CN113571622A - 发光二极管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发光二极管，包括：发光结构、透明导电层、第一绝缘层、第一电极层；第一电极层包括形成在所述第一绝缘层上和所述第一开口内，且经由所述第一开口与所述第一半导体层电性连接，所述第一电极层包括第一金属反射层和应力调整层，在所述第一开口内所述第一金属反射层和所述第一半导体层接触，所述第一金属反射层位于所述第一半导体层和所述应力调整层之间；其中，所述第一金属反射层和所述应力调整层含有同一种金属元素，所述同一种金属元素在所述第一金属反射层的含量大于所述应力调整层的含量。

Description

发光二极管及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体为一种发光二极管及其制备方法。
背景技术
发光二极管（light emitting diode，简称LED）是一种利用载流子复合时释放能量形成发光的半导体器件，尤其其中的倒装LED芯片具有免打线、高光效、散热性好等优点，应用越来越广泛。
目前有一部分倒装型LED芯片主要用于车用、背光以及大功率照明等领域，因驱动电流大、散热要求高、芯片内阻要求低等需求，该类LED芯片大多是以金属反射层（例如银、铝）作为主要反射镜材料，以实现较好的LED芯片出射光的反射。然而，该类芯片金属反射层并不是整面覆盖在LED芯片表面上，在与N欧姆接触电极接触的芯片表面未被金属反射层覆盖，因此N欧姆接触电极材料的反射率同样也会影响LED芯片的亮度。此外，欧姆接触电极的可靠性问题也是重点研究对象。
发明内容
在一个方面，本发明提供一种发光二极管，包括：
发光结构，包括依次层叠的第一半导体层、有源层以及第二半导体层；
透明导电层，形成在所述发光结构上；
第一绝缘层，覆盖所述发光结构，包含第一开口以露出所述第一半导体层的一部分；
第一电极层，包括形成在所述第一绝缘层上和所述第一开口内，且经由所述第一开口与所述第一半导体层电性连接，所述第一电极层包括第一金属反射层和应力调整层，在所述第一开口内所述第一金属反射层和所述第一半导体层接触，所述第一金属反射层位于所述第一半导体层和所述应力调整层之间；
第一焊盘电极，与第一半导体层电接触，其中形成在所述第一绝缘层上的第一电极层和第一焊盘电极电性接触；
第二焊盘电极，与第二半导体层电接触；
其中，所述第一金属反射层和所述应力调整层含有同一种金属元素，所述同一种金属元素在所述第一金属反射层的含量大于所述应力调整层的含量。。
在另一个方面，本发明又提供一种发光二极管，包括：
发光结构，包括依次层叠的第一半导体层、有源层以及第二半导体层；
透明导电层，形成在所述发光结构上；
第一绝缘层，覆盖所述发光结构，包含第一开口以露出所述第一半导体层的一部分；
第一电极层，包括形成在所述第一绝缘层上和所述第一开口内，且经由所述第一开口与所述第一半导体层电性连接，所述第一电极层包括第一金属反射层，第一金属反射层包含反射率大于70%的金属；
第一焊盘电极，与第一半导体层电接触，其中形成在所述第一绝缘层上的第一电极层和第一焊盘电极电性接触；
第二焊盘电极，与第二半导体层电接触；
金属接合层，其至少设置在所述第一半导体层在所述第一开口露出的部分与所述第一金属反射层的形成在该开口部分之间，且包含铬、钛或镍中的至少一种金属。
在另一个方面，本发明又提供一种发光二极管，包括：
发光结构，包括依次层叠的第一半导体层、有源层以及第二半导体层；
透明导电层，形成在所述发光结构上；
第一绝缘层，覆盖所述发光结构，包含第一开口以露出所述第一半导体层的一部分；
第一电极层，包括形成在所述第一绝缘层之上，且经由所述第一开口与所述第一半导体层电性连接，所述第一电极层包括第一金属反射层、蚀刻阻挡层和粘附层，在所述第一开口内所述第一金属反射层和所述第一半导体层接触，所述蚀刻阻挡层位于所述第一金属反射层和所述粘附层之间；
第二绝缘层，覆盖所述第一电极层，且包含第二开口以露出所述第一电极层的一部分，所述粘附层与所述第二绝缘层接触；
第一焊盘电极，与第一半导体层电接触，其中形成在所述第一绝缘层上的第一电极层和第一焊盘电极电性接触；
第二焊盘电极，与第二半导体层电接触；
其中，所述第一电极层中的所述粘附层具有至少与所述第二开口部分重叠的通孔。
如上所述，本发明提供一种发光二极管及其制备方法，至少具备如下有益技术效果：
（1）本发明通过利用具有高反射率的第一金属反射层与第一半导体层直接接触，在实现良好的欧姆接触效果的同时增加第一电极层的反射率，进而增加入射光的反射效率，进而提升发光二极管的亮度；
（2）本发明涉及的第一电极层包含具有高反射率的第一金属反射层以及设置在第一金属反射层上方的应力调整层，其中第一金属反射层和应力调整层含有一种相同金属元素，相同金属元素在第一金属反射层的含量大于应力调整层的含量；使得该第一电极层具有高反射率、良好的欧姆接触效果的同时，还具有高可靠性、应力小、导电导热性好、成本低等优点；
（3）本发明通过在第一半导体层与第一金属反射层之间设置尽可能薄的金属接合层，使第一电极层能够达到与第一半导体层的良好的粘附作用的同时，又尽可能降低金属接合层对第一电极层的反射率的影响，进而增加入射光的反射效率，进而提升发光二极管的亮度；
