CN116682839A - 一种高压倒装发光二极管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高压倒装发光二极管及其制备方法，高压倒装发光二极管通过所述金属电极将所述第一侧壁的第二半导体层和第二侧壁的第一半导体层电连接，使得仅需要一个第一电极(即一个开孔)就可以实现高压倒装发光二极管的导通，减少了开孔的数量，从而减少了开孔所占发光单元的发光面积，提高了高压倒装发光二极管的光效；通过平坦化处理使得第一电极、金属电极、电流扩展层以及反射镜结构的上表面齐平，降低了第二介质层断裂的风险，提高了高压倒装发光二极管的可靠性。

Description

一种高压倒装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，尤其涉及一种高压倒装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)是一种半导体发光器件，其具有能耗低、体积小、寿命长、稳定性好、响应快、发光波长稳定等光电性能特点，使得发光二极管广泛应用于照明、家电、显示屏、指示灯等领域。

近年来，为了提高发光二极管的照明品质和集成度，单位面积光效已成为衡量发光二极管的一个重要指标。而相较于传统的GaN(氮化镓)基正装发光二极管而言，高压倒装发光二极管由于其优秀的散热能力和电流扩展能力，使得其成为满足发光二极管这一发展趋势要求的热点产品。以此为基础，利用高压倒装发光二极管串联而成的高压倒装发光二极管在保证高单位面积光效的同时，还大幅度降低了驱动器的成本，使得其成为发光二极管发展的未来趋势。

目前，高压倒装发光二极管采用金属电极在不同发光单元之间进行桥接互连。在这种互联方式中，由于金属电极为厚度均匀的薄层，使得所形成的金属电极较细，同时由于隔离沟槽为垂直沟槽，使得隔离沟槽的台阶较多且台阶处较为陡峭，使得细的金属电极在台阶处容易断裂，造成高压倒装发光二极管的可靠性失效(例如造成死灯)，且细的金属电极的工艺要求较高、良率较低。同时，隔离沟槽中的填充材料(即金属电极的材料)对光的吸收降低了高压倒装发光二极管的光效。另外，对于GaN基发光二极管来说，由于其衬底普遍不导电，需要刻蚀多个通孔并填充以实现电气连接，但这些通孔占据了发光单元的发光面积，从而损失了高压倒装发光二极管的亮度。

因此，提供一种可以改善不同发光单元之间的金属互连的高压倒装发光二极管，以提高工艺稳定度、良率及可靠性，并提高版型设计可延展性及高压倒装发光二极管的出光效率，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

发明内容

本发明的目的之一在于，提供一种高压倒装发光二极管及其制备方法，可以改善高压倒装发光二极管的不同发光单元之间的金属电极引发的亮度损失、工艺稳定度差、良率低以及可靠性风险大等一系列问题。

为了解决上述问题，本发明提供一种高压倒装发光二极管，包括：

衬底；

外延层，位于所述衬底上，所述外延层由下至上依次包括第一半导体层、发光层和第二半导体层；

隔离沟槽，位于所述外延层中，所述隔离沟槽贯穿所述外延层将所述外延层分隔为多个发光单元，且所述隔离沟槽的槽底暴露出所述衬底，其中，所述隔离沟槽呈上大下小的形状，所述隔离沟槽包括相对设置的第一侧壁和第二侧壁；

电流扩展层，所述电流扩展层覆盖部分所述第二半导体层的上表面，还覆盖所述第一侧壁上的部分第二半导体层，且所述电流扩展层与所述第二侧壁间隔设置；

反射镜结构，所述反射镜结构覆盖所述第一侧壁的第一半导体层和发光层，还覆盖所述第二侧壁的发光层和第二半导体层；以及

金属电极，所述金属电极填充所述隔离沟槽，所述金属电极将所述第一侧壁的第二半导体层和第二侧壁上的第一半导体层电连接。

可选的，所述第一侧壁与所述衬底表面所在平面之间的夹角为35°～55°，所述第二侧壁与所述衬底表面所在平面之间的夹角为35°～55°。

可选的，所述隔离沟槽的数量为至少一个，所述隔离沟槽将所述外延层划分为m*n个阵列分布的发光单元，所述发光单元的总数k＝m*n，每个所述发光单元按照从N型焊盘到P型焊盘的串联顺序依次作为第一发光单元至第k发光单元，其中，m≥1、n≥2，且m和n均为正整数。

