CN113659050A - 一种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及其制备方法，本发明的发光二极管的外延层包括第一半导体层、有源层及第二半导体层，第一半导体层和/或第二半导体层的边缘形成有台面，台面上设置有绝缘层，避免了电子与空穴流经外延层的边缘而产生非辐射复合，使更多的电子与空穴发生辐射复合，能量更多地以光子的形式释放出来，从而提高发光二极管的出光效率；另外，由于绝缘层对电流的阻挡，也避免了电流流经发光二极管的边缘，从而在一定程度上改善了发光二极管的漏电问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体的，涉及一种发光二极管及其制备方法。
背景技术
发光二极管由于具有发光效率高、寿命长、环保等优点，已经广泛应用在固态照明、显示、移动照明等领域。发光二极管的核心组件是位于其中的P-N结，当在P-N结两端加上正向偏压时，N型半导体中的电子以及P型半导体中的空穴均受激发向P-N结移动，电子与空穴发生辐射复合，能量以光子的形式释放出来从而发出光。然而，发光二极管的边缘通常存在缺陷，当电子与空穴流经发光二极管的边缘时，会产生非辐射复合，能量以光子外的其他形式释放出来，此时不会产生光，导致发光二极管的发光效率降低。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提出一种发光二极管及其制备方法，本发明的发光二极管的外延层包括第一半导体层、有源层及第二半导体层，第一半导体层和/或第二半导体层的边缘形成有台面，台面上设置有绝缘层，避免了电子与空穴流经外延层的边缘而产生非辐射复合，使更多的电子与空穴发生辐射复合，能量更多地以光子的形式释放出来，从而提高发光二极管的出光效率；另外，由于绝缘层对电流的阻挡，也避免了电流流经发光二极管的边缘，从而在一定程度上改善了发光二极管的漏电问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种发光二极管，所述发光二极管包括：
基板；
电流扩展层，位于所述基板上方；
外延层，形成在所述电流扩展层表面，所述外延层自远离所述电流扩展层的一侧至靠近所述电流扩展层的一侧依次包括第一半导体层、有源层及第二半导体层；
第一电极结构，所述第一电极结构形成在所述外延层的表面，与所述第一半导体层连接；
其中，
所述第一半导体层在背离所述有源层的一侧形成第一台面和第二台面，所述第二台面形成在所述第一台面的两侧且高度低于所述第一台面；和/或
所述第二半导体层在背离所述有源层的一侧形成第三台面和第四台面，所述第三台面与所述电流扩展层相连，所述第四台面位于所述第三台面的两侧且高度低于所述第三台面。
可选地，还包括绝缘层，所述绝缘层形成在所述第一台面和所述第二台面的表面，以及所述第四台面与所述电流扩展层之间。
可选地，所述基板为导电基板，所述基板背离所述电流扩展层的一侧形成有第二电极结构。
可选地，所述基板为绝缘基板，所述电流扩展层表面形成有第二电极结构。
可选地，所述第二台面的宽度大于或等于3μm。
可选地，所述第四台面的宽度大于或等于3μm。
可选地，所述第二台面与所述有源层间的垂直距离小于或等于1μm。
可选地，所述第四台面与所述有源层间的垂直距离小于或等于1μm。
可选地，所述基板层与所述电流扩展层之间还形成有键合层。
本发明还提供一种发光二极管的制备方法，包括如下步骤：
提供一衬底，在所述衬底表面依次形成第一半导体层、有源层及第二半导体层以形成外延层；
提供一基板，在所述基板表面形成键合层；
在所述外延层表面形成电流扩展层，并将其键合至所述键合层的表面；
去除生长衬底，刻蚀所述第一半导体层形成第一台面和第二台面，所述第二台面形成在所述第一台面的两侧且高度低于所述第一台面；
形成电极结构。
本发明还提供另一种发光二极管的制备方法，包括如下步骤：
提供一衬底，在所述衬底表面依次形成第一半导体层、有源层及第二半导体层以形成外延层；
提供一基板，在所述基板表面形成键合层；
刻蚀所述第二半导体层形成第三台面和第四台面，所述第四台面形成在所述第三台面的两侧且高度低于所述第三台面；
在所述第四台面上形成绝缘层；
在所述第三台面及所述绝缘层的上表面形成电流扩展层，并通过所述电流扩展层将所述外延层键合至所述键合层的表面；
去除生长衬底，形成电极结构。
本发明还提供另一种发光二极管的制备方法，包括如下步骤：
提供一衬底，在所述衬底表面依次形成第一半导体层、有源层及第二半导体层以形成外延层；
