CN104393138A - 一种具有电极出光的发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有电极出光的发光二极管，在外延发光结构上形成第一电极及第二电极，其中，第一电极或第二电极作为焊台电极，在作为焊台电极的第一电极或第二电极内部设置若干规则的微细透明柱体，且透明柱体与外延发光结构形成连接。本发明可以减少电极挡光面积，提高发光二极管的外量子效率。
Description
技术领域
本发明发光二极管技术领域，尤其是指一种具有电极出光的发光二极管。
背景技术
发光二极管具有低功耗、尺寸小和可靠性高等优点，作为主要的光源得到较快发展，近年来发光二极管的利用领域迅速扩展，而提高发光二极管的亮度成为其关键因素。
现有技术中，采用多重量子阱（multiple quantum well，MQW）结构作为有源层的发光二极管，能获得较高内量子效率；而发光二极管外量子效率的提高主要集中在表面粗化、金属反射镜技术、图形衬底等。
然而，发光二极管基本上顶部都设置有焊台电极，且存在较大的挡光面积。传统技术为了减少焊台电极遮光的影响，最常见的方法是采用在电极底下区域设置一个电流阻挡区域，阻挡焊台电极正下方电流的传输能力，藉此提高非焊台电极区域的电流密度而增加有源层的发光能力，降低焊台电极挡光的问题。但此方法还是无法避免焊台电极挡光，并且随着发光二极管的亮度不断地提高，焊台电极的挡光问题越明显。因此，减少焊台电极的挡光面积即可提高发光二极管外量子效率，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有电极出光的发光二极管，以减少电极挡光面积，提高发光二极管的外量子效率。
为达成上述目的，本发明的解决方案为：
一种具有电极出光的发光二极管，在外延发光结构上形成第一电极及第二电极，其中，第一电极或第二电极作为焊台电极，在作为焊台电极的第一电极或第二电极内部设置若干规则的微细透明柱体，且透明柱体与外延发光结构形成连接。
进一步，外延发光结构由有源层、第一型导电层、第二型导电层构成；在有源层的一侧设置第二型导电层，在第二型导电层上设置作为焊台电极的第二电极，有源层的另一侧设置第一型导电层，在第一型导电层上设置外延衬底，在外延衬底上设置第一电极；第二电极内部设置若干规则排列的微细透明柱体，透明柱体由第二型导电层直通第二电极表面，且在第二电极表面裸露出透明柱体的上表面。
进一步，外延发光结构由有源层、第一型导电层、第二型导电层构成；在有源层的一侧设置第一型导电层，在第一型导电层上设置作为焊台电极的第一电极，有源层的另一侧设置第二型导电层，在第二型导电层上设置介电层，介电层内设置导电通孔，在介电层上设置金属反射层，金属反射层通过导电通孔与第二型导电层形成欧姆接触，金属反射层上设置导电基板，导电基板背部设置第二电极；第一电极内部设置若干规则排列的微细透明柱体，透明柱体由第一型导电层直通第二电极表面，且在第二电极表面裸露出透明柱体的上表面。
进一步，外延发光结构由有源层、第一型导电层、第二型导电层构成；在有源层的一侧设置第二型导电层，在第二型导电层上设置电流扩展导电层及作为焊台电极的第二电极，有源层的另一侧设置第一型导电层，在第一型导电层上设置外延衬底；第二电极同侧的第一电极制作区域设置第一电极与第一型导电层连接；第二电极内部设置若干规则排列的微细透明柱体，微细透明柱体由外延发光结构直通第二电极表面，且在第二电极表面裸露出透明柱体的上表面。
进一步，电流扩展导电层的材料包括氧化铟锡、氧化锌、石墨烯。
进一步，透明柱体的材料包括氧化铟锡、氧化锌、石墨烯。
进一步，透明柱体为导电透明柱体。
一种具有电极出光的发光二极管制作方法，包括以下步骤：
步骤一，在外延衬底上形成外延发光结构，在外延发光结构上形成透光通道制作层；