（4）本发明涉及的第一电极层包括第一金属反射层、蚀刻阻挡层和粘附层，使得第一电极层在发光二极管在后续制程中能够不受到其他制程中的影响，保证第一电极层的稳定性和反射率。
附图说明
通过参照附图详细描述示例性实施例，特征将对于本领域普通技术人员变得清楚，其中：
图1是根据本发明实施例的发光二极管的剖视图；
图2a为图1发光二极管中第一电极层的A1放大图；
图2b为图1发光二极管中第一电极层的另一实施例的A1放大图；
图2c为图1发光二极管中第一电极层的另一实施例的A1放大图；
图3到图10为本发明实施例的发光二极管的制备方法示意图。
附图标记：
110 基板；120发光结构；121第一半导体层；122 有源层；123第二半导体层；1211局部缺陷区；130透明导电层；140第二金属反射层；151第一电极层；152第二电极层；151a第一金属反射层；151b 防止扩散层；151c 应力调整层；151d 蚀刻阻挡层；151e 粘附层；151f 金属接合层；1511 通孔；161 第一绝缘层；162 第二绝缘层；171 第一焊盘电极；172第二焊盘电极；OP1 第一开口；OP2 第二开口；OP3 第三开口；OP4 第四开口。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
图1是根据本发明实施例的发光二极管的剖视图。
参考图1，根据本发明实施例的发光二极管包括：基板110、发光结构120、透明导电层130、第一绝缘层161、第一电极层151、第二绝缘层162、第一焊盘电极171以及第二焊盘电极172。
所述基板110可以使用适合于半导体材料生长的载体晶片来形成。此外，基板110可以由具有优异的热导率的材料形成或者可以是导电衬底或绝缘衬底。此外，基板110可由透光材料形成，并且可具有不会引起整个发光结构120弯曲并且使得能够通过划线和断裂工艺有效地划分成分开芯片的机械强度。例如，基板110可以使用蓝宝石（Al2O3）基板、碳化硅（SiC）基板、硅（Si）基板、氧化锌（ZnO）基板、氮化镓（GaN）基板、砷化镓（GaAs）基板或磷化镓（GaP）基板等，尤其，优选使用蓝宝石（Al2O3）基板。在本实施例中基板110为表面具有一系列凸起的蓝宝石，包括例如采用干法蚀刻制作的没有固定斜率的凸起，又或者采用湿法蚀刻的具有一定斜率的凸起。
所述发光结构120包括一第一半导体层121、一第二半导体层123与一有源层122，依次层叠在基板110上。第一半导体层121和第二半导体层123可具有不同的导电类型。如果第一半导体层121为一n型半导体，第二半导体则123为一p型半导体或反之亦然。有源层122介于第一半导体层121与第二半导体层123之间。
第一半导体层121、有源层122和第二半导体层123可由Ⅲ族氮化镓系列的化合物半导体，例如，GaN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN及包括这些组中的至少一种形成。第一半导体层121是提供电子的层，可通过注入n型掺杂物（例如，Si、Ge、Se、Te、C等）来形成。第二半导体层123是提供空穴的层，可通过注入p型掺杂物（例如，Mg、Zn、Be、Ca、Sr、Ba等）来形成。
有源层122是第一半导体层121提供的电子和第二半导体层123提供的空穴再次结合而输出预定波长的光的层，可由具备交替地层叠势阱层和势垒层的单层或多层量子阱结构的多层的半导体薄膜形成。有源层122会依据输出的光波长不同的而选择不同的材料组成或配比。例如，本发明实施例的发光二极管的发射波长介于420nm至580nm之间。有源层122可以形成为具有包括使用第III族至第V族化合物半导体材料（例如，InGaN/GaN、InGaN/InGaN、GaN/AlGaN、InAlGaN/GaN、GaAs(InGaAs)/AlGaAs或GaP(InGaP)/AlGaP中的至少一种）的阱层和阻挡层的对结构，但是本公开内容不限于此。阱层可由具有比阻挡层的能带隙小的能带隙的材料形成。
局部缺陷区1211位于部分所述第二半导体层123上，且向下延伸至所述第一半导体层121形成台面结构，所述台面结构露出所述外延结构侧壁，具体地，所述台面结构显露有第一半导体层121台面以及第一半导体层121、有源层122及第二半导体层123的侧壁。需要说明的是，局部缺陷区1211的数量至少一个，也可以根据LED芯片的结构、面积大小等进行增加。
所述透明导电层130形成在发光结构120上，与第二半导体层123接触。透明导电层130可以加强电流的扩散和与第二半导体层123形成欧姆接触。透明导电层130的材料可为ITO、InO、SnO、CTO、ATO、ZnO、GaP或其组合。透明导电层130可由蒸镀或溅镀形成。透明导电层130的厚度，在本实施方式中，从5nm～100nm的范围选择。另外，优选从10nm～50nm的范围选择。
发光二极管还可包括布置在透明导电层130上的第二金属反射层140。进一步地，在第二金属反射层140上可包覆金属保护层。作为示例，可通过诸如PVD工艺或磁控溅射工艺的沉积工艺在透明导电层130上沉积第二金属反射层140，如选用Al或Ag高反射金属作为反射镜（mirror）时，金属保护层可以选用TiW、Ni、Cr、Pt、Ti等。在一实施例中，第二金属反射层140可不设置。
