CN102280552B - 发光二极管晶粒及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管晶粒，其包括一基板及设置在基板上的半导体发光结构。一透明导电层设置在半导体发光结构表面，一电极层设置透明导电层表面。所述发光二极管晶粒进一步包括一金属层及设置在金属层周围的一缓冲层，所述金属层和缓冲层设置在透明导电层与半导体发光结构之间。所述金属层与半导体发光结构之间形成肖特基接触，所述缓冲层与半导体发光结构之间形成欧姆接触。本发明通过在金属层与半导体发光结构之间形成肖特基接触，及在缓冲层与半导体发光结构之间形成欧姆接触，由于肖特基接触的接触电阻值较大，其将会使电流往发光二极管晶粒的边缘扩散，从而增加电流分布的均匀性。

Description

发光二极管晶粒及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种发光二极管晶粒及其制作方法。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)是一种可将电流转换成特定波长范围的光的半导体元件。发光二极管以其亮度高、工作电压低、功耗小、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长等优点，从而可作为光源而广泛应用于照明领域。

发光二极管晶粒通常包括p型半导体层、活性层、n型半导体层以及形成在该p型半导体层与n型半导体层上的电极。在发光二极管晶粒两端的电极施加电压，空穴和电子将会在活性层复合，辐射出光子。发光二极管晶粒在应用过程中所面临的一个问题是其光取出效率问题。由于电子与空穴在活性层中复合产生光子，因此，发光二极管晶粒的光取出效率与电子在n型半导体层中的分布均匀性有很大关系。为防止活性层所发出的光线被电极所阻挡，电极的面积通常设置的比较小，此时将会出现在电极下方的位置电流密度较大，而远离电极位置的电流密度较小的情况，从而使得在发光二极管晶粒的n型半导体层的电流分布不均匀，发光二极管晶粒的光取出效率较低。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种电流扩散均匀性较佳的发光二极管晶粒。

一种发光二极管晶粒，其包括一基板及设置在基板上的半导体发光结构。一透明导电层设置在半导体发光结构表面，一电极层设置透明导电层表面。所述发光二极管晶粒进一步包括一金属层及设置在金属层周围的一缓冲层。所述金属层和缓冲层设置在透明导电层与半导体发光结构之间。所述金属层与半导体发光结构之间形成肖特基接触，所述缓冲层与半导体发光结构之间形成欧姆接触。

一种发光二极管晶粒的制作方法，其包括以下步骤：

在基底上形成半导体发光结构；

在半导体发光结构表面形成金属层及缓冲层，其中，缓冲层形成于金属层的周围，所述金属层与半导体发光结构之间形成肖特基接触，所述缓冲层与半导体发光结构之间形成欧姆接触；

在金属层及缓冲层的表面形成透明导电层；

在透明导电层表面形成电极层。

与现有技术相比，本发明在半导体发光结构表面设置一金属层及一设置在金属层周围的缓冲层。由于金属层与半导体发光结构之间形成肖特基接触，且缓冲层与半导体发光结构之间形成欧姆接触，因此金属层与半导体发光结构之间的接触电阻要大于缓冲层与半导体发光结构之间的接触电阻。发光二极管晶粒在工作时，其注入电流将会从接触电阻较高区域往接触电阻较低的区域扩散。即，使电流往发光二极管晶粒的边缘扩散，从而增加电流在半导体发光结构表面分布的均匀性。另外，由于金属材料具有较高的反射率，该金属层除了是电流分布均匀外，其也可以将活性层发出的朝向电极层的光线反射，从而避免了该部分光线被电极层所遮挡，从而提高该发光二极管晶粒的光取出效率。

附图说明

图1是本发明的发光二极管晶粒的结构示意图。

图2是本发明的发光二极管晶粒的金属层和缓冲层的形状。

图3-图5是金属层和缓冲层的制作过程。

主要元件符号说明

发光二极管晶粒              100

基板                        11

半导体发光结构              12

p型半导体层                 121

活性层                      122

n型半导体层                 123

反射层                      124

金属层                      13

缓冲层                      14

透明导电层        15

电极层            16

具体实施方式

下面以具体的实施例对本发明作进一步地说明。

请参见图1，本发明实施例所提供的发光二极管晶粒100包括一个基板11及设置在基板11上的半导体发光结构12。一金属层13和一缓冲层14设置在半导体发光结构12的表面，其中，缓冲层14设置在金属层13的周围。金属层13和缓冲层14的表面设置有一层透明导电层15。透明导电层15的表面设置有一层电极层16。

