CN107851696A - 发光二极管 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的发光二极管包括：包括第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层的发光结构；保护发光结构的钝化层；以及在发光结构上的在发光结构和钝化层之间形成的金属层，其中钝化层和金属层之间的距离比钝化层的厚度大4到12倍。
Description
技术领域
实施例涉及一种发光二极管的结构及其制造方法，并且更具体地，涉及一种阻挡漏电流并且从而具有被改进的可靠性的发光器件(LED)的结构及其制造方法。
背景技术
随着发光二极管(LED)技术已经被发展，成本降低和节能被实现。此外，使用LED的装置已经被多样化。现在，发射可见光的LED被广泛地应用于包括照明的各种应用，并且紫外(UV)光源在科学和工业、医学、环境科学、半导体工业等中被广泛地使用，并且其应用领域将被扩大。
发光二极管(LED或多个LED)是将电能转换成光的器件，并且LED通常包括由半导体材料形成并且插入在掺杂有具有相反电特性的掺杂物的多个层之间的至少一个有源层。通常，当对掺杂层的两端施加偏压时，空穴和电子被注入到有源层中，并在有源层中重新结合，从而产生光。这种光从有源层通过LED的整个表面被发射。
发明内容
技术问题
实施例提供一种减少漏电流并且因此可以具有改进的可靠性的发光二极管。
此外，实施例提供一种发光二极管，该发光二极管阻挡在垂直发光二极管的n型电极和p型电极之间产生的漏电流并且因此可以改进产量。
此外，实施例提供一种发光二极管，其中绝缘膜被沉积在钝化层和金属层之间而没有空的空间(vacant space)，并且因此可以阻挡漏电流。
实施例的目的不限于上述目的，并且实施例的附加优点、目的和特征将在随后的说明中部分地阐述并且将由本领域普通技术人员通过查阅下述内容而部分地变得清楚或者可以从实施例的实践中领会。
技术方案
在一个实施例中，发光二极管包括：发光结构，该发光结构包括第一导电型半导体层、有源层和第二导电型半导体层；钝化层，该钝化层保护发光结构；以及金属层，该金属层被形成在发光结构上的发光结构和钝化层之间，其中钝化层和金属层之间的距离是比钝化层的厚度大4到12倍。
发光二极管可以进一步包括绝缘层，该绝缘层被沉积在钝化层和金属层上。
绝缘层的厚度可以大于钝化层和金属层的厚度。
绝缘层可以填充位于发光结构上的钝化层和金属层之间形成的间隙。
绝缘层的厚度可以是至少700nm。
第二绝缘层可以通过化学气相沉积(CVD)形成。
金属层和钝化层的厚度可以在400nm～800nm的范围内。
钝化层和金属层之间的距离可以在3mm～5mm的范围内。
钝化层和金属层可以使用一个掩模通过光刻一次形成。
钝化层和金属层之间的距离可以在光刻期间根据各向同性蚀刻的执行时间而变化。
在发光结构上形成的金属层可以包括彼此电隔离的至少两个部分，并且钝化层可以形成在发光结构上没有被提供有金属层的区域中。
如果发光结构的上表面包括平的平面(flat planes)和倾斜平面(inclinedplanes)，则金属层可以仅被形成在平的平面上，并且钝化层可以被形成在平的平面和倾斜平面这两者上。
发光二极管可以具有垂直结构，使得从发光结构输出的光在朝着发光二极管的上表面的方向中发射。
从发光结构输出的光可以是具有波长范围为100-400nm的紫外(UV)光。
以上方面仅是一些优选实施例，并且本领域的技术人员基于下面将给出的详细描述能够设计其中反映本公开的技术特征的各种实施例。
有益效果
根据一个实施例的发光二极管具有如下效果。
根据实施例的发光二极管抑制当沉积绝缘膜时出现的空的空间的产生，并且因此可以阻挡漏电流并且改进发光二极管的操作可靠性。
通过下面描述的实施例获得的效果不限于上述效果，并且将理解的是，本领域技术人员能够设计落入本公开原理的精神和范围内的其他效果。
附图说明