所述第一绝缘层161覆盖发光结构120，第一绝缘层161包裹第二金属反射层140的侧壁、透明导电层130的侧壁以及覆盖于相邻的发光结构120的侧壁。进一步地，第一开口OP1形成于第一绝缘层161中，第一开口OP1可穿透第一绝缘层161以暴露局部缺陷区1211，暴露出第一半导体层121的表面。第一绝缘层161可为采用氧化硅、氮化硅或者氧化铝。在某些实施例中，第一绝缘层161可具有第一子绝缘层和第二子绝缘层交替重复地堆叠的结构。这里，第一子绝缘层和第二子绝缘层的折射率可低于第二半导体层123的折射率，并且可彼此不同。例如，第一子绝缘层可由氧化硅(SiO2)层形成，并且第二子绝缘层可由氧化钛(TiO2)层或氧化铌(Nb2O5)层形成。因此，第一绝缘层可具有全向反射(ODR)结构或者分布式布拉格反射(DBR)结构。
所述第一电极层151形成在第一绝缘层161上和第一开口OP1内，并通过第一开口OP1与第一半导体层121电性连接。第一电极层151可包括多个层。第一电极层151包含与第一半导体层121接触的第一金属反射层151a、形成在第一金属反射层151a上的防止扩散层151b、形成在防止扩散层151b上的应力调整层151c、形成在应力调整层151c上的蚀刻阻挡层151d以及形成在蚀刻阻挡层151d上的粘附层151e。
图2a是根据图1中发光二极管第一电极层“A1”的放大示意图。
参照图2a，在第一半导体层121上依次层叠第一金属反射层151a、防止扩散层151b、应力调整层151c、蚀刻阻挡层151d和粘附层151e。
优选地，第一金属反射层151a可包括与第一半导体层121接触的材料。在常规的制程中通常是以金属铬（Cr）作为与第一半导体层121接触的材料，但是与第一半导体层121接触的金属材料的反射率同样会影响发光二极管的亮度。然而，金属铬（Cr）的反射率并不是很高，因此取消铬层，让具有高反射率的金属与第一半导体层121直接接触，增加第一电极层151的反射率，进而增加入射光的反射效率，进而提升发光二极管的亮度。例如，第一金属反射层151a可以由诸如铝(Al)、银（Ag）或铑（Rh）等反射率大于70%金属形成。
此外，第一金属反射层151a的厚度可以是在100nm至500nm的范围内。例如，第一金属反射层151a的厚度小于100nm时则反射效果不佳，如果第一金属反射层151a的厚度大于500nm时，则后续制程中防止扩散层151b对第一金属反射层151a的包覆性不佳导致第一金属反射层151a迁移扩散降低反射率。在一实施例中，第一金属反射层151a优选金属Al，厚度介于120nm-350nm之间，从而使第一电极层151的反射率达到85%以上且达到优异的欧姆接触效果。
作为替代实施例，参照图2b,第一半导体121与第一金属反射层151a之间形成有薄的金属接合层151f。在前文中提到过第一电极层151中与第一半导体层151的金属材料的反射率会影响发光二极管的亮度。因此，可以在第一半导体121与第一金属反射层151a之间设置薄的金属接合层151f,尽可能减薄金属接合层151f的厚度，使第一电极层151能够达到与第一半导体层121的良好粘附作用同时，又尽可能降低金属接合层151f对第一电极层151的反射率的影响。金属接合层151f包括铬（Cr）、镍（Ni）或钛（Ti）等金属。金属接合层151f具有0.5nm至10nm的厚度。在一优选实施例中，金属接合层151f的厚度优选为介于1nm至3nm之间。
防止扩散层151b可以布置在第一金属反射层151a之上，用于防止第一金属反射层151a的金属元素迁移扩散。防止扩散层151b可有钛（Ti）、钛钨合金（TiW）、镍（Ni）、铂（Pt）、铬（Cr）、锌（Zn）、钯（Pb）、铑（Rh）、铱（Ir）、钌（Ru）、钨（W）或铜（Cu）中的至少一种材料单层或多层形成。防止扩散层151b的厚度为50-500nm。若防止扩散层的厚度小于50nm，防扩散层172不足以防止迁移；若厚度大于500nm，防扩散层172会因比电阻的增大而导致电学性能劣化。因此，防扩散层172优选地形成50-300nm的厚度。在一实施例中，防止扩散层151b优选为钛（Ti）,从而可通过防止第一金属反射层151a物质(例如，Al)发生迁移扩散来维持稳定的欧姆特性及反射特性。
应力调整层151c可以布置在防止扩散层151b之上。由于第一电极层151需要一定的厚度，因此在该结构中需要堆叠一定厚度的金属叠层，这个时候就需要考虑金属叠层之间的应力问题，保证第一电极层151整体的质量，提高第一电极层151的可靠性；因此有必要在防止扩散层151b上布置一层应力调整层151c。应力调整层151c主可以由铝（Al）、镍（Ni）、铬（Cr）、金（Au）、铜（Cu）或铂（Pt）中的至少一种金属或金属合金形成。此外，应力调整层151c的厚度为100-500nm。在一实施例中，应力调整层151c优选为包含Al的合金材料形成，例如可以为Cu-Al合金。该Cu-Al合金具有热稳定性好、应力小、导电导热性优异、成本低等特点，能够使第一电极层151在具有优异的欧姆接触效果和高反射特性的优点的同时，能够兼顾第一电极层151的可靠性问题。
此外，防止扩散层151b和应力调整层151c可以交替层叠多次。如图2c所示，防止扩散层151b和应力调整层151c可以交替层叠两次。
在一实施例中，第一金属反射层151a和应力调整层151c含有同一种金属元素，同一种金属元素在第一金属反射层151a的含量大于应力调整层151c的含量。从而得到的第一电极层151在具有高反射率、良好的欧姆接触效果的同时，兼顾到第一电极层151具有可靠性、应力小、导电导热性好、成本低等优点。其中，同一种金属元素的反射率大于70%。例如，第一金属反射层151a为Al金属，应力调整层151c为Al合金，第一金属反射层151a的Al含量大于应力调整层的Al含量。