进一步的，所述外延层中还包括一开孔，所述开孔位于所述第一发光单元中，且所述开孔贯穿所述第二半导体层和所述发光层，所述开孔的槽底暴露出所述第一半导体层。

进一步的，所述电流扩展层与所述开孔的开口之间间隔设置，使得所述电流扩展层在所述开孔的开口处的开口尺寸大于所述开孔的开口尺寸。

进一步的，所述第一侧壁为靠近前一发光单元一侧的侧壁，所述第二侧壁为远离前一发光单元一侧的侧壁。

进一步的，所述反射镜结构还覆盖所述开孔的侧壁以及所述电流扩展层暴露出的部分所述第二半导体层的上表面。

进一步的，还包括第一介质层，所述第一介质层位于所述开孔的侧壁、所述第一侧壁的第一半导体层和发光层上、所述第二侧壁上的发光层和第二半导体层上以及所述电流扩展层暴露出的部分所述第二半导体层的上表面，所述反射镜结构位于所述第一介质层上。

进一步的，还包括第一电极，所述第一电极填充所述开孔，所述第一电极与所述开孔侧壁暴露的所述外延层之间通过所述反射镜结构隔开。

进一步的，所述第一电极、所述金属电极、所述反射镜结构及所述电流扩展层的上表面齐平。

进一步的，还包括第二介质层，所述第二介质层覆盖所述第一电极、金属电极、反射镜结构、电流扩展层以及所述第二半导体层暴露的表面，所述第二介质层中形成有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔贯穿所述第二介质层且槽底暴露出所述第一电极，所述第二通孔贯穿所述第二介质层且槽底暴露出所述第k发光单元的所述电流扩展层。

进一步的，所述反射镜结构和所述第二介质层均为分布式布拉格反射镜。

进一步的，还包括第一焊盘和第二焊盘，所述第一焊盘填充所述第一通孔，并覆盖所述第一通孔开口附近的部分第二介质层以作为所述N型焊盘，所述第二焊盘填充所述第二通孔，并覆盖所述第二通孔开口附近的部分第二介质层以作为所述P型焊盘。

另一方面，本发明提供一种高压倒装发光二极管的制备方法，包括以下步骤：

在衬底上形成外延层，所述外延层由下至上依次包括第一半导体层、发光层和第二半导体层；

在所述外延层中形成隔离沟槽，所述隔离沟槽贯穿所述外延层将所述外延层分隔为多个发光单元，且所述隔离沟槽的槽底暴露出所述衬底，其中，所述隔离沟槽呈上大下小的形状，所述隔离沟槽包括相对设置的第一侧壁和第二侧壁；

形成电流扩展层，所述电流扩展层覆盖部分所述第二半导体层的上表面，还覆盖所述第一侧壁上的部分第二半导体层，且所述电流扩展层与所述第二侧壁间隔设置；

形成反射镜结构，所述反射镜结构覆盖所述第一侧壁的第一半导体层和发光层，还覆盖所述第二侧壁的发光层和第二半导体层；以及

形成金属电极，所述金属电极填充所述隔离沟槽，所述金属电极将所述第一侧壁的第二半导体层和第二侧壁上的第一半导体层电连接。

可选的，所述第一侧壁与所述衬底表面所在平面之间的夹角为35°～55°，所述第二侧壁与所述衬底表面所在平面之间的夹角为35°～55°。

可选的，所述隔离沟槽的数量为至少一个，所述隔离沟槽将所述外延层划分为m*n个阵列分布的发光单元，所述发光单元的总数k＝m*n，每个所述发光单元按照从N型焊盘到P型焊盘的串联顺序依次作为第一发光单元至第k发光单元，其中，m≥1、n≥2，且m和n均为正整数。

