CN102280551B - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管及其制造方法，包括以下步骤：提供一第一衬底，并于所述第一衬底一侧表面、沿所述第一衬底的高度方向依次向外延伸形成一n型氮化镓层、一发光量子阱层、一p型氮化镓层；于所述p型氮化镓层外侧表面、沿其高度方向形成一第二衬底；剥离所述第一衬底，使n型氮化镓层外露，并于外露的n型氮化镓层的外表面上形成一接触面；提供一透明导电层，并使所述透明导电层位于所述接触面上，提供至少一电极，将所述电极固定于所述透明导电层上。

Description

发光二极管及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种光电元件及其制造方法，特别是指一种发光二极管及其制造方法。

背景技术

传统的发光二极管包括一有源区、设置于有源区相对两侧的一n型氮化镓(n-GaN)层及一p型氮化镓(p-GaN)层，其中，n型氮化镓(n-GaN)层相对有源区的外侧上设置有一n型电极，p型氮化镓(p-GaN)层相对有源区的另一外侧上设置有一p型电极。n型电极及p型电极通电后，使n型氮化镓(n-GaN)层与p型氮化镓(p-GaN)层之间产生电势，使电子自n型电极通过n型氮化镓(n-GaN)层流向p型氮化镓(p-GaN)层并与p型氮化镓(p-GaN)层内的电洞结合。因电子倾向于二电极之间的最短或较低电阻值的路径流动，但如果所述流动路径面积发生减缩或分布不够均匀时会导致电流拥挤现象，造成局部发热过大，降低了发光二极管的寿命。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种性能稳定、发光效率高的发光二极管及制造该发光二极管的方法。

一种发光二极管，包括一导电衬底、自该导电衬底一侧表面沿高度方向依次排列的一p型氮化镓层、一发光量子阱层及一n型氮化镓层，所述n型氮化镓层远离p型氮化镓层的外侧表面上形成一接触面，一透明导电层固定于所述接触面上，至少一电极设置于所述透明导电层上。

一种发光二极管的制造方法，包括以下步骤：

提供一第一衬底，并于所述第一衬底一侧表面、沿所述第一衬底的高度方向依次向外延伸形成一n型氮化镓层、一发光量子阱层、一p型氮化镓层；

于所述p型氮化镓层外侧表面、沿其高度方向形成一第二衬底；

剥离所述第一衬底，使n型氮化镓层外露，并于外露的n型氮化镓层的外表面上形成一接触面；

提供一透明导电层，并使所述透明导电层位于所述接触面上；

提供至少一电极，将所述电极固定于所述透明导电层上。

本发明中，因为电子在透明导电层与导电衬底之间流动的过程，一部分自电极直接垂直朝向导电衬底流动，如此路径最短，另一部分则沿整个透明导电层的表面移动然后再垂直向下流动。因为透明导电层具有较低电阻值，沿整个透明导电层表面移动的电子虽然增加一段移动路径，但总体电阻值仍维持特定的。由于流动路径面积扩张至透明导电层的整个表面而向下流动，故可以避免了电流拥挤现象的发生，从而提高发光二极管的可靠性。再者，透明导电层及导电衬底分别位于发光量子阱层的相对两侧，在制造过程中，无需蚀刻掉部分的发光量子阱层而使部分透明导电层或导电衬底外露，相对于现有技术而言，增强了发光二极管的发光效率。