蚀刻阻挡层151d可以布置在应力调整层151c之上。蚀刻阻挡层153作为在用于后续第二绝缘层162中形成第三开口OP3的蚀刻工序中保护第一电极层151中易被腐蚀的金属层，特别地，防止应力调整层151c中和第一金属反射层151a中的易被腐蚀金属的损伤，例如Al。蚀刻阻挡层151d优选为由铬（Cr）、铂（Pt）、镍（Ni）、钨（W）、钛钨合金（TiW）、金（Au）或钛（Ti）中至少一种材料单层或多层形成。蚀刻阻挡层具有5nm至2000nm的厚度。在一实施例中，采用湿法蚀刻工序，蚀刻阻挡层151c优选为铬（Cr）和铂（Pt）形成。其中，Cr厚度优选为10-100nm，Pt的厚度优选为5-300nm。在另一实施例中，采用干法蚀刻工序，蚀刻阻挡层151c优选为由Au/Ti/Pt组成。
粘附层151e形成在蚀刻阻挡层151d上。由于蚀刻阻挡层151d与后续制程中的第二绝缘层162粘附性较差，此处必须增加一层薄的粘附层151e以增加蚀刻阻挡层151d与第二绝缘层162之间的粘附力。因此，粘附层151e与第二绝缘层162相接触。粘附层151e与二氧化硅或者氧化铝的粘附性更好，有利于提升第二绝缘层162的防护性能，能够保持与第二绝缘层162之间的结合力，并提高可靠性。粘附层151e由钛（Ti）、铬（Cr）等构成。在一实施例中，粘附层优选为Ti,厚度优选为2-20nm。参照图10，由于后续第二绝缘层162中形成第三开口OP3的蚀刻工序中蚀刻液或蚀刻气体会腐蚀粘附层151e，因此粘附层151e具有至少与第三开口OP3重叠的通孔1511。
此外，再次参照图1，第一绝缘层还具有第二开口OP2，以露出第二金属反射层140的部分表面。
发光二极管还包括形成于第二开口OP2内的第二电极层152，第二电极层152与第二金属层140接触。在一实施例中，发光二极管没有设置第二金属层140，则在透明导电层130上设置第二电极层152，该第二电极层152与透明导电层130接触。
在一实施例中，第二电极层152与第一电极层151包含相同的金属材料及/或具有相同的金属叠层。
发光二极管还可包括在第一电极层151上形成第二绝缘层162。第二绝缘层162包覆第一电极层151，该第二绝缘层162的材料可以与第一绝缘层161相同，也可以不相同。第二绝缘层162具有第三开口OP3和第四开口OP4，其中第三开口OP3露出第一电极层151的部分表面，第四开口OP4贯穿第二绝缘层162，露出第二电极层152的部分表面。其中，第二绝缘层的第四开口OP4与第一绝缘层的第二开口OP2的大小可以一样，也可以不一样。
本文所述的发光二极管结构适用于正装芯片、倒装芯片、垂直芯片等。本发明实施例的发光器件1以倒装芯片为例，其中第一焊盘电极171和第二焊盘电极172可以布置在发光结构120的一侧上。本文中，所述一侧可以是与发光结构120的主发光表面相对的一侧。
第一焊盘电极171可以被电连接到发光结构120的第一半导体层121，第二焊盘电极172可以被电连接到第二半导体层123。
第一焊盘电极171通过第三开口OP3与第一电极层151接触。具体地说，第一焊盘电极171通过第三开口OP3和通孔1511与蚀刻阻挡层151d接触。第二焊盘电极172通过第四开口OP4与第二电极层152接触，第二电极层152位于第二半导体层123和第二焊盘电极172之间。第一焊盘电极171可以被电连接到发光结构120的第一半导体层121，第二焊盘电极172可以被电连接到第二半导体层123。
在一实施例中，在形成第二绝缘层162中的第四开口的蚀刻工序中也会遇到和上述形成第三开口OP3一样的问题，第二电极层152中的粘附层也会被蚀刻液或蚀刻气体腐蚀，第二电极层152中的粘附层具有至少与第四开口OP4重叠的通孔。
接着，将参照图3至图10来描述制造根据该实施例的发光二极管的工艺。
参照图3，可在基板110上形成发光结构120。发光结构120可包括按次序堆叠在基板110上的第一半导体层121、有源层122和第二半导体层123。第一半导体层121、有源层122和第二半导体层123可包括利用诸如金属有机化学气相沉积(MOCVD)、氢化物气相外延(HVPE)、分子束外延(MBE)等的工艺在基板110上形成的上述层。
基板110可以使用适合于半导体材料生长的载体晶片来形成。此外，基板110可以由具有优异的热导率的材料形成或者可以是导电衬底或绝缘衬底。此外，基板110可由透光材料形成，并且可具有不会引起整个发光结构120弯曲并且使得能够通过划线和断裂工艺有效地划分成分开芯片的机械强度。例如，基板110可以使用蓝宝石（Al2O3）基板、碳化硅（SiC）基板、硅（Si）基板、氧化锌（ZnO）基板、氮化镓（GaN）基板、砷化镓（GaAs）基板或磷化镓（GaP）基板等，尤其，优选使用蓝宝石（Al2O3）基板。在本实施例中基板110为表面具有一系列凸起的蓝宝石，包括例如采用干法蚀刻制作的没有固定斜率的凸起，又或者采用湿法蚀刻的具有一定斜率的凸起。
发光结构120包括一第一半导体层121、一第二半导体层123与一有源层122，依次层叠在基板110上。第一半导体层121和第二半导体层123可具有不同的导电类型。如果第一半导体层121为一n型半导体，第二半导体则123为一p型半导体或反之亦然。有源层122介于第一半导体层121与第二半导体层123之间。
