CN105895770B - 发光二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发光二极管(LED)。根据实施例的LED包括：基底；半导体堆叠件，布置在基底上，包括p型半导体层、有源层和n型半导体层；第一金属层，设置在基底和半导体堆叠件之间，第一金属层与半导体堆叠件欧姆接触；第一电极焊盘，布置在半导体堆叠件上；电极延伸件，从第一电极焊盘延伸，包括与n型半导体层接触的接触区；第一绝缘层，设置在基底和半导体堆叠件之间，覆盖p型半导体层的在电极延伸件的接触区下方的第一区域；第二绝缘层，覆盖半导体堆叠件，其中，基底包括包含W和Mo中的至少一种的第二金属层以及分别布置在第二金属层的第一表面和第二表面上的第三金属层，第三金属层的热膨胀系数比第二金属层的热膨胀系数高。

Description

发光二极管
本申请是申请日为2011年5月18日、申请号为201110140245.0、题为“高效发光二极管”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明的示例性实施例涉及一种发光二极管(LED)，更具体地说，涉及一种使用基底分离工艺来去除生长基底的基于GaN的高效LED。
背景技术
通常，由于诸如氮化镓(GaN)和氮化铝(AlN)的III族元素氮化物具有良好的热稳定性和直接跃迁型的能带结构，所以近来它们作为可见区和紫外区的发光二极管(LED)的材料而受到关注。具体地说，已经在各种应用(例如，大尺寸全彩平板显示器、交通灯、室内照明器、高密度光源、高分辨率输出系统和光通讯)中使用利用氮化铟镓(InGaN)的蓝光发射器件和绿光发射器件。
由于会难以形成能够使III族元素氮化物半导体层在其上生长的均质基底，所以III族元素氮化物层可通过例如金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE)的工艺生长在具有与氮化物半导体层相似的晶体结构的异质基底上。具有六方晶系结构的蓝宝石基底可被用作异质基底。然而，由于蓝宝石为非导电体，所以使用蓝宝石基底的LED的结构会受到限制。因此，近来已经开发了这样的技术，即，在诸如蓝宝石基底的异质基底上生长诸如氮化物半导体层的外延层，将支撑基底结合到外延层上，然后利用激光剥离技术等分离异质基底，从而制造出高效垂直LED(例如，参见由Sano等人提交的第6,744,071号美国专利)。
通常，，垂直LED与传统的水平LED相比由于p型半导体层位于垂直LED的下部的结构而可具有优良的电流扩展性能，并且垂直LED通过应用导热性高于蓝宝石基底的导热性的支撑基底而可具有优良的散热性能。另外，朝向支撑基底发射的光能够通过在支撑基底和p型半导体层之间设置反射金属层而被反射，并且可通过光增强化学(PEC)蚀刻等对N面进行各向异性蚀刻而在n型半导体层上形成粗糙表面，从而可显著地提高向上的光提取效率。
然而，由于外延层的总厚度(大约4μm)与发光面积(例如，350μm×350μm或1mm2)相比会非常薄，所以会非常难以实现电流扩展。为了解决这种问题，促进n型层中的电流扩展的技术涉及使用从n型电极焊盘延伸的电极延伸件，或者可通过在p型电极的对应于n型电极焊盘的位置处设置绝缘材料来防止电流从n型电极焊盘直接流向p型电极。然而，在防止电流从n型电极焊盘朝n型电极焊盘正下方的部分集中方面会存在限制。另外，在将电流均匀地扩展在整个宽的发光区域方面会存在限制。
具体地说，电流集中会在LED的局部区域(即，电流集中的区域)中累积疲劳，因此，会在该区域中形成漏电流路径。为此，在电极焊盘正下方的区域中的电流集中会妨碍将具有垂直结构的LED用作用于需要高可靠性的照明的LED。具体地说，在照明使用的高亮度LED的情况下，微小的电流集中会使LED的发光效率劣化，并且会对LED的寿命产生不良影响。
同时，在相对高的温度下执行用于制造垂直LED的工艺，例如，在生长基底上生长外延层的工艺或将支撑基底结合到外延层的工艺。生长基底、外延层和支撑基底可具有彼此不同的热膨胀系数。因此，在高温下完成该工艺之后，应力作用于相对薄的外延层，从而引起残余应力。虽然可通过激光剥离工艺来分离生长基底，但是由于残余应力而容易在外延层中产生诸如裂纹的物理损坏。此外，在激光剥离工艺中，由于发射激光束导致激波会被传输到外延层，因此会损坏外延层。
另外，由于生长基底和外延层之间的热膨胀系数不同，导致外延层的表面会不平坦并且会具有局部凹陷或凸起部分。因此，当支撑基底被结合到外延层时，会在外延层和支撑基底之间形成微气泡。
发明内容
本发明的示例性实施例提供一种具有改善了的电流扩展性能的高效发光二极管(LED)及其制造方法。
本发明的示例性实施例还提供一种具有提高了的光提取效率的高效LED及其制造方法。
本发明的示例性实施例还提供一种能够减少外延层在制造工艺期间的损坏的高效LED及其制造方法。
将在下面的描述中阐述本发明的附加特征，这些特征将通过描述而部分地清楚，或者可通过实践本发明而了解。
本发明的示例性实施例公开了一种有机发光二极管，所述有机发光二极管包括：基底；半导体堆叠件，布置在基底上，半导体堆叠件包括p型半导体层、有源层和n型半导体层；第一金属层，设置在基底和半导体堆叠件之间，第一金属层与半导体堆叠件欧姆接触；第一电极焊盘，布置在半导体堆叠件上；电极延伸件，从第一电极焊盘延伸，电极延伸件具有与n型半导体层接触的接触区；第一绝缘层，设置在基底和半导体堆叠件之间，第一绝缘层覆盖p型半导体层的在电极延伸件的接触区下方的第一区域；第二绝缘层，设置在第一电极焊盘和半导体堆叠件之间。
应该理解的是，上述一般描述和下面的详细描述是示例性和解释性的，并意图提供对请求保护的本发明的进一步解释。
附图说明
