CN109844968B - 发光二极管及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管及其制作方法，在一些实施例中，所述发光二极管，包括：发光外延层，自上而下依次包括第一半导体层、发光层和第二半导体层，其上表面设有第一电极区，其包含焊盘区和扩展区；绝缘层，形成于所述第一半导体层的扩展区之上；透明导电层，形成于所述第一半导体层的表面之上，并覆盖所述绝缘层；保护层，形成于所述透明导电层的表面上，在所述扩展区形成第一开口，露出所述扩展区的透明导电层之部分表面；第一电极，形成于所述保护层上，包括焊盘部和扩展部，所述扩展部通过所述第一开口与所述扩展区的透明导电层形成电性连接。

Description

发光二极管及其制作方法
技术领域
本发明涉及半导体元件，尤其是涉及一种发光二极管及其制作方法。
背景技术
由于发光二极管具有寿命长、体积小、高耐震性、发热度小以及耗电量低等优点，发光二极管已被广泛地应用于家电产品以及各式仪器之指示灯或光源。
早期的氮化镓LED芯片制作工艺通常由台面蚀刻(MESA)、制作透明导电层（例如ITO）、制作电极和制作保护层四道工艺组成，其形成的发光二极管芯片如图1所示，其一般包括衬底101、N型层111、发光层112、P型层113、透明导电层120、P电极141(焊盘143和扩展条144)、N电极142和保护层130。在氮化镓LED中，p-GaN由于其载流子迁移率较低，通常会在PAD底部造成一定的电流拥堵。因此，现在通常会在P型电极的底部增加电流阻挡层150，用于抑制电流的过注入，增加透明导电层的电流扩散，如图2所示。该芯片制作工艺通常至少包括台面蚀刻(MESA)、制作电流阻挡层、制作电流扩展层（例如ITO）、制作电极和制作保护层五道工艺。
发明内容
本发明提供了一种发光二极管及其制作方法，其在电极的扩展部下方依次形成保护层、透明导电层和绝缘层，有效提高发光二极管的出光效率及可靠性。
根据本发明的第一个方面，发光二极管，包括：发光外延层，自上而下依次包括第一半导体层、发光层和第二半导体层，其上表面设有第一电极区，其包含焊盘区和扩展区；绝缘层，形成于所述第一半导体层的扩展区之上；透明导电层，形成于所述第一半导体层的表面之上，并覆盖所述绝缘层；保护层，形成于所述透明导电层的表面上，在所述扩展区形成第一开口，露出所述扩展区的透明导电层之部分表面；第一电极，形成于所述保护层上，包括焊盘部和扩展部，所述扩展部通过所述第一开口与所述扩展区的透明导电层形成电性连接。
根据本发明的第二个方面，发光二极管，包括：发光外延层，自上而下依次包括第一半导体层、发光层和第二半导体层，其上表面定义有第一电极区和第二电极区，其中第二电极区包含焊盘区和扩展区，所述扩展区具有一系列贯穿所述第一半导体层、发光层的通孔，所述通孔露出所述第二半导体层的部分表面；绝缘层，形成于所述第一半导体层的第二电极区之扩展区表面之上；透明导电层，形成于所述第一半导体层的表面之上，覆盖所述绝缘层，在所述通孔处形成开口；保护层，形成于所述透明导电层的表面上，覆盖所述通孔的侧壁，露出所述通孔的底表面；第一电极，形成于所述第一电极区的保护层上，与所述透明导电层形成欧姆接触；第二电极，形成于所述第二电极区的保护层上，并填充所述通孔，与所述第二半导体层形成电性连接。
根据本发明的第三个方面，发光二极管的制作方法，包括步骤：（1）形成一发光外延层，其自上而下依次包括第一半导体层、发光层和第二半导体层；（2）在所述发光外延层上表面定义第一电极区，其包含焊盘区和扩展区；（3）在所述发光外延层的扩展区形成绝缘层；（4）在所述发光外延层的表面上及所述绝缘层的表面上形成透明导电层；（5）在所述透明导电层上形成保护层，其在所述扩展区分别形成第一开口，露出位于所述扩展区的透明导电层表面；（6）在所述保护保护层上制作第一电极，并通过所述第一开口与所述透明导电层形成电性连接。
根据本发明的第四个方面，发光二极管，包括：发光外延层，自上而下依次包括第一半导体层、发光层和第二半导体层；第一电极，包括形成于所述第一半导体层之上，并与所述第一半导体层形成电性连接；第二电极，形成于所述第二半导体层之上，并与所述第二半导体层形成电性连接；所述第一电极具有焊盘部和扩展部，其中所述扩展部与所述第一半导体层之间依次设置有保护层、透明导电层和绝缘层。
优选地，所述绝缘层的厚度与所述保护层的厚度均为λ/4n×(2k-1)，其中λ为所述发光层的发光波长，k为1以上的自然数，n为绝缘层或保护层的折射率。
优选地，所述绝缘层由一系列块状结构组成。
优选地，所述保护层覆盖所述发光外延层的上表面，仅在所述第一电极和第二电极的下方形成一些开口作为导电通道。
优选地，所述保护层在第一电极的焊盘部下方的开口面积小于所述第一电极的焊盘部的面积。
优选地，所述第一电极的焊盘部直接接触所述第一半导体层的表面。
优选地，所述第一电极的焊盘部与所述第一半导体层之间设有所述保护层和透明导电层，所述第一电极的焊盘部同时与所述保护层和第一半导体层的表面直接接触。