步骤二，采用掩膜、ICP蚀刻工艺在透光通道制作层的电极制作区域，形成若干规则排列的透光通道，且ICP蚀刻深度至露出外延发光结构表面；
步骤三，在裸露的外延发光结构表面蒸镀透光材料直至填满透光通道，形成透光柱体；
步骤四，腐蚀去除透光通道制作层，留下透光柱体，且露出外延发光结构；
步骤五，在裸露的外延发光结构表面形成作为焊台电极的第一电极或第二电极，且厚度超过透光柱体高度；
步骤六，采用ICP蚀刻作为焊台电极的第一电极或第二电极表面直至露出透光柱体的上表面；
步骤七，在外延发光结构上形成背电极，裂片形成发光二极管的芯片。
进一步，步骤一中，在外延衬底上依次分别形成缓冲层、第一型导电层、有源层、第二型导电层、透光通道制作层；
步骤二中，采用掩膜、ICP蚀刻工艺透光通道制作层的电极制作区域，形成若干规则排列的透光通道，且ICP蚀刻深度直至露出第二型导电层表面；
步骤三中，在裸露的第二型导电层表面蒸镀透光材料直至填满透光通道，形成透光柱体；
步骤四中，腐蚀去除透光通道制作层，留下透光柱体且露出第二型导电层；
步骤五中，在第二型导电层表面形成焊台电极的第二电极，且厚度超过透光柱体高度；
步骤六中，采用ICP蚀刻作为焊台电极的第二电极表面直至露出透光柱体的上表面；
步骤七中，在外延衬底上形成第一电极，裂片形成发光二极管的芯片。
进一步，步骤一中，在外延衬底上依次分别形成缓冲层、剥离层、透光通道制作层、第一型导电层、有源层、第二型导电层；
在第二型导电层上表面形成介电层，在介电层上表面形成金属反射层；将金属反射层和导电基板键合在一起；
腐蚀去除外延衬底或激光剥离外延衬底，露出透光通道制作层的表面；
步骤二中，采用掩膜、ICP蚀刻工艺透光通道制作层的电极制作区域，形成若干规则排列的透光通道，且ICP蚀刻深度直至露出第一型导电层表面；
步骤三中，在裸露的第一型导电层表面蒸镀透光材料直至填满透光通道，形成透光柱体；
步骤四中，腐蚀去除透光通道制作层，留下透光柱体且露出第一型导电层；
步骤五中，在裸露的第一型导电层表面形成为焊台电极的第一电极，且厚度超过透光柱体高度；
步骤六中，采用ICP蚀刻作为焊台电极的第一电极表面直至露出透光柱体的上表面；
步骤七中，在导电基板的背面形成第二电极，裂片形成发光二极管的芯片。
进一步，步骤一中，在外延衬底上分别形成缓冲层、第一型导电层、有源层、第二型导电层；在第二型导电层上设置透光通道制作层；
步骤二中，采用掩膜、ICP蚀刻工艺，在透光通道制作层表面的第二电极制作区域形成若干规则的透光通道，且ICP蚀刻深度直至露出第二型导电层表面；
步骤三中，在裸露的第二型导电层区域蒸镀透光材料直至填满透光通道，形成透光柱体；
步骤四中，腐蚀去除透光通道制作层，留下透光柱体，且露出第二型导电层；
步骤五中，在除了第二电极制作区域外的第二型导电层表面设置电流扩展导电层；在裸露的第二型导电层表面形成作为焊台电极的第二电极，且厚度超过透光柱体高度；焊台电极的四周与电流扩展导电层形成连接；
步骤六中，采用ICP蚀刻作为焊台电极的第二电极表面直至露出透光柱体的上表面；
步骤七中，去除局部区域电流扩展导电层、第二型导电层、有源层，直至露出部分区域的第一型导电层，在裸露的第一导电层上制作第一电极，且第一电极与侧面的外延层之间有导电隔离层；裂片形成发光二极管的芯片。
进一步，透光通道的表面形状包括长方形、正方形、圆形、椭圆形、梯形、三角型；透光柱体的形状包括长方形柱体、正方形柱体、圆形柱体、椭圆形柱体、梯形柱体、三角型柱体。
进一步，透光柱体在焊台电极制作区域的密度小于等于400个/mm2。
进一步，透光柱体的表面形状图形的尺寸小于4微米。
进一步，透光通道制作层的外延材料体系与第一型导电层及第二型导电层的接触面的外延材料体系不同。
进一步，透光通道制作层的厚度为1-10μm。