被包括以提供对实施例的进一步理解并且被并入且构成本申请的一部分的附图图示实施例并且与说明书一起用于解释实施例的原理。然而，实施例的技术特征不限于附图，并且可以组合附图中公开的特征以组成新的实施例。
图1图示发光二极管中的缺陷。
图2图示图1的发光二极管中的缺陷的原因。
图3是图示根据一个实施例的发光二极管的横截面图。
图4a至图4c是图示制造图3所示的发光二极管的方法的横截面图。
图5a至图5c是更加详细地图示在图4b和图4c所示的方法的横截面图。
图6图示通过图4a至图5c的方法制造的发光二极管。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述应用实施例的设备和方法。
在实施例的下述描述中，将会理解，当每个元件被称为形成在另一元件“上”或“下”时，其能够直接在另一元件“上”或“下”或者间接地形成有其间的一个或多个插入元件。此外，当元件被称为形成在另一元件“上”或“下”时，不仅可以包括前述元件的向上方向，而且还可以包括前述元件的向下方向。
另外，为了描述的方便和清楚，附图中各层的厚度或大小可能被放大、省略或示意性地图示。此外，各个元件的大小可能不完全代表其实际大小。
图1图示发光二极管中的缺陷。更详细地说，图1a图示其中没有出现缺陷的发光二极管封装，以及图1b图示其中出现缺陷的发光二极管封装。参考图1b，在发光二极管封装中发现漏电流发生点12和14。图1a和图1b是由缺陷检测装置获取的照片，并且通过在向其施加低电压的条件下向缺陷区域发射电子而感测光变化部分来检测缺陷的用于多层检查的发射显微镜(EMMI)被用作缺陷检测装置。
图2图示图1的发光二极管中的缺陷的原因。更详细地说，图2a和2b是图1b中发现的缺陷的横截面的照片。参考图2a和图2b，在多个层之间形成空的空间16和18。例如，如果空的空间16和18被形成在发光结构和沉积在其上的绝缘层之间，则空的空间16和18增加漏电流并且降低二极管的可靠性。
如图2a中示例性地示出，在高温和高压的晶片结合工艺期间，结合材料渗入(infiltrates)空的空间16，并且在其间的界面处将n型金属层和氮化镓(GaN)层彼此分离。在这种情况下，用于n型欧姆接触的区域减小，并且因此发光二极管的操作电压可以增加。
图2b图示在空的空间16周围的n型金属层的端部处形成另一个空的空间18的情况。在这种情况下，形成n型金属层的材料移动到空的空间18，并且可以使发光二极管的操作特性在低电流处劣化，并且降低发光二极管的操作可靠性。
如果当在形成多个层的工艺期间在形成精细图案之后沉积层，则精细图案之间的间隙没有完全地填充有层，在发光二极管中引起缺陷的空的空间16和18可能被产生。此外，如果已经形成的金属层的材料由于在高温和高压处执行的半导体工艺，诸如晶片结合工艺而被移动，则可能产生空的空间16和18。
也用作发光二极管的结合层的金属层可以用作n型电极。如果这样的结合金属层渗入n型金属层，则操作电压可能升高，并且二极管的可靠性可能降低，并且如果结合金属层渗入p型金属层，则可能出现短路或在低电流处的发光二极管的操作特性可能会劣化。为了解决这些问题，可以在没有空的空间的情况下完全地填充金属层和钝化层之间形成的间隙。当间隙填充特性增强时，可以防止产生空的空间。
图3是示出根据一个实施例的发光二极管的横截面图。
如在此附图中示例性示出的，发光结构120包括第一导电型半导体层122、有源层124和第二导电型半导体层126。
电子阻挡层(未示出)可以被布置在有源层124和第二导电型半导体层126之间。电子阻挡层可以形成为具有超晶格结构，并且例如作为超晶格结构，可以布置掺杂有第二导电型掺杂物的AlGaN层或者可以交替地布置具有不同铝含量比的多个GaN层。
第一导电型半导体层122的表面可以形成图案并且因此改进光提取效率，并且第一导电型半导体层122可以连接到第一电极180。可以形成第一电极180以具有包括(Al)、钛(Ti)、铬(Cr)、镍(Ni)、铜(Cu)或金(Au)中的至少一种的单层或多层结构。