基板11由具有高导热率的材料制成，其可以是采用铜、铝、镍、银、金等金属材料或者任意两种以上金属所形成的合金所制成的基板，或者是采用导热性能好的陶瓷基板如硅基板、锗基板。在本实施例中，基板11为具有高导热效率的金属镍层。基板11与半导体发光结构12的结合过程通常为：首先通过MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，有机金属化学气相沉积)的方法在蓝宝石基板上生长半导体发光结构12，然后采用激光切割的方法使半导体发光结构12与蓝宝石基板剥离，最后采用粘合或者电镀的方法使半导体发光结构12与导热基板11结合。

半导体发光结构12包括一p型半导体层121、一活性层122、一n型半导体层123。当在p型半导体层121表面施加正电压，在n型半导体层123表面施加负电压时，p型半导体层121中的空穴与n型半导体层123中的电子将会在活性层复合，能量以光子的形式发出，从而使发光二极管晶粒发光。在本实施例中，半导体发光结构12由GaN材料制作。根据需要，半导体层的制作材料还可以包括AlGaN、InGaN等。

在本实施例中，半导体发光结构12进一步包括一反射层124。该一反射层124设置在半导体发光结构12与基板11相邻的表面。反射层124由银、镍、铝、铜、金等金属材料所制成。该反射层124的目的在于将活性层122所发出的，朝向p型半导体层121的光线反射，使其从n型半导体层123一侧发出，提高整个发光二极管晶粒100的出光效率。在本实施例中，反射层124为银反射层，其通过真空蒸镀的方法形成。根据需要，反射层124也可以是布拉格反射层，其由折射率不同的材料依次交替形成。

金属层13和缓冲层14设置在半导体发光结构12的表面。如图2所示，金属层13设置在半导体发光结构12的中心位置，缓冲层14设置在金属层13的周围。金属层13与半导体发光结构12形成肖特基接触，且缓冲层14与半导体发光结构12之间形成欧姆接触。由于金属层13与半导体发光结构12之间为肖特基接触关系，因为肖特基势垒的阻挡，金属层13与半导体发光结构12之间的接触电阻较大。而由于缓冲层14与半导体发光结构12之间为欧姆接触关系，使得缓冲层14与半导体发光结构12之间的接触电阻较小。因此，当对发光二极管晶粒100施加工作电压时，电流将会流经缓冲层14与半导体发光结构12之间的接触区域。即，电流不会集中在半导体发光结构12的中心位置，而会朝着电阻较小的边缘扩散，从而使电流扩散均匀。在本实施例中，金属层13由铝材料制成，其通过PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Depo sition，等离子体增强化学气相沉积)的方法在半导体发光结构12表面沉积一层铝薄膜，其厚度为0.1μm到0.3μm的范围内。根据需要，该金属层13也可以由铜、锡、锌、镍等金属材料形成。同时，该缓冲层14为透明的金属钛或者二氧化钛薄膜，该缓冲层14形成于半导体发光结构12表面的除金属层13以外的区域，其厚度为0.1μm到0.3μm的范围内。该缓冲层14亦可通过PECVD的方法形成。

根据需要，金属层13可设置在电极层16的正下方位置且金属层13的面积要大于电极层16的面积，如此可有效对电极层16注入的电流进行阻挡使其电流从中心往边缘扩散，提高电流在半导体发光结构12表面分布的均匀性。

另外，由于金属材料具有较高的反射率，在本实施例中，所述金属层13除了起到使电流从中心往四周扩散的作用外，其还可以起到反射光线的作用。即，金属层13可将从活性层122发出的朝向金属层13的光线反射，然后再经过反射层124反射后，从由透明材料形成的缓冲层14的区域出射。通过金属层13对活性层122光线的反射，避免了从活性层122发出的光线被电极层16所遮挡，从而提高本实施例的发光二极管晶粒100的出光效率。

透明导电层15设置在金属层13和缓冲层14的表面。该透明导电层15可以是氧化铟锡(ITO)薄膜或者氧化锌锡(IZO)薄膜或者氧化锌(ZnO)薄膜。在本实施例中，该透明导电层15为IZO(Indium Zinc Oxide，氧化铟锌)薄膜。通过溅镀的方法在金属层13和缓冲层14的表面形成该IZO薄膜。该透明导电层15的厚度越薄，其透光性就越好。但由于该透明导电层15也起着电流扩散的作用，考虑到对其导电性的影响，该透明导电层15也不能太薄。在本实施例中，透明导电层15的厚度控制在0.1μm到0.5μm的范围内。