附图说明

图1为本发明一实施例中发光二极管的剖面示意图。

图2为图1的发光二极管制造过程中，一第一衬底与一磊晶层结合的剖面示意图。

图3为一反射层形成于图2中磊晶层后的剖面示意图。

图4为一第二衬底形成于图3中反射层后的剖面示意图。

图5为图4中第一衬底去除后的剖面示意图。

图6为图5中n型氮化镓层表面形成一接触面后的剖面示意图。

图7为一透明导电层形成于图6中接触面后的剖面示意图。

图8为本发明另一实施例中发光二极管的剖面示意图。

主要元件符号说明

导电衬底       10

反射层         20

p型氮化镓层    30

发光量子阱层   40

n型氮化镓层    50

凹陷部              51

凸出部              51a

肩部                53

连接面              54

透明导电层          60、60a

安装部              61

连接部              63

电极                70、90

蓝宝石衬底          80

接触面              512、512a

支撑面              532

具体实施方式

本发明一实施例中的发光二极管的制造方法包括以下步骤：

一种发光二极管的制造方法，包括以下步骤：

提供一第一衬底，并于所述第一衬底的一侧表面、沿所述第一衬底的高度方向依次向外延伸形成一n型氮化镓层、一发光量子阱层、一p型氮化镓层；

于所述p型氮化镓层的外侧表面、沿其高度方向形成一第二衬底；

剥离所述第一衬底，使n型氮化镓层外露，并于外露的n型氮化镓层的外表面上形成一接触面；

提供一透明导电层，并使所述透明导电层位于所述接触面上；

提供一电极，将所述电极固定于所述透明导电层上。

现以一发光二极管的制造过程为例对上述发光二极管的制造方法进行具体说明。

请参阅图1，本发明的发光二极管包括一导电衬底10、自该导电衬底10上表面依次向上延伸的一反射层20、一p型氮化镓层30、一发光量子阱层40、一n型氮化镓层50、一透明导电层60及二间隔的电极70。该导电衬底10、反射层20、p型氮化镓层30、发光量子阱层40、n型氮化镓层50及透明导电层60均大致为长方体，且具有相同的宽度，并且相对两端分别共面、平齐。

该导电衬底10对应上述方法中的第二衬底，其通常由硅、铜或其他导热性和导电性好的材料制成。该反射层20为钛、铝或金的金属层，用于反射发光量子阱层40发出的光线。

该n型氮化镓层50上表面中部向下凹陷而使n型氮化镓层50的上部形成一凹陷部51及位于所述凹陷部51相对两侧的二肩部53。所述凹陷部51的上表面为一光滑的接触面512，用以增大n型氮化镓层50上表面的面积。每一肩部53的上表面为一纵长的支撑面532，用于支撑电极70。二肩部53的二支撑面532平行共面且位于所述接触面512的上方。该接触面512及二支撑面532共同形成一供透明导电层60贴设的连接面54。该凹陷部51向下凹陷的深度小于n型氮化镓层50的厚度。该凹陷部51向下凹陷的最大深度为n型氮化镓层50厚度的25～50％。支撑面532的宽度为接触面512的宽度的4～25％。

在本实施里中，该n型氮化镓层50的厚度为3μm，凹陷部51向下凹陷的最大深度为1.5μm，支撑面532的宽度160～200μm，接触面512的宽度为800～2000μm。

该透明导电层60由铟锡氧化物或镍金混合物制成，其厚度为0.01～0.2μm。透明导电层60的形状与连接面54的形状对应并完全覆盖连接面54。透明导电层60包括二纵长的安装部61及连接二安装部61的一光滑的、内凹的弧形连接部63。该二安装部61分别覆盖n型氮化镓层50的二支撑面532，该连接部63覆盖n型氮化镓层50的接触面512。二n型电极70分别焊接或粘接在二安装部61的上表面。

本发明中的发光二极管的各层沿垂直方向设置，从而形成一垂直结构的发光二极管，透明导电层60及导电衬底10分别为发光二极管极性相反的二导电层。其中，导电衬底10上可直接接导线，而使其与其他元件电性连接。可以理解的，导电衬底10上亦可设置p型电极(图未示)，而使p型电极与导线连接。同理，透明导电层60亦可不需要与n型电极70连接，而直接与导线连接。

可以理解的，n型氮化镓层50的凹陷部51可以跨设n型氮化镓层50的相对两侧，而使n型氮化镓层50的连接面54仅包括一内凹的接触面512。

请参阅图2至图4，制造上述发光二极管时，先提供一长方体的蓝宝石衬底80，并于该蓝宝石衬底80的下表面，通过金属有机化合物化学气相淀积(MOCVD)向下依次向外延伸形成所述n型氮化镓层50、发光量子阱层40、p型氮化镓层30。然后通过等离子体化学气相沉积(PECVD)在p型氮化镓层30的下表面蒸镀所述反射层20。然后通过电镀于反射层20下表面形成所述导电衬底10。

请同时参阅图5至图7，于以上步骤之后，通过准分子激光来剥离整个蓝宝石衬底80，从而使n型氮化镓层50的上表面外露。然后，使用激光蚀刻n型氮化镓层50的上表面的中部，根据实际的需要，去除n型氮化镓层50的一部分而使n型氮化镓层50上表面上形成所述连接面54。然后将透明导电层60固定于n型氮化镓层50的连接面54，并完全覆盖连接面54。最后提供二电极70，并将二电极70固定在透明导电层60的二安装部61的上表面。此时，便完成了本发明发光二极管的制造。

本发明中，透明导电层60及导电衬底10分别位于发光量子阱层40的相对两侧，在制造过程中，无需蚀刻掉部分的发光量子阱层40而使部分透明导电层60或导电衬底10外露，相对于现有技术而言，增强了发光二极管的发光效率。又因为电子自二n型电极70向导电衬底10流动的过程，一部分自n型电极70垂直朝向导电衬底10流动，如此路径最短，另一部分则沿整个透明导电层60的表面移动然后再垂直向下流动。因为透明导电层60具有较低电阻值，沿整个透明导电层60表面移动的电子虽然增加一段移动路径，但总体电阻值仍维持特定的，又由于流动路径面积扩张至透明导电层的整个表面而向下流动，故可以避免了电流拥挤现象的发生，从而提高发光二极管的可靠性。