进一步的，在所述外延层中还形成一开孔，所述开孔位于所述第一发光单元中，且所述开孔贯穿所述第二半导体层和所述发光层，所述开孔的槽底暴露出所述第一半导体层。

进一步的，所述电流扩展层与所述开孔的开口之间间隔设置，使得所述电流扩展层在所述开孔的开口处的开口尺寸大于所述开孔的开口尺寸。

进一步的，所述第一侧壁为靠近前一发光单元一侧的侧壁，所述第二侧壁为远离前一发光单元一侧的侧壁。

进一步的，所述反射镜结构还覆盖所述开孔的侧壁以及所述电流扩展层暴露出的部分所述第二半导体层的上表面。

进一步的，形成反射镜结构之前还包括：

形成第一介质层，所述第一介质层位于所述开孔的侧壁、所述第一侧壁的第一半导体层和发光层上、所述第二侧壁上的发光层和第二半导体层上以及所述电流扩展层暴露出的部分所述第二半导体层的上表面，所述反射镜结构位于所述第一介质层上。

进一步的，形成金属电极的同时形成第一电极，所述第一电极填充所述开孔，所述第一电极与所述开孔侧壁暴露的所述外延层之间通过所述反射镜结构隔开。

进一步的，所述第一电极、所述金属电极、所述反射镜结构及所述电流扩展层的上表面齐平。

进一步的，形成金属电极之后还包括：

形成第二介质层，所述第二介质层覆盖所述第一电极、金属电极、反射镜结构、电流扩展层以及所述第二半导体层暴露的表面，在所述第二介质层中形成第一通孔和第二通孔，所述第一通孔贯穿所述第二介质层且槽底暴露出所述第一电极，所述第二通孔贯穿所述第二介质层且槽底暴露出所述第k发光单元的所述电流扩展层。

进一步的，所述反射镜结构和所述第二介质层均为分布式布拉格反射镜。

进一步的，形成所述第二介质层之后还包括：

形成第一焊盘和第二焊盘，所述第一焊盘填充所述第一通孔，并覆盖所述第一通孔开口附近的部分第二介质层以作为所述N型焊盘，所述第二焊盘填充所述第二通孔，并覆盖所述第二通孔开口附近的部分第二介质层以作为所述P型焊盘。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、相较于现有技术中金属电极的覆盖连接，本发明通过所述金属电极填充所述隔离沟槽，降低金属电极断裂的风险，同时增加了金属电极的厚度，从而提高了高压倒装发光二极管的散热能力，增强了高压倒装发光二极管在高温大电流环境下的稳定性，进而提高了高压倒装发光二极管的可靠性。

2、相较于现有技术中隔离沟槽处存在较深的台阶导致第二介质层覆盖时易引发断裂，本发明通过平坦化处理使得第一电极、金属电极、电流扩展层以及反射镜结构的上表面齐平，降低了第二介质层断裂的风险，提高了高压倒装发光二极管的可靠性。

3、通过所述金属电极将所述第一侧壁的第二半导体层和第二侧壁的第一半导体层电连接，使得相邻的发光单元在所述隔离沟槽中实现串联，减少了第一电极的数量，使得仅需要一个第一电极(即一个开孔)就可以实现高压倒装发光二极管的导通，减少了开孔的数量，从而减少了开孔所占发光单元的发光面积，提高了高压倒装发光二极管的光效。

4、通过所述开孔位于所述第一发光单元中，避开了高压倒装发光二极管的中心区域，这样，在后续的封装过程中顶针所顶的中心区域无开孔，从而防止了封装过程中因为顶针顶裂所引发的失效。

5、通过所述金属电极和隔离沟槽中的反射镜结构构成全方位反射镜，同时第一电极和开孔中的反射镜结构构成全方位反射镜，增加了高压倒装发光二极管的反射率，减少了隔离沟槽和开孔中的金属吸光，提升了高压倒装发光二极管的亮度。