包括附图来提供对本发明的进一步理解，附图包含在本说明书中并构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的实施例并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是根据本发明示例性实施例的高效发光二极管(LED)的剖视图。
图2是示出图1中示出的高效LED的顶表面的平面图。
图3中的(a)和(b)是比较根据本发明的示例性实施例的电流流动与根据对比示例的电流流动的视图。
图4是根据本发明示例性实施例的高效LED的剖视图。
图5和图6是示出根据本发明示例性实施例的可用作反射结构的分布式布拉格反射器(DBR)的视图。
图7是根据本发明示例性实施例的LED的示意性布局。
图8是沿图7中的线A-A截取的剖视图。
图9是沿图7中的线B-B截取的剖视图。
图10是沿图7中的线C-C截取的剖视图。
图11、图12、图13、图14和图15是示出根据本发明示例性实施例的制造LED的方法的剖视图，图11、图12、图13、图14和图15均对应于沿图中7的线A-A截取的剖视图。
图16是根据本发明示例性实施例的LED的示意性布局。
图17是沿图16中的线A-A截取的剖视图。
图18是沿图16中的线B-B截取的剖视图。
图19是沿图16中的线C-C截取的剖视图。
图20、图21和图22是示出根据本发明示例性实施例的制造LED的方法的剖视图，图20、图21和图22均对应于沿图16中的线A-A截取的剖视图。
图23是示出反射金属层的边缘部分的扫描电系显微镜(SEM)剖面照片，以示出可在垂直LED的制造工艺中导致的问题。
图24是根据本发明示例性实施例的LED的示意性布局。
图25是沿图24中的线A-A截取的剖视图。
图26是沿图24中的线B-B截取的剖视图。
图27是沿图24中的线C-C截取的剖视图。
图28、图29、图30和图31是示出根据本发明示例性实施例的制造LED的方法的剖视图，图28、图29、图30和图31均对应于沿图24中的线A-A截取的剖视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述本发明的示例性实施例。仅以示出的目的提供下面的实施例，使得本领域技术人员能够充分地理解本发明的精神。因此，本发明不限于下面的实施例，而是可以以其他形式实施。在附图中，为了便于示出，可夸大元件的宽度、长度和厚度等。相同的标号在说明书和附图中始终指示相同的元件。
图1是根据本发明示例性实施例的高效发光二极管(LED)的剖视图。
如图1所示，根据本示例性实施例的高效LED包括：支撑基底41，半导体堆叠件30，设置在支撑基底41上；中间层，设置在半导体堆叠件30和支撑基底41之间。中间层可包括用于欧姆接触、光反射以及支撑基底41和半导体堆叠件30之间的结合的多层金属层(例如，如图1中所示的31、35和43)。
支撑基底41与用于生长化合物半导体层的生长基底(未示出)不同，支撑基底41是附着到在生长基底上生长的化合物半导体层的二次基底。生长基底可以是适于生长III族氮化物半导体的蓝宝石基底。在当前示例性实施例中，如果另一蓝宝石基底被用作支撑基底41，则生长基底和支撑基底41具有相同的热膨胀系数，从而可防止晶片在结合支撑基底41和去除生长基底时弯曲。
半导体堆叠件30设置在支撑基底41上，并且包括有源层27和分别设置在有源层27的两侧的p型化合物半导体层29和n型化合物半导体层25。与传统的垂直LED相似，在半导体堆叠件30中，p型化合物半导体层29定位成比n型化合物半导体层25更接近支撑基底41。在本示例性实施例中，半导体堆叠件30位于支撑基底41的部分区域上，p型结合焊盘70可设置在支撑基底41的其上没有半导体堆叠件30的其他区域上。由于支撑基底41是绝缘的，所以导电中间层的一部分沿半导体堆叠件30的横向延伸，使得中间层的延伸部分能够连接到p型结合焊盘70。
p型化合物半导体层29、有源层27和n型化合物半导体层25可由基于III族元素-N的化合物半导体(例如，(Al,Ga,In)N半导体)形成。n型化合物半导体层25和p型化合物半导体层29中的每个可具有单层结构或多层结构。例如，n型化合物半导体层25和/或p型化合物半导体层29可包括接触层和覆盖层，并且还可包括超晶格层。另外，有源层27可具有单个或多个量子阱结构。具有相对小的比电阻的n型化合物半导体层25位于支撑基底41的相对侧，从而可以在n型化合物半导体层25的顶表面上容易地形成粗糙的或有纹理的表面。粗糙的或有纹理的表面可提高有源层27中产生的光的提取效率。如果支撑基底41不由诸如蓝宝石的绝缘基底形成，而是由金属或导电半导体形成，则p型结合焊盘70可形成在支撑基底41的底表面上。
同时，p欧姆电极31可位于支撑基底41和半导体堆叠件30之间，以与p型化合物半导体层29欧姆接触。n电极焊盘51位于半导体堆叠件30上，并且电极延伸件51a从n电极焊盘51延伸。n电极焊盘51和电极延伸件51a可与n型化合物半导体层25欧姆接触。高效LED还包括顺序地设置在p欧姆电极31和支撑基底41之间的阻挡金属层35和结合金属43。阻挡金属层35与p欧姆电极31接触，结合金属43分别在其上侧和下侧与阻挡金属层35和支撑基底41接触。
在本示例性实施例中，结合金属43用于将半导体堆叠件30结合到支撑基底41。这时，可通过将位于半导体堆叠件30上的结合金属层结合到位于支撑基底41上的另一结合金属层来形成结合金属43，支撑基底41和半导体堆叠件30通过结合金属层的共熔结合而彼此附着。结合金属43可包括Au-Sn合金。
在本示例性实施例中，p欧姆电极31可以是包含诸如Ag的反射金属的欧姆反射金属层，p欧姆电极31中的位于与p欧姆电极31相同高度的部分区域成为沟槽区312。为了便于理解，在图1中用虚线标出沟槽区312。将在下面描述的沟槽区312位于接近p型化合物半导体层29的角落处，以对应于在n型化合物半导体层25上的n型电极焊盘51的位置。在本示例性实施例中，沟槽区312由位于其下方的阻挡金属层35填充。阻挡金属层35由例如不与p型化合物半导体层29进行良好欧姆接触的金属(例如Ni)形成，因此，可在沟槽区312中限制电流流动。
