度200纳米的钛层，键合层108例如为厚度500纳米的金层和厚度为400nm的锡层的叠层结构。

接着，采用物理气相沉积工艺在键合衬底200的表面依次形成粘附层(图中未示出)和键合层108。键合衬底200例如为厚度600μm的硅衬底。形成于键合衬底200表面的粘附层例如为厚度50纳米的钛层，键合层108例如为厚度500纳米的金层和厚度为400nm的锡层的叠层结构。

接着，通过键合层108将第一晶圆与键合衬底200键合在一起。具体地，键合环境为真空。更进一步地，采用液相瞬态键合工艺，键合温度例如为300℃。具体地，在温度约300℃的真空环境下将第一晶圆和键合衬底200键合在一起。

参见图6g，将生长衬底100剥离。更进一步地，采用减薄设备将生长衬底100减薄至50微米，随后采用硅蚀刻液将剩余生长衬底100腐蚀去除，接着利用干法刻蚀工艺去除本征半导体层12以暴露出第一半导体层13。然后采用化学湿法腐蚀工艺利用浓度约6mol/L的氢氧化钾热溶液，在温度约70℃的环境下对第一半导体层13表面进行粗化处理以形成粗化表面，有利于增加出光。

参见图6h所示，采用光刻和干法刻蚀工艺对去除了缓冲层11和本征半导体层12的外延层101的边缘进行刻蚀以形成台阶。具体的，依次刻蚀第一半导体层13、发光层14、电子阻挡层15、第二半导体层16、第一欧姆接触层103和反射镜层105以暴露金属阻挡层106表面。在台阶的下表面的金属阻挡层106上后续可以形成第二电极(P电极)。

如图6i所示，采用光刻工艺和电子束蒸发工艺在台阶的下表面形成与金属阻挡层106接触的第二电极109。第二电极109例如为Cr/Pt/Au。然后对键合衬底200远离键合层108的表面进行减薄，并在减薄的键合衬底200表面形成第一电极110(N电极)，第一电极110例如为钛金金属层。进一步的，采用化学气相淀积工艺在第一半导体层13表面以及台阶的侧壁形成第三钝化层111，第三钝化层111例如为厚度200纳米的二氧化硅层。

接着采用激光表面切割、激光隐形切割和裂片工艺得到多个垂直结构的发光二极管。

图2示出本实用新型第二实施例的发光二极管的结构示意图。与第一实施例相比，本实施例的发光二极管为倒装结构发光二极管。

本实施例中的衬底为生长衬底。所述外延层101、所述第一欧姆接触层103、所述反射镜层105和所述金属阻挡层106从下至上依次堆叠在所述生长衬底100上。

所述外延层还包括位于所述生长衬底100和第一半导体层13之间的缓冲层11和本征半导体层12。

外延层101中具有至少一个第一通孔，第一通孔贯穿第二半导体层16、电子阻挡层15、发光层14并露出第一半导体层13。第二欧姆接触层102位于所述第一通孔暴露出的第一半导体层13的表面上。

第二钝化层107覆盖所述金属阻挡层106、第一钝化层104的表面以及所述第一通孔中。其中，所述第二钝化层107具有暴露所述第二欧姆接触层102和所述金属阻挡层106的开口。

第一电极110位于所述第二钝化层107的表面上并通过第二钝化层107中的开口与所述第二欧姆接触层102接触。第二电极109位于所述第二钝化层107的表面上并通过第二钝化层107中的开口与所述金属阻挡层106接触；其中，所述第一电极110和所述第二电极109彼此隔离。

本实用新型实施例提供的发光二极管，通过控制第一欧姆接触层、反射镜层以及金属阻挡层的尺寸使得反射镜层和金属阻挡层与外延层不直接接触，使得发光二极管不存在金属-半导体肖特基接触，不会产生电荷积累，提高发光二极管的防静电能力。

进一步地，第一欧姆接触层为透明导电层，其高温退火后和第二半导体层形成欧姆接触，金属-半导体欧姆接触不会阻碍电子在金属和半导体界面的传输，改善了瞬间静电释放过程中的电荷聚集问题所导致的电击穿问题，实现了提高大功率发光二极管光电参数性能和抗静电击穿能力的目的。

图7a至图7g示出根据本实用新型第二实施例提供的发光二极管在制造过程中不同阶段的结构截面图，本实施例提供的制造方法是对整片晶圆操作的，为方便理解，附图仅仅示出一个倒装结构发光二极管单元。