6、相较于传统工艺的三道金属互连工艺，使得本发明仅第一焊盘和第一电极电连接，实现了两道金属互连工艺，减少了工艺流程。

附图说明

图1a为本发明一实施例在衬底上形成外延层后的俯视图；

图1b为图1a沿AA线的截面图；

图2a为本发明一实施例形成隔离沟槽时的俯视图；

图2b为图2a沿AA线的截面图；

图3a为本发明一实施例形成开孔时的俯视图；

图3b为图3a沿AA线的截面图；

图4a为本发明一实施例形成电流扩展层时的俯视图；

图4b为图4a沿AA线的截面图；

图5a为本发明一实施例电连接的两个发光单元间的隔离沟槽上形成第一介质层时的俯视图；

图5b为图5a沿AA线的截面图；

图6a为本发明一实施例形成第一电极时的俯视图；

图6b为图6a沿AA线的截面图；

图6c为平坦化处理后图6a沿AA线的截面图；

图7为本发明一实施例形成第一通孔和第二通孔时的截面示意图；

图8为本发明一实施例提供的一种高压倒装发光二极管的截面示意图；

图9a为本发明另一实施例提供的一种高压倒装发光二极管的俯视图；

图9b为图9a沿BB线的截面图；

图10为本发明一实施例提供的一种高压倒装发光二极管的制备方法的流程示意图。

附图标记说明：

11-衬底；12-第一半导体层；13-发光层；14-第二半导体层；15-隔离沟槽；151-第一侧壁；152-第二侧壁；16-切割道；17-开孔；20-电流扩展层；30-反射镜结构；41-第一电极；42-金属电极；50-第二介质层；51-第一通孔；52-第二通孔；61-第一焊盘；62-第二焊盘。

具体实施方式

以下将对本发明的一种高压倒装发光二极管及其制备方法作进一步的详细描述。下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

需要说明的是，在本实施例中依次采用光刻工艺和等离子体刻蚀(ICP)工艺时，光刻工艺的详细工艺为：通过涂覆、曝光、显影等工艺形成图形化的光刻胶层；等离子体刻蚀工艺是以图形化的光刻胶层为掩模，干法刻蚀去除光刻胶层暴露出的待刻蚀材料层。本实施例定义图1b中垂直于衬底表面的方向上外延层远离衬底的一侧为“上”，靠近衬底的一侧为“下”，还定义外延层各组成(以图1b中的第二半导体层为例)远离衬底的一侧表面为“上表面”。

图10为本实施例提供的一种高压倒装发光二极管的制备方法的流程示意图。如图10所示，本实施例提供一种高压倒装发光二极管的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：在衬底上形成外延层，所述外延层由下至上依次包括第一半导体层、发光层和第二半导体层；

步骤S2：在所述外延层中形成隔离沟槽，所述隔离沟槽贯穿所述外延层将所述外延层分隔为多个发光单元，且所述隔离沟槽的槽底暴露出所述衬底，其中，所述隔离沟槽呈上大下小的形状，所述隔离沟槽包括相对设置的第一侧壁和第二侧壁；

步骤S3：形成电流扩展层，所述电流扩展层覆盖部分所述第二半导体层的上表面，还覆盖所述第一侧壁上的部分第二半导体层，且所述电流扩展层与所述第二侧壁间隔设置；

步骤S4：形成反射镜结构，所述反射镜结构覆盖所述第一侧壁的第一半导体层和发光层，还覆盖所述第二侧壁的发光层和第二半导体层；以及

步骤S5：形成金属电极，所述金属电极填充所述隔离沟槽，所述金属电极将所述第一侧壁的第二半导体层和第二侧壁上的第一半导体层电连接。

以下结合附图对本实施例提供的一种高压倒装发光二极管的制备方法进行详细说明。

如图1a-图1b所示，首先执行步骤S1，在衬底11上形成外延层，所述外延层由下至上依次包括第一半导体层12、发光层13和第二半导体层14。

本步骤具体包括以下步骤：

首先，提供一衬底11，所述衬底11可选为蓝宝石(Al₂O₃)、硅(Si)、碳化硅(SiC)等。在本实施例中，所述衬底11的材料优选为高透光蓝宝石衬底，进一步的，所述衬底11为图形化蓝宝石衬底(Patterned Sapphire Substrates，PSS)。

