CN110710002A - 一种发光二极管及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管及其制作方法，包括：发光外延层，自下而上依次包括第一半导体层（110）、发光层（120）和第二半导体层（130）；透明介质层（200），至少形成在第二半导体层（130）上，透明介质层（200）具有平台（210）和一系列开口（220）；透明介质层（200）的开口（220）内具有欧姆接触层（310），欧姆接触层（310）与第二半导体层（130）之间具有过渡层（320），过渡层（320）的热迁移率低于欧姆接触层（310），解决了欧姆接触区域材料选择的难题，有效控制了开口面积，减小欧姆接触区域的吸光。

Description

一种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
LED芯片持续追求更高的亮度，提高亮度中，一种常用的方法就是提高镜面反射率。MQW中发出的光很大的部分射向与出光面相反的方向。这部分的光一部分被吸收一部分被反射。因此减少吸收和增加反射就是提高镜面反射率的有效方法。
提升镜面系统的镜面反射率是常用的提亮方法。但是镜面一侧同时也需要做ohmic接触。参看图1，以RS产品为例，镜面侧的ohmic接触常用的方法是合金金属如AuZn与GaP接触，进行熔合后，AuZn扩散入GaP，形成ohmic接触。在这个过程中AuZn扩散入GaP，会引起界面的不平整，参看图2，显微镜中观察会看到ohmic接触的地方，由于不平整导致吸光严重而显的颜色比较深。另外一种方式是用透明导电层做ohmic常用的材料为ITO，但是ITO本身的折射率较高，透光性一般，因此做镜面的话镜面反射率会有一定的下降。另外ITO与GaP做ohmic，要达到AuZn ohmic一样的电压，需要将ITO ohmic的面积加大，ITO吸光同样对亮度有一定的损失。
发明内容
本发明提供了一种发光二极管解决了上述背景技术中记载的难题，利用热迁移率低的材料作为防扩散阻隔薄膜，防止欧姆接触材料扩散进入用作欧姆接触的发光外延层窗口，欧姆接触材料进入发光外延层太深造成不平整或者吸光，且限制开口面积过大，避免减小反射面积或者开口处吸光。
一种发光二极管,包括：发光外延层，包括第一半导体层、第二半导体层及两者之间的发光层；透明介质层，至少形成在发光外延层的第二半导体层一侧，透明介质层具有平台和一系列开口，开口露出发光外延层；透明介质层的开口内具有欧姆接触层，欧姆接触层与发光外延层之间具有过渡层，过渡层采用的材料热迁移率低于欧姆接触层的材料。
根据本发明，优选的，开口露出的发光外延层为第一半导体层或者第二半导体层。
在第一类实施例中，优选的，过渡层为导电氧化物层。
在该类实施例中，优选的，过渡层为ITO、IZO、GZO或者AZO。
在第二类实施例中，优选的，过渡层为金属氧化物或者金属氮化物薄膜，且呈薄膜或者颗粒状。
在该类实施例中，优选的，过渡层为TiN或者AlN。
在第一类和第二类实施例中，优选的，过渡层厚度为大于等于10埃到小于等于200埃。
在前两类实施例中，更优选的，过渡层厚度为大于等于20埃到小于等于50埃。
根据本发明，优选的，过渡层不阻止欧姆接触层与第二半导体层电导通。
根据本发明，优选的，过渡层的电阻率高于欧姆接触层。
根据本发明，优选的，欧姆接触层材料为AuBe、AuGe或者AuGeNi。
在第三类实施例中，优选的，欧姆接触层材料为ITO、IZO、GZO或者AZO。
根据本发明，优选的，开口的孔径大于等于1.5微米至小于等于2.5微米，或者大于2.5微米至小于等于10微米。
根据本发明，优选的，开口面积占透明介质层总面积的比例大于等于3%至小于等于8%，或者大于8%至小于等于15%。
根据本发明，优选的，透明介质层材料为氟化镁或者二氧化硅。
在第四类实施例中，优选的，在平台与欧姆接触层远离发光外延层的一侧具有反射层。
在该类实施例中，优选的，反射层为Ag、Au或者DBR。
根据本发明，优选的，平台与反射层之间具有过渡层。
为了表述清楚，在一些实施例中，定义发光二极管为向下出光，需要注意的这里的向下只是便于说明位置关系，并不限定实际使用。
根据本发明，优选的，发光外延层为氮化镓基或者砷化镓基。
根据本发明，优选的，第二半导体包括磷化镓，磷化镓与过渡层接触。
为实现上述发光二极管结构，本发明提供了一种发光二极管的制作方法，包括步骤：（1）在衬底上依次制作第一半导体层、发光层和第二半导体层；（2）在第二半导体上，制作具有平台和一系列开口的透明介质层；（3）在平台上制作牺牲层；（4）在平台和开口处覆盖透明导电薄膜；（5）在透明导电薄膜上覆盖合金薄膜；（6）去除牺牲层，并去除牺牲层上的透明导电薄膜和合金薄膜，露出平台；（7）在平台和合金金属薄膜上制作金属反射层；（8）在金属反射层面键合支撑基板，支撑基板直接作为第二电极，或做为第二电极的载体；（9）剥离衬底裸露出发光外延层，在裸露出的发光外延层上制作第一电极。