优选地，所述第一电极的焊盘部上表面形成台阶结构。
优选地，所述第二电极包括焊盘部和扩展部，所述第二电极的焊盘部下方设有所述绝缘层和保护层。
优选地，所述第二电极包括焊盘部和扩展部，所述第二电极的扩展部设于所述第一半导体层之上，其与所述第一半导体层之间依次设置有保护层和透明导电层，并通过一系列贯穿所述保护层、透明导电层、第一半导体层和发光层的通孔与所述第二半导体层形成电性连接。
优选地，所述第二电极的扩展部与所述第一半导体层之间依次设置有所述保护层、透明导电层和绝缘层。
根据本发明的第五个方面，发光二极管，包括：发光外延层，自上而下依次包括第一半导体层、发光层和第二半导体层；第一电极，形成于所述第一半导体层之上，并与所述第一半导体层形成电性连接；第二电极，形成于所述第二半导体层之上，并与所述第二半导体层形成电性连接；所述第二电极具有焊盘部和扩展部，所述扩展部设置于所述第一半导体层之上，其与所述第一半导体层之间依次设置有绝缘层、透明导电层和保护层，并通过一系列贯穿所述保护层、透明导电层、绝缘层、第一半导体层和发光层的通孔与所述第二半导体层形成电性连接。
优选地，所述绝缘层的厚度与所述保护层的厚度均为λ/4n×(2k-1)，其中λ为所述发光层的发光波长，k为1以上的自然数，n为绝缘层或保护层的折射率。
优选地，所述绝缘层由一系列块状结构组成。
优选地，所述保护层覆盖所述发光外延层的上表面，仅在所述第一电极和第二电极的下方形成一些开口作为导电通道。
优选地，所述第一电极包含焊盘部和扩展部，所述第一电极的焊盘部直接与所述第一半导体层接触。
优选地，所述第一电极包含焊盘部和扩展部，所述第一电极的扩展部与所述第一半导体层之间依次设置有保护层和透明导电层。
优选地，所述第二电极的焊盘部与所述第二半导体层之间设置有所述保护层和绝缘层。
根据本发明的第六个方面，一种发光二极管，包括：发光外延层，自上而下依次包括第一半导体层、发光层和第二半导体层；保护层，形成于所述发光外延层之上，设有一系列开口作为导电通道；第一电极，包括形成于所述保护层之上，并与所述第一半导体层形成电性连接；第二电极，形成于所述保护层之上，并与所述第二半导体层形成电性连接；所述第一电极具有焊盘部和扩展部，其中所述扩展部的上表面呈高、低起伏状。
优选地，所述第一电极的扩展部上表面具有三个以上不同的高度。
优选地，所述第一电极的焊盘部上表面中间区域形成凹槽结构，该凹槽结构具有至少两级台阶。
根据本发明的第七个方面，一种发光二极管，包括：发光外延层，自上而下依次包括第一半导体层、发光层和第二半导体层；第一电极，形成于所述第一半导体层之上，并与所述第一半导体层形成电性连接；第二电极，形成于所述第二半导体层之上，并与所述第二半导体层形成电性连接；所述第二电极具有焊盘部和扩展部，其中所述焊盘部与所述第二半导体层之间依次设置有保护层和绝缘层，所述保护层覆盖所述发光外延层的上表面，仅在所述第一电极和第二电极的下方形成一些开口作为导电通道。
优选地，所述绝缘层的厚度与所述保护层的厚度均为λ/4n×(2k-1)，其中λ为所述发光层的发光波长，k为1以上的自然数，n为绝缘层或保护层的折射率。
优选地，所述绝缘层和保护层的总厚度为300nm以上。
根据本发明的第八个方面，一种发光二极管，包括：发光外延层，自上而下依次包括第一半导体层、发光层和第二半导体层；第一电极，包括形成于所述第一半导体层之上，并与所述第一半导体层形成电性连接；第二电极，形成于所述第二半导体层之上，并与所述第二半导体层形成电性连接；所述第一电极具有焊盘部和扩展部，所述焊盘部的下方设有绝缘层，所述绝缘层具有至少两个块状结构，围绕所述焊盘区的中心区域分布，所述块状结构之间彼此分离。
优选地，所述块状结构之间具有间隙，所述第一电极的焊盘部与所述扩展部之间的连接部位于所述间隙。
优选地，所述发光二极管还包括保护层，其覆盖所述发光外延层的上表面，仅在所述第一电极和第二电极的下方形成一些开口作为导电通道。
优选地，所述保护层位于所述第一半导体层与所述第一电极之间。
优选地，所述保护层在第一电极的焊盘部下方形成开口，其面积小于所述第一电极的焊盘部的面积。
优选地，所述绝缘层的块状结构之间围成一个内部区域，所述开口位于所述区域内。
本发明至少具有以下有益效果：
（1）上述发光二极管在透明导电层上先形成保护层，再形成电极，该保护层一方面保护发光二极管不受破坏，另一方面又可与电流阻挡层一起作为复合式电流阻挡层，用于抑制电极下方的电流过注入，增加透明导电层的电流扩散；
（2）上述发光二极管的第一电极在焊盘区直接与半导体层接触，有效增加电极与外延层之间的粘附性，可降低打线时电极与附着界面脱落的风险；
（3）绝缘层与保护层的设计，利用折光效果可减少电极及其扩展区的金属挡光面积，提升LED的取光效率；
（4）绝缘层/透明导电层/保护层/电极扩展条的设计形成全角反射镜，可提高电极及其扩展区的反射能力，降低吸光效率；
（5）上述发光二极管在透明导电层上先形成保护层，再形成电极，可以降低保护层制作过程中电极结构中活泼金属被氧化的几率；
