CN103050599A - 一种具有外环电极的发光二极管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有外环电极的发光二极管，其结构自下而上依次为：N型接触电极、基板、分布式布拉格反射镜、N型限制层、有源层、P型限制层、P型窗口层、P型接触电极、焊线电极。环状的P型接触电极被设置在芯片边缘，同时腐蚀去除了P型接触电极下方的发光结构使环状的P型接触电极不会遮挡光线，进一步释放发光二极管芯片的出光潜力。

Description

一种具有外环电极的发光二极管及其制造方法

技术领域：

本发明涉及一种发光二极管的结构及其制造方法，特别涉及一种具有外环电极的发光二极管及其制造方法。

背景技术：

发光二极管具有体积小、效率高和寿命长等优点，在交通指示、户外全色显示等领域有着广泛的应用。尤其是利用大功率发光二极管可能实现半导体固态照明，引起人类照明史的革命，从而逐渐成为目前电子学领域的研究热点。

常见的发光二极管芯片借助P型接触电极将电流注入窗口层，电流在窗口层中实现一定程度的扩展之后流入有源层，实现电能向光能的转化。由于窗口层的电流扩展能力是有限度的，因此P型接触电极下方及附近区域电流集中度相对较高，发光密度相对较大。另一方面，P型接触电极和焊线电极都位于发光二极管的出光方向上，不可避免地遮挡了光线的射出，降低了发光二极管的出光效率。常见的提高发光二极管芯片出光效率的思路是尽可能使电流均匀注入窗口层，同时减少P型接触电极和焊线电极的遮挡面积。因此，P型接触电极被伸展为线条形状，以环状或树枝状分布于窗口层表面，同时P型接触电极尽量不在焊线电极下方分布，以抑制焊线电极下方发光。

文章《AlGaInP LED出光效率的模拟》(文章编号：100027032(2009)0220201208，发光学报2009年4月刊，第30卷第2期)用有限元法模拟研究了AlGaInP LED出光效率的分布情况及其影响因素，并在此基础上提出一种优化后的电极图案，以提高芯片的出光效率(图1和图2所示)，其P型接触电极有利于电流的均匀分布但电极本身会遮挡大量光线，即发光二极管芯片的出光效率仍然有提升的空间。

发明内容：

本发明提供一种具有外环电极的发光二极管芯片，环状的P型接触电极被设置在芯片边缘，同时腐蚀去除了P型接触电极下方的发光结构使环状的P型接触电极不会遮挡光线，进一步释放发光二极管芯片的出光潜力。

一种具有外环电极的发光二极管，其结构自下而上依次为：N型接触电极、基板、分布式布拉格反射镜、N型限制层、有源层、P型限制层、P型窗口层、P型接触电极、焊线电极，所述焊线电极位于发光二极管正面中心位置，通过伸出的引脚与P型接触电极形成搭接，P型接触电极为环状结构，沿窗口层边缘分布。

所述P型接触电极下方的分布式布拉格反射镜、N型限制层、有源层和P型限制层被腐蚀去除，在发光二极管四周形成内凹区域。

本发明的一种优选结构为所述内凹区域向内凹陷的深度大于等于所述P型接触电极的宽度。

本发明的最优结构为所述内凹区域填充有介电材料，介电材料为环氧树脂，苯并环丁烯(BCB)，二氧化硅或氮化硅。

所述P型接触电极结构为Au、AuBe合金、AuZn合金、Ti、Ni、Pt的单层或多层组合。

一种具有外环电极的发光二极管的制造方法，包括以下步骤：

a)提供一基板；

b)在基板上依次形成分布式布拉格反射镜、N型限制层、有源层、P型限制层和P型窗口层；

c)在P型窗口层上形成环状的P型接触电极，外缘与发光二极管尺寸相同；

d)在P型窗口层上形成焊线电极，焊线电极位于发光二极管正面中心位置，通过伸出的引脚与P型接触电极形成搭接；

e)将基板减薄；

f)在减薄后的基板背面形成N型接触电极；

g)采用旋转刀片切割、湿法化学腐蚀或等离子体干法蚀刻将相邻发光二极管P型接触电极间的窗口层去除；

h)在选择性腐蚀溶液中将P型接触电极下方的分布式布拉格反射镜、N型限制层、有源层和P型限制层腐蚀去除，在发光二极管芯片四周形成内凹区域；选择性腐蚀溶液包含纯水、双氧水、盐酸、磷酸、硫酸、醋酸、

草酸中的两种或多种成分；

i)将发光二极管芯片分割为所需尺寸。

另一种具有外环电极的发光二极管的制造方法在步骤h)和i)之间还有在所述内凹区域填充介电材料的步骤，具体方法为：

当介电材料为环氧树脂或苯并环丁烯(BCB)时，将环氧树脂或苯并环丁烯(BCB)注入远离目标芯片的切割槽内，环氧树脂或苯并环丁烯(BCB)将沿着切割槽自然流动到发光二极管芯片四周并填充内凹区域和切割槽，然后加热固化；