必须在发光结构120下面布置第二电极，并且欧姆层140和反射层150可以用作第二电极。GaN层被放置在第二导电型半导体层126下面，并且因此可以有助于向第二导电型半导体层126供应电流或空穴。
欧姆层140可以具有大约200埃的厚度。欧姆层140可以包括铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铟锌锡氧化物(IZTO)、铟铝锌氧化物(IAZO)、铟镓锌氧化物(IGZO)、铟镓锡氧化物(IGTO)、铝锌氧化物(AZO)、锑锡氧化物(ATO)、镓锌氧化物(GZO)、IZO氮化物(IZON)、Al-Ga ZnO(AGZO)、In-Ga ZnO(IGZO)、ZnO、IrOx、RuOx、NiO、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au、Ni/IrOx/Au/ITO、Ag、Ni、Cr、Ti、Al、Rh、Pd、Ir、Sn、In、Ru、Mg、Zn、Pt、Au或Hf中的至少一种，但不限于此。
反射层150可以形成为包括钼(Mo)、铝(Al)、银(Ag)、镍(Ni)、铂(Pt)、铑(Rh)或者包括Al、Ag、Pt或Rh的合金的金属层。铝或银可以有效地反射由有源层124发射的光，并且因此极大地增强半导体器件的光提取效率，并且钼可以有利于后面将描述的突起中的镀覆(plating)的生长。
支撑衬底170可以由诸如金属或半导体材料的导电材料形成。具有优异的导电性或导热性的金属可以被用作支撑衬底170，并且具体而言，支撑衬底170可以充分地散发由半导体器件在操作时产生的热，并且因此是由具有导热性高的材料(例如，金属)形成。例如，支撑衬底170可以由从由钼(Mo)、硅(Si)、钨(W)、铜(Cu)和铝(Al)或其合金组成的组中选择的一种形成。此外，支撑衬底170可以选择性地包括金(Au)、Cu合金、镍(Ni)、铜-钨(Cu-W)和载体晶片(例如，GaN、Si、Ge、GaAs、ZnO、SiGe、SiC、SiGe、Ga2O3等)。
支撑衬底170可以具有50至200微米的厚度以便具有足够的机械强度以在没有弯曲整个氮化物半导体的情况下通过划片并断开(scribing and breaking)工艺被划分成单独的芯片。
第一电极180以及用作第二电极的欧姆层140和反射层150通过绝缘膜194彼此电隔离。
例如，为了连接第一导电型半导体层222和第一电极280，在穿过发光结构220的有源层224和第二导电型半导体层226的孔或者暴露发光结构222的第一导电型半导体层222的凹槽被形成之后，在凹槽的内壁上形成绝缘膜294以便将有源层224和第二导电型半导体层226与第一电极280隔离。这里，绝缘膜294暴露第一导电型半导体层222。形成第一电极280的导体被嵌入以便被连接到通过通孔或者凹槽暴露的第一导电型半导体层222，从而形成第一电极280。
结合层160可以结合绝缘膜194和支撑衬底170，并且由从由金(Au)、锡(Sn)、铟(In)、铝(Al)、硅(Si)、银(Ag)、镍(Ni)和铜(Cu)或其合金组成的组中选择的一种被形成。结合层160可以连接到第一电极180并且将电子供应到第一导电型半导体层122。
此外，可以在发光结构120的侧表面和下表面的至少一部分处形成钝化层(未示出)。钝化层可以保护发光结构并且防止产生层间电短路。钝化层可以由诸如氧化物或氮化物的绝缘材料形成，并且例如可以被形成为氧化硅(SiO2)层、氧氮化物层或氧化铝层。
图4a至图4c是图示制造图3中所示的发光二极管的方法的横截面图。
参考图4a，发光结构120包括第一导电型半导体层122、有源层124和第二导电型半导体层126，并且被台面蚀刻使得第一导电型半导体层122被暴露。钝化层被形成在台面蚀刻的发光结构120上。参考图4b，第一导电型半导体层122和第二导电型半导体层126被暴露，并且连接到第一电极180(参考图3)的第一欧姆接触层182和被连接到起第二电极作用的欧姆层140(参考图3)的第二欧姆接触层184通过对钝化层190构图而形成。