参见图7a，在生长衬底100的表面上形成外延层101。外延层101的总厚度为5微米～10微米。进一步地，制备外延层101例如采用金属有机物化学气相沉积工艺在生长衬底100的第一表面上依次形成缓冲层11、本征半导体层12、第一半导体层13、发光层14、电子阻挡层15和第二半导体层16。

接着，采用光刻和干法刻蚀工艺在外延层101中形成阵列分布的至少一个第一通孔，第一通孔的直径例如为30μm。第一通孔依次贯穿第二半导体层16、电子阻挡层15、发光层14并露出第一半导体层13，第一通孔的底部位于第一半导体层13的表面或第一半导体层13内部。其中，本征半导体层12为非掺杂的氮化镓材料层，第一半导体层13为第一掺杂类型(N型)的氮化镓材料层，发光层14例如为多量子阱(MQW，multiple quantum well)层，电子阻挡层15例如为第二掺杂类型(P型)的氮化铝镓材料层，第二半导体层16例如为第二掺杂类型(P型)的氮化镓材料层，其中，外延层101可以是多晶结构层或单晶结构层。生长衬底100例如为蓝宝石衬底。

参见图7b，采用光刻和物理气相沉积工艺在第一通孔中的第一半导体层13的表面形成第二欧姆接触层102。第二欧姆接触层102例如是铬、铝、钛、钒、铪、镍、铂、金中的一种或多种金属叠层，总厚度例如为500nm。

参见图7c，在第二半导体层16表面上形成第一欧姆接触层103。更进一步地，采用光刻、湿法腐蚀和溅射工艺在外延层101除第一通孔区域外的第二半导体层16表面形成第一欧姆接触层103，第一欧姆接触层103例如为透明导电层(IGO层)，第一欧姆接触层的形状例如为圆形，圆形的直径例如为30μm。

参见图7d，采用化学气相沉积工艺在第一欧姆接触层103的表面以及第一通孔中形成第一钝化层104。第一钝化层104例如为氧化硅层，厚度例如为500nm。利用光刻、蚀刻技术对第一钝化层104进行图形化，在第一通孔中形成露出第二欧姆接触层102的开口，在第一欧姆接触层103上形成露出部分第一欧姆接触层103的开口，也即第二欧姆接触层102与外延层101的侧壁之间设置有第一钝化层104。第一钝化层104覆盖第一欧姆接触层103的边缘，所述第一钝化层104覆盖第一欧姆接触层103的边缘的尺寸为1～15μm，例如为3μm。

接着，利用物理气相沉积工艺在第一欧姆接触层103的表面上形成反射镜层105，反射镜层105覆盖部分第一欧姆接触层103的表面。反射镜层105例如为厚度200纳米的银层。

参见图7e，利用物理气相沉积工艺在反射镜层105的表面上形成金属阻挡层106，金属阻挡层106覆盖反射镜层105、部分第一钝化层104以及被反射镜层105和第一钝化层104暴露的第一欧姆接触层103。金属阻挡层106例如是钛、镍、铂、钨中的一种或多种金属叠层，本实施例中以钛层、钨层和铂层的叠层为例进行说明。图7e中的虚线框中的局部放大图如图4所示。可以理解的是，在其他实施例中，所述金属阻挡层106可以仅覆盖所述反射镜层105、或所述金属阻挡层106覆盖所述反射镜层105以及至少部分所述第一欧姆接触层103；反射镜层105也可以覆盖全部第一欧姆接触层103的表面及部分第一钝化层104，金属阻挡层106覆盖至少部分反射镜层105、或者所述金属阻挡层106覆盖所述反射镜层105和部分所述第一钝化层104。

参见图7f，采用化学气相沉积工艺在金属阻挡层106的表面以及第一通孔中形成第二钝化层107。第二钝化层107例如为氧化硅层，厚度例如为1μm。

参见图7g，采用光刻和干法刻蚀技术在第二钝化层107中分别形成与第二欧姆接触层102连通的开口以及与金属阻挡层106连通的开口。第二钝化层107覆盖金属阻挡层106和第一钝化层104的表面，并露出第二欧姆接触层102以及金属阻挡层106的表面。

接着，在第二钝化层107的表面上沉积金属层形成与第二欧姆接触层102接触的第一电极110(N电极)和与金属阻挡层106接触的第二电极109(P电极)。第一电极110和第二电极109彼此隔离。

