CN114551678A - 发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本申请公开的发光二极管包括：半导体叠层，包括依次堆叠的第一半导体层、第二半导体层以及位于两者之间的有源层；第一电极和第二电极，分别形成于所述第一半导体层或所述第二半导体层上，所述第一电极和第二电极具有与所述第一半导体层或所述第二半导体层接触的第一表面、与所述第一表面相对的第二表面以及连接所述第一表面和所述第二表面之间的侧面；绝缘层，包括形成于所述第一电极或第二电极的所述第二表面和所述侧面上，所述绝缘层具有多个裸露出所述第一电极或第二电极部分所述第二表面的第一开口；保护电极，通过所述第一开口与所述第一电极或第二电极的所述第二表面接触，并覆盖形成于所述第一电极或第二电极所述侧面的所述绝缘层上。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管。
背景技术
发光二极管(英文：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，LED发光二极管具有耗电低、色度纯、寿命长、体积小、响应时间快、节能环保等诸多优势，被广泛应用于照明、可见光通信及发光显示等场景。
在发光二极管结构中，一般以二氧化硅（SiO2）作为表面绝缘层，但绝缘层不具有很高的致密性，且在金属上的黏附性较差。在应用过程中会有水汽、电解质侵入，长期会导致绝缘层在电极上发生脱落，造成对金属电极覆盖的恶化，进一步金属原子失去绝缘层的阻挡保护效果，在电场作用下极易发生迁移，其迁移方向为P电极迁移至N电极，即与电场方向一致，如图1所示为常见的金属迁移现象，金属电极中较为活泼的Cr、Al甚至比重最多的Au都会发生迁移。迁移持续发生极易导致量子阱边缘发生漏电甚至造成发光二极管短路，进一步Cr、Al迁移的加剧导致电极脱落。因此，如何防止绝缘层从电极上脱落极为重要。
发明内容
根据本申请公开的一实施例的发光二极管包括：半导体叠层，包括依次堆叠的第一半导体层、第二半导体层以及位于两者之间的有源层；第一电极和第二电极，分别形成于所述第一半导体层或所述第二半导体层上，所述第一电极和第二电极具有与所述第一半导体层或所述第二半导体层接触的第一表面、与所述第一表面相对的第二表面以及连接所述第一表面和所述第二表面之间的侧面；绝缘层，包括形成于所述第一电极或第二电极的所述第二表面和所述侧面上，所述绝缘层具有多个裸露出所述第一电极或第二电极部分所述第二表面的第一开口；保护电极，通过所述第一开口与所述第一电极或第二电极的所述第二表面接触，并覆盖形成于所述第一电极或第二电极所述侧面的所述绝缘层上。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为现有产品SEM图；
图2为本发明中发光二极管一实施例的剖面示意图；
图3为图2局部A放大示意图；
图4为本发明中发光二极管另一实施例的剖面示意图；
图5为本发明中发光二极管另一实施例的剖面示意图。
附图标记：
110 衬底；120 半导体叠层；121第一半导体层；122 有源层；123 第二半导体层；130 电流扩展层；141 第一电极；142 第二电极；141a、142a 第一金属层；141b、142b 第二金属层；141c、142c 第三金属层；141d、142d 第四金属层；150 绝缘层；160 保护电极；161第一层；162 第二层；160a 第一部分；160b 第二部分；OP1 第一开口；S1 第一表面；S2 第二表面；S3侧面。
具体实施方式
请参阅图2，图2为本发明中发光二极管一实施例的剖面示意图。本发明的一实施例提出一种发光二极管，可包括衬底110、半导体叠层120、电流扩展层130、第一电极141、第二电极142、绝缘层150以及保护电极160。
半导体叠层120包括沿堆叠方向依序堆叠于衬底110上的第一半导体层121、有源层122（或称发光层122、活性层122）和第二半导体层123。
衬底110可以是绝缘衬底，优选可以是透明材料或者半透明材料或者非透明材料所制成。在图示实施例中，衬底110为蓝宝石（Al2O3）衬底。在一些实施例中，衬底110可以是图形化的蓝宝石衬底，但不限于此。衬底110亦可以是导电或者半导体材料所制成的。例如，衬底110可以是碳化硅（SiC）、硅（Si）、镁铝氧化物（MgAl2O4）、氧化镁（MgO）、锂铝氧化物（LiAlO2）、铝镓氧化物（LiGaO2）及氮化镓（GaN）中的至少一种。在一些实施例中，衬底110可以减薄或者移除，形成薄膜型LED发光二极管。