在该制作方法中，优选的，合金薄膜的厚度小于等于200A。
在一些实施例中，制作发光二极管还可以采用更简化的制作方法，包括步骤：（1）在衬底上依次制作第一半导体层、发光层和第二半导体层；（2）在第二半导体层上制作具有一系列开口的透明介质层；（3）在平台和开口处覆盖透明导电薄膜；（4）在开口处的透明导电薄膜上覆盖合金薄膜；（5）在平台和合金金属薄膜上制作金属反射层；（6）在金属反射层面键合支撑基板，支撑基板直接作为第二电极，或做为第二电极的载体；（7）剥离衬底裸露出发光外延层，在裸露出的发光外延层上制作第一电极。
本发明至少具有以下有益效果：
通过在接触绝缘孔内设置一层过渡层，即可在不改变ohmic接触面积，保证电压不受到太大影响的同时减少ohmic吸光，形成隐形的ohmic结构，提升亮度。
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 为现有技术的发光二极管示意图；
图2 为现有技术的CB孔外观图；
图3和图4 为本发明实施例1的芯片剖面示意图；
图5 为本发明实施例1的CB孔外观图；
图6 为本发明实施例2的芯片剖面示意图；
图7 为本发明实施例3的芯片剖面示意图；
图8 为本发明实施例4的芯片剖面示意图。
图中标示： 110、第一半导体层，120、发光层，130、第二半导体层，200、透明介质层，210、平台，220、开口，310、欧姆接触层，320、过渡层，400、生长衬底，500、反射层，510、孔洞，520、第二台阶，600、支持基板，710、第一电极，720、第二电极，800、牺牲层。
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。
本发明主要公开了一种利用绝缘孔洞做欧姆接触的发光二极管芯片结构，通过对绝缘孔洞填充材质的选择来提高发光二极管整体出光，绝缘介质包括保护作用（PV层）或者电流阻挡（CB层）作用。
参看图3，在本发明的第一个实施例中，针对的是砷化镓基发光二极管进行设计，在本实施例的发光二极管芯片结构中，具有用于激发出光的发光外延层，发光外延层自下而上依次包括第一半导体层110、发光层120和第二半导体层130；透明介质层200，至少形成在第二半导体层130上，透明介质层200具有平台210和一系列开口220，这里一系列开口220指的是多孔的透明介质层200，开口220露出发光外延层；透明介质层的开口220内具有欧姆接触层310，该欧姆接触层310并不是特指与发光外延层接触的金属层，而包括了与发光外延层间接接触的金属层，欧姆接触层310与第二半导体层130之间具有过渡层320，过渡层320的热迁移率低于欧姆接触层310，在高温退火时，过渡层320不易向第二半导体层130迁移，且阻碍了欧姆接触层310的材料想第二半导体层130迁移。在本实施例中在第一半导体层110远离一侧具有生长衬底400，生产衬底400为临时衬底而非永久衬底。
在本实施例中，第二半导体层130与过渡层320接触的一侧为磷化镓，过渡层320为导电氧化物层，效果较佳的选用E-Beam电子束蒸镀的ITO，或者可以用其他工艺制作的ITO、IZO、GZO或者AZO等一些电阻率高于欧姆接触层的材料。在绝缘开口内的过渡层320上制作欧姆接触层310，效果较佳的选用AuBe、AuGe或者AuGeNi，该绝缘开口320的介质材料为氟化镁（MgF2）。
以E-Beam ITO为例由于ITO的导电性低于合金的导电性，为了保证和提高欧姆接触层310的导电性，增强外量子效率、减少光损失，ITO设计为薄膜结构或者颗粒状结构，过渡层320厚度为大于等于10埃到小于等于200埃，在一些实施例中，过渡层320厚度可以为大于等于20埃到小于等于50埃，超薄的ITO不会对电性造成明显影响，且有效地避免了在退火工艺后欧姆接触层310不平整导致吸光严重而显得颜色比较深。根据本实施例制作的发光二极管芯片结构开口220的孔径可以控制在大于等于1.5微米至小于等于2.5微米，或者大于2.5微米至小于等于10微米，开口220面积占透明介质层总面积的比例大于等于3%至小于等于8%，或者大于8%至小于等于15%，即超薄ITO与合金制作的欧姆接触区域可以在保证电流扩展性的基础上尽可能缩小开口面积。开口面积小的情况下吸光小，且增大了反射出光的面积，光主要通过透明介质层200传导到反射层500上再向上出光。
在平台与欧姆接触层远离发光外延层的一侧具有反射层500，该反射层500可以是Ag或者Au等反射金属。该反射层500主要指的是广义的具有反射效应的材料，例如绝大多数的金属。