第一半导体层121、有源层122和第二半导体层123可由Ⅲ族氮化镓系列的化合物半导体，例如，GaN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN及包括这些组中的至少一种形成。第一半导体层121是提供电子的层，可通过注入n型掺杂物（例如，Si、Ge、Se、Te、C等）来形成。第二半导体层123是提供空穴的层，可通过注入p型掺杂物（例如，Mg、Zn、Be、Ca、Sr、Ba等）来形成。
有源层122是第一半导体层121提供的电子和第二半导体层123提供的空穴再次结合而输出预定波长的光的层，可由具备交替地层叠势阱层和势垒层的单层或多层量子阱结构的多层的半导体薄膜形成。有源层122会依据输出的光波长不同的而选择不同的材料组成或配比。例如，本发明实施例的发光二极管的发射波长介于420nm至580nm之间。有源层122可以形成为具有包括使用第III族至第V族化合物半导体材料（例如，InGaN/GaN、InGaN/InGaN、GaN/AlGaN、InAlGaN/GaN、GaAs(InGaAs)/AlGaAs或GaP(InGaP)/AlGaP中的至少一种）的阱层和阻挡层的对结构，但是本公开内容不限于此。阱层可由具有比阻挡层的能带隙小的能带隙的材料形成。
参照图4，可蚀刻发光结构120的一部分以暴露出第一半导体层121的一部分以形成局部缺陷区1211，所述局部缺陷区1211露出有所述发光结构120侧壁，具体地，所述局部缺陷区1211显露有第一半导体层121台面以及第一半导体层121、有源层122及第二半导体层123的侧壁。例如，可以采用ICP刻蚀或RIE刻蚀工艺，于所述发光结构120中刻蚀出局部缺陷区1211，使得所述局部缺陷区1211显露有第一半导体层121、有源层122及第二半导体层123的侧壁，所述第一半导体层121台面用以于后续第一焊盘电极171的电连接。局部缺陷区1211的数量至少一个，也可以根据LED芯片的结构、用途、面积大小等进行增加。
参照图5，可在发光结构120的部分表面上形成透明导电层130。透明导电层130可以加强电流的扩散。例如，透明导电层130可由蒸镀或溅镀形成，与发光结构120中的第二半导体层123形成欧姆接触。透明导电层130的材料可为ITO、InO、SnO、CTO、ATO、ZnO、GaP或其组合。透明导电层130的厚度，在本实施方式中，从5nm～100nm的范围选择。另外，优选从10nm～50nm的范围选择。
参照图6，可在透明导电层130表面形成第二金属反射层140。进一步地，在第二金属反射层140上包覆金属保护层。作为示例，可通过诸如PVD工艺或磁控溅射工艺的沉积工艺在透明导电层130上沉积第二金属反射层140，如选用Al或Ag高反射金属作为反射镜（mirror）时，金属保护层可以选用TiW、Ni、Cr、Pt、Ti等。在一实施例中，第二金属反射层140可不设置。
参照图7，可在具有第二金属反射层140的发光结构120上形成第一绝缘层161。第一绝缘层161包裹第二金属反射层140的侧壁、透明导电层130的侧壁以及覆盖于相邻的发光结构120的侧壁。进一步地，还包括通过黄光、蚀刻工艺蚀刻部分第一绝缘层161，形成一系列第一开口OP1和第二开口OP2。第一开口OP1可穿透第一绝缘层161以暴露局部缺陷区1211，暴露出第一半导体层121的表面。第一开口OP1与局部缺陷区1211的数量一致。第二开口OP2穿透第一绝缘层161以暴露第二金属层140的部分表面。作为示例，可以采用化学气相沉积工艺形成第一绝缘层161，第一绝缘层161可为由二氧化硅(SiO2)层形成的单层。在某些实施例中，第一绝缘层161可具有第一子绝缘层和第二子绝缘层交替重复地堆叠的结构。这里，第一子绝缘层和第二子绝缘层的折射率可低于第二半导体层123的折射率，并且可彼此不同。例如，第一子绝缘层可由氧化硅(SiO2)层形成，并且第二子绝缘层可由氧化钛(TiO2)层或氧化铌(Nb2O5)层形成。因此，第一绝缘层161可具有全向反射(ODR)结构或者分布式布拉格反射(DBR)结构。
参照图8和图2a，可在第一绝缘层161和第一开口OP1内形成第一电极层151，该第一电极层151通过和第一开口OP1电接触第一半导体层121。第一电极层151可包括多个层。例如，第一电极层151包括：与第一半导体层121接触的第一金属反射层151a、形成在第一金属反射层151a上的防止扩散层151b、形成在防止扩散层151b上的应力调整层151c、形成在应力调整层151c上的蚀刻阻挡层151d以及形成在蚀刻阻挡层151d上的粘附层151e。
第一金属反射层151a优选由与第一半导体层121良好地电接触的物质构成，并且具有高反射率能提高第一电极层151的反射率。在常规的制程中通常是以金属铬（Cr）作为与第一半导体层121接触的材料，但是与第一半导体层121接触的金属材料的反射率同样会影响发光二极管的亮度。然而，金属铬（Cr）的反射率并不是很高，因此取消铬层，将具有高反射率的金属与第一半导体层121接触，增加第一电极层151的反射率，进而增加入射光的反射效率，进而提升发光二极管的亮度。例如，第一金属反射层151a可以由诸如铝(Al)、银（Ag）或铑（Rh）等反射率大于70%金属形成。第一金属反射层151a的厚度可以是例如在100nm至500nm的范围内。例如，第一金属反射层151a的厚度小于100nm时则反射效果不佳，如果第一金属反射层151a的厚度大于500nm时，则后续制程中防止扩散层151b对第一金属反射层151a的包覆性不佳导致第一金属反射层151a迁移扩散降低反射率。在一实施例中，第一金属反射层151a优选为Al金属，厚度介于120nm-350nm之间，从而使第一电极层151的反射率能够达到85%以上且具有优异的欧姆接触效果。