采用上述方案后，本发明通过在焊台电极内部设置若干规则排列的透光柱体，通过透光柱体采用透光材料。有效地减少焊台电极的遮光面积，增加焊台电极下方区域外延发光结构光的萃取率，本发明能减少电极挡光面积，有效提高发光二极管的外量子效率。
同时，透光柱体采用导电材料，降低了焊台电极由于内部设置透光柱体而导致的发光二极管串联内阻的数值，达到了和原来焊台电极内部未设置透光柱体的串联内阻值，减少此设计对发光二极管的工作电压的影响。
透光柱体所采用的材料需要对有源层所发出的光具有透光性质。由于透光柱体是包裹在焊台电极里面，透光柱体采用具有导电性能的材料便不会影响焊台电极在发光二极管结构中的串联电阻。另一方面，焊台电极用于封装时打线所用，要求透光柱体所采用的材料具有一定的柔韧性。透光柱体的材料采用氧化铟锡、氧化锌、石墨烯符合以上要求。
透光柱体在焊台电极制作区域的密度小于等于400个/mm2，透光柱体的表面形状图形的尺寸小于4微米。透光柱体的个数密度、尺寸大小采用以上的数值范围，能起到增加透光柱体透光性能的同时又不会提高焊台电极的内阻，且不会降低封装时焊台电极的抗压焊能力，提高了发光二极管的光电性能且不会降低器件可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例一的外延结构示意图；
图2至图5为本发明实施例一的制作过程示意图；
图6为本发明实施例一的芯片结构示意图；
图7为本发明实施例二的外延结构示意图；
图8至图11为本发明实施例二的制作过程示意图；
图12为本发明实施例二的芯片结构示意图；
图13为本发明实施例三的外延结构示意图；
图14至图16为本发明实施例三的制作过程示意图；
图17为本发明实施例三的芯片结构示意图。
标号说明
外延衬底11 剥离层12
通道制作层13 第一型导电层14
有源层15 第二型导电层16
介电层17 金属反射层18
硅基板19 透光通道110
透光柱体111 焊台电极112
背电极113
外延衬底21 缓冲层22
第一型导电层23 有源层24
第二型导电层25 通道制作层26
透光通道27 透光柱体28
电流扩展导电层29 焊台电极210
第一电极211 隔离层212
外延衬底31 缓冲层32
第一型导电层33 有源层34
第二型导电层35 通道制作层36
透光通道37 透光柱体38
焊台电极39 第一电极310。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做详细描述。
实施例一
本发明揭示的一种具有电极出光的发光二极管制作方法，具体步骤如下：
一，外延衬底11上分别依次外延形成剥离层12、透光通道制作层13、第一型导电层14、有源层15、第二型导电层16，如图1所示。
其中，外延衬底11采用GaAs衬底，厚度为300μm。剥离层12由(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P三五族化合物构成，且厚度为200nm。透光通道制作层13的构成材料采用Al0.4Ga0.6As三五族化合物，采用厚度为3μm。第一型导电层14由第一型粗化层、第一型电流扩展层、第一型限制层组成。其中第一型粗化层由(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P三五族化合物构成，且厚度为1μm。第一型电流扩展层由(Al0.35Ga0.65)0.5In0.5P三五族化合物构成，且厚度为4μm。第一型限制层由(Al0.8Ga0.2)0.5In0.5P三五族化合物构成，且厚度为800nm。有源层15由20组(Al0.8Ga0.2)0.5In0.5P/Ga0.5In0.5P三五族化合物交替构成。第二型导电层16由第二型限制层、第二型电流扩展层组成。第二型限制层由(Al0.8Ga0.2)0.5In0.5P三五族化合物构成，且厚度为800nm。第二型电流扩展层由GaP三五族化合物构成，且厚度为4μm。