图3示出本实用新型第三实施例的发光二极管的结构示意图。与第一实施例相比，本实施例中的所述第一钝化层104与第一欧姆接触层103不接触；所述第一欧姆层103与所述第一钝化层104之间的距离为1～15μm。

参见图5，反射镜层105覆盖部分第一欧姆接触层103的表面，金属阻挡层106覆盖部分反射镜层105的表面，或者金属阻挡层106覆盖全部反射镜层105的表面及部分第一欧姆接触层103的表面，且金属阻挡层106的边界不超出第一欧姆接触层103的边界。也就是说，反射镜层105与金属阻挡层106都不能超出第一欧姆接触层103的边界与第一欧姆接触层103下面的第二半导体层16接触。

在本实施例中，反射镜层105为ODR反射镜层。所述ODR反射镜层包括DBR反射镜层和金属层；其中，所述DBR反射镜层包括交替堆叠的氧化硅层和氧化钛层；金属层覆盖所述DBR反射镜层的表面以及贯穿所述DBR反射镜层的多个第二通孔，所述多个第二通孔延伸至所述第一欧姆接触层103表面。所述金属层的材料为银、铝、镁、铑中的一种。

图8a至图8i示出根据本实用新型第三实施例提供的发光二极管在制造过程中不同阶段的结构截面图，本实施例提供的制造方法是对整片晶圆操作的，为方便理解，附图仅仅示出一个垂直结构发光二极管单元。

参见图8a，在生长衬底100的表面上形成外延层101。外延层101的总厚度为5微米～10微米。进一步地，制备外延层101例如采用金属有机物化学气相沉积工艺在生长衬底100的第一表面上依次形成缓冲层11、本征半导体层12、第一半导体层13、发光层14、电子阻挡层15和第二半导体层16。

接着，采用光刻和干法刻蚀工艺在外延层101中形成阵列分布的至少一个第一通孔，第一通孔的直径例如为20μm。第一通孔依次贯穿第二半导体层16、电子阻挡层15、发光层14并露出第一半导体层13，第一通孔的底部位于第一半导体层13的表面或第一半导体层13内部。其中，本征半导体层12为非掺杂的氮化镓材料层，第一半导体层13为第一掺杂类型(N型)的氮化镓材料层，发光层14例如为多量子阱(MQW，multiple quantum well)层，电子阻挡层15例如为第二掺杂类型(P型)的氮化铝镓材料层，第二半导体层16例如为第二掺杂类型(P型)的氮化镓材料层，其中，外延层101可以是多晶结构层或单晶结构层。生长衬底100例如为蓝宝石衬底。

接着，采用光刻和物理气相沉积工艺在第一通孔中的第一半导体层13的表面形成第二欧姆接触层102。第二欧姆接触层102例如是铬、铝、钛、钒、铪、镍、铂、金中的一种或多种金属叠层，总厚度例如为300nm。

参见图8b，在第二半导体层16表面上形成第一欧姆接触层103。更进一步地，采用光刻、湿法腐蚀和溅射工艺在外延层101除第一通孔区域外的第二半导体层16表面形成第一欧姆接触层103，第一欧姆接触层103例如为透明导电层(ITO层)，第一欧姆接触层103的形状例如为圆形，圆形的直径例如为36μm。

参见图8c，采用化学气相沉积工艺在第一欧姆接触层103的表面以及第一通孔中形成第一钝化层104。第一钝化层104例如为氧化硅层，厚度例如为500nm。利用光刻、蚀刻技术对第一钝化层104进行图形化以暴露出全部的第一欧姆接触层103，并使第一钝化层104的边界不与第一欧姆接触层103接触。所述第一钝化层104和所述第一欧姆接触层103之间露出部分第二半导体层16，所述第一钝化层104与第一欧姆接触层103之间的距离为1～15μm，例如为3μm。

接着，利用物理气相沉积工艺在第一欧姆接触层103的表面上形成反射镜层105，反射镜层105覆盖部分第一欧姆接触层103的表面。反射镜层105例如为ODR反射镜。具体的，先在第一欧姆接触层103上制备由SiO₂/TiO₂两种高、低折射率材料组成的DBR反射镜，随后利用光刻和刻蚀在DBR反射镜中形成阵列排布的第二通孔，直径例如为3～8um，再在DBR反射镜上制备金属层，例如为Ag，金属层填充第二通孔与第一欧姆接触层103接触，利用DBR和金属层形成ODR反射镜。