参考图4c，绝缘膜194沉积在钝化层190、第一欧姆接触层182和第二欧姆接触层184上。这里，绝缘膜194的厚度必须为700nm或更大。对于其的原因是在具有图3的结构的垂直发光二极管中电隔离两个电极(即，n型电极和p型电极)。如果绝缘膜194的厚度减小，则漏电流增加，并且因此发光二极管的产量可能减少。
当沉积绝缘膜194时，如果钝化层190与第一欧姆接触层182之间的第一间隙P2和钝化层190与第二欧姆接触层184之间的第二间隙P1未被填充绝缘膜194时，可能在第一间隙P1和第二间隙P2中产生空的空间。如参考图2在上面所描述的，这样的空的空间可能增加漏电流。由于第一间隙P1和第二间隙P2的小宽度而产生空的空间。
例如，如图4a中示例性地示出，通过第一导电型半导体层122、有源层124和第二导电型半导体层126形成并且延伸到第一导电型半导体层122的一部分的至少一个凹槽或沟槽被形成。其后，导电地连接到在第一导电型半导体层下部处布置的第一绝缘层(例如，钝化层190)和第一导电型半导体层122的第一电极层(例如第二欧姆层184)可以被形成在凹槽或者沟槽中。这里，第一绝缘层和第一电极层之间的距离可以比第一绝缘层的厚度大4到12倍，并且第二绝缘层，例如绝缘膜194可以被布置在第一绝缘层和第一电极层之间。
图5a至图5c是更加详细地图示图4b和图4c中所示的方法的横截面图。
参考图5a，为了对绝缘层，即，钝化层190构图，光敏图案502被形成。
参考图5b，通过使用光敏图案502作为掩模执行湿法蚀刻，去除在光敏图案502之间暴露的钝化层190。这里，湿法蚀刻具有各向同性的蚀刻性质，并且因此，在光敏图案502下可能出现底切(undercut)。底切的深度D1可以通过调整湿法蚀刻的时间来调整。这里，可以执行湿法蚀刻使得底切的深度D1比钝化层190的厚度T1大大约10倍。
参考图5c，在形成底切之后，形成第一欧姆接触层182。这里，第一欧姆接触层182和钝化层190之间的距离D2可以比钝化层190的厚度T1大4至12倍。具体地，第一欧姆接触层182和钝化层190之间的距离D2可以比钝化层190的厚度T1大5至10倍。
如果第一欧姆接触层182和钝化层190之间的距离D2小于钝化层190的厚度T1的4倍，则间隙P1(参考图4c)过窄并且因此可能会出现未被绝缘膜194填充的空的空间。
此外，如果第一欧姆接触层182与钝化层190之间的距离D2可能超过钝化层190的厚度T1的12倍，则可能出现工艺负担，即，形成过度的底切。此外，为了形成过度的底切，湿法蚀刻的时间增加，并且因此由钝化层190保护的发光结构120的一部分可能被蚀刻。
第一欧姆接触层182的厚度T2可以类似于钝化层190的厚度T1。例如，钝化层190的厚度T1和第一欧姆接触层182的厚度T2可以是在约400nm～800nm的范围内。在这种情况下，第一欧姆接触层182和钝化层190之间的距离D2可以被确定在约3μm～5μm的范围内。
特别地，第一欧姆接触层182和钝化层190之间的距离D2可以是3mm。这里，距离D2为5mm或更大，第一欧姆接触层182的接触面积减小，并且因此发光二极管的光输出可以减小并且发光二极管的操作电压可能被升高。
虽然图5a至图5c示例性地描述钝化层190和第一欧姆接触层182，这样的描述可以应用于钝化层190和第二欧姆接触层186。
此外，钝化层190、第一欧姆接触层182或第二欧姆接触层186的厚度T1或T2可以不超过800nm。特别地，随着厚度T1或T2减小，发光二极管的光输出可以增强，并且厚度T1或T2可以是600nm或更小。在高温和高压的晶片结合工艺期间，结合金属可能会熔化或扩散，并且如果厚度T1或T2大，结合后可能会产生空的空间。这种的空的空间降低发光二极管的可靠性。因此，为了防止由晶片结合工艺引起的发光二极管性能的劣化，厚度T1或T2可以小，并且因此绝缘膜194可以在没有空的空间的情况下被沉积。使用具有高粒子能量的高密度等离子体(HDP)的化学气相沉积(CVD)可能有利于沉积绝缘膜194。