电极层16设置在透明导电层15的表面，该电极层16的作用在于使外界电源与发光二极管晶粒100相接触从而为发光二极管晶粒100提供电流使其发光。在本实施例中，电极层16位于透明导电层15的中心位置。该电极层16由金材料制成，其通过PECVD的方法在透明导电层15表面沉积一层厚度约为0.5μm的金层，从而形成本实施例之电极层16。

本发明还包括一种发光二极管晶粒100的制作方法。

参见图3，首先提供一个基板11，该基板11上形成有半导体发光结构12，所述半导体发光结构12包括p型半导体层121、活性层122和n型半导体层123。在p型半导体层121表面还设置有一反射层124，该反射层124设置在半导体发光结构12的与基板11相邻的表面。

在半导体发光结构12表面形成金属层13和缓冲层14，其中，缓冲层14形成在金属层13的周围。请参见图4，首先通过微影制程在半导体发光结构12表面定义出需要沉积缓冲层14的区域，将不需要沉积缓冲层14的区域上设置SiO₂阻挡层。然后通过PECVD的方法在没有SiO₂阻挡层覆盖的半导体发光结构12表面形成缓冲层14，该缓冲层14的厚度在0.1μm到0.3μm的范围内。缓冲层14与半导体发光结构12之间为欧姆接触。在缓冲层14的沉积过程完成之后，将剩余的SiO₂阻挡层去除。

在缓冲层14的沉积完成后，开始进行金属层13的制作过程。请参见图5，首先采用微影制程在定义出需要沉积金属层13的区域。即在缓冲层14的表面覆盖SiO₂阻挡层。然后通过PECVD的方法在没有SiO₂阻挡层覆盖的半导体发光结构12的表面形成一层金属层13，其厚度为0.1μm到0.3μm的范围内。该金属层13与半导体发光结构12之间为肖特基接触。在金属层13的沉积过程完成之后，将覆盖在缓冲层14表面的SiO₂阻挡层去除。

通过溅镀的方法在金属层13和缓冲层14的表面沉积一层IZO薄膜作为透明导电层15。最后通过PECVD的方法在透明导电层15表面制作金材料制成的电极层16，即最终形成图1所示的发光二极管晶粒100的结构。

应该指出，上述实施方式仅为本发明的较佳实施方式，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种发光二极管晶粒，其包括一基板及设置在基板上的半导体发光结构，一透明导电层设置在半导体发光结构表面，一电极层设置透明导电层表面，其特征在于，所述发光二极管晶粒进一步包括一金属层及设置在金属层周围的一缓冲层，所述金属层和缓冲层设置在透明导电层与半导体发光结构之间，所述金属层与半导体发光结构之间形成肖特基接触，所述缓冲层与半导体发光结构之间形成欧姆接触。

2.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于，所述金属层的制作材料选自铝、铜、锡、锌和镍其中之一或者它们之间的化合物。

3.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于，所述金属层设置在电极层的正下方，且金属层的面积大于或等于电极层的面积。

4.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于，所述金属层的厚度为0.1μm至0.3μm之间。

5.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于，所述缓冲层为钛金属薄膜。

6.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于，所述透明导电层为氧化铟锡薄膜、氧化锌锡薄膜或氧化锌薄膜。

7.如权利要求1所述的发光二极管晶粒，其特征在于，所述半导体发光结构包括一反射层，该反射层设置在半导体发光结构与基板相邻的表面。

8.一种发光二极管晶粒的制作方法，其包括以下步骤：

在基底上形成半导体发光结构；

在半导体发光结构表面形成金属层及缓冲层，其中，缓冲层形成于金属层的周围，所述金属层与半导体发光结构之间形成肖特基接触，所述缓冲层与半导体发光结构之间形成欧姆接触；

在金属层及缓冲层的表面形成透明导电层；

在透明导电层表面形成电极层。

9.如权利要求8所述的发光二极管晶粒的制作方法，其特征在于，所述半导体发光结构包括一反射层，所述反射层设置在半导体发光结构与基板相邻的表面。

10.如权利要求8所述的发光二极管晶粒的制作方法，其特征在于，所述金属层形成于半导体发光结构表面的中心位置。