键合线W可连接到n电极焊盘51，电极延伸件51a从n电极焊盘51延伸。
图2是示出图1中示出的器件的顶表面的平面图。
参照图2，n电极焊盘51与n型化合物半导体层25的中心区分隔开并接近n型化合物半导体层25的角落。因此，n型化合物半导体层25上的发光区可以最低限度地被键合线W覆盖。电极延伸件51a从n电极焊盘51线性地延伸。更具体地说，电极延伸件51a可包括从n电极焊盘51开始并回到n电极焊盘51的闭环式外电极图案512，以及均具有分别连接到外电极图案512的两个不同位置的两端的多个内电极图案514。
参照回图1，如上所述，n电极焊盘51位于与没有p欧姆电极31的沟槽区312相对的区域(即，直接在沟槽区312上方的区域)中。电极延伸件51a从n电极焊盘51延伸至p欧姆电极31的上部。因此，在n型化合物半导体层25上的n电极焊盘51和p型化合物半导体层29下的直接位于n电极焊盘51下方的沟槽区312之间的电流的路径基本被阻挡。因此，经过n型化合物半导体层25上的电极延伸件51a的电流会增大，并且电极延伸件51a和p欧姆电极31之间的电流也增大。因此，可以更有效地扩展电流。在本示例性实施例中，只要n型化合物半导体层25的顶表面没有被电极延伸件51a过多地覆盖，通过适当地控制电极延伸件51a的图案，可提高电流的扩展效率。电极延伸件51a过多地覆盖n型化合物半导体层25会导致发光效率降低。
图3中的(a)和(b)是基于是否形成沟槽区312来比较电极延伸件51a对提高电流扩展的贡献程度的差异的视图。图3中的(a)和(b)示出了与未形成沟槽区的情况(见图3中的(b))相比，在形成沟槽区312的情况(见图3中的(a))下提高了电极延伸件51a和p欧姆电极31之间的电流扩展(沿箭头方向示出)。
图4是根据本发明示例性实施例的高效LED的剖视图。
参照图4，根据本示例性实施例的高效LED与参照图1描述的LED相似，但是包括被构造为填充沟槽区312并与p型化合物半导体层29接触的分布式布拉格反射器的绝缘层22(在下文中，称作“绝缘DBR”)。绝缘DBR 22和被设置为围绕绝缘DBR 22的p欧姆电极31(即，欧姆反射金属层)一起与位于半导体堆叠件30下部的p型化合物半导体层29接触。
可通过交替地堆叠从SixOyNz、TixOy、TaxOy和NbxOy中选择的高折射率层和低折射率层的至少两层来形成绝缘DBR 22。可通过调节交替地堆叠的高折射率层和低折射率层的光学厚度来使特定波长光的反射率最大化。这时，绝缘DBR 22中的层可具有相同的光学厚度，以增大特定波长的光(例如，在有源层27中产生的光)的反射率。可选地，可通过堆叠反射波长彼此不同的多个DBR来形成绝缘DBR 22，以提高相对宽的波长区内的光的反射率。可通过高折射率层和低折射率层的光学厚度来控制每个绝缘DBR 22的反射波长。
在特定波长的光的反射的方面，绝缘DBR 22可包括通过沿竖直方向重复地堆叠一个高折射率层和一个低折射率层形成的单个DBR。然而，如果上述LED是应用到发射白光的LED封装件的白光LED，则绝缘DBR 22可具有包括两个或更多个绝缘DBR部分的结构，从而提高了发光效率。在下文中，将描述可应用于上述LED的绝缘DBR 22的其他示例，其中，两个或更多个绝缘DBR部分被构造为堆叠，以适于反射两个或更多个不同波长的光。
参照图5，绝缘DBR 22包括第一绝缘DBR部分222和第二绝缘DBR部分224。
通过重复多对第一材料层222a和第二材料层222b来形成第一绝缘DBR部分222，通过重复多对第三材料层224a和第四材料层224b来形成第二绝缘DBR部分224。第一绝缘DBR部分222中的成对的第一材料层222a和第二材料层222b对红色波长区或绿色波长区中的光(例如，波长为550nm或630nm的光)的反射率可以比对蓝色波长区中的光的反射率相对高，第二绝缘DBR部分224中的成对的第三材料层224a和第四材料层224b可对蓝色波长区中的光(例如，波长为460nm的光)的反射率可以比对红色波长区或绿色波长区中的光的反射率相对高。虽然第一绝缘DBR部分222中的材料层222a和222b的光学厚度大于第二绝缘DBR部分224中的材料层224a和224b的光学厚度，但是本发明不限于此。即，第二绝缘DBR部分中的材料层的光学厚度可大于第一绝缘DBR部分中的材料层的光学厚度。
第一材料层222a可具有与第三材料层224a的材料相同的材料(即，相同的折射率)，第二材料层222b可具有与第四材料层224b的材料相同的材料(即，相同的折射率)。例如，第一材料层222a和第三材料层224a可由TiO2(折射率n：大约2.5)形成，第二材料层222b和第四材料层224b可由SiO2(折射率n：大约1.5)形成。
同时，第一材料层222a的光学厚度与第二材料层222b的光学厚度基本成整数倍的关系，优选地，它们的光学厚度彼此基本相同。第三材料层224a的光学厚度与第四材料层224b的光学厚度基本成整数倍的关系，它们的光学厚度可以彼此基本相同。
第一材料层222a的光学厚度可大于第三材料层224a的光学厚度，第二材料层222b的光学厚度可大于第四材料层224b的光学厚度。可通过调节每个材料层的折射率和/或实际厚度来调节第一材料层222a、第二材料层222b、第三材料层224a和第四材料层224b的光学厚度。
根据本示例性实施例，提供了第一绝缘DBR部分222和第二绝缘DBR部分224被构造为彼此堆叠的绝缘DBR 22，第一绝缘DBR部分222具有对长波长可见光的相对较高的反射率，第二绝缘DBR部分224具有对短波长可见光的相对较高的反射率。通过第一绝缘DBR部分222和第二绝缘DBR部分224的组合，绝缘DBR 22可在可见光区中的整个宽的波长带中具有高反射率。