（6）第一电极扩展部下方的绝缘层可以抑制靠近第一电极处扩展部下方的电流过注入，增加电流注入的长度以及均匀性；
（7）第一电极扩展部下方设置绝缘层和保护层，使得电极扩展部上表面呈高、低起伏分布，可以降低后期倒膜、输运以及转移等过程中扩展条的损伤；
（8）第二电极扩展部下方设置绝缘层，增加电流横向扩展及均匀性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
虽然在下文中将结合一些示例性实施及使用方法来描述本发明，但本领域技术人员应当理解，并不旨在将本发明限制于这些实施例。反之，旨在覆盖包含在所附的权利要求书所定义的本发明的精神与范围内的所有替代品、修正及等效物。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1是已有的发光二极管的结构示意图。
图2是另一种已有的发光二极管的结构示意图。
图3-5是本发明实施例1之发光二极管的结构示意图。
图6显示了三种不同电极结构的LED芯片反射率对比图。
图7是图4所示发光二极管的第一电极之局部放大图。
图8是制作图3所示发光二极管的光罩图。
图9和10本发明实施例2之发光二极管的结构示意图。
图11-12是本发明实施例3之发光二极管的结构示意图。
图13是图12所示发光二极管的第一电极之局部放大图。
图14-15是本发明实施例4之发光二极管的结构示意图。
图16是图15所示发光二极管的第一电极之局部放大图。
图17-18是本发明实施例5之发光二极管的结构示意图。
图19是本发明实施例6之发光二极管的结构示意图。
图20-21是本发明实施例7之发光二极管的结构示意图。
图22是图21所示发光二极管的第一电极之局部放大图。
图23是图21所示发光二极管的光罩图。
图24是本发明实施例8之发光二极管的结构示意图。
图25是图24所示发光二极管的第一电极之局部放大图。
图26是本发明实施例9之发光二极管的结构示意图。
图27是图26所示发光二极管的第一电极之局部放大图。
图28-29是本发明实施例10之发光二极管的结构示意图。
图30是图29所示发光二极管的光罩图。
图31是本发明实施例11之发光二极管的结构示意图。
图32是本发明实施例12之发光二极管的结构示意图。
图33是图32所示发光二极管的绝缘层之光罩图。
图34-35是本发明实施例10之发光二极管的结构示意图。
图36是图35所示发光二极管的第二电极之局部放大图。
图37是显示了三种不同电极结构的LED芯片反射率对比图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
应当理解，本发明所使用的术语仅出于描述具体实施方式的目的，而不是旨在限制本发明。如本发明所使用的，单数形式“一”、“一种”和“所述”也旨在包括复数形式，除上下文清楚地表明之外。应进一步理解，当在本发明中使用术语“包含”、"包括"、“含有”时，用于表明陈述的特征、整体、步骤、操作、元件、和/或封装件的存在，而不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、封装件、和/或它们的组合的存在或增加。
除另有定义之外，本发明所使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。应进一步理解，本发明所使用的术语应被理解为具有与这些术语在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的意义来理解，除本发明中明确如此定义之外。
实施例1
参看图3-5，其中图3显示了本发明第一个较佳实施例之发光二极管的俯视图，图4是沿图3的线A-A剖开的侧面剖视图，图5是沿图3的线B-B剖开的侧面剖视图。该发光二极管包括：衬底201、N型层211、发光层212、P型层213、绝缘层221、透明导电层230、保护层222、第一电极241、第二电极242。其中第一电极241包括焊盘243和扩展部244，第二电极242包括焊盘245和扩展部246。
具体来说，衬底201选取包括但不限于蓝宝石、氮化铝、氮化镓、硅、碳化硅，其表面结构可为平面结构或图案化图结构；N型层211形成于蓝宝石衬底201上；发光层212形成于N型层211上；P型层213形成于发光层212上；在P型层213上形成第二电极的台面和一系列贯穿P型层213、发光层212的通孔254，裸露出n型层211的部分表面，绝缘层221形成在P型层213上，分布于第一电极241所在位置的下方，透明导电层230形成在P型层213上，并覆盖绝缘层221，保护层222形成在透明导电层230上，同时覆盖该台面的上表面及连接该台面与P型层213上表面之间的侧壁，即基本上覆盖整个器件的表面，并在电极的对应位置形成开口251、252、254和255；第一电极241和第二电极242形成半导体保护层222上，其中第一电极的焊盘部243和扩展部244分别通过开口252、251与透明导电层接触，第二电极的焊盘部245位于台面之上，通过环状的开口255与N型层接触，第二电极的扩展部246形成在位于P型层之上的保护层上，通过通孔254与N型层211接触。