提供一基板，在所述基板表面形成键合层；
刻蚀所述第二半导体层形成第三台面和第四台面，所述第四台面形成在所述第三台面的两侧且高度低于所述第三台面；
在所述第四台面上形成绝缘层；
在所述第三台面及所述绝缘层的上表面形成电流扩展层，并通过所述电流扩展层将所述外延层键合至所述键合层的表面；
去除生长衬底，刻蚀所述第一半导体层形成第一台面和第二台面，所述第二台面形成在所述第一台面的两侧且高度低于所述第一台面；
形成电极结构。
可选地，还包括在所述第一半导体层表面上形成绝缘层。
可选地，所述第二台面的宽度大于或等于3μm。
可选地，所述第四台面的宽度大于或等于3μm。
可选地，所述第二台面与所述有源层间的垂直距离小于或等于1μm。
可选地，所述第四台面与所述有源层间的垂直距离小于或等于1μm。
本发明提供的发光二极管，至少具有以下有益效果：
本发明的发光二极管的外延层包括第一半导体层、有源层及第二半导体层，第一半导体层和/或第二半导体层的边缘设置有台面，台面上设置有绝缘层，避免了电子与空穴流经外延层的边缘而产生非辐射复合，使更多的电子与空穴发生辐射复合，能量更多地以光子的形式释放出来，从而提高发光二极管的出光效率；另外，由于绝缘层对电流的阻挡，也避免了电流流经发光二极管的边缘，从而在一定程度上改善了发光二极管的漏电问题。
附图说明
图1显示为实施例一提供的发光二极管的结构示意图。
图2显示为实施例一提供的发光二极管制备方法的流程图。
图3a～3d显示为实施例一步骤S1～步骤S4形成的结构示意图。
图4显示为实施例二提供的发光二极管的结构示意图。
图5a～5c显示为实施例二步骤S103～步骤S105形成的结构示意图。
图6显示为实施例三提供的发光二极管的结构示意图。
图7显示为实施例四提供的发光二极管的结构示意图。
元件标号说明
0 生长衬底
1 基板
2 键合层
3 外延层
31 第一半导体层
32 有源层
33 第二半导体层
311 第一台面
312 第二台面
333 第三台面
334 第四台面
4 绝缘层
5 电流扩展层
61 第一电极结构
62 第二电极结构
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量、位置关系及比例可在实现本方技术方案的前提下随意改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
实施例一
本实施例提供一种发光二极管，如图1所示，所述发光二极管包括：基板1，外延层3，绝缘层4以及电流扩展层5。
作为示例，基板1为导电基板，在本实施例中，基板1可以是硅基板，也可以是金属基板，例如Cu、W、Mo或者它们的合金等。
如图1所示，电流扩展层5形成于基板1的上方，电流扩展层5的材料可以是金属材料，例如Au、Zn、Be、Ti、Pt或它们的复合结构，也可以是透明导电材料，例如氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃(AZO)等。
如图1所示，外延层3形成在电流扩展层5的表面，外延层3可以是氮化镓基外延层，也可以是砷化镓基外延层，在本实施例中，外延层3为氮化镓基外延层，包括依次叠置的第一半导体层31、有源层32及第二半导体层33。作为示例，第一半导体层31为n型掺杂，例如Si、Ge、或者Sn的n型掺杂物；第二半导体层33为p型掺杂，例如Mg、Zn、Ca、Sr、或者Ba的p型掺杂物；有源层32为能够提供辐射发光的材料，可以是单量子阱层或多量子阱层，在本实施例中，有源层32为多量子阱层。
如图1所示，第一半导体层31在背离有源层32的一侧形成第一台面311和第二台面312，第二台面312位于第一台面311的两侧且其高度低于第一台面311的高度。作为示例，第二台面312的宽度W大于或等于3μm，第二台面312与有源层32间的垂直距离H小于或等于1μm。第二台面的设置阻挡了电子与空穴流经外延层的边缘，使更多的电子与空穴发生辐射复合，从而提高发光二极管的出光率，另外，也能改善由于电流流经发光二极管边缘而产生的漏电的问题。
如图1所示，绝缘层4形成于第一台面311和第二台面312上。作为示例，绝缘层4可以是SiO2、Si3N4、SiON或者它们的复合结构，在本实施例中，绝缘层4为SiNx。
如图1所示，基板1与电流扩展层5之间还形成有键合层2。作为示例，键合层2可以是单层结构也可以是多层结构，例如可以是包括依次层叠的Ti层、Ni层和Sn层的多层结构。
如图1所示，第一电极结构61形成在外延层3的上方，与外延层的第一半导体层31相连；第二电极结构62形成在基板1背离键合层2的一面。