由于单个DBR相对于特定波长范围内的光具有高反射率而对在其他波长范围内的光具有低反射率，所以在提高发射白光的LED封装件的光提取效率方面会存在限制。然而，由于如图5中所示的包括两个或更多个DBR部分的绝缘DBR 22不仅相对于蓝色波长区中的光具有高反射率，而且相对于绿色波长区和红色波长区中的光具有高反射率，所以可提高LED封装件的光效率。
此外，与第二绝缘DBR部分224被设置为比第一绝缘DBR部分222更接近半导体堆叠件30时相比，当第一绝缘DBR部分222被设置为比第二绝缘DBR部分224更接近半导体堆叠件30时，绝缘DBR 22中的光损失会减小。
在本示例性实施例中，已经描述了两个反射器，即，第一绝缘DBR部分222和第二绝缘DBR部分224，然而可使用更多个DBR。相对于较长波长的光具有较高反射率的DBR可被设置为相对接近于半导体堆叠件30。
在本示例性实施例中，第一绝缘DBR部分222中的第一材料层222a的厚度可以彼此不同，第一绝缘DBR部分222中的第二材料层222b的厚度可以彼此不同。第二绝缘DBR部分224中的第三材料层224a的厚度可以彼此不同，第二绝缘DBR部分224中的第四材料层224b的厚度可以彼此不同。
虽然已经在本示例性实施例中描述了材料层222a、222b、224a和224b由SiO2或TiO2形成，但是本发明不限于此。材料层可由其他材料层形成，例如由Si3N4、化合物半导体等形成。第一材料层222a和第二材料层222b的折射率之间的差可大于0.5，第三材料层224a和第四材料层224b的折射率之间的差可大于0.5。
第一绝缘DBR部分222中的第一材料层和第二材料层的对数以及第二绝缘DBR部分224中的第三材料层和第四材料层的对数越多，反射率会提高得越多。这些对的总数可以至少是20对。
图6是示出根据本发明示例性实施例的绝缘DBR 22的剖视图。在根据本示例性实施例的绝缘DBR 22中，多对第一材料层222a和第二材料层222b与多对第三材料层224a和第三材料层224b彼此混合。即，至少一对第三材料层224a和第四材料层224b设置在多对第一材料层222a和第二材料层222b之间，至少一对第一材料层222a和第二材料层222b设置在多对第三材料层224a和第四材料层224b之间。这里，第一材料层222a、第二材料层222b、第三材料层224a和第四材料层224b的光学厚度被控制为对可见光区中的整个宽的波长带的光具有高反射率。
图7是根据本发明示意性实施例的LED的示意性布局。图8、图9和图10分别是沿图7中的线A-A、B-B和C-C截取的剖视图。在图7中，用虚线标出位于半导体堆叠件30下方的反射金属层31和下绝缘层33。
参照图7至图10，LED包括支撑基底41、半导体堆叠件30、反射金属层31、下绝缘层33、阻挡金属层35、上绝缘层47、n电极焊盘51和电极延伸件51a。LED还可包括结合金属43。
支撑基底41区别于用于生长化合物半导体层的生长基底(未示出)，支撑基底41是附着到预先生长的化合物半导体层的二次基底。虽然支撑基底41可以是导电基底(例如，金属性基底)或者半导体基底，但是本发明不限于此。即，支撑基底41可以是例如蓝宝石基底的绝缘基底。
半导体堆叠件30位于支撑基底41上，并且包括p型化合物半导体层29、有源层27和n型化合物半导体层25。在半导体堆叠件30中，与传统的垂直LED相似，p型化合物半导体层29定位为与n型化合物半导体层25相比更接近支撑基底41。半导体堆叠件30可位于支撑基底41的部分区域上。即，支撑基底41具有比半导体堆叠件30相对更宽的面积，半导体堆叠件30位于由支撑基底41的边缘所围绕的区域中。
由于n型化合物半导体层25、有源层27和p型化合物半导体层29与参照图1描述的n型化合物半导体层25、有源层27和p型化合物半导体层29相同，所以将省略对它们的详细描述。
p电极位于p型化合物半导体层29和支撑基底41之间，并且可包括反射金属层31和阻挡金属层35。反射金属层31在半导体堆叠件30和支撑基底41之间与p型化合物半导体层29进行欧姆接触。反射金属层31可包括由例如Ag制成的反射层。反射金属层31可定位为被限制在半导体堆叠件30的区域下方。如图7所示，反射金属层31可由多个板形成，其中，在板之间形成沟槽。半导体堆叠件30通过沟槽暴露。
下绝缘层33位于反射金属层31和支撑基底41之间并覆盖反射金属层31。下绝缘层33覆盖反射金属层31(例如，所述多个板)的侧表面和边缘，并具有开口，通过所述开口暴露反射金属层31。下绝缘层33可形成为具有由氧化硅或氮化硅制成的单层结构或多层结构，并且可以是通过重复堆叠折射率彼此不同的绝缘层(例如SiO2/TiO2或SiO2/Nb2O5)获得的DBR。下绝缘层33能够防止反射金属层31暴露到外部。下绝缘层33也可位于半导体堆叠件30的侧表面下方，从能能够防止通过半导体堆叠件30的侧表面的漏电流。
阻挡金属层35在下绝缘层33下方覆盖下绝缘层33，阻挡金属层35通过下绝缘层33的开口连接到反射金属层31。阻挡金属层35通过防止金属性材料(例如Ag)从反射金属层31扩散来保护反射金属层31。阻挡金属层35可包括例如Ni层。阻挡金属层35可位于支撑基底41的整个表面上方。
支撑基底41可借助于结合金属43结合到阻挡金属层35上。可利用共熔结合由例如Au-Sn形成结合金属43。可选地，支撑基底41可利用例如镀覆技术形成在阻挡金属层35上。如果支撑基底41是导电基底，则支撑基底41可执行p电极焊盘的功能。可选地，如果支撑基底41是绝缘基底，则可在位于支撑基底41上的阻挡金属层35上形成p电极焊盘。