在本实施例中，绝缘层221呈块状分布，由一系列离散的块状结构构成，第一电极的扩展部244下方依次具有保护层222、透明导电层230、绝缘层221、P型层213。其中绝缘层221和保护层223的材料优选均为低折射率绝缘材料，优选折射率为1.5以下，其材料可以是一样的，也可以是不一样的。保护层222在第一电极的扩展部244下方形成开口251。在本实施例中，该开口251与绝缘层221错开，对应的第一电极的扩展部244上表面呈台阶状，具有第一台阶面244A、第二台阶面244B和第三台阶面244C。本实施例所述的发光二极管在第一电极的扩展部244下方形成绝缘层221作为电流阻挡层，可以抑制靠近第一电极扩展部下方的电流过注入，增加电流注入的长度以及均匀性；在透明导电层220上先形成保护层222，再形成电极244，可以降低保护层制作过程中电极结构中活泼金属被氧化的几率；绝缘层221与保护层222的设计，利用折光效果可减少电极及其扩展区的金属挡光面积，提升LED的取光效率；进一步的，绝缘层221、透明导电层220、保护层222、电极扩展部244四层结构可以形成全角反射镜，从而提高电极及其扩展区的反射能力，降低吸光效率。图6显示了三种不同电极结构的LED芯片反射率对比图，其中比较例1为图1所示LED芯片，比较例2为图2所示LED芯片，从图中可看出本实施例所述的LED结构的整体反射能力明显优于另外两种结构的反射能力。
保护层222材料可以选用SiO2、Si3N4、Al2O3、TiO2等，在本实施例中选用SiO2。本实施例所述发光二极管结构中，保护层222一方面保护发光二极管表面，另一方面作为电流阻挡层，用于抑制电极下方的电流过注入，增加透明导电层的电流扩散，考虑兼顾两者的要求，其厚度d优选为λ/4n×(2k-1)，其中λ为所发光层212的发光波长，n为保护层的折射率，k为1以上的自然数，k的较佳取值为2~3，对应的厚度为150nm~500nm为佳。当保护层的厚度过小时比较不利于起到电流阻挡层和保护作用，当厚度过大时材料本身吸收会额外增加光损失。
图7显示了第一电极242的局部放大图，透明导电层230在第一电极的焊盘243对应的位置形成开口253，在该开口253内形成绝缘层221A，其直径优选小于开口253的直径，保护层222在第一电极的焊盘243对应的位置形成开口252，在第一电极的扩展部244对应的位置形成开口251，裸露出透明导电层230。具体的，开口252为环状结构，定义开口252的内圈直径为D1、外圈直径为D2、开口253的直径为D4、焊盘部244下方的绝缘层221A的直径为D3，四者的关系优选为：D2>D4>D1>D3。从图中可看出，此时第一电极的焊盘区露出的表面由外到内依次为保护层222、透明电极层230、P型层213和保护层222，在其上方形成的第一电极的焊盘部243可同时与P型层213、透明导电层230、保护层222接触，该第一电极的焊盘部243上表面呈台阶状。第一电极的焊盘部243下方的保护层222作为电流阻挡层，当通电时，大部分电流由扩展部244通过开口251注入透明导电层230，小部分电流由焊盘部244之接触透明导电层的部位230A注入透明导电层230，并在透明导电层230进行扩展后注入发光外延层。在一个变形中，开口253中不形成绝缘层221A，此时保护层222直接填充该开口253；在另一个变形中，开口253中不形成绝缘层221，开口252为孔状结构，第一电极的焊盘部243正中心下方无绝缘层221和保护层222，其直接与P型层213接触，如此可增加第一电极的焊盘部243与P型层213的接触面积，而电极与氮化物界面之间附着性良好，可降低打线时第一电极与附着界面脱落的风险。
更优的，请参看图3，保护层222位于第一电极的焊盘部243下方的开口252可以具有至少一个向远离该焊盘部243的方向延伸的触角252c，触角的数目为1~20个不等。第一电极的焊盘部243通过该触角252c与透明导电层230接触，可以增加第一电极的焊盘部与透明导电层的接触面积，有利于电流的扩散，从而缓解第一电极的焊盘部及扩展条上的电流拥堵效应，降低金属析出及电极烧毁的风险。
在本实施例中，发光二极管的保护层一方面保护发光二极管不受破坏，另一方面又可直接作为电流阻挡层，用于抑制电极下方的电流过注入，增加透明导电层的电流扩散；第一电极在焊盘区直接与半导体层接触，有效增加电极与外延层之间的粘附性，可降低打线时电极与附着界面脱落的风险；第一电极的焊盘部采用多处台阶的设计可有效缓冲焊线冲击力，降低焊线过程对第一电极焊盘的冲击与损伤；第一电极的扩展部位于保护层的上，并且通过在保护层开孔与透明导电层接触，使得第一电极的扩展条形成上、下起状的台阶形，增加扩展条处光出射的角度，提升光抽取效率，同时由于电极的扩展部具有高台阶和低台阶起伏分布，可以减少电极与其他物体的接触面积，有效降低后期倒膜、输运以及转移等过程中电极扩展部的损伤，同时减少电极扩展部的脏污。