在此需特别说明的是，第一金属反射层151a若是直接沉积或蒸镀在第一半导体层121上，与第一半导体层121则形不成良好的欧姆接触。因此，为了提高第一电极层151的欧姆接触质量，应采用包括氧(O2)、氮(N2)、氩(Ar)或氢(H2)的等离子体在高真空条件下处理第一半导体层121表面，将第一半导体层121表面的氧化膜通过等离子体物理轰击的方式处理掉，有效降低表面的势垒。处理完成后，即可沉积或蒸镀第一金属反射层151a以及后续的金属层。并且，第一金属反射层151a为金属不能为合金，因为即使在用氧(O2)、氮(N2)、氩(Ar)或氢(H2)的等离子体处理第一半导体层表面过后，合金材料与第一半导体层121也形不成良好的欧姆接触。
防止扩散层151b可以布置在第一金属反射层151a之上，用于防止第一金属反射层151a的金属元素迁移扩散。防止扩散层151b可有钛（Ti）、钛钨合金（TiW）、镍（Ni）、铂（Pt）、铬（Cr）、锌（Zn）、钯（Pb）、铑（Rh）、铱（Ir）、钌（Ru）、钨（W）或铜（Cu）中的至少一种材料单层或多层形成。防止扩散层151b的厚度为50-300nm。若防止扩散层的厚度小于50nm，防扩散层172不足以防止迁移；若厚度大于300nm，防扩散层172会因比电阻的增大而导致电学性能劣化。因此，防扩散层172优选地形成50-300nm的厚度。在一实施例中，防止扩散层151b优选为钛（Ti）,从而可通过防止第一金属反射层151a物质(例如，Al)发生迁移扩散来维持稳定的欧姆特性及反射特性。
应力调整层151c可以布置在防止扩散层151b之上，防止扩散层151b位于第一金属反射层151a和应力调整层151c之间。由于第一电极层151需要一定的厚度，因此在该结构中需要堆叠一定厚度的金属叠层，这个时候就需要考虑金属叠层之间的应力问题，保证第一电极层151整体的质量，提高第一电极层151的可靠性；因此有必要在防止扩散层151b上布置一层应力调整层151c。应力调整层151c主可以由铝（Al）、镍（Ni）、铬（Cr）、金（Au）、铜（Cu）或铂（Pt）中的至少一种金属或金属合金形成。此外，应力调整层151c的厚度为100-500nm。在一实施例中，应力调整层151c优选为包含Al的合金材料形成，例如可以为Cu-Al合金。该Cu-Al合金具有热稳定性好、应力小、导电导热性优异、成本低等特点，能够使第一电极层151在具有优异的欧姆接触效果和高反射特性的优点的同时，能够兼顾第一电极层151的可靠性问题。
此外，防止扩散层151b和应力调整层151c可以交替层叠多次。如图2b所示，防止扩散层151b和应力调整层151c可以交替层叠两次。
在一实施例中，第一金属反射层151a和应力调整层151c含有同一种金属元素，同一种金属元素在第一金属反射层151a的含量大于应力调整层151c的含量。从而得到的第一电极层151在具有高反射率、良好的欧姆接触效果的同时，兼顾到第一电极层151具有可靠性、应力小、导电导热性好、成本低等优点。其中，同一种金属元素的反射率大于70%。例如，第一金属反射层151a为Al金属，应力调整层151c为Al合金， 第一金属反射层151a的Al含量大于应力调整层的Al含量。
蚀刻阻挡层151d可以布置在应力调整层151c之上。蚀刻阻挡层153作为在用于后续第二绝缘层162中形成第三开口OP3的蚀刻工序中保护第一电极层151中各层金属易被腐蚀的层，特别地，防止应力调整层151c中和第一金属反射层151a中的易被腐蚀金属的损伤，例如Al。蚀刻阻挡层151d优选为由铬（Cr）、铂（Pt）、镍（Ni）、钨（W）、钛钨合金（TiW）、金（Au）或钛（Ti）中至少一种材料单层或多层形成。蚀刻阻挡层具有5nm至2000nm的厚度。
粘附层151e形成在蚀刻阻挡层151d上。由于蚀刻阻挡层151d与后续制程中的第二绝缘层162粘附性较差，此处必须增加一层薄的粘附层151e以增加蚀刻阻挡层151d与第二绝缘层162之间的粘附力。因此，粘附层151e与第二绝缘层162相接触。粘附层151e与二氧化硅或者氧化铝的粘附性更好，有利于提升第二绝缘层162的防护性能，能够保持与第二绝缘层162之间的结合力，并提高可靠性。粘附层151e由钛（Ti）、铬（Cr）等构成。在一实施例中，粘附层151e优选为Ti,厚度优选为2-20nm。
在此参照图8，可在第一绝缘层161的第二开口OP2内形成第二电极层152，第二电极层152与第二金属层140接触。在一实施例中，发光二极管没有设置第二金属层140在透明导电层130上，则设置第二电极层152与透明导电层130接触。
在一实施例中，第二电极层152与第一电极层151包含相同的金属材料及/或具有相同的金属叠层。