当介电材料为二氧化硅或氮化硅时，利用PECVD设备沉积二氧化硅或氮化硅，然后通过光刻和湿法刻蚀方法将焊线电极表面沉积的二氧化硅或氮化硅清除，露出焊线电极。

在本发明的发光二极管制造过程中，将相邻发光二极管P型接触电极间的窗口层去除并经过选择性腐蚀液腐蚀后，不仅在发光二极管芯片四周形成内凹区域，同时去除的窗口层和其下方被腐蚀去除部分形便形成了芯片的切割槽。环状P型接触电极的外缘和内缘之间的距离为P型接触电极的宽度，如图4中所示P型接触电极201的横向尺寸即为宽度。

本发明的电极结构能够使发光二极管中的电流均匀，同时减少电极对发光区域的遮挡面积，提高发光二极管的出光效率。

附图说明：

图1普通环状电极发光二极管俯视图

图2普通环状电极发光二极管沿直线A-B剖面图

图3本发明的环状电极发光二极管俯视图

图4一种本发明的环状电极发光二极管沿直线C-D剖面图

图5一种本发明的环状电极发光二极管沿直线C-D剖面图

其中：

100：基板

101：分布式布拉格反射镜

102：N型限制层

103：有源层

104：P型限制层

105：P型窗口层

201：P型接触电极

202：焊线电极

203：N型接触电极

301：介电材料

具体实施方式：

实施例1：

如图3和图4所示，一种具有外环电极的发光二极管，其结构包括：基板100、分布式布拉格反射镜101、N型限制层102、有源层103、P型限制层104、P型窗口层105、P型接触电极201、N型接触电极203、焊线电极202。所述焊线电极位于发光二极管正面中心位置，通过伸出的引脚与P型接触电极形成搭接，P型接触电极为环状结构，沿窗口层边缘分布。P型接触电极下方的分布式布拉格反射镜、N型限制层、有源层和P型限制层被腐蚀去除，在发光二极管四周形成内凹区域。其中基板为GaAs材料，P型接触电极为AuBe/Au结构，焊线电极为Ti/Au结构。

上述具有外环电极的发光二极管的制造方法，包括以下步骤：

a)提供一砷化镓基板100；

b)在基板上依次形成分布式布拉格反射镜101、N型限制层102、有源层103、P型限制层104和P型窗口层105；

c)在P型窗口层105上形成环状结构的P型接触电极201，P型接触电极201外观呈“口”字形，外缘尺寸300微米×300微米，线条宽度5微米，相邻芯片的P型接触电极201间距50微米；

d)在P型窗口层上形成焊线电极202，焊线电极202位于发光二极管正面中心位置，直径90微米，通过伸出的宽10微米的引脚与P型接触电极201形成搭接；

e)将砷化镓基板100减薄至200微米厚；

f)在减薄后的砷化镓基板100背面形成N型接触电极203；

g)将相邻发光二极管芯片的P型接触电极201间的P型窗口层用旋转刀片切割法切割去除；

h)在纯水、盐酸和磷酸的选择性腐蚀溶液中将P型接触电极201下方的分布式布拉格反射镜101、N型限制层102、有源层103和P型限制层104腐蚀去除，在发光二极管芯片四周形成内凹区域；

i)将发光二极管芯片分割为300微米×300微米大小。

实施例2：

如图3和图5所示，一种具有外环电极的发光二极管，其结构与实施例1基本相同，不同之处在于P型接触电极201下方因腐蚀留下的空间由介电材料环氧树脂301填充，以提高发光二极管芯片边缘的机械强度。并且P型接触电极为AuZn/Au结构，焊线电极为Ni/Pt/Au结构。

上述具有外环电极的发光二极管的制造方法与实施例1中所述方法基本相同，不同之处在于：

步骤g)中采用的是湿法化学腐蚀。

步骤h)中使用的选择性腐蚀溶液为纯水、盐酸、磷酸、硫酸、醋酸的混合溶液。

在步骤h)和步骤i)之间增加一个填充环氧树脂的步骤：将环氧树脂注入远离目标芯片的切割槽内，环氧树脂将沿着切割槽自然流动到发光二极管芯片四周并填充内凹区域和切割槽，然后加热固化。

实施例3：

一种具有外环电极的发光二极管，其结构与实施例2基本相同，不同之处在于填充的介电材料为苯并环丁烯。并且P型接触电极为AuBe/Au结构，焊线电极为Ti/Pt/Au结构。

上述具有外环电极的发光二极管的制造方法与实施例1中所述方法基本相同，不同之处在于：

步骤h)中使用的选择性腐蚀溶液为纯水、盐酸、磷酸、硫酸的混合溶液。

在步骤h)和步骤i)之间增加一个填充苯并环丁烯的步骤：将苯并环丁烯注入远离目标芯片的切割槽内，苯并环丁烯将沿着切割槽自然流动到发光二极管芯片四周并填充内凹区域和切割槽，然后加热固化。