本实施例还提供上述发光二极管的制备方法，如图2所示，所述发光二极管的制备方法包括以下步骤：
步骤S1：提供一衬底，在所述衬底表面形成外延层；
如图3a所示，提供一衬底0，衬底0可以是蓝宝石衬底或者SiC衬底，经过酸清洗及有机清洗去除表面金属氧化物及有机杂质，并依次生长第一半导体层31、有源层32和第二半导体层33以形成外延层3。作为示例，外延层3为氮化镓基外延层，第一半导体层31为n-GaN，第二半导体层33为p-GaN，有源层32为多量子阱层。
步骤S2：提供一基板，在所述基板表面形成键合层；
作为示例，提供一基板1，基板1可以是硅基板，也可以是金属基板，例如Cu、W、Mo或者它们的合金等。
如图3b所示，在基板1表面形成键合2，作为示例，键合层2可以是单层结构也可以是多层结构，例如可以是包括依次层叠的Ti层、Ni层和Sn层的多层结构。
步骤S3：在所述外延层表面形成电流扩展层，并将其键合至所述键合层的表面；
如图3c所示，在外延层3表面形成电流扩展层5，具体的，在第二半导体层33表面形成电流扩展层5。作为示例，电流扩展层5的材料可以是金属材料，例如Au、Zn、Be、Ti、Pt或它们的复合结构，也可以是透明导电材料，例如氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃(AZO)等。
如图3c所示，通过键合层2将外延层3与基板1相结合，键合方式可以为熔融键合或共晶键合。
步骤S4：去除生长衬底，刻蚀所述第一半导体层形成第一台面和第二台面，所述第二台面形成在所述第一台面的两侧且高度低于所述第一台面；
如图3d所示，采用激光剥离方法去除生长衬底0，使第一半导体层31朝上，刻蚀第一半导体层31形成第一台面311和第二台面312。作为示例，第二台面312位于第一台面311的两侧且其高度低于第一台面311的高度，第二台面312的宽度W大于或等于3μm，第二台面312与有源层32间的垂直距离H小于或等于1μm。
步骤S5：形成电极结构。
作为示例，在第一台面311上形成第一电极结构61，第一电极结构61与第一半导体层31相连，在基板1背离键合层2的一面形成第二电极结构62。另外，在第一台面311和第二台面312上形成绝缘层4，绝缘层4可以是SiO2、Si3N4、SiON或者它们的复合结构，最终形成图1所示的发光二极管。
在本实施例提供的发光二极管中，外延层包括第一半导体层、有源层及第二半导体层，第一半导体层的边缘形成有第二台面，避免了电子与空穴流经外延层的边缘而产生非辐射复合，使更多的电子与空穴发生辐射复合，能量更多地以光子的形式释放出来，从而提高发光二极管的出光效率；另外，第二台面的设置也避免了电流流经发光二极管的边缘，从而在一定程度上改善了发光二极管的漏电问题。
实施例二
本实施例同样提供一种发光二极管，本实施例与实施例一的发光二极管的相同之处，在此不再赘述。不同之处在于，如图4所示，第二半导体层33在背离有源层32的一侧形成第三台面333和第四台面334，其中，第三台面333与电流扩展层5相连，第四台面334位于第三台面333的两侧，第四台面334与电流扩展层5之间还形成有绝缘层4，且绝缘层4的边缘与第四台面334的边缘齐平。作为示例，第四台面334的宽度W大于或等于3μm，第四台面334与有源层32间的垂直距离H小于或等于1μm。
本实施例还提供上述发光二极管的制备方法，所述发光二极管的制备方法包括以下步骤：
步骤S101：提供一衬底，在所述衬底表面形成外延层；
步骤S102：提供一基板，在所述基板表面形成键合层；
作为示例，步骤S101、步骤S102与实施例一中的步骤S1、步骤S2相同，具体请参见实施例一的步骤S1和步骤S2，在此不再赘述。
步骤S103：刻蚀所述第二半导体层形成第三台面和第四台面，所述第四台面形成在所述第三台面的两侧且高度低于所述第三台面；
如图5a所示，刻蚀第二半导体层33形成第三台面333和第四台面334。作为示例，第四台面334位于第三台面333的两侧且其高度低于第三台面333的高度，第四台面334的宽度W大于或等于3μm，第四台面334与有源层32间的垂直距离H小于或等于1μm。
步骤S104：在所述第四台面上形成绝缘层；
如图5b所示，在第四台面334上形成绝缘层4，优选地，绝缘层4的上表面与第三台面333齐平，其边缘与第四台面334的边缘齐平，也就是说，绝缘层4的宽度与第四台面334的宽度W相等，即大于或等于3μm。作为示例，绝缘层4可以是SiO2、Si3N4、SiON或者它们的复合结构，在本实施例中，绝缘层4为SiNx。