接着，采用金属有机化学气相沉淀(MOCVD)在所述衬底11上生长外延层，具体的，采用金属有机化学气相沉淀(MOCVD)在所述衬底11上依次生长第一半导体层12、发光层13和第二半导体层14。

其中，所述外延层的材料选自AlN、GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN中的任意一种或几种的结合，具体优选地，所述外延层的主体材料为GaN，更具体地，可以通过气相沉积、蒸镀等任意一种现有公知方法在所述衬底11上制作成形外延层。

所述第一半导体层12为N型半导体层，位于所述衬底11上，所述第一半导体层12的材料例如为GaN。所述发光层13位于所述第一半导体层12上，所述发光层13构造为多周期的量子阱层，所述量子阱层的材料例如为GaN/InGaN的超晶格多层结构。所述第二半导体层14为P型半导体层，位于所述发光层13上，所述第二半导体层14的材料例如也为GaN。

在本实施例中，所述第一半导体层12例如掺杂Si离子，所述第二半导体层14例如掺杂Mg离子，但不限于此。

如图2a-图2b、图3a-图3b以及图4a-图4b所示，接着执行步骤S2，在所述外延层中形成隔离沟槽15，所述隔离沟槽15贯穿所述外延层将所述外延层分隔为多个发光单元，且所述隔离沟槽15的槽底暴露出所述衬底11，所述隔离沟槽15呈上大下小的形状，所述隔离沟槽15包括相对设置的第一侧壁和第二侧壁。

本步骤具体包括以下步骤：

如图2a-图2b所示，首先，在外延层的外围四周形成切割道16。所述切割道16贯穿所述外延层并暴露出所述衬底11，在后续的步骤中通过切割道16对晶圆进行切割以将晶圆切割为多个高压倒装发光二极管。

在形成切割道16的同时，在所述外延层中形成隔离沟槽15，具体的，依次采用光刻工艺和等离子体刻蚀(ICP)工艺在外延层中形成隔离沟槽15，所述隔离沟槽15贯穿所述外延层，所述隔离沟槽15的槽底暴露出所述衬底11。

所述隔离沟槽15的数量为至少一个，所述隔离沟槽15将所述外延层划分为m*n个阵列分布的发光单元，发光单元的总数k＝m*n，其中，m≥1、n≥2，且m和n均为正整数。每个所述发光单元按照从N型焊盘到P型焊盘的串联顺序依次作为第一发光单元、第二发光单元、……至第k发光单元。所述第一侧壁151为靠近前一发光单元一侧的侧壁，所述第二侧壁152为远离前一发光单元一侧的侧壁。在本实施例中，在所述外延层中形成两个所述隔离沟槽15，所述隔离沟槽15将所述外延层划分为1*3个发光单元。

在本实施例中，所述隔离沟槽15呈上大下小的形状，即倒梯形，优选的，所述隔离沟槽15的侧壁与所述衬底11的表面所在平面之间的夹角为35°～55°，即所述隔离沟槽15的第一侧壁151与所述衬底11的表面所在平面之间的夹角α为35°～55°，所述隔离沟槽15的第二侧壁152与所述衬底11的表面所在平面之间的夹角β为35°～55°，其中，所述夹角α与夹角β可以相同，也可以不同。优选的，所述隔离沟槽15的侧壁与所述衬底11的表面所在平面之间的夹角为45°。