前述发光二极管的制作方法主要包括台面蚀刻（MESA）、制作绝缘层221、制作透明导电层230、制作保护层222、制作电极五道工艺，图8显示了此五道工艺涉及分别对应的光罩图案，下面进行简单说明。
首先，提供发光外延层结构，其一般包括衬底201、N型层211、发光层212、P型层213。
接着，参照图8的(a)所示的图案，在发光外延层的表面上定义第一电极区和第二电极区，去除空口区域，形成第二电极的台面210及一系列通孔254；
接着，参照图8的(b)所示的图案，在发光外延层的P型层213上制作绝缘层221，其呈块状分布；
接着，参照图8的(c)所示的图案，在发光外延层的P型层213上制作透明导电层230，蚀刻去除台面区域，并在第一电极区的焊盘区形成开口253、在通孔254对应的位置形成开口；
接着，参照图8的(d)所示的图案，在透明导电层230上制作保护层222，该保护层222同时覆盖了通孔254的侧壁、透明导电层230与台面210之间侧壁和台面210表面，在第一电极区的焊盘区形成开口252、在第一电极区的扩展区形成开口251，在台面210上形成开口255，在第二电极的扩展区形成开口254。较佳的，开口252为环状结构，该环状的内圈直径D1小于开口253的直径D4，外圈直径D2大于开口253的直径D4，此时第一电极区的焊盘区露出的表面由外到内依次为保护层222、透明导电层230、P型层213和保护层222；
接着，参照图8的(e)所示的图案，在保护层222上制作第一电极241和第二电极242。其中第一电极241的焊盘部243同时与P型层213、透明导电层230、保护层222接触。
需要特别说明的是，对于开口252的形状及尺寸并不限制于上述说明，其也可直接形成非环状结构，例如在一些实施中第一电极的焊盘部中心部下方无保护层231结构，直接与P型层213接触。在另一些实施例中，也可将开口252设计为一系列分布在焊盘区的周围的触角结构，裸露出透明导电层，焊盘区并未形成开口结构，此时第一电极的焊盘部完全形成在保护层222上，可通过金属引线连接至该触角。
实施例2
图9和10显示另一种发光二极管的结构示意图，其中图9为俯视图，图10为沿图9的线A-A切开的剖面图。区别于实施例1的是，本实施例所述的发光二极管结构中，第一电极241下方的绝缘层221连接在一起，如此可完全避免电极下方的电流注入，将第一电极扩展部244高度全部抬高，利用折光效果可有效减少电极扩展部的金属挡光面积，从而提升LED的取光效率。
实施例3
图11-12显示了另一种发光二极管的结构示意图，其中图11为俯视图，图12为沿图11的线A-A切开的剖面图。区别于实施例1的是，本实施例所述的发光二极管结构中，在第一电极的扩展部244下方，绝缘层221与保护层222的开口251重叠分布，其中绝缘层221的面积小于开口251的面积。图13显示了第一电极的扩展部244的局部放大图，透明导电层230在开口251处与保护层222之间形成间隙，第一电极的扩展部244填充该间隙，一方面第一电极在绝缘层221的位置形成钉桩结构，增加了电极扩展部244与保护层222的粘附力，防止其掉落，另一方面增加了第一电极的扩展部244与透明导电层230的接触面积，有利于电流的扩散，从而缓解第一电极的焊盘部及扩展条上的电流拥堵效应，降低金属析出及电极烧毁的风险。
实施例4
图14-15显示了另一种发光二极管的结构示意图，其中图14为俯视图，图15为沿图14的线A-A切开的剖面图。区别于实施例3的是，本实施例所述的发光二极管结构中，在第一电极的扩展部下方，绝缘层221的面积大于开口251的面积。图16显示了第一电极的扩展部244的局部放大图，在绝缘层221的位置，第一电极的扩展部244与保护层222接触的一侧呈钉桩结构，增加了电极扩展部与保护层的粘附力，防止其掉落；同时通过如此设计使得第一电极的扩展部上表面呈高台阶244B、低台阶244A起伏分布，且高台阶244B的面积远小于低台阶244A的面积，很大程度上减少电极与其他物体的接触面积，有效降低后期倒膜、输运以及转移等过程中扩展条的损伤，同时减少扩展部的脏污。
实施例5
图17-18显示了另一种发光二极管的结构示意图。区别于实施例3的是，本实施例所述的发光二极管结构中，第一电极的扩展部244下方的绝缘层221呈非均匀分布，以达到进一步优化电流分布的目的。具体的，在靠近第一电极的焊盘部243的位置，绝缘层221的分布密度最大，并随着远离焊盘部，其密度越来越小，呈现先密后疏的分布。
实施例6
图19显示了另一种发光二极管的结构示意图。区别于实施例3的是，本实施例所述的发光二极管结构中，第一电极的扩展部244下方的绝缘层同样呈非均匀分布，以达到进一步优化电流分布的目的。具体的，第一电极扩展部下方的绝缘层221由一系列面积不等的块状结构221a~221d构成，在靠近第一电极的焊盘部243的位置，块状结构221a面积最大，并随着远离焊盘部，面积越来越小，其中离焊盘部243最远的块状结构221d的面积最小。
实施例7