步骤S105：在所述第三台面及所述绝缘层的上表面形成电流扩展层，并通过所述电流扩展层将所述外延层键合至所述键合层的表面；
作为示例，在第三台面333以及绝缘层4的上表面形成电流扩展层5，并使第一半导体层31朝上，如图5c所示。作为示例，电流扩展层5的材料可以是金属材料，例如Au、Zn、Be、Ti、Pt或它们的复合结构，也可以是透明导电材料，例如氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃(AZO)等。
步骤S106：去除生长衬底，形成电极结构。
作为示例，采用激光剥离方法去除生长衬底0，在第一半导体层31表面上形成第一电极结构61，在基板1背离键合层2的一面形成第二电极结构62，最终形成图4所示的发光二极管。
在本实施例提供的发光二极管中，第二半导体层的边缘形成第四台面，第四台面上设置有绝缘层，同样能够达到实施例一所述的提高发光二极管的出光效率的目的，也能够在一定程度上改善发光二极管的漏电问题。
实施例三
本实施例同样提供一种发光二极管，本实施例与实施例一的发光二极管的相同之处，在此不再赘述。不同之处在于，如图6所示，除了第一半导体层的边缘具有第二台面312，第二半导体层的边缘还具有第四台面334，且第四台面334上设置有绝缘层4。作为示例，第一半导体层31在背离有源层32的一侧形成第一台面311和第二台面312，第二台面312位于第一台面311的两侧且其高度低于第一台面311的高度；第二半导体层33在背离有源层32的一侧形成第三台面333和第四台面334，其中，第三台面333与电流扩展层5相连，第四台面334位于第三台面333的两侧。第一半导体层的第一台面311和第二台面312上形成有绝缘层4，第二半导体层的第四台面334与电流扩展层5之间还形成有绝缘层4。在本实施例中，第二台面312的宽度与第四台面334的宽度均为W，第二台面312、第四台面334与有源层32间的垂直距离均为H，且H小于或等于1μm。
在本实施例提供的发光二极管中，第一半导体层和第二半导体层边缘均具有台面，台面上设置有绝缘层，相比于实施例一和实施例二，本实施例能够更加有效地阻挡电子与空穴流经外延层的边缘，使更多的电子与空穴发生辐射复合，能量更多地以光子的形式释放出来，从而提高发光二极管的出光效率；另外，也进一步改善了发光二极管的漏电问题。
实施例四
本实施例同样提供一种发光二极管，本实施例与实施例一的发光二极管的相同之处，在此不再赘述。不同之处在于，如图7所示，本实施例提供的发光二极管包括第一电极结构61和第二电极结构62，第一电极结构61形成在外延层3的表面，与第一半导体层31连接，第二电极结构62形成在电流扩展层5的表面。作为示例，基板1可以是导电基板，例如硅基板、金属基板等，基板1也可以为绝缘基板，例如蓝宝石基板、玻璃基板、陶瓷基板等。在本实施例中，键合层2的材料可以是导电材料，例如金属材料等，也可以是氧化铝、氧化硅、氧化钛等绝缘材料。
在图7所示的发光二极管中，绝缘层4位于第一半导体层31的表面，可以理解的是，绝缘层4也可以如实施例二所示位于第二半导体层33中，或者，绝缘层4也可以如实施例三所示同时位于第一半导体层31的表面和第二半导体层33中。
综上所述，本发明提供一种发光二极管及其制备方法，本发明的发光二极管的外延层包括第一半导体层、有源层及第二半导体层，第一半导体层和/或第二半导体层的边缘形成有台面，台面上设置有绝缘层，避免了电子与空穴流经外延层的边缘而产生非辐射复合，使更多的电子与空穴发生辐射复合，能量更多地以光子的形式释放出来，从而提高发光二极管的出光效率；另外，由于绝缘层对电流的阻挡，也避免了电流流经发光二极管的边缘，从而在一定程度上改善了发光二极管的漏电问题。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (17)
1.一种发光二极管，其特征在于，包括：
基板；
电流扩展层，位于所述基板上方；
外延层，形成在所述电流扩展层表面，所述外延层自远离所述电流扩展层的一侧至靠近所述电流扩展层的一侧依次包括第一半导体层、有源层及第二半导体层；
第一电极结构，所述第一电极结构形成在所述外延层的表面，与所述第一半导体层连接；
其中，所述第一半导体层在背离所述有源层的一侧形成第一台面和第二台面，所述第二台面形成在所述第一台面的两侧且高度低于所述第一台面；和/或