在一些实施例中，衬底110的上表面可以具有图形化结构（图中未示出），该图形化结构可以提高构成半导体叠层120的外部光提取效率和结晶度。可选择地，衬底110的上表面图形化结构可以形成为各种形状，例如平台、圆锥、三角锥、六角锥、类圆锥、类三角锥或类六角锥等。另外，衬底110的上表面之图形化结构可以选择性地形成在各个区域处或者可以省略。该图形化结构的材料可以与衬底110的材料相同，也可以和衬底110的材料不同。例如，图形化结构的材料选择折射率低于所述衬底110的材料更有利于取光，可以为SiO2等。
进一步说明的是，本说明书中上述上、下位置上以衬底110的位置设定为界限。假定靠近衬底110的方向为下，远离衬底110的方向为上。本说明书中的上下位置设定仅限于说明图示实施例中各部件的位置关系，不代表指示或暗示其必须具有特定的方位。
半导体叠层120可通过有机金属化学气相沉积法(MOCVD)、分子束外延(MBE)、氢化物气相沉积法(HVPE)、物理气相沉积法或离子电镀方法等方式形成于衬底110上。具体地，衬底110具有相对的上表面和下表面，半导体叠层120形成于衬底110的上表面。其中，第一半导体层121可以从衬底110的上表面生长，有源层122和第二半导体层123依序堆叠地生长于第一半导体层121的上表面。在另一些实施例中，半导体叠层120也可以是通过结合层形成于该衬底110上，该结合层优先为透光性材料。
半导体叠层120可提供特定中心发射波长的光，例如蓝光、绿光或者红光或者紫光或者紫外光。本图示实施例中以半导体叠层120提供蓝光为例进行说明。在图示实施例中，半导体叠层120中第一半导体层121为N型半导体层，在电源作用下可以向有源层122提供电子。在一些实施例中，第一半导体层121中N型半导体层包括N型掺杂的氮化物层。N型掺杂的氮化物层可包括一个或多个IV族元素的N型杂质。N型杂质可以是Si、Ge、Sn中的一种或其组合。
在一些实施例中，有源层122可以是由量子阱层与量子势垒层交替地堆叠的多量子阱(multiple quantum wells，简称：MQWs)结构。有源层122可以是单量子阱结构，或者是多量子阱结构。量子势垒层可为GaN层或AlGaN层。在一些实施例中，有源层122可包括GaN/AlGaN、InAlGaN/InAlGaN或InGaN/AlGaN的多量子阱结构。为了提高有源层122的发光效率，可通过在有源层122中改变量子阱的深度、成对的量子阱和量子势垒的层数、厚度和/或其它特征来实现。
半导体叠层120中第二半导体层123为P型半导体层，在电源作用下可以向有源层122提供空穴。在一些实施例中，第二半导体层123中P型半导体层包括P型掺杂的氮化物层。P型掺杂的氮化物层可包括一个或多个II族元素的P型杂质。P型杂质可以是Mg、Zn、Be中的一种或其组合。第二半导体层123可以是单层结构，也可以是多层结构，该多层结构具有不同的组成。半导体叠层120的设置不限于此，依据实际需求可以选择其它种类的半导体叠层120。
在一些实施例中，发光二极管中衬底110与半导体叠层120之间可以具有缓冲层（图中未示出），以减轻衬底110与第一半导体层121之间的晶格失配。在一些实施例中，缓冲层可包括非故意掺杂的GaN层（undroped GaN，简称：u-GaN）或者是非故意掺杂的AlGaN层（undroped AlGaN，简称：u-AlGaN）。
所述缓冲层可以是单层或多层。所述缓冲层可以通过金属有机化学气相沉积、分子束磊晶法或物理气相沉积（Physical Vapour Deposition，简称：PVD）来形成。其中，物理气相沉积可包括溅镀（sputter）法，例如反应性溅镀法，或蒸镀法；例如电子束蒸镀法或热蒸镀法。在一实施例中，所述缓冲层可包括氮化铝（AlN）缓冲层，并由溅镀法形成，所述氮化铝缓冲层形成在具有图形化结构表面的衬底110上。溅镀法可形成具有高均匀性的致密缓冲层，因此氮化铝缓冲层可沉积在衬底110的图形化结构表面上。
电流扩展层130形成在半导体叠层120上，与第二半导体层123接触。电流扩展层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。电流扩展层130的材料可为ITO、InO、SnO、CTO、ATO、ZnO、GaP或其组合。电流扩展层130可由蒸镀或溅镀形成。电流扩展层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。
第一电极141与第二电极142位于半导体叠层120上。第一电极141设于第一半导体层121的上表面且与该第一半导体层121电性连接。第二电极142设于该电流扩展层130的上表面且与该第二半导体层123电性连接。