请参阅图8，可以理解的，本发明中，可以通过激光蚀刻n型氮化镓层50的上表面的相对两端，而使其上表面形成中部高、相对亮度低的、光滑的、圆弧形的一接触面512a。该n型氮化镓层50的顶端中部形成一外凸的凸出部51a。凸出部51a外凸的高度与凹陷部51下凹的深度相同。透明导电层60a的形状与接触面512a相适应，也呈中部高、相对亮度低的圆弧状。一n型电极90贴设于透明导电层60a对应于凸出部51a处的上表面。

可以理解的，本发明的连接面54可以具有各种形状，只要对应的n型电极70/90贴设于与之配合的透明导电层60/60a后，电子能够均匀的自透明导电层60/60a的整个表面流向导电衬底10即可。

Claims (18)

1.一种发光二极管，包括一导电衬底、自该导电衬底的一侧表面沿高度方向依次排列的一p型氮化镓层、一发光量子阱层及一n型氮化镓层，其特征在于：所述n型氮化镓层于远离p型氮化镓层的外侧表面上形成一接触面，一透明导电层固定于所述接触面上，至少一电极设置于所述透明导电层上，所述接触面为一光滑的圆弧面，所述至少一电极设置于接触面的最高点。

2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述接触面自n型氮化镓层外侧表面朝向p型氮化镓层凹陷形成，其凹陷的最大深度为所述n型氮化镓层的厚度的25～50％。

3.如权利要求2所述的发光二极管，其特征在于：所述透明导电层包括一内凹的弧形的连接部，所述连接部覆盖所述接触面。

4.如权利要求2所述的发光二极管，其特征在于：所述n型氮化镓层的厚度为3μm，所述接触面凹陷的最大深度为1.5μm，所述接触面的宽度为800～2000μm。

5.如权利要求3所述的发光二极管，其特征在于：所述接触面位于所述n型氮化镓层的所述外侧表面的中部，而使所述n型氮化镓层的所述外侧表面的相对两端形成二肩部，所述每一肩部的外表面具有一支撑面，所述支撑面的宽度为接触面的宽度的4～25％。

6.如权利要求5所述的发光二极管，其特征在于：所述透明导电层进一步包括覆盖所述二支撑面的二安装部，所述透明导电层的连接部位于所述二安装部之间，所述二安装部分别覆盖所述n型氮化镓层的二支撑面。

7.如权利要求6所述的发光二极管，其特征在于：所述发光二极管包括二电极，所述二电极分别位于所述二安装部上。

8.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述接触面自n型氮化镓层外侧表面朝向远离p型氮化镓层的方向凸设形成。

9.如权利要求8所述的发光二极管，其特征在于：所述接触面位于所述n型氮化镓层的所述外侧表面的中部，而使所述n型氮化镓层的所述外侧表面形成中部高、相对两端低的圆弧面。

10.如权利要求9所述的发光二极管，其特征在于：所述透明导电层为一中部高、相对两端低的外凸弧形，其中部覆盖所述接触面的中部、相对两侧覆盖接触面的相对两侧，且所述至少一电极设置于透明电极中部的外表面。

11.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述发光二极管进一步包括一夹设于所述导电衬底及p型氮化镓层之间的一反射层。

12.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述透明导电层的厚度为0.01～0.2μm，且由铟锡氧化物或镍金混合物制成。

13.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述导电衬底由硅、铜或其他导热性和导电性好的材料制成。

14.一种发光二极管的制造方法，包括以下步骤：

提供一第一衬底，并于所述第一衬底的一侧表面、沿所述第一衬底的高度方向依次向外延伸形成一n型氮化镓层、一发光量子阱层、一p型氮化镓层；

于所述p型氮化镓层的外侧表面、沿其高度方向形成一第二衬底；

剥离所述第一衬底，使n型氮化镓层外露，并于外露的n型氮化镓层的外表面上形成一接触面；

提供一透明导电层，并使所述透明导电层位于所述接触面上；

提供至少一电极，将所述电极固定于所述透明导电层上；

其中，所述接触面为一光滑的、圆弧形的接触面，所述至少一电极设置于圆弧形的最高点。

15.如权利要求14所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述n型氮化镓层、发光量子阱层、p型氮化镓层通过金属有机化合物化学气相淀积形成于所述第一衬底上。

16.如权利要求14所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：形成所述第二衬底前，于所述p型氮化镓层远离n型氮化镓层一侧的表面上，通过等离子体化学气相沉积形成一反射层。

17.如权利要求16所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述反射层为钛、铝或金制成的金属层。

18.如权利要求14所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述第二衬底为极性与所述透明导电层相反的另一导电层。