同时，半导体堆叠件30的顶表面(即，n型化合物半导体层25的表面)可以既具有粗糙表面又具有平坦表面。如图8至图10中所示，n电极焊盘51和电极延伸件51a位于平坦表面上。如这些附图所示，n电极焊盘51和电极延伸件51a定位为被限制在平坦表面上，并且可以比平坦表面窄。因此，可防止n电极焊盘51或者电极延伸件51a由于在半导体堆叠件30中产生的下陷(undercut)等而剥离，从而提高其了可靠性。粗糙表面也可位于平坦表面下方。即，粗糙表面可以位于n电极焊盘51和电极延伸件51a下方。
同时，n电极焊盘51位于半导体堆叠件30上，电极延伸件51a从n电极焊盘51延伸。多个n电极焊盘51可位于半导体堆叠件30上，电极延伸件51a可分别从n电极焊盘51延伸。电极延伸件51a电连接到半导体堆叠件30，并可与n型化合物半导体层25直接接触。
n电极焊盘51也可位于反射金属层31中的沟槽区的上方。即，与p型化合物半导体层29欧姆接触的反射金属层31可以不位于n电极焊盘51下方，而是下绝缘层33位于n电极焊盘51下方。此外，电极延伸件51a还可位于反射金属层31中的沟槽区上方。如图7所示，在由多个板组成的反射金属层31中，电极延伸件51a可位于这些板之间的区域上方。反射金属层31中的沟槽区(即，所述多个板之间的区域)的宽度可以比电极延伸件51a宽。因此，可防止电流流动从电极延伸件51a朝向在电极延伸件51a正下方的部分集中。
同时，上绝缘层47设置在n电极焊盘51和半导体堆叠件30之间。上绝缘层47可防止电流从n电极焊盘51直接流入到半导体堆叠件30中。具体地说，上绝缘层47可防止电流集中在n电极焊盘51正下方的部分上。上绝缘层47覆盖粗糙表面。上绝缘层47可具有沿粗糙表面形成的不平坦表面。上绝缘层47的不平坦表面可具有凸起形状。上绝缘层477的不平坦表面可减少可能在上绝缘层47的上表面上产生的全内反射。
上绝缘层47可覆盖半导体堆叠件30的侧表面，以保护半导体堆叠件30免受外部环境影响。另外，上绝缘层47可具有开口，半导体堆叠件30通过所述开口暴露，电极延伸件51a可位于开口中以与半导体堆叠件30接触。
图11至图15是示出根据本发明示例性实施例的制造LED的方法的剖视图。这里，每幅剖视图对应于沿图7中的线A-A截取的剖视图。
参照图11，在生长基底21上形成包括n型半导体层25、有源层27和p型半导体层29的半导体堆叠件30。虽然生长基底21可以是蓝宝石基底，但是本发明不限于此。即，生长基底21可以是另一异质基底，例如，硅基底。可将n型半导体层25和p型半导体层29中的每个形成为具有单层结构或多层结构。可将有源层27形成为具有单个或多个量子阱结构。
可由基于III族元素-N的化合物半导体来形成半导体层，并且可通过诸如MOCVD或MBE的工艺在生长基底21上生长半导体层。
同时，在形成化合物半导体层之前，可形成缓冲层(未示出)。采用缓冲层来减少生长基底21和化合物半导体层之间的晶格失配，缓冲层可以是基于III族元素-N(例如GaN或AlN)的材料层。
参照图12，在半导体堆叠件30上形成反射金属层31。反射金属层31具有沟槽，通过所述沟槽暴露半导体堆叠件20。例如，可由多个板形成反射金属层31，并且可在所述多个板之间形成沟槽(见图7)。
然后，形成下绝缘层33以覆盖反射金属层31。下绝缘层33填充反射金属层31中的沟槽，并覆盖反射金属层31的侧表面和边缘。下绝缘层33具有开口，通过所述开口暴露反射金属层31。下绝缘层33可由氧化硅或氮化硅形成，并且可形成为通过交替地堆叠折射率彼此不同的绝缘层而获得的DBR。
在下绝缘层33上形成阻挡金属层35。可通过填充形成在下绝缘层33中的开口使阻挡金属层35与反射金属层31接触。
参照图13，使支撑基底41附着到阻挡金属层35上。支撑基底41可与半导体堆叠件30分离地形成，然后借助于结合金属43结合到阻挡金属层35上。可选地，可通过镀覆技术在阻挡金属层35上形成支撑基底41。
然后，通过去除生长基底21来暴露半导体堆叠件30中的n型半导体层25的表面。可利用激光剥离(LLO)技术来去除生长基底21。
参照图14，在暴露的n型半导体层25上形成掩模图案45。掩模图案45仅覆盖n型半导体层25的对应于反射金属层31的沟槽的区域，并暴露n型半导体层25的其他区域。具体地说，掩模图案45覆盖n型半导体层25的随后将要形成有n电极焊盘51和电极延伸件51a的区域。掩模图案45可由诸如光致抗蚀剂的聚合物形成。
然后，使用掩模图案45作为蚀刻掩模各向异性地蚀刻n型半导体层25的表面，从而在n型半导体层25上形成粗糙表面R。然后，去除掩模图案45。n型半导体层25的其上设置有掩模图案45的部分表面保持为平坦表面。
同时，通过使半导体堆叠件30图案化来形成芯片分离区，并暴露下绝缘层33。可在形成粗糙表面R之前或之后形成芯片分离区。
参照图15，在其上形成有粗糙表面R的n型半导体层25上形成上绝缘层47。上绝缘层47沿粗糙表面R形成，以具有对应于粗糙表面R的不平坦表面。上绝缘层47覆盖其上将要形成n电极焊盘51的平坦表面。上绝缘层47可覆盖半导体堆叠件30的暴露于芯片分离区的侧表面。上绝缘层47具有开口47a，用来暴露其中将要形成电极延伸件51a的区域的平坦表面。
然后，在上绝缘层47上形成n电极焊盘51，在开口47a中形成电极延伸件51a。电极延伸件51a从n电极焊盘51延伸并电连接到半导体堆叠件30。
然后，沿芯片分离区将支撑基底分为单独的芯片，从而完成LED的制造(见图8)。
图16是根据本发明示例性实施例的LED的示意性布局。图17、图18和图19是分别沿图16中的线A-A、B-B和C-C截取的剖视图。在图16中，用虚线标出位于半导体堆叠件30下方的反射金属层31和下绝缘层33。
参照图16至图19，该LED与参照图7至图10描述的LED相似，但不同之处在于该LED包括具有特定的材料和结构的支撑基底60。