在本实施例中，上述芯片可以认为是发光二极管芯片制程中的过程结构，在本实施例中进一步制作，参看图4，由于为了便于理解图3相对图4进行了倒置，即该结构为向上出光，箭头为光传导路径，可以在反射层500远离发光层120的一面键合支撑基板600，支撑基板600可直接作为第二电极720，也可以做为第二电极720的载体，在键合后去除生长衬底400，露出发光外延层，在发光外延层上制作第一电极710，参看图5，在本实施例中明显淡化了中间深色CB孔的颜色深度，有效提高出光亮度。
开口露出的发光外延层为第一半导体层或者第二半导体层，上述实施方式描述的是开口220至第二半导体层，而在一些实施方式中开口200贯穿第二半导体层130和发光层120，开至第一半导体层110，也可起到相同作用。
根据本发明第一个实施例的发光二极管芯片结构，提供对应的工艺制程，包括步骤：（1）在砷化镓生长衬底400上依次制作第一半导体层110、发光层120和第二半导体层130；（2）在第二半导体120上，利用黄光制程制作具有平台210和一系列开口220的透明介质层200；（3）在平台210上制作牺牲层800，牺牲层800材料例如光阻或者其他易去除的胶材；（4）在牺牲层800和开口220处覆盖透明导电薄膜作为过渡层320；（5）在透明导电薄膜上覆盖作为欧姆接触层310的合金薄膜；（6）去除牺牲层800，并去除牺牲层800上的透明导电薄膜和合金薄膜，露出平台210；（7）在平台210和合金金属薄膜上制作金属反射层500。
进一步制作后续结构，包括步骤：（8）在金属反射层500面键合支撑基板600，支撑基板600可直接作为第二电极720，也可以做为第二电极720的载体，其后剥离砷化镓生长衬底400裸露出发光外延层，在裸露出的发光外延层上制作第一电极710。
在第一个实施例的一些变形方案中，设计合金薄膜的厚度小于等于200A，当金属的蒸镀厚度≤200A时，金属薄膜是透明的。因此形成透明导电ITO层+透明金属层的隐形ohmic结构。这种结构再搭配反射层500的Ag镜制程时，更加能够增加ohmic位置的反射率。进一步的提升亮度。
在本发明的第二个实施例中，参看图6，与第一个实施例相同的是砷化镓基，与第一个实施例不同的是，在平台210与反射层500之间具有过渡层320。与芯片结构对应的，提供了该实施例结构的制作方法，包括步骤：（1）在砷化镓生长衬底400上依次制作第一半导体层110、发光层120和第二半导体层130；（2）在第二半导体层130上，制作具有平台210和一系列开口220的透明介质层200；（3）在平台210和开口220处覆盖透明导电薄膜；（4）在开口220处的透明导电薄膜上覆盖合金薄膜；（5）在平台210和合金金属薄膜上制作金属反射层500。
进一步进行后续结构的制作，包括步骤：（6）在金属反射层500面键合支撑基板600，支撑基板600可直接作为第二电极720，也可以做为第二电极720的载体；（7）剥离砷化镓生长衬底400裸露出发光外延层，在裸露出的发光外延层上制作第一电极710。
在本发明的第三个实施例中，参看图7，本实施例与实施例1的区别在于反射层500包括DBR分布布拉格反射层，或者由DBR和金属反射层构成，DBR具有与透明介质层200开口220对应的孔洞510，孔洞510内由导电物质填充，例如常用做电接触的金属材料。
在本发明的第四个实施例中，参看图8，本发明的设计应用在氮化镓基的芯片上也可以取到良好的效果，例如图中的芯片结构，在本结构中，芯片向上出光，具有实施例1的发光外延层，这里不再赘述，如图所示，主要的区别在于，支撑基板600可以选用硅或者散热陶瓷，反射层500为金属层，向外延伸形成第二台阶520，在第二台阶520上制作第二电极720，反射层500与发光外延层之间具有透明介质层200，透明介质层200采用的材料例如二氧化硅或者氮化硅，透明介质层200具有平台210和用于电导通的一系列开口220，开口220内具有两种导电材料，靠近发光外延层的导电材料为过渡层320，远离发光外延层的导电材料为欧姆接触层310，其中过渡层320的热迁移率低于欧姆接触层310。欧姆接触层310为金属或者合金，而过渡层320为热迁移率小于欧姆接触层310的导电金属氧化物、超薄金属氮化物或者热迁移率较低的金属，在薄膜结构中金属氧化物或者氮化物会因为隧穿而电导通，上述氮化物例如氮化钛或者氮化铝。
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 (24)

1.一种发光二极管,包括：发光外延层，包括第一半导体层、第二半导体层及两者之间的发光层；透明介质层，至少形成在发光外延层的第二半导体层一侧，透明介质层具有平台和一系列开口，开口露出发光外延层；透明介质层的开口内具有欧姆接触层，其特征在于，欧姆接触层与发光外延层之间具有过渡层，过渡层采用的材料热迁移率低于欧姆接触层的材料。