参见图8d，利用物理气相沉积工艺在反射镜层105的表面上形成金属阻挡层106，金属阻挡层106覆盖部分反射镜层105的表面，或者金属阻挡层106覆盖全部反射镜层105的表面及部分第一欧姆接触层103的表面，且金属阻挡层106的边界不超出第一欧姆接触层103的边界。也就是说，反射镜层105与金属阻挡层106都不能与第一欧姆接触层103下面的第二半导体层16接触。金属阻挡层106例如是钛、镍、铂、钨中的一种或多种金属叠层，本实施例中以钛层、钨层和铂层的叠层为例进行说明。图8d中的虚线框中的局部放大图如图5所示。

参见图8e，采用化学气相沉积工艺在金属阻挡层106的表面以及第一通孔中形成第二钝化层107。第二钝化层107例如为氮化硅层，厚度例如为1μm。在其他实施例中，第一钝化层104和第二钝化层107也可以通过一次制作一体化形成，即在形成金属阻挡层106后形成钝化层，使钝化层覆盖第一通孔、金属阻挡层106、反射镜层105、第一欧姆接触层103和第二半导体层16的表面。

如图8f所示，采用光刻和干法刻蚀技术在第二钝化层107中形成与第二欧姆接触层102连通的开口。第二钝化层107覆盖第一钝化层104、金属阻挡层106、暴露的反射镜层105、第一欧姆接触层103及第二半导体层16的表面，并露出第二欧姆接触层102的表面。此时形成的结构为第一晶圆。

接着，采用物理气相沉积工艺在第二钝化层107远离金属阻挡层106的表面以及第二钝化层107的开口中(第一晶圆的表面)形成粘附层(图中未示出)，以及在粘附层表面形成键合层108。更进一步地，形成于第二钝化层107表面以及开口中的粘附层例如为厚度100纳米的钛层，键合层108例如为厚度500纳米的镍层和厚度为800nm的锡层的叠层结构。

接着，采用物理气相沉积工艺在键合衬底200的表面依次形成粘附层(图中未示出)和键合层108。键合衬底200例如为厚度500μm的硅衬底。形成于键合衬底200表面的粘附层例如为厚度50纳米的钛层，键合层108例如为厚度500纳米的镍层和厚度为800nm的锡层的叠层结构。

接着，通过键合层108将第一晶圆与键合衬底200键合在一起。具体地，键合环境为真空。更进一步地，采用液相瞬态键合工艺，键合温度例如为240℃。具体地，在温度约240℃的真空环境下将第一晶圆和键合衬底200键合在一起。

参见图8g，将生长衬底100剥离。更进一步地，采用减薄设备将生长衬底100减薄至30微米，随后采用F基干法刻蚀工艺将剩余生长衬底100以及缓冲层421去除，暴露出外延层101的本征半导体层12。接着利用干法刻蚀工艺去除本征半导体层12以暴露出第一半导体层13。然后采用化学湿法腐蚀工艺利用浓度约1mol/L的氢氧化钾热溶液，在温度约90℃的环境下对第一半导体层13表面进行粗化处理以形成粗化表面，有利于增加出光。

参见图8h所示，采用光刻和干法刻蚀工艺对去除了缓冲层11和本征半导体层12的外延层101的边缘进行刻蚀以形成台阶。具体的，依次刻蚀第一半导体层13、发光层14、电子阻挡层15、第二半导体层16、第一欧姆接触层103、反射镜层105以暴露金属阻挡层106表面。在台阶的下表面的金属阻挡层106上后续可以形成第二电极(P电极)。

如图8i所示，采用光刻工艺和电子束蒸发工艺在台阶的下表面形成与金属阻挡层106接触的第二电极109。第二电极109例如为Ti/Pt/Au。然后对键合衬底200远离键合层108的表面进行减薄，并在减薄的键合衬底200表面形成第一电极110(N电极)，第一电极110例如为钛金锡金属层。进一步的，采用化学气相淀积工艺在第一半导体层13表面以及台阶的侧壁形成第三钝化层111，第三钝化层111例如为厚度200纳米的二氧化硅层。

可以理解的是，第三实施例中的第一钝化层104、第一欧姆接触层103、反射镜层105、金属阻挡层106的结构也适用于第一和第二实施例中的发光二极管；第一实施例和第二实施例中的第一钝化层104、第一欧姆接触层103、反射镜层105、金属阻挡层106的结构也适用于第三实施例中的发光二极管。