在本示例性实施例中，支撑基底60是附着到预先生长的化合物半导体层的二次基底，并可以是诸如金属性基底的导电基底。
支撑基底60包括：第一金属层64，位于支撑基底60的中部；第二金属层62和66，彼此对称地设置在第一金属层64的上部和下部。第一金属层64可包含例如钨(W)或钼(Mo)中的至少一种。第二金属层62和66由热膨胀系数高于第一金属层64的热膨胀系数的材料制成，例如可包含铜(Cu)。粘合层63形成在第一金属层64和第二金属层62之间，粘合层65形成在第一金属层64和第二金属层66之间。另外，粘合层61形成在结合金属43和第二金属层62之间。这些粘合层61、63和65可包括Ni、Ti、Cr和Pt中的至少一种。下结合金属68可借助于粘合层67形成在位于第一金属层64的下方的第二金属层66的底表面上。下结合金属68具有与设置在支撑基底60和半导体堆叠件30之间的结合金属43对称的结构。下结合金属68可由与结合金属43的材料相同的材料形成，并可由例如Au或Au-Sn(80wt％/20wt％)制成。下结合金属68可被用于将支撑基底60附着到电子电路或印刷电路板(PCB)。
在本示例性实施例中，支撑基底60具有包括第一金属层64以及彼此对称地形成在第一金属层64的顶表面和底表面上的第二金属层62和66的结构。与构成第二金属层62和66的材料(例如Cu)相比，构成第一金属层64的材料(例如W或Mo)具有相对较低的热膨胀系数和相对较高的硬度。第一金属层64的厚度被形成为大于第二金属层62和66的厚度。因此，与第一金属层分别形成在第二金属层的顶表面和底表面上的结构相比，可形成该结构的相反结构，即，第二金属层62和66分别形成在第一金属层64的顶表面和底表面上的结构。可以适当地控制第一金属层64的厚度以及第二金属层62和66的厚度，使得支撑基底60可具有与生长基底和半导体堆叠件30的热膨胀系数相似的热膨胀系数。
支撑基底60可与半导体堆叠件30分离地形成，然后通过结合金属43结合到阻挡金属层35。结合金属43可利用共熔结合由例如Au或Au-Sn(80wt％/20wt％)形成。可选地，支撑基底60可通过镀覆或沉积技术形成在阻挡金属层35上。例如，可利用使用整流器使金属沉淀的电镀法或者利用使用还原剂使金属沉淀的非电镀法来镀覆支撑基底60。可选地，可利用诸如热沉积、电子束蒸发、溅射或化学气相沉积(CVD)的方法来沉积支撑基底60。
图20至图22是示出根据本发明示例性实施例的制造LED的方法的剖视图。这里，每幅剖视图对应于沿图16中的线A-A截取的剖视图。
参照图20，如参照图10所描述的，首先在生长基底21上形成包括n型半导体层25、有源层27和p型半导体层29的半导体堆叠件30。然后，如参照图10所描述的，在半导体堆叠件30上形成反射金属层31、下绝缘层33和阻挡金属层35。
然后，将支撑基底60附着在阻挡金属层35上。支撑基底60可与半导体堆叠件30分离地形成，然后借助于结合金属43结合到阻挡金属层35上。
如参照图16至图19所描述的，支撑基底60包括：第一金属层64，位于支撑基底60的中部；第二金属层62和66，彼此对称地设置在第一金属层64的上部和下部。第一金属层64可包括例如钨(W)或钼(Mo)中的至少一种。第二金属层62和66由热膨胀系数高于第一金属层64的热膨胀系数的材料制成，例如可包含铜(Cu)。在第一金属层64和第二金属层62之间形成粘合层63，并且在第一金属层64和第二金属层66之间形成粘合层65。另外，在结合金属43和第二金属层62之间形成粘合层61。这些粘合层61、63和65可包括Ni、Ti、Cr和Pt中的至少一种。可借助于粘合层67在第二金属层66的底表面上形成下结合金属68。可将下结合金属68用于将支撑基底60附着到电子电路或PCB。
在本示例性实施例中，支撑基底60具有包括第一金属层64以及彼此对称地形成在第一金属层64的顶表面和底表面上的第二金属层62和66的结构。与构成第二金属层62和66的材料(例如Cu)相比，构成第一金属层64的材料(例如W或Mo)具有相对较低的热膨胀系数和相对较高的硬度。将第一金属层64的厚度形成为大于第二金属层62和66的厚度。可以适当地控制第一金属层64的厚度以及第二金属层62和66的厚度，使得支撑基底60可具有与生长基底和半导体堆叠件30的热膨胀系数相似的热膨胀系数。
通过支撑基底60的上述结构，通过用于执行支撑基底60的结合的加热工艺或其后续工艺可有效地减少会由于生长基底21、半导体堆叠件30和支撑基底60之间的热膨胀系数的差异而导致的应力，因而可防止化合物半导体层的损坏和弯曲。
需要高温气氛来执行支撑基底60的结合，可将压力施加到支撑基底60，从而可以容易地执行支撑基底60的结合。可仅在结合工艺期间借助于设置在高温室上部的施压板来施加压力，并可在结合完成之后去除施压板。
可选地，可通过在其两侧用于夹持支撑基底60和生长基底21的夹持件来施加压力。因此，可在高温气氛下与室分离地施加压力。因此，在结合支撑基底60之后，即使在常温下也能够保持压力。
打磨工艺或LLO工艺可用作在结合支撑基底60之后去除生长基底的工艺。在这种情况下，为了减小会由于热膨胀系数的差异而导致的弯曲，可将安装有生长基底21的夹持件加热至特定温度，在该温度下能够减小弯曲。为了防止支撑基底60和半导体堆叠件由于可由分离生长基底21的工艺中产生的气体以及在LLO工艺中发射的激光束导致的碰撞而受损，可在用于夹持生长基底21和支撑基底60的夹持件保持为安装的状态下执行LLO工艺。
可选地，可利用例如镀覆技术在阻挡金属层35上形成支撑基底60。
在形成支撑基底60之后，去除生长基底21，从而暴露半导体堆叠件40中的n型化合物半导体层25的表面。可通过LLO工艺通过将激光通过生长基底21辐射并分离生长基底21来去除生长基底21。这时，激光的能量被选择为小于生长基底21的能带隙且大于缓冲层(未示出)的能带隙。