第一电极141与第二电极142的材料可包括例如由Al、Cu、Ag、Au、Pt之类金属材质形成的高导电性金属层，并可具有高反射特性。
在一实施例中，第一电极141与第二电极142包括依次形成于半导体叠层120上的第一金属层141a、142a，第二金属层141b、142b，第三金属层141c、142c以及第四金属层141d、142d。第一金属层141a、142a可以选自Cr或Ni或Ti或其组合以增加后续金属层与半导体叠层120的粘附作用。第二金属层141b、142b位于第一金属层141a、142a的上方，可以选自Al或Ag或AlAg合金作为反射金属层。第三金属层141c、142c可以选用Ti/Pt或者Ni/Pt等金属层包覆第二金属层141b、142b和第一金属层141a、142a，保护易被氧化的金属Al，避免金属Cr迁移。第四金属层141d、142d可以选自Cr或Ni或Ti或其组合以增加与后续形成绝缘层150的粘附作用。
参照图3，图3为图2局部A的放大示意图。第二电极142具有与第二半导体层123接触的第一表面S1、与第一表面S1相对的第二表面S2以及连接第一表面S1和所述第二表面S2之间的侧面S3。第一电极141也具有与第一半导体层121接触的第一表面S1、与第一表面S1相对的第二表面S2以及连接第一表面S1和所述第二表面S2之间的侧面S3。
在一优选实施例中，第一电极141和第二电极142的第一表面S1和侧面S3的夹角α介于40°~80°。
绝缘层150覆盖半导体叠层120，其位于第二半导体层123之上、第一半导体层121的台面之上以及半导体叠层120的侧壁之上，且绝缘层150还覆盖至电流扩展层130、第一电极141和第二电极142。绝缘层150具有多个第一开口OP1，位于第一电极141与第二电极142的上方，以露出第一电极141与第二电极142部分表面。在一具体实施例中，绝缘层150覆盖第一电极141和第二电极142的第二表面S2的部分和侧面S3。绝缘层150和第一电极141与第二电极142中的第四金属层141d、142d接触，可增加绝缘层150和第一电极141与第二电极142的粘附性。
在一优选实施例中，绝缘层150的厚度介于100nm~500nm，在一优选的实施例中，绝缘层150的厚度介于150nm~300nm。
保护电极160设置在绝缘层150上，通过第一开口OP1与第一电极141和第二电极142的第二表面S2接触，并且覆盖形成于第一电极141和第二电极142侧面S3的绝缘层150上。
在一实施例中，保护电极160包括第一部分160a和第二部分160b，第一部分160a通过第一开口OP1形成于第一电极141和第二电极140上并延伸覆盖于绝缘层150上，第二部分160b覆盖形成于第一电极141侧面S3的绝缘层150上。通过在绝缘层150上设置保护电极160，将覆盖第一电极141第二表面S2和侧面S3的绝缘层150包裹住，可减少绝缘层150从第一电极141侧面S3脱落几率，增强绝缘层150对第一电极141的包覆效果以及减少第一电极141中金属，特别是Cr、Al的迁移几率。
第一部分160a的厚度T1大于第二部分160b的厚度T2。
在一实施例中，保护电极160可包括第一层161和第二层162，第一层161位于绝缘层150和第二层162之间。第一层161通过第一开口OP1设置于第一电极141和第二电极142上并延伸覆盖于绝缘层150上。第一层161还覆盖形成于第一电极141和第二电极142的侧面S3的绝缘层150上。第一层161可以为Cr、Ni、Ti等金属，Cr、Ni、Ti等金属与绝缘层150的粘附力都较佳，可减少绝缘层150从第一电极141表面脱落几率。特别说明的是，第一电极141和第二电极142的第四金属层141d、142d与第一层161可以为同一金属材料构成，增强对绝缘层粘附作用。第二层162设置于第一层161上。第二层162可以为Au等金属，Au的性质较为稳定，不容易与其它物质发生反应，采用Au膜作为电极最顶端的打线层，电极的稳定性较好。通过在绝缘层150和第一电极141上设置保护电极160，将覆盖第一电极141第二表面S2和侧面S3的绝缘层150包裹住，可减少绝缘层150从第一电极141侧面S3脱落几率，增强绝缘层150对第一电极141的包覆效果以及减少第一电极141中金属，特别是Cr、Al的迁移几率。
第一层161的厚度T3为3nm~50nm，第二层的厚度T4为200nm~1500nm。