依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种发光二极管，其特征在于，包括：

衬底；

位于所述衬底表面上依次堆叠的金属阻挡层、反射镜层、第一欧姆接触层以及外延层，所述外延层包括依次堆叠的第一半导体层、发光层、和第二半导体层，所述第一欧姆接触层位于所述第二半导体层上；

多个第一通孔，贯穿所述第二半导体层、发光层以暴露出第一半导体层；

第一钝化层，覆盖第一通孔的侧壁以及第二半导体层的部分表面；

其中，所述反射镜层和金属阻挡层不与所述第二半导体层直接接触。

2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一钝化层与第一欧姆接触层不接触。

3.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述第一欧姆接触层与所述第一钝化层之间的距离为1～15μm。

4.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述第一欧姆接触层的边界位于所述反射镜层和所述金属阻挡层的边界外侧。

5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一钝化层覆盖第一欧姆接触层的边缘。

6.根据权利要求5所述的发光二极管，其特征在于，所述第一钝化层覆盖第一欧姆接触层的边缘的尺寸为1～15μm。

7.根据权利要求4所述的发光二极管，其特征在于，当所述反射镜层覆盖所述第一欧姆接触层且与所述第一钝化层不接触时，所述金属阻挡层仅覆盖所述反射镜层、或覆盖所述反射镜层以及部分所述第一欧姆接触层、或覆盖所述反射镜层、部分所述第一欧姆接触层和部分所述第一钝化层。

8.根据权利要求4所述的发光二极管，其特征在于，当所述反射镜层覆盖所述第一欧姆接触层和部分所述第一钝化层时，所述金属阻挡层仅覆盖所述反射镜层、或者覆盖反射镜层和部分所述第一钝化层。

9.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一欧姆接触层为透明导电氧化物层。

10.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述衬底为键合衬底，所述金属阻挡层、所述反射镜层、所述第一欧姆接触层和所述外延层从下至上依次堆叠在所述键合衬底上。

11.根据权利要求10所述的发光二极管，其特征在于，还包括：

第二欧姆接触层，位于所述第一通孔暴露出的第一半导体层表面上；

第二钝化层，覆盖所述金属阻挡层的表面以及所述第一通孔中，其中，所述第二钝化层具有暴露所述第二欧姆接触层的开口；

键合层，位于所述第二钝化层的表面以及所述第二欧姆接触层的表面上；

台阶，贯穿所述第一半导体层、所述发光层、所述第二半导体层、所述第一欧姆接触层、所述反射镜层的边缘以暴露所述金属阻挡层表面；

第一电极，位于所述键合衬底远离键合层的表面上；

第二电极，位于所述金属阻挡层表面上；

第三钝化层，覆盖所述第一半导体层表面以及所述台阶的侧壁。

12.根据权利要求11所述的发光二极管，其特征在于，所述第一半导体层的表面为粗糙表面。

13.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述衬底为生长衬底，所述外延层、所述第一欧姆接触层、所述反射镜层和所述金属阻挡层从下至上依次堆叠在所述生长衬底上；

所述外延层还包括位于所述生长衬底和第一半导体层之间的缓冲层和本征半导体层。

14.根据权利要求13所述的发光二极管，其特征在于，还包括：

第二钝化层，覆盖所述金属阻挡层的表面以及所述第一通孔中，其中，所述第二钝化层具有暴露所述第二欧姆接触层和所述金属阻挡层的开口；

第一电极，位于所述第二钝化层的表面并与所述第二欧姆接触层连接；

第二电极，位于所述第二钝化层的表面并与所述金属阻挡层连接；

其中，所述第一电极和所述第二电极彼此隔离。

15.根据权利要求11或14所述的发光二极管，其特征在于，当所述第一欧姆接触层的边界均位于所述反射镜层和所述金属阻挡层的边界外侧时，所述第一钝化层和所述第二钝化层一体化形成。

16.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述反射镜层为金属反射镜、DBR反射镜或ODR反射镜。

17.根据权利要求16所述的发光二极管，其特征在于，所述ODR反射镜层由DBR反射镜层和金属层组成；

其中，所述DBR反射镜层包括交替堆叠的氧化硅层和氧化钛层；

所述金属层覆盖所述DBR反射镜层的表面以及贯穿所述DBR反射镜层中的多个第二通孔，所述多个第二通孔延伸至所述第一欧姆接触层表面。

18.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述外延层还包括电子阻挡层，位于所述发光层和所述第二半导体层之间。