参照图21，如参照图14所描述的，在暴露的n型半导体层25上形成掩模图案45，通过利用掩模图案45作为蚀刻掩模对n型半导体层25的表面进行各向异性蚀刻而在n型半导体层25上形成粗糙表面R。然后，去除掩模图案45。
同时，通过使半导体堆叠件30图案化来形成芯片分离区，并且暴露下绝缘层33。芯片分离区可在形成粗糙表面R之前或之后形成。
参照图22，如参照图15所描述的，在其上形成有粗糙表面R的n型半导体层25上形成上绝缘层47。然后，在上绝缘层47上形成n电极焊盘51，在开口47a中形成电极延伸件。电极延伸件51a从n电极焊盘51延伸，并电连接到半导体堆叠件30。然后，沿芯片分离区将支撑基底60分为单独的芯片，从而完成LED的制造(见图17)。
图23是示出反射金属层的边缘部分的扫描电子显微镜(SEM)剖面照片，用于示出可在垂直LED中导致的问题。
参照图23，反射金属层31形成在p型半导体层29上，反射金属层31的边缘被绝缘层33覆盖。绝缘层33被图案化为具有沟槽(未示出)，通过所述沟槽暴露反射金属层31。阻挡金属层35形成在绝缘层33和被沟槽暴露的反射金属层31上。然后，结合金属43形成在阻挡金属层35上，支撑基底(未示出)附着在阻挡金属层35上并且结合金属43置于支撑基底和阻挡金属层35之间。反射金属层31包括银(Ag)，绝缘层33由SiO2形成。通过重复地堆叠Pt、Ni、Ti、W或它们的合金形成阻挡金属层35。
如图23所示，在反射金属层31的边缘附近的绝缘层33和阻挡金属层35中产生裂纹。应该理解的是，即使在不使用绝缘层33时(即，即使在阻挡金属层35直接形成在反射金属层31上时)，也会产生这种裂纹。裂纹形成为在反射金属层31的附近相对较宽。裂纹距离反射金属层31越远，裂纹越窄。裂纹几乎在阻挡金属层35的整个厚度中相连。
由于反射金属层31的热膨胀系数比绝缘层33和阻挡金属层35的热膨胀系数相对要大，所以会形成裂纹。即，由于在执行加热工艺时，反射金属层31比绝缘层33和阻挡金属层35膨胀得相对要多，所以应力集中在反射金属层31的边缘上，因此，在接近反射金属层31的绝缘层33中产生裂纹，使得裂纹会被传递至阻挡金属层35。
由于产生裂纹，所以反射金属层31的电学特性在反射金属层31的边缘附近发生变化，另外，在反射金属层31和p型半导体层29之间出现诸如界面剥离的问题，从而使反射金属层31的欧姆特性劣化。由于在p型半导体层29的表面上产生裂纹，所以会劣化LED的可靠性。
因此，将在下面描述能够防止反射金属层暴露于LED的外部并防止由于在反射金属层的边缘附近产生的裂纹而使反射金属层的电学特性和可靠性劣化的LED。
图24是根据本发明示例性实施例的LED的示意性布局。图25、图26和图27分别是沿图24中的线A-A、B-B和C-C截取的剖视图。在图24中，用虚线标出位于半导体堆叠件30下方的反射金属层133和保护层131中的沟槽131a。
参照图24至图27，该LED与参照图7至图10描述的LED相似，但不同之处涉及保护层131、反射金属层133和阻挡金属层135。在下文中，为了避免罗嗦，将省略对与图7至图10的组件相同的组件的描述，将仅详细描述区别。
保护层131位于半导体堆叠件30和支撑基底41之间并且具有沟槽131a，通过沟槽131a暴露半导体堆叠件30(例如，p型化合物半导体层29)。保护层131可具有暴露半导体堆叠件30的多个槽131a。如这些附图中所示，沟槽131a的侧壁可以是倾斜的。因此，沟槽131a的倾斜的侧壁能够防止或减少在反射金属层133和阻挡金属层135中产生裂纹。
保护层131延伸至半导体堆叠件30的外部并位于半导体堆叠件30的侧表面的下方，从而能够防止反射金属层133的上表面暴露于半导体堆叠件30。
保护层131可以是由氧化硅或氮化硅制成的单层结构或多层结构，保护层131可以是通过重复地堆叠折射率彼此不同的绝缘层(例如，SiO2/TiO2或SiO2/Nb2O5)而获得的DBR。可选地，保护层131可以是与半导体堆叠件30(例如，p型化合物半导体层29)肖特基接触的金属层，例如，由Ti制成的金属层。
反射金属层133位于保护层131和支撑基底41之间，并通过填充保护层131的沟槽131a与半导体堆叠件30(例如，p型化合物半导体层29)欧姆接触。反射金属层133可包括由例如Ag制成的反射层。反射金属层133的侧表面或边缘133a位于保护层131下方。即，反射金属层133的边缘位于保护层131和支撑基底41之间。如图24中所示，反射金属层133的边缘133a可位于半导体堆叠件30的边缘和支撑基底41的边缘之间。即，半导体堆叠件30定位成被限制在由反射金属层133的边缘133a围绕的区域的上部区域中。
同时，阻挡金属层135位于反射金属层133和支撑基底41之间，并覆盖反射金属层133的边缘，以围绕反射金属层133。即，反射金属层133的侧表面和底表面被阻挡金属层135覆盖。阻挡金属层135防止反射金属层133中的金属性材料(例如，Ag)的移动，并防止反射金属层133的侧表面暴露于外部。阻挡金属层135可包括例如Pt、Ni、Ti、W或它们的合金。阻挡金属层可位于支撑基底41的整个表面上。
同时，n电极焊盘51位于半导体堆叠件30上，电极延伸件51a从n电极焊盘51延伸。多个n电极焊盘51可位于半导体堆叠件30上，电极延伸件51a可分别从多个n电极焊盘51延伸。电极延伸件51a电连接到半导体堆叠件30，并且可以与n型化合物半导体层25直接接触。
n电极焊盘51也可位于保护层131的区域上方。即，直接在n电极焊盘51下方的反射金属层133不与p型化合物半导体层29欧姆接触，而保护层131直接位于n电极焊盘51下方而不是反射金属层133直接位于n电极焊盘51下方。电极延伸件51a也可位于保护层131的区域上方。因此，能够防止电流流动从电极延伸件51a朝向电极延伸件51a正下方的部分集中。