所述第二半导体层在背离所述有源层的一侧形成第三台面和第四台面，所述第三台面与所述电流扩展层相连，所述第四台面位于所述第三台面的两侧且高度低于所述第三台面。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，还包括绝缘层，所述绝缘层形成在所述第一台面和所述第二台面的表面，以及所述第四台面与所述电流扩展层之间。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述基板为导电基板，所述基板背离所述电流扩展层的一侧形成有第二电极结构。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述基板为绝缘基板，所述电流扩展层表面形成有第二电极结构。
5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第二台面的宽度大于或等于3μm。
6.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第四台面的宽度大于或等于3μm。
7.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第二台面与所述有源层间的垂直距离小于或等于1μm。
8.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第四台面与所述有源层间的垂直距离小于或等于1μm。
9.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述基板与所述电流扩展层之间还形成有键合层。
10.一种发光二极管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一衬底，在所述衬底表面依次形成第一半导体层、有源层及第二半导体层以形成外延层；
提供一基板，在所述基板表面形成键合层；
在所述外延层表面形成电流扩展层，并将其键合至所述键合层的表面；
去除生长衬底，刻蚀所述第一半导体层形成第一台面和第二台面，所述第二台面形成在所述第一台面的两侧且高度低于所述第一台面；
形成电极结构。
11.一种发光二极管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一衬底，在所述衬底表面依次形成第一半导体层、有源层及第二半导体层以形成外延层；
提供一基板，在所述基板表面形成键合层；
刻蚀所述第二半导体层形成第三台面和第四台面，所述第四台面形成在所述第三台面的两侧且高度低于所述第三台面；
在所述第四台面上形成绝缘层；
在所述第三台面及所述绝缘层的上表面形成电流扩展层，并通过所述电流扩展层将所述外延层键合至所述键合层的表面；
去除生长衬底，形成电极结构。
12.一种发光二极管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一衬底，在所述衬底表面依次形成第一半导体层、有源层及第二半导体层以形成外延层；
提供一基板，在所述基板表面形成键合层；
刻蚀所述第二半导体层形成第三台面和第四台面，所述第四台面形成在所述第三台面的两侧且高度低于所述第三台面；
在所述第四台面上形成绝缘层；
在所述第三台面及所述绝缘层的上表面形成电流扩展层，并通过所述电流扩展层将所述外延层键合至所述键合层的表面；
去除生长衬底，刻蚀所述第一半导体层形成第一台面和第二台面，所述第二台面形成在所述第一台面的两侧且高度低于所述第一台面；
形成电极结构。
13.根据权利要求10～12所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，还包括在所述第一半导体层表面上形成绝缘层。
14.根据权利要求10或12所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述第二台面的宽度大于或等于3μm。
15.根据权利要求11或12所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述第四台面的宽度大于或等于3μm。
16.根据权利要求10或12所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述第二台面与所述有源层间的垂直距离小于或等于1μm。
17.根据权利要求11或12所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述第四台面与所述有源层间的垂直距离小于或等于1μm。
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