图20~21显示了另一种发光二极管的结构示意图，其中图20为俯视图，图21为沿图20的线A-A切开的剖面图。区别于实施例1的是，本实施例所述的发光二极管结构中，第一电极的焊盘部243下方的绝缘层221呈环状结构，其内部具有开口256，对应的，透明导电层230形成开口253，其尺寸大于或等于开口256的尺寸，保护层222形成开口252和257，其中开口251为环状结构，用于裸露出透明电导层230的部分表面，使得第一电极的焊盘部243可以接触部分透明导电层230的表面，开口257用于裸露出P型层的表面，使得第一电极的焊盘部243可以接触P型层213的部分表面，两个开口之间具有环状结构222A。图22显示了第一电极的焊盘部243的局部放大图，定义透明导电层230在焊盘部的开口253的直径为D4，环状绝缘层221的内圈直径为D5，外圈直径为D6，开口257的直径为D7，此四者的关系为：D6>D4>D5>D7，如此使得第一电极的焊盘部243的中心部位接触P型层213，上表面在中心位置形成第一凹槽结构243A，并围绕第一凹槽243A形成环状的第二凹槽结构243B，其中第一凹槽结构243A的深度大于第二凹槽243B的深度，有利于后续的打线，可以形成一个类似钉桩结构。
图23分别显示了图21所示的发光二极管之台面210、绝缘层221、透明导电层230、保护层222和电极的光罩图案，区别于图8所示的光罩图案，在绝缘层221的光罩图案中，位于第一电极的焊盘区的绝缘层呈环状，具有开口256，同时保护层222的光罩图案中，在第一电极焊盘部的正中心形成开口257。
作为本实施例的一个变形，保护层222在第一电极的焊盘部243的开口252和257可以合为一个开口，即去除两个开口之间的环状结构222A，此时焊盘部243可同时和保护层222、透明导电层230、绝缘层221和P型层213接触，其上表面的中间可以形成一个凹槽结构，该凹槽结构可以形成两级台阶，甚至三级台阶，同样是很有利于后期的封装打线。
实施例8
图24显示了另一种发光二极管的结构示意图，其对应的俯视图可参照附图11。区别于实施例3的是，本实施例所述的发光二极管结构中，绝缘层221的厚度明显大于保护层222的厚度，甚至大于透明导电层230和保护层222的总厚度，较佳的，当绝缘层和保护层为同一种材料时，绝缘层221的厚度与保护层222的厚度差值为λ/4n×(2k)，其中λ为发光层212的发光波长，n为绝缘层的折射率，k为0以上的自然数。例如在一个具体的实施例中，绝缘层的厚度取300~1000nm，保护层的厚度取100~250nm。
图25显示了第一电极的扩展部244的局部放大图。从图中可以看出，通过加厚绝缘层221的厚度，一方面可以增加了透明导电层230的面积，从而增加了第一电极的扩展部244与透明导电层230的接触面积，有利于电流的扩散，从而缓解第一电极的焊盘部及扩展条上的电流拥堵效应，降低金属析出及电极烧毁的风险；另一方面在相邻的两个绝缘层块状结构之间可以形成凹槽结构，增加了第一电极的扩展部244的附着力，降低了其与附着界面脱落的风险。
实施例9
图26显示了另一种发光二极管的结构示意图，其对应的俯视图可参照附图11。区别于实施例8的是，本实施例所述的发光二极管结构中，保护层222的厚度明显厚于绝缘层221的厚度。较佳的，当绝缘层和保护层为同一种材料时，绝缘层221的厚度与保护层222的厚度差值为λ/4n×(2k)，其中λ为所述发光层的发光波长，n为保护层的折射率，k为0以上的自然数。例如在一个具体的实施例中，绝缘层的厚度取50~300nm，保护层的厚度取200~2000nm。
图27显示了第一电极的扩展部244的局部放大图。从图中可以看出，由于绝缘层221的厚度明显小于保护层222的厚度，在第一电极的扩展部244下方，绝缘层的位置与保护层的开口251的位置重叠，从而在绝缘层221对应的位置形成一系列凹槽结构，第一电极的扩展部244填充该凹槽结构，从而在与保护层的附着界面形成钉桩结构，极大的增加了第一电极的扩展部244的附着力，降低了其与附着界面脱落的风险。
实施例10
图28~29显示了另一种发光二极管的结构示意图，其中图28为俯视图，图29为沿图28的线A-A切开的剖面图。区别于实施例1的是，本实施例所述的发光二极管结构中，在第一电极的焊盘部243的正下方，形成第一绝缘部221A，同时围绕焊盘部243的正下方中心形成环绕式分离的第二绝缘部221B，第二绝缘部221B的数量可以是2~50个，相互分离，其外径可以大于第一电极的焊盘部243的直径，也可以小于或者等于第一电极的焊盘部243的直径。图30分别显示了台面210、绝缘层221、透明导电层230、保护层222和电极的光罩图案，在本实施例中，保护层222在第一电极的焊盘部下方的开口222同样可以向外延伸的触角252C，在本实施例中该触角位于环绕式分离的第二绝缘部221B之间的间隙。
本实施例所述的发光二极管结构中，环绕式分离的第二绝缘部221B可以增加第一电极的焊盘部243表面的起伏，增强焊线的可靠性，焊球不易脱落或外力作用下不易被推掉。
实施例11