图28至图31是示出根据本发明示例性实施例的制造LED的方法的剖视图。这里，每幅剖视图对应于沿图24中的线A-A截取的剖视图。
参照图28，如参照图11所描述的，首先在生长基底21上形成包括n型半导体层25、有源层27和p型半导体层29的半导体堆叠件30。在半导体堆叠件30上形成保护层131。保护层131具有沟槽(见图24的131a)，通过所述沟槽暴露半导体堆叠件30。可将沟槽131a的侧壁形成为倾斜的。保护层131可由氧化硅层或氮化硅层形成，并且可以是通过交替地堆叠其折射率彼此不同的绝缘层获得的DBR。可选地，保护层131可以是与半导体堆叠件30(例如，p型化合物半导体层29)肖特基接触的金属层。
在保护层131上形成反射金属层133。反射金属层133覆盖保护层131，并通过填充保护层131的沟槽使反射金属层133与半导体堆叠件30欧姆接触。反射金属层133包括反射金属，例如，Ag。同时，反射金属层133的边缘位于保护层131上。可以在每个单个LED的区域上以连续板的形状形成反射金属层133。
然后，在反射金属层133上形成阻挡金属层135。阻挡金属层135覆盖反射金属层133的顶表面和反射金属层133的边缘133a，以围绕反射金属层133。
参照图29，如参照图13所描述的，将支撑基底41附着在阻挡金属层135上。然后，通过去除生长基底21来暴露n型半导体层25。
参照图30，在暴露的n型半导体层25上形成掩模图案45。掩模图案45覆盖n型半导体层25的在保护层131的区域上方的区域，并暴露n型半导体层25的其他区域。具体地说，掩模图案45覆盖n型半导体层25的随后将要形成有n电极焊盘和电极延伸件的区域。掩模图案45可由例如光致抗蚀剂的聚合物形成。
然后，通过利用掩模图案45作为蚀刻掩模各向异性地蚀刻n型半导体层25的表面，在n型半导体层25上形成粗糙表面R。然后，去除掩模图案45。n型半导体层25的其上设置有掩模图案45的表面保持为平坦表面。
同时，通过图案化半导体堆叠件30来形成芯片分离区，并暴露保护层131。芯片分离区可在形成粗糙表面R之前或之后形成。反射金属层133的边缘位于暴露于芯片分离区的保护层131的下方。因此，可通过保护层131防止反射金属层133暴露于外部。
参照图31，如参照图15所描述的，在其上形成有粗糙表面R的n型半导体层25上形成上绝缘层47。上绝缘层47具有暴露平坦表面的将要形成电极延伸件51a的区域的开口47a。
然后，在上绝缘层47上形成n电极焊盘51，在开口47a中形成电极延伸件。电极延伸件从n电极焊盘51延伸，并电连接到半导体堆叠件30。
然后，沿芯片分离区将支撑基底41分为单独的芯片，从而完成LED的制造(见图25)。这时，保护层131、阻挡金属层135和支撑基底41可与支撑基底一起分开，因此，它们的侧表面可以彼此平行。同时，反射金属层位于被分开后的支撑基底的边缘围绕的区域中，因此，反射金属层133未暴露于外部而是埋在LED中。
根据本发明，能够提供一种LED，其中，上绝缘层设置在第一电极焊盘和半导体堆叠件之间，从而提高了电流扩展性能。另外，上绝缘层被构造为具有沿半导体堆叠件的粗糙表面形成的不平坦表面，从而提高了LED的光提取效率。另外，在电极延伸件下方的p型化合物半导体层的表面被绝缘层覆盖，从而可防止电流从电极延伸件沿竖直方向集中。
虽然已经结合附图和示例性实施例示出并描述了本发明，但是本发明不限于此，本发明由权利要求限定。因此，本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的由权利要求限定的精神和范围的情况下，可以对其进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种发光二极管，所述发光二极管包括：
支撑基底；
半导体堆叠件，布置在支撑基底上，半导体堆叠件包括p型化合物半导体层、有源层和n型化合物半导体层；
保护层，设置在支撑基底和半导体堆叠件之间，具有用于暴露半导体堆叠件的至少一个沟槽；
反射金属层，位于保护层和支撑基底之间，填充所述至少一个沟槽而与半导体堆叠件欧姆接触，其中，反射金属层的边缘位于保护层和支撑基底之间，并且位于半导体堆叠件的边缘和支撑基底的边缘之间；以及
阻挡金属层，位于支撑基底与反射金属层之间，并覆盖反射金属层的边缘，以围绕反射金属层，
其中，所述至少一个沟槽的侧壁是倾斜的。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其中，保护层是绝缘层。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其中，保护层肖特基接触于半导体堆叠件。
4.如权利要求1所述的发光二极管，所述发光二极管还包括：
第一电极焊盘，位于半导体堆叠件上；
电极延伸件，从第一电极焊盘延伸；以及
上绝缘层，设置在第一电极焊盘和半导体堆叠件之间。
5.如权利要求4所述的发光二极管，其中，
保护层具有多个沟槽，
第一电极焊盘以及电极延伸件位于保护层的区域上方。
6.如权利要求4所述的发光二极管，其中，
半导体堆叠件包括粗糙表面，
上绝缘层覆盖所述粗糙表面，
上绝缘层具有沿所述粗糙表面而形成的不平坦表面。
7.如权利要求4所述的发光二极管，其中，
半导体堆叠件包括平坦表面，
第一电极焊盘以及电极延伸件位于所述平坦表面上。
8.如权利要求7所述的发光二极管，其中，
电极延伸件与半导体堆叠件的平坦表面接触。
9.如权利要求1所述的发光二极管，其中，支撑基底是导电基底。
10.如权利要求1所述的发光二极管，所述发光二极管还包括：结合金属，设置于支撑基底和阻挡金属层之间。
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