二，在第二型导电层16上表面形成介电层17，在介电层17上表面形成金属反射层18。
三，把金属反射层18和导电硅基板19键合在一起，如图2所示。
四，分别腐蚀去除外延衬底11、剥离层12，露出透光通道制作层13的表面。
五，采用掩膜、ICP蚀刻等工艺，在透光通道制作层13表面的电极制作区域形成350个/mm2规则的透光通道110，且ICP蚀刻深度直至露出第一型导电层14表面，如图3所示。
六，在第一型导电层14表面蒸镀氧化铟锡透光材料直至填满透光通道110，形成圆柱形的透光柱体111，且圆柱形的直径为3μm。
七，腐蚀去除透光通道制作层13，留下透光柱体111且露出第一型导电层14，如图4所示。
八，在第一型导电层14表面形成焊台电极112，且厚度超过透光柱体111高度，如图5所示。
九，采用ICP蚀刻焊台电极112表面直至露出透光柱体111的上表面。
十，在硅基板19的背面形成背电极113，裂片形成发光二极管的芯片，如图6所示。
实施例二
本发明揭示的一种具有电极出光的发光二极管制作方法，具体步骤如下：
一，外延衬底21上分别依次外延形成缓冲层22、第一型导电层23、有源层24、第二型导电层25，如图7所示。
其中，外延衬底21采用蓝宝石衬底，厚度为300μm。缓冲层22采用无掺杂的GaN三五族化合物，厚度为2μm。第一型导电层23采用Si掺杂的GaN三五族化合物，厚度为2.5μm。有源层24采用5对量子阱和量子垒交叉生长的结构。具体为量子垒由AlGaN三五族化合物构成，厚度为12nm。量子阱由GaInN三五族化合物构成，厚度为4nm。第二型导电层25采用Mg掺杂的GaN三五族化合物，厚度为200nm。
二，在第二型导电层25上蒸镀透光通道制作层26，透光通道制作层26采用SiO2材料，且厚度为2μm。
三，采用掩膜、ICP蚀刻等工艺，在透光通道制作层26表面的电极制作区域形成300个/mm2规则的透光通道27，且ICP蚀刻深度直至露出第二型导电层25表面，如图8所示。
四，在裸露的第二型导电层25表面蒸镀氧化锌透光材料直至填满透光通道27，形成正方形的透光柱体28，且正方形的边长为2μm。
五，腐蚀去除透光通道制作层26，留下透光柱体28且露出第二型导电层25，如图9所示。
六，在第二型导电层25表面制作电流扩展导电层29，电流扩展导电层29采用ITO材料；且去除焊台电极区域的电流扩展导电层29，如图10所示。
七，在裸露的第二型导电层25表面形成焊台电极210，且厚度超过透光柱体28高度，如图11所示。
八，采用ICP蚀刻焊台电极210表面直至露出透光柱体28的上表面。
九，去除局部区域电流扩展导电层29、第二型导电层25、有源层24，直至露出部分第一型导电层23区域，在裸露的第一导电层上制作第一电极211，且第一电极211与外延发光结构（外延层）的侧面之间有SiO2隔离层212。
十，裂片形成发光二极管的芯片，如图12所示。
实施例三
本发明揭示的一种具有电极出光的发光二极管制作方法，具体步骤如下：
一，外延衬底31上分别依次外延形成缓冲层32、第一型导电层33、有源层34、第二型导电层35、透光通道制作层36，如图13所示。
其中，外延衬底31采用GaAs衬底，厚度为300μm。第一型导电层33由布拉格反射层、第一型限制层组成。其中布拉格反射层由30组Al0.5Ga0.5As/AlAs三五族化合物交替构成。第一型限制层由(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P三五族化合物构成，且厚度为750nm。有源层34由26组(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P/Ga0.5In0.5P三五族化合物交替构成。第二型导电层35由第二型限制层、第二型电流扩展层组成。第二型限制层由(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P三五族化合物构成，且厚度为750nm。第二型电流扩展层由GaP三五族化合物构成，且厚度为7μm。透光通道制作层36的构成材料采用Al0.4Ga0.6As三五族化合物，采用厚度为5μm。