如图3a-图3b所示，接着，在第一发光单元的外延层中形成开孔17，具体的，依次采用光刻工艺和等离子体刻蚀(ICP)工艺在所述第一发光单元的外延层中形成开孔17，所述开孔17贯穿第二半导体层14和发光层13，且所述开孔17的槽底暴露出所述第一半导体层12，位于第一发光单元中的所述开孔17避开了高压倒装发光二极管的中心区域，这样，在后续的封装过程中顶针所顶的中心区域无开孔，从而防止了封装过程中因为顶针顶裂所引发的失效。所述开孔17可以位于第一发光单元的任何位置，优选的，所述开孔17位于第一发光单元的中心位置，以提高高压倒装发光二极管的电流扩展效果。

如图4a-图4b所示，接着执行步骤S3，形成电流扩展层20，所述电流扩展层20覆盖部分所述第二半导体层14的上表面，还覆盖所述第一侧壁151上的部分第二半导体层14，且所述电流扩展层20与所述第二侧壁152间隔设置。

详细的，先通过磁控溅射(Sputter)工艺在图3b所示的半导体结构上形成电流扩展膜层；接着，采用光刻工艺和湿法腐蚀工艺处理电流扩展膜层，以形成电流扩展层20，其中，所述电流扩展层20暴露出所述切割道16的底壁和侧壁，还暴露出所述开孔17的侧壁和底壁以及所述开孔17的开口外侧的第二半导体层14上表面，以使得所述电流扩展层20与所述开孔17的开口(即所述开孔17的侧壁)之间间隔设置，从而使得所述电流扩展层20在所述开孔17的开口处的开口尺寸大于所述开孔17的开口尺寸；所述电流扩展层20还暴露出所述隔离沟槽15的第二侧壁152、底壁以及所述第一侧壁151的发光层、第一半导体层13和至少部分第二半导体层14，以使得所述电流扩展层20与所述第二侧壁152间隔设置，所述电流扩展层20覆盖所述第一侧壁151上的部分所述第二半导体层14，从而使得后续在所述隔离沟槽15中形成金属电极42时，所述金属电极42可以在第一侧壁151处与电流扩展层20接触，有利于提高高压倒装发光二极管的电流扩展能力，还有利于后续的平坦化及发光单元的亮度提升。

可选的，所述电流扩展层20在所述切割道16的开口处的开口尺寸与所述切割道16的开口尺寸相同。为了工艺方便，优选所述电流扩展层20与所述切割道16的开口间隔设置。

在本步骤中，湿法腐蚀工艺采用了HCl和FeCl₃的混合溶液。

所述电流扩展层20的材料为透明导电层(TCO)或金属导电层或其复合结构，优选的，所述电流扩展层20材料为ITO(氧化铟锡)，所述电流扩展层20的厚度例如为

如图5a-图5b所示，接着执行步骤S4，形成反射镜结构30，所述反射镜结构覆盖所述第一侧壁151的第一半导体层12和发光层13，还覆盖所述第二侧壁152的发光层13和第二半导体层14，以在后续形成金属电极时，所述金属电极将所述第一侧壁的第二半导体层和第二侧壁上的第一半导体层电连接。

详细的，在图4b所示的半导体结构上采用电子束蒸发沉积反射镜结构层；再通过光刻工艺和等离子体刻蚀工艺依次去除部分所述反射镜结构层，以使得所述反射镜结构30仅覆盖所述开孔17的侧壁、所述第一侧壁151的发光层13和第一半导体层12、所述第二侧壁152的发光层13和第二半导体层14以及所述电流扩展层20暴露出的部分所述第二半导体层14的上表面，其中，电流扩展层20暴露出的部分所述第二半导体层14的上表面包括所述开孔17的开口处的第二半导体层14的上表面，以及邻接所述第二侧壁152处的第二半导体层14的上表面。在本步骤的等离子体刻蚀工艺中，以CH₄为主体的刻蚀气体。