作为可替代的实施例，参照图4，第三金属层141c、142c和第四金属层141d、142d之间具有第二层162，第二层162设置在第三金属层141c、142c上方，可以增加Au、Pt等打线金属与第一电极141或第二电极142的有效接触面积。
作为可替代的实施例，参照图5，第二层162可以只位于第一层161部分表面上，例如，第二层162位于第一开口OP1的上方与第一半导体层121或第二半导体层123电接触。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本申请的保护范围。
Claims (12)
1.一种发光二极管，包括：
半导体叠层，包括依次堆叠的第一半导体层、第二半导体层以及位于两者之间的有源层；
第一电极和第二电极，分别形成于所述第一半导体层或所述第二半导体层上，所述第一电极和第二电极具有与所述第一半导体层或所述第二半导体层接触的第一表面、与所述第一表面相对的第二表面以及连接所述第一表面和所述第二表面之间的侧面；
绝缘层，包括形成于所述第一电极或第二电极的所述第二表面和所述侧面上，所述绝缘层具有多个裸露出所述第一电极或第二电极部分所述第二表面的第一开口；
保护电极，通过所述第一开口与所述第一电极或第二电极的所述第二表面接触，并覆盖形成于所述第一电极或第二电极所述侧面的所述绝缘层上。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述保护电极包括第一部分和第二部分，所述第一部分通过所述第一开口与所述第一电极或第二电极接触并延伸覆盖于所述绝缘层上，所述第二部分覆盖形成于所述第一电极或第二电极的所述侧面的所述绝缘层上。
3.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述第一部分的厚度大于所述第二部分的厚度。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述保护电极包括第一层和第二层，所述第一层至少填充于所述第一开口与所述第一电极或第二电极接触，所述第二层形成于所述第一层上。
5.根据权利要求4所述的发光二极管，其特征在于，所述第一层包括覆盖形成于所述第一电极或第二电极的所述侧面的所述绝缘层上。
6.根据权利要求4所述的发光二极管，其特征在于，所述第一层包括覆盖形成于所述第一电极或第二电极的所述侧面的所述绝缘层上。
7.根据权利要求4任一所述的发光二极管，其特征在于，第一层的厚度为3nm~50nm，所述第二层的厚度为200nm~1500nm。
8.根据权利要求4所述的发光二极管，其特征在于，所述第一层为铬、镍、钛中的一种或几种，所述第二层为金、铂中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一电极或第二电极的所述第一表面和所述侧面的夹角介于40°~80°。
10.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述绝缘层的厚度介于100nm~500nm。
11.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一电极或第二电极包括第五金属层与所述绝缘层接触，所述保护电极包括第一层与所述绝缘层接触，所述第五金属层与所述第一层为同一种材料构成。
12.根据权利要求11所述的发光二极管，其特征在于，所述第五金属层与所述第一层的材料为钛或者镍。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN115579441A (zh) * | 2022-12-09 | 2023-01-06 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 改善光效的发光二极管及其制备方法 |
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2022
- 2022-02-15 CN CN202210138792.3A patent/CN114551678A/zh active Pending
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| CN115579441B (zh) * | 2022-12-09 | 2023-05-16 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管用电极及其制备方法 |
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