二，采用掩膜、ICP蚀刻等工艺，在透光通道制作层36表面的电极制作区域形成200个/mm2规则的透光通道37，且ICP蚀刻深度直至露出第二型导电层35表面，如图14所示。
三，在裸露的第二型导电层35表面蒸镀氧化铟锡透光材料直至填满透光通道37，形成正三角形的透光柱体38，且正三角形的边长为3μm。
四，腐蚀去除透光通道制作层36，留下透光柱体38且露出第二型导电层35，如图15所示。
五，在裸露的第二型导电层35表面形成焊台电极39，且厚度超过透光柱体38高度，如图16所示。
六，采用ICP蚀刻焊台电极39表面直至露出透光柱体38的上表面。
七，在衬底背部制作第一电极310，裂片形成发光二极管的芯片，如图17所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。
Claims (7)
1.一种具有电极出光的发光二极管，其特征在于：在外延发光结构上形成第一电极及第二电极，其中，第一电极或第二电极作为焊台电极，在作为焊台电极的第一电极或第二电极内部设置若干规则排列的微细透明柱体，且透明柱体与外延发光结构形成连接。
2.如权利要求1所述的一种具有电极出光的发光二极管，其特征在于：外延发光结构由有源层、第一型导电层、第二型导电层构成；在有源层的一侧设置第二型导电层，在第二型导电层上设置作为焊台电极的第二电极，有源层的另一侧设置第一型导电层，在第一型导电层上设置外延衬底，在外延衬底上设置第一电极；第二电极内部设置若干规则排列的微细透明柱体，透明柱体由第二型导电层直通第二电极表面，且在第二电极表面裸露出透明柱体的上表面。
3.如权利要求1所述的一种具有电极出光的发光二极管，其特征在于：外延发光结构由有源层、第一型导电层、第二型导电层构成；在有源层的一侧设置第一型导电层，在第一型导电层上设置作为焊台电极的第一电极，有源层的另一侧设置第二型导电层，在第二型导电层上设置介电层，介电层内设置导电通孔，在介电层上设置金属反射层，金属反射层通过导电通孔与第二型导电层形成欧姆接触，金属反射层上设置导电基板，导电基板背部设置第二电极；第一电极内部设置若干规则排列的微细透明柱体，透明柱体由第一型导电层直通第二电极表面，且在第二电极表面裸露出透明柱体的上表面。
4.如权利要求1所述的一种具有电极出光的发光二极管，其特征在于：外延发光结构由有源层、第一型导电层、第二型导电层构成；在有源层的一侧设置第二型导电层，在第二型导电层上设置电流扩展导电层及作为焊台电极的第二电极，有源层的另一侧设置第一型导电层，在第一型导电层上设置外延衬底；第二电极同侧的第一电极制作区域设置第一电极与第一型导电层连接；第二电极内部设置若干规则排列的微细透明柱体，微细透明柱体由外延发光结构直通第二电极表面，且在第二电极表面裸露出透明柱体的上表面。
5.如权利要求4所述的一种具有电极出光的发光二极管，其特征在于：电流扩展导电层的材料包括氧化铟锡、氧化锌、石墨烯。
6.如权利要求1至5任一项所述的一种具有电极出光的发光二极管，其特征在于：透明柱体的材料包括氧化铟锡、氧化锌、石墨烯。
7.如权利要求1至5任一项所述的一种具有电极出光的发光二极管，其特征在于：透明柱体为导电透明柱体。
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