在其他实施例中，可以先采用PECVD(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，等离子体增强化学气相沉积法)工艺或者电子束蒸发工艺形成第一介质层，然后再在第一介质层上形成反射镜结构层，其中，所述第一介质层覆盖所述开孔17的侧壁、所述第一侧壁151的发光层13和第一半导体层12上、所述第二侧壁152的发光层13和第二半导体层14上以及所述电流扩展层20暴露出的部分所述第二半导体层14的上表面，所述反射镜结构30位于所述第一介质层上。所述第一介质层有利于后续反射镜结构30覆盖所述隔离沟槽15的侧壁，并有利于防止所述反射镜结构30断裂。

在本实施例中，所述反射镜结构30为分布式布拉格反射镜(DBR)，所述分布式布拉格反射镜为多个周期交替设置的氧化硅层和氧化钛层，所述分布式布拉格反射镜优选为6个～18个周期设置的氧化硅层和氧化钛层，所述氧化硅层的材料为二氧化硅层，所述氧化钛层的材料为五氧化三钛。所述第一介质层的材料为氧化硅，且所述第一介质层的厚度为

如图6a-图6c所示，接着执行步骤S5，形成金属电极42，所述金属电极42填充所述隔离沟槽15，所述金属电极42将所述第一侧壁151的第二半导体层14和第二侧壁152上的第一半导体层12电连接。详细的，依次通过光刻工艺、蒸镀工艺、金属剥离(lift-off)工艺及去胶工艺形成第一电极41和金属电极42，所述第一电极41填充所述开孔17，所述金属电极42填充所述隔离沟槽15，通过控制金属蒸镀的厚度以控制第一电极41和第二电极42的高度。优选地，继续进行平坦化处理工艺以缩小所述第一电极41、金属电极42与位于所述第二半导体层14上的反射镜结构30及所述电流扩展层20的上表面之间的高度差，降低后续形成的第二介质层断裂的风险，提高了高压倒装发光二极管的可靠性。优选的，所述第一电极41、金属电极42均和位于所述第二半导体层14上的反射镜结构30及所述电流扩展层20的上表面齐平，如图6c所示。

其中，在本步骤中的平坦化处理工艺为化学机械抛光(CMP)工艺；光刻工艺所使用的所述光刻胶层的材料为负性光刻胶；蒸镀工艺使得第一电极41填充所述开孔17，所述金属电极42填充所述隔离沟槽15。相较于现有技术中的金属电极42的覆盖连接，本实施例的所述金属电极42填充所述隔离沟槽15，降低金属电极42断裂的风险，同时增加了金属电极42的厚度，从而提高了高压倒装发光二极管的散热能力，增强了高压倒装发光二极管在高温大电流环境下的稳定性，进而提高了高压倒装发光二极管的可靠性。

此时，由于反射镜结构30同时起到绝缘作用，所述第一电极41与所述开孔17侧壁的第二半导体层14和发光层13不接触，与所述第一半导体层12形成电连接；所述金属电极42在所述隔离沟槽15中与所述第一侧壁151处的发光层13和第一半导体层12不接触，且与所述第二侧壁152处的第二半导体层14和发光层13不接触，连接所述第一侧壁151上的第二半导体层14和所述第二侧壁152上的第一半导体层12，使得相邻的发光单元在所述隔离沟槽15中实现串联，减少了第一电极41的数量，使得仅需要一个第一电极41(即一个开孔17)就可以实现高压倒装发光二极管的导通，减少了开孔17的数量，从而减少了开孔17所占发光单元的发光面积，提高了高压倒装发光二极管的光效。另外，金属电极42仅位于隔离沟槽15中，使得在第二半导体层14的上表面没有金属电极42，从而减少了金属电极42吸光。

其中，所述第一电极41和金属电极42为叠层结构，所述叠层结构由下至上依次包括铬层、第一铝层、第一钛层、第二铝层和第二钛层，其中，所述第一铝层增加所述第一电极41和金属电极42的光反射能力，使得所述金属电极42和隔离沟槽15中的反射镜结构30构成全方位反射镜(ODR)，以及第一电极41和开孔17中的反射镜结构30构成全方位反射镜(ODR)，增加了高压倒装发光二极管的反射率，减少了隔离沟槽15和开孔17中的金属吸光，提升了高压倒装发光二极管的亮度。