参照图9，可在第一电极层151形成第二绝缘层162，并预留第三开口OP3和第四开口OP4，其中第三开口OP3露出第一电极层151的部分表面，第四开口OP4露出第二电极层152的部分表面。该第二绝缘层162覆盖第一电极层151和第二电极层152的侧壁。第三开口OP3和第四开口OP4形成于第二绝缘层162中，该第三开口OP3和第四开口OP4通过蚀刻工序而使第一电极层151和第二电极层152的一部分露出。参照图10，由于第二绝缘层162中形成第三开口OP3和第四开口OP4的蚀刻工序中蚀刻液或蚀刻气体会腐蚀粘附层151e，因此粘附层151e具有至少与第三开口OP3和第四开口OP4重叠的通孔1511。
在一实施例中，第三开口OP3和第四开口OP4通过湿法蚀刻工序制成。作为第二绝缘层162的蚀刻液，可单独使用HF、BOE、NHO3、HCl等或将它们组合成适当浓度而使用。因此，为了防止应力调整层151c中和第一金属反射层151a中的Al金属的损伤，蚀刻阻挡层151d为铬（Cr）和铂（Pt）形成。其中，Cr厚度优选为10-100nm，Pt的厚度优选为5-300nm。因此，蚀刻阻挡层151d能够有效防止蚀刻液对应力调整层中153和第一金属反射层153中的Al的损伤。作为示例，第一电极层151构成依次层叠的Al（第一金属反射层151a）/Ti（防止扩散层151b）/Al（应力调整层151c）/Ti（防止扩散层151）/Al（应力调整层152）/Cr/Pt（蚀刻阻挡层151d）/Ti（粘附层151e）。如此得到的第一电极层151在发光二极管在后续制程中能够不受到其他制程中的影响，保证第一电极层151的稳定性和反射率。
在另一实施例中，第三开口OP3和第四开口OP4是通过干蚀刻工序而形成的。在该情况下，由于在干蚀刻工序中，作为蚀刻气体而可使用包括F基的卤素气体(例如：CF4、C2F6、C3F8、SF6等)。由于蚀刻气体对Al元素极其活泼，因此在蚀刻阻挡层151d优选由在这样的干蚀刻工序中蚀刻选择比优异的材质构成。例如，可以采用Au、Pt等贵金属材质，在一实施例中，蚀刻阻挡层151d可以由Au/Ti/Pt组成。作为一例，第一电极层151构成依次层叠的Al（第一金属反射层151a）/Ti（防止扩散层151b）/Pt（应力调整层151c）/Ti（防止扩散层151b）/Pt（应力调整层151c）/Ti（防止扩散层151）/Pt（应力调整层151c）/Au/Ti/Pt/（蚀刻阻挡层151d）/Ti（粘附层55）。如此得到的第一电极层151在发光二极管在后续制程中能够不受到其他制程中的影响，保证第一电极层151的稳定性和反射率。
再次参照图1，在第二绝缘层162上制作第一焊盘电极171和第二焊盘电极172，其中，第一焊盘电极171通过第三开口OP3和通孔1511接触第一电极层151，具体地说，第一焊盘电极171通过第三开口OP3和通孔1511与蚀刻阻挡层151d接触。第二焊盘电极172通过第四开口OP4接触第二电极层152，第二电极层152位于第二半导体层123和第二焊盘电极172之间。第一焊盘电极171可以被电连接到发光结构120的第一半导体层121，第二焊盘电极172可以被电连接到第二半导体层123。
如上所述，本发明提供一种发光二极管及其制备方法，至少具备如下有益技术效果：
（1）本发明通过利用具有高反射率的第一金属反射层与第一半导体层直接接触，在实现良好的欧姆接触效果的同时增加第一电极层的反射率，进而增加入射光的反射效率，进而提升发光二极管的亮度；
（2）本发明涉及的第一电极层包含具有高反射率的第一金属反射层以及设置在第一金属反射层上方的应力调整层，其中第一金属反射层和应力调整层含有一种相同金属元素，相同金属元素在第一金属反射层的含量大于应力调整层的含量；使得该第一电极层具有高反射率、良好的欧姆接触效果的同时，还具有高可靠性、应力小、导电导热性好、成本低等优点；
（3）本发明通过在第一半导体层与第一金属反射层之间设置尽可能薄的金属接合层，使第一电极层能够达到与第一半导体层的良好的粘附作用的同时，又尽可能降低金属接合层对第一电极层的反射率的影响，进而增加入射光的反射效率，进而提升发光二极管的亮度；
（4）本发明涉及的第一电极层包括第一金属反射层、蚀刻阻挡层和粘附层，使得第一电极层在发光二极管在后续制程中能够不受到其他制程中的影响，保证第一电极层的稳定性和反射率。

Claims (25)

1.一种发光二极管，其特征在于，包括：
发光结构，包括依次层叠的第一半导体层、有源层以及第二半导体层；
透明导电层，形成在所述发光结构上；
第一绝缘层，覆盖所述发光结构，包含第一开口以露出所述第一半导体层的一部分；
第一电极层，包括形成在所述第一绝缘层上和所述第一开口内，且经由所述第一开口与所述第一半导体层电性连接，所述第一电极层包括第一金属反射层和应力调整层，在所述第一开口内所述第一金属反射层和所述第一半导体层接触，所述第一金属反射层位于所述第一半导体层和所述应力调整层之间；
第一焊盘电极，与第一半导体层电接触，其中形成在所述第一绝缘层上的第一电极层和第一焊盘电极电性接触；
第二焊盘电极，与第二半导体层电接触；
其中，所述第一金属反射层和所述应力调整层含有同一种金属元素，所述同一种金属元素在所述第一金属反射层的含量大于所述应力调整层的含量。
2.根据权利要1所述的发光二极管，其特征在于，所述同一种金属元素包含铝、银或铑中的一种。
3.根据权利要1所述的发光二极管，其特征在于，所述同一种金属元素的反射率大于70%。