实施例4：

一种具有外环电极的发光二极管，其结构与实施例2基本相同，不同之处在于填充的介电材料为二氧化硅。并且P型接触电极为AuBe/Au结构，焊线电极为Cr/Au结构。

上述具有外环电极的发光二极管的制造方法与实施例1中所述方法基本相同，不同之处在于：

步骤g)中采用的是等离子体干法蚀刻。

步骤h)中使用的选择性腐蚀溶液为纯水、双氧水、盐酸、磷酸、硫酸、醋酸、草酸的混合溶液。

在步骤h)和步骤i)之间增加一个填充二氧化硅的步骤：利用PECVD设备沉积二氧化硅，将二氧化硅填充入发光二极管芯片四周内凹区域和切割槽，然后通过光刻和湿法刻蚀方法将焊线电极表面沉积的二氧化硅清除干净，露出焊线电极。

实施例5：

一种具有外环电极的发光二极管，其结构与实施例2基本相同，不同之处在于填充的介电材料为氮化硅。并且P型接触电极Ti/AuBe/Au结构，焊线电极为Ti/Ag/Ti/Au结构。

上述具有外环电极的发光二极管的制造方法与实施例1中所述方法基本相同，不同之处在于：

步骤h)中使用的选择性腐蚀溶液为纯水、双氧水、硫酸的混合溶液。

在步骤h)和步骤i)之间增加一个填充氮化硅的步骤：利用PECVD设备沉积氮化硅，将氮化硅填充入发光二极管芯片四周内凹区域和切割槽，然后通过光刻和湿法刻蚀方法将焊线电极表面沉积的氮化硅清除干净，露出焊线电极。

虽然本发明的具有外环电极的发光二极管以优选实施例披露如上，然而本发明的保护范围并非限于上述优选实施例，而应当以权力要求书所界定的范围为准。因此，凡依本发明精神所作的任何等同变换，均在本发明的范围之内。

Claims (7)

1.一种具有外环电极的发光二极管，其结构自下而上依次为：N型接触电极、基板、分布式布拉格反射镜、N型限制层、有源层、P型限制层、P型窗口层、P型接触电极、焊线电极，所述焊线电极位于发光二极管正面中心位置，通过伸出的引脚与P型接触电极形成搭接，其特征在于P型接触电极为环状结构，沿窗口层边缘分布。

2.如权利要求1所述的一种具有外环电极的发光二极管，其特征在于P型接触电极下方的分布式布拉格反射镜、N型限制层、有源层和P型限制层被腐蚀去除，在发光二极管四周形成内凹区域。

3.如权利要求2所述的一种具有外环电极的发光二极管，其特征在于所述内凹区域向内凹陷的深度大于等于所述P型接触电极的宽度。

4.如权利要求3所述的一种具有外环电极的发光二极管，其特征在于所述内凹区域填充有介电材料，介电材料为环氧树脂，苯并环丁烯(BCB)，二氧化硅或氮化硅。

5.如权利要求1-4任意一项所述一种具有外环电极的发光二极管，其特征在于P型接触电极结构为Au、AuBe合金、AuZn合金、Ti、Ni、Pt的单层或多层组合。

6.一种具有外环电极的发光二极管的制造方法，包括以下步骤：

a)提供一基板；

b)在基板上依次形成分布式布拉格反射镜、N型限制层、有源层、P型限制层和P型窗口层；

c)在P型窗口层上形成环状的P型接触电极，外缘与发光二极管尺寸相同；

d)在P型窗口层上形成焊线电极，焊线电极位于发光二极管正面中心位置，通过伸出的引脚与P型接触电极形成搭接；

e)将基板减薄；

f)在减薄后的基板背面形成N型接触电极；

g)采用旋转刀片切割、湿法化学腐蚀或等离子体干法蚀刻将相邻发光二极管P型接触电极间的窗口层去除；

h)在选择性腐蚀溶液中将P型接触电极下方的分布式布拉格反射镜、N型限制层、有源层和P型限制层腐蚀去除，在发光二极管芯片四周形成内凹区域；选择性腐蚀溶液包含纯水、双氧水、盐酸、磷酸、硫酸、醋酸、草酸中的两种或多种成分；

i)将发光二极管芯片分割为所需尺寸。

7.如权利要求6所述的一种具有外环电极的发光二极管的制造方法，其特征在于在步骤h)和i)之间还有在所述内凹区域填充介电材料的步骤，具体方法为：

当介电材料为环氧树脂或苯并环丁烯(BCB)时，将环氧树脂或苯并环丁烯(BCB)注入远离目标芯片的切割槽内，环氧树脂或苯并环丁烯(BCB)将沿着切割槽自然流动到发光二极管芯片四周并填充内凹区域和切割槽，然后加热固化；

当介电材料为二氧化硅或氮化硅时，利用PECVD设备沉积二氧化硅或氮化硅，然后通过光刻和湿法刻蚀方法将焊线电极表面沉积的二氧化硅或氮化硅清除，露出焊线电极。

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