图31显示了另一种发光二极管的结构示意图，区别于实施例10的是，本实施例所述的发光二极管结构中，第一电极的焊盘部243与扩展部244之间的连接部243C不与第二绝缘部221B相交，如此可以保证第一电极的焊盘部243的位置比焊盘部与扩展部之间的连接处243A的高，在后续的焊线过程中，焊球不易损伤连接部243C，可以提高芯粒的稳定性。
在本实施例中，同保护层222在第一电极的焊盘部下方的开口222同样可以向外延伸的触角252C，在本实施例中该触角与环绕式分离的第二绝缘部221B相交。
实施例12
图32显示了另一种发光二极管的结构示意图，区别于实施例10的是，本实施例所述的发光二极管结构中，在第一电极的焊盘部243的下方，围绕焊盘部243的正下方中心形成环绕式分离的绝缘部221B，第一电极的焊盘部243中心部位直接接触P型层213的表面。图33显示了绝缘层221的图案。
本实施例所述的发光二极管结构中，一方面第一电极的焊盘部243直接与P型层213接触，增加焊盘部与外延层的粘附性，另一方面，形成的第一电极的焊盘部243上表面中间区域形成一个具有台阶的凹槽243B，此结构非常有利于后续进行打线。
实施例13
图34~35显示了另一种发光二极管的结构示意图，其中图34为俯视图，图35为沿图34的线A-A切开的剖面图。区别于实施例1的是，本实施例所述的发光二极管结构中，绝缘层221同时形成于第一电极241和第二电极242的下方，该绝缘层221同样呈现离散的块状分布。
图36显示了第二电极的扩展部256的局部放大图，第二电极的扩展部246形成在保护层222上，保护层222下方依次具有透明导电层230、绝缘层221和P型层213，并通过一系列通孔254与N型层211导通，第二电极的焊盘部245下方同样具有保护层222和绝缘层221。
在本实施例中，可以通过改变通孔254的间距或改变通孔254的尺寸，从而改善电流拥挤及电流注入的均匀性，提升LED稳定性。
本实施例所述发光二极管结构通过中第二电极的下方形成绝缘层和保护层，其中绝缘层和保护层选用低折射率材料，其折射率优选为1.5以下，增加低折射率材料层的厚度，使得其全反射效应越明显，总的反射率增加。
图37显示了三种不同电极结构的LED芯片反射率对比图，其中比较例1采用第二电极下方无绝缘层和保护层的LED芯片，比较例2采用第二电极下方只有保护层222、无绝缘层的LED芯片，其中保护层222采用SiO2，厚度为230nm，实施例13采用第二电极下方同时有绝缘层221和保护层222的LED芯片，两层均SiO2，总厚度为460nm。从图中可看出本实施例所述LED结构的整体反射能力优于另外两种结构的反射能力。
需要说明的是，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非用于限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种修饰和变动，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应视权利要求书范围限定。

Claims (30)

1.发光二极管，包括：
发光外延层，自上而下依次包括第一半导体层、发光层和第二半导体层，其上表面设有第一电极区，其包含焊盘区和扩展区；
绝缘层，形成于所述第一半导体层的扩展区之上；
透明导电层，形成于所述第一半导体层的表面之上，并覆盖所述绝缘层；
保护层，形成于所述透明导电层的表面上，在所述扩展区形成第一开口，露出所述扩展区的透明导电层之部分表面；
第一电极，形成于所述保护层上，包括焊盘部和扩展部，所述扩展部通过所述第一开口与所述扩展区的透明导电层形成电性连接；
其特征在于：所述保护层在所述焊盘区具有第二开口，所述透明导电层具有第三开口，其位于所述焊盘区，所述第一电极通过所述第二、第三开口直接接触所述第一半导体层的焊盘区之部分表面。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述绝缘层的厚度与所述保护层的厚度均为λ/4n×(2k-1)，其中λ为所述发光层的发光波长，k为1以上的自然数，n为绝缘层或保护层的折射率。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述绝缘层由一系列块状结构组成。
4.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于：所述绝缘层与所述第一开口对应，其面积小于所述第一开口的面积。
5.根据权利要求4所述的发光二极管，其特征在于：所述透明导电层覆盖所述绝缘层的上表面和侧壁，并在所述第一开口与所述保护层之间形成一定的间隙，所述第一电极填充该间隙。
6.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于：所述绝缘层位于所述第一开口的下方，其面积大于所述第一开口的面积。
7.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于：所述绝缘层在靠近焊盘区的面积大于远离其在所述焊盘区的面积。