4.根据权利要1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一金属反射层包含铝金属，所述应力调整层包含铝合金。
5.根据权利要1所述的发光二极管，其特征在于，所述应力调整层为铝铜合金。
6.根据权利要1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一金属反射层具有100nm至500nm的厚度，所述应力调整层具有100nm至500nm。
7.根据权利要1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一电极层还包括扩散防止层，所述扩散防止层位于所述第一金属反射层和所述应力调整层之间，所述扩散防止层包含钛、铂、镍、铜、铬、锌、钯、铑、铱、钌或钨中的至少一种金属。
8.根据权利要7所述的发光二极管，其特征在于，所述扩散防止层具有50nm至300nm的厚度。
9.根据权利要1所述的发光二极管，其特征在于，还包括蚀刻阻挡层，所述蚀刻阻挡层位于所述应力调整层之上，所述蚀刻阻挡层包含铬、金、铂、钨、镍或钛中至少一种金属形成。
10.根据权利要求9所述的发光二极管，其特征在于，所述蚀刻阻挡层具有5nm至2000nm的厚度。
11.根据权利要求9所述的发光二极管，其特征在于，所述蚀刻阻挡层包含铬层和铂层，所述铬层具有10nm至100nm的厚度，所述铂层具有5nm至300nm的厚度。
12.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，还包括粘附层，所述粘附层包含钛或铬中的至少一种金属。
13.根据权利要求12所述的发光二极管，其特征在于，所述粘附层具有2nm至50nm的厚度。
14.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，还包括第二电极层，所述第二电极层位于所述第二半导体层和所示第二焊盘电极之间。
15.根据权利要求14所述的发光二极管，其特征在于，所述第二电极层与所述第一电极层包含相同的金属材料及/或具有相同的金属叠层。
16.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，还包括第二金属反射层，所述第二金属反射层形成于所述透明导电层之上。
17.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管的发射波长介于420nm至580nm之间。
18.一种发光二极管，其特征在于，包括：
发光结构，包括依次层叠的第一半导体层、有源层以及第二半导体层；
透明导电层，形成在所述发光结构上；
第一绝缘层，覆盖所述发光结构，包含第一开口以露出所述第一半导体层的一部分；
第一电极层，包括形成在所述第一绝缘层上和所述第一开口内，且经由所述第一开口与所述第一半导体层电性连接，所述第一电极层包括第一金属反射层，第一金属反射层包含反射率大于70%的金属；
第一焊盘电极，与第一半导体层电接触，其中形成在所述第一绝缘层上的第一电极层和第一焊盘电极电性接触；
第二焊盘电极，与第二半导体层电接触；
金属接合层，其至少设置在所述第一半导体层在所述第一开口露出的部分与所述第一金属反射层的形成在该开口部分之间，且包含铬、钛或镍中的至少一种金属。
19.根据权利要求18所述的发光二极管，其特征在于，所述金属接合层具有0.5nm至10nm的厚度。
20.根据权利要求18所述的发光二极管，其特征在于，所述金属接合层具有1nm至3nm的厚度。
21.根据权利要求18所述的发光二极管，其特征在于，所述第一电极层还包括扩散防止层、应力调整层、蚀刻阻挡层和粘附层，所述第一金属反射层位于所述金属接合层与所述扩散防止层之间，所述扩散防止层位于所述第一金属反射层与所述应力调整层之间，所述应力调整层位于所述扩散防止层和所述蚀刻阻挡层之间，所述蚀刻阻挡层位于所述应力调整层与所述粘附层之间。
22.根据权利要求22所述的发光二极管，其特征在于，所述应力调整层包含铝、镍、铬、金、铜或铂中的至少一种金属或金属合金。
23.根据权利要求21所述的发光二极管，其特征在于，所述扩散防止层和所述应力调整层重复堆叠多次。
24.一种发光二极管，其特征在于，包括：
发光结构，包括依次层叠的第一半导体层、有源层以及第二半导体层；
透明导电层，形成在所述发光结构上；
第一绝缘层，覆盖所述发光结构，包含第一开口以露出所述第一半导体层的一部分；
第一电极层，包括形成在所述第一绝缘层之上，且经由所述第一开口与所述第一半导体层电性连接，所述第一电极层包括第一金属反射层、蚀刻阻挡层和粘附层，在所述第一开口内所述第一金属反射层和所述第一半导体层接触，所述蚀刻阻挡层位于所述第一金属反射层和所述粘附层之间；
第二绝缘层，覆盖所述第一电极层，且包含第二开口以露出所述第一电极层的一部分，所述粘附层与所述第二绝缘层接触；
第一焊盘电极，与第一半导体层电接触，其中形成在所述第一绝缘层上的第一电极层和第一焊盘电极电性接触；
第二焊盘电极，与第二半导体层电接触；
其中，所述第一电极层中的所述粘附层具有至少与所述第二开口部分重叠的通孔。
25.根据权利要求24所述的发光二极管，其特征在于，所述第一焊盘电极通过所述第二开口和所述通孔与所述蚀刻阻挡层接触。
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