2.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，开口露出的发光外延层为第一半导体层或者第二半导体层。
3.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，过渡层为导电氧化物层。
4.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，过渡层为ITO、IZO、GZO或者AZO。
5.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，过渡层为金属氧化物或者金属氮化物，且呈薄膜或者颗粒状。
6.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，过渡层为TiN或者AlN。
7.根据权利要求3至6中任意一项所述的一种发光二极管，其特征在于，过渡层厚度为大于等于10埃到小于等于200埃。
8.根据权利要求3至6中任意一项所述的一种发光二极管，其特征在于，过渡层厚度为大于等于20埃到小于等于50埃。
9.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，过渡层不阻止欧姆接触层与第二半导体层电导通。
10.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，过渡层的电阻率高于欧姆接触层。
11.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，欧姆接触层材料为AuBe、AuGe或者AuGeNi。
12.根据权利要求11所述的一种发光二极管，其特征在于，欧姆接触层材料的厚度小于等于200A。
13.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，欧姆接触层材料为ITO、IZO、GZO或者AZO。
14.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，开口的孔径大于等于1.5微米至小于等于2.5微米，或者大于2.5微米至小于等于10微米。
15.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，开口面积占透明介质层总面积的比例大于等于3%至小于等于8%，或者大于8%至小于等于15%。
16.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，透明介质层材料为氟化镁或者二氧化硅。
17.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，在平台与欧姆接触层远离发光外延层的一侧具有反射层。
18.根据权利要求17所述的一种发光二极管，其特征在于，反射层为Ag、Au或者DBR。
19.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，平台与反射层之间具有过渡层。
20.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，发光外延层为氮化镓基或者砷化镓基。
21.根据权利要求1所述的一种发光二极管，其特征在于，第二半导体包括磷化镓，磷化镓与过渡层接触。
22.一种发光二极管的制作方法，包括步骤：（1）在衬底上依次制作第一半导体层、发光层和第二半导体层；（2）在第二半导体上，制作具有平台和一系列开口的透明介质层；（3）在平台上制作牺牲层；（4）在牺牲层和开口处覆盖透明导电薄膜；（5）在透明导电薄膜上覆盖合金薄膜；（6）去除牺牲层，并去除牺牲层上的透明导电薄膜和合金薄膜，露出平台；（7）在平台和合金金属薄膜上制作金属反射层；（8）在金属反射层面键合支撑基板，支撑基板直接作为第二电极，或做为第二电极的载体；（9）剥离衬底裸露出发光外延层，在裸露出的发光外延层上制作第一电极。
23.根据权利要求22所述的一种发光二极管的制作方法，其特征在于，合金薄膜的厚度小于等于200A。
24.一种发光二极管的制作方法，包括步骤：（1）在衬底上依次制作第一半导体层、发光层和第二半导体层；（2）在第二半导体层上，制作具有平台和一系列开口的透明介质层；（3）在平台和开口处覆盖透明导电薄膜；（4）在开口处的透明导电薄膜上覆盖合金薄膜；（5）在平台和合金金属薄膜上制作金属反射层；（6）在金属反射层面键合支撑基板，支撑基板直接作为第二电极，或做为第二电极的载体；（7）剥离衬底裸露出发光外延层，在裸露出的发光外延层上制作第一电极。
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