图6图示通过图4a至5c的方法制造的发光二极管。
参考图6a和图6b，发光二极管中的第一间隙P1和第二间隙P2完全填充有绝缘膜而没有空的空间。这样的发光二极管可以抑制漏电流，并且减少由于结合金属的扩散导致的二极管的可靠性的降低。
根据一个实施例的从发光二极管的发光结构输出的光可以是波长范围为100-400nm的紫外(UV)光。这样的紫外LED可以被应用于具有消毒功能的装置。例如，可以在家庭和工业场所中使用的具有消毒功能的所有装置，例如，空气净化器、加湿器、净水器等可以包括紫外LED。
尽管已经参考多个说明性实施例描述实施例，但是应该理解，本领域技术人员可以设计将落入本公开原理的精神和范围内的许多其他修改和实施例。更具体地，在本公开、附图和所附权利要求的范围内，在主题组合布置的组件部分和/或布置中可以进行各种变化和修改。除了组件部分和/或布置的变化和修改之外，对于本领域技术人员来说替代使用也将是显而易见的。
尽管为了说明的目的已经公开优选实施例，但是本领域的技术人员将认识到在不脱离本公开的范围和精神的情况下，各种修改、应用、添加和替代是可能的。例如，可以修改实施例的各个元件。此外，应当理解的是，关于修改和应用的不同之处在所附权利要求及其等效物限定的本公开的精神和范围内。
Claims (13)
1.一种发光二极管，包括：
衬底；
在所述衬底上布置的发光结构，所述发光结构包括第一导电型半导体层、有源层和第二导电型半导体层；
至少一个凹槽，所述至少一个凹槽被形成通过所述第一导电型半导体层、所述有源层和所述第二导电型半导体层并且延伸到所述第一导电型半导体层的一部分；
第一绝缘层，所述第一绝缘层在所述至少一个凹槽内被布置在所述第一导电型半导体层的下部处；
第一电极层，所述第一电极层在所述至少一个凹槽内被导电地连接到所述第一导电型半导体层，在所述第一绝缘层和所述第一电极层之间的距离包括比所述第一绝缘层的厚度大4至12倍的第一距离；以及
第二绝缘层，所述第二绝缘层被布置在所述距离中。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其中，所述第二绝缘层被沉积在所述第一绝缘层和所述金属层上。
3.根据权利要求2所述的发光二极管，其中，所述第二绝缘层的厚度大于所述第一绝缘层和所述金属层的厚度。
4.根据权利要求3所述的发光二极管，其中，所述第二绝缘层的厚度至少是700nm。
5.根据权利要求3所述的发光二极管，其中，通过化学气相沉积(CVD)形成所述第二绝缘层。
6.根据权利要求1所述的发光二极管，其中，所述金属层和所述第一绝缘层的厚度在400nm～800nm的范围内。
7.根据权利要求1所述的发光二极管，其中，所述第一绝缘层和所述金属层之间的距离在3mm～5mm的范围内。
8.根据权利要求1所述的发光二极管，其中，使用一个掩模通过光刻一次形成所述第一绝缘层和所述金属层。
9.根据权利要求8所述的发光二极管，其中，所述第一绝缘层和所述金属层之间的距离在光刻期间根据各向同性蚀刻的执行时间而变化。
10.根据权利要求1所述的发光二极管，其中，在所述发光结构上形成的金属层包括彼此电隔离的至少两个部分，并且所述第一绝缘层被形成在所述发光结构上没有被提供有所述金属层的区域中。
11.根据权利要求1所述的发光二极管，其中，如果所述发光结构的上表面包括平的平面和倾斜平面，则所述金属层仅被形成在所述平的平面上，并且所述第一绝缘层被形成在所述平的平面和所述倾斜平面这两者上。
12.根据权利要求1所述的发光二极管，具有垂直结构使得从所述发光结构输出的光在朝着所述发光二极管的上表面的方向中发射。
13.根据权利要求1所述的发光二极管，其中，从所述发光结构输出的光是具有波长范围为100-400nm的紫外(UV)光。
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