8.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于：所述绝缘层在靠近焊盘区的密度大于远离其在所述焊盘区的密度。
9.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第一电极直接接触所述第一半导体层的焊盘区之中间区域。
10.根据权利要求9所述的发光二极管，其特征在于：所述绝缘层同时位于所述第一电极区的焊盘区。
11.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第二开口呈环状。
12.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第二开口具有至少一个远离所述焊盘区方向延伸的触角。
13.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述绝缘层同时位于所述焊盘区，呈块状结构，围绕所述焊盘区的中心区域分布。
14.根据权利要求13所述的发光二极管，其特征在于：所述绝缘层具有至少两个块状结构围绕所述焊盘区的中心区域分布，所述块状结构之间具有间隙，所述焊盘部与所述扩展部的连接部位于所述间隙。
15.根据权利要求13所述的发光二极管，其特征在于：所述第二开口具有至少一个向远离所述焊盘区方向延伸的触角。
16.根据权利要求15所述的发光二极管，其特征在于：所述触角与围绕所述焊盘区的中心区域分布的绝缘层重叠分布。
17.根据权利要求15所述的发光二极管，其特征在于：所述触角与围绕所述焊盘区的中心区域分布的绝缘层交错分布。
18.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述发光外延层的上表面还设有第二电极区，所述第二电极区形成台面，露出所述第二半导体层的部分表面，所述保护层同时覆盖所述台面的表面并形成第四开口结构。
19.根据权利要求18所述的发光二极管，其特征在于：在所述第二电极区还设有绝缘层，其位于所述保护层与所述第二半导体层之间。
20.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述发光外延层的上表面还设有第二电极区，所述第二电极区形成台面，第二电极设置于所述台面上，所述第二电极具有扩展部，其位于所述第一半导体层之上，并通过一系列贯穿所述第一半导体层、发光层的通孔与所述第二半导体层形成欧姆接触。
21.根据权利要求20所述的发光二极管，其特征在于：所述第二电极的扩展部与所述第一半导体层之间依次设有绝缘层、透明导电层和保护层。
22.根据权利要求20所述的发光二极管，其特征在于：所述第二电极的扩展部与所述第一半导体层之间依次设有透明导电区和保护层。
23.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第一电极在所述扩展区的上表面呈高、低起伏状。
24.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第一电极在所述焊盘区的上表面呈台阶状。
25.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第一电极的焊盘部上表面中间区域具有第一凹槽结构。
26.根据权利要求25所述的发光二极管，其特征在于：所述第一凹槽具有至少两级台阶。
27.根据权利要求25所述的发光二极管，其特征在于：所述第一电极的焊盘部上表面具有第二凹槽结构，其围绕所述第一凹槽分布。
28.根据权利要求27所述的发光二极管，其特征在于：所述第一凹槽的深度大于第二凹槽的深度。
29.发光二极管的制作方法，包括步骤：
（1）形成一发光外延层，其自上而下依次包括第一半导体层、发光层和第二半导体层；
（2）在所述发光外延层上表面定义第一电极区，其包含焊盘区和扩展区；
（3）在所述发光外延层的扩展区形成绝缘层；
（4）在所述发光外延层的表面上及所述绝缘层的表面上形成透明导电层，在所述焊盘区形成第三开口；
（5）在所述透明导电层上形成保护层，其在所述扩展区分别形成第一开口，露出位于所述扩展区的透明导电层表面，在所述焊盘区形成第二开口；
（6）在所述保护保护层上制作第一电极，并通过所述第一开口与所述透明导电层形成电性连接，通过所述第二、第三开口直接接触所述第一半导体层的焊盘区之部分表面。
30.根据权利要求29所述的一种发光二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤（2）中还包括在所述发光外延层的上表面定义第二电极区，在所述第二电极区形成台面，露出所述第二半导体层的部分表面，所述步骤（5）中形成的保护层同时覆盖所述台面的表面并形成开口结构，所述步骤（6）还包括制作第二电极，其形成于所述保护层上，并通过所述开口结构与所述第二半导体层的表面接触。
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