如图7所示，接着，形成第二介质层50，并在所述第二介质层50中形成第一通孔51和第二通孔52。其中，所述第二介质层50覆盖图6c所示的半导体结构的表面(即所述第二介质层50覆盖所述第一电极41、金属电极42、反射镜结构30、电流扩展层20以及所述第二半导体层14暴露的表面)，所述第一通孔51贯穿所述第二介质层50且槽底暴露出所述第一电极41，所述第二通孔52贯穿所述第二介质层50且槽底暴露出第k发光单元的所述电流扩展层20。详细的，先采用电子束蒸发工艺形成所述第二介质层50；再依次采用光刻工艺和ICP刻蚀工艺形成贯穿所述第二介质层50的第一通孔51和第二通孔52。

其中，所述第二介质层50的厚度为2mm～6mm，所述第二介质层50作为分布式布拉格反射镜(DBR)，所述分布式布拉格反射镜为多个周期交替设置的氧化硅层和氧化钛层。所述分布式布拉格反射镜优选为6个～18个周期设置的氧化硅层和氧化钛层，其中，所述氧化硅层的材料为二氧化硅层，所述氧化钛层的材料为五氧化三钛。

在本实施例中，所述第一电极41位于第一发光单元中，所述第一通孔51位于第一发光单元上方，所述第二通孔52位于第k发光单元上方，且所述第二通孔52的槽底暴露出所述第k发光单元的电流扩展层20。

如图8所示，接着，采用光刻工艺、蒸镀工艺、金属剥离(lift-off)工艺及去胶工艺去除光刻胶层形成第一焊盘61和第二焊盘62。

所述第一焊盘61填充所述第一通孔51，并覆盖所述第一通孔51开口附近的部分第二介质层50，使得所述第一焊盘61连接所述第一电极41，并通过所述第一电极41连接所述第一电极41所在的第一发光单元的第一半导体层12作为所述高压倒装发光二极管的N型焊盘，所述第二焊盘62填充所述第二通孔52，并覆盖所述第二通孔52开口附近的部分第二介质层50，使得所述第二焊盘62连接所述第二通孔52底部的电流扩展层20，并通过所述电流扩展层20连接第二通孔52下方的第k发光单元的第二半导体层14作为所述高压倒装发光二极管的P型焊盘，且所述第一焊盘61和第二焊盘62不接触。相较于现有技术中三道金属互连工艺形成金属互连，本实施例仅通过第一焊盘61和第一电极41这两道金属互连工艺形成金属互连，从而减少了工艺流程。

所述第一焊盘61和第二焊盘62均为钛Ti、铂Pt、银Ag、铝Al、镍Ni、铬Cr、金Au、金锡合金AuSn等中的任意几种的金属叠层，所述第一焊盘61和第二焊盘62的表面均形成有焊接材料层，所述焊接材料层的材料为金(Au)或金锡合金。

接着，从所述衬底11远离外延层的一侧(即所述衬底11的下表面)，对所述衬底11进行减薄处理，再沿切割道16切割所述衬底11，以获得单个的高压倒装发光二极管。对高压倒装发光二极管进行外部供电时，电流通过第二焊盘62流入高压倒装发光二极管的第k发光单元，然后通过隔离沟槽15中的金属电极42依次流经串联路径中的每个发光单元，最后流至具有第一电极41的第一发光单元中，再经过第一电极41和第一焊盘61流出，形成多个发光单元的串联电气连接，实现了高压倒装发光二极管的功能。

需要说明的是，在以上1*3个发光单元的实施例中，相邻的两个发光单元之间均通过隔离沟槽15中填充的金属电极42进行串联。在本发明的另一实施例中，如图9a-图9b所示，提供了一种2*3个发光单元串联的结构。第一发光单元至第六发光单元依次串联，分别标记为LED1～LED6，每两个相互串联的发光单元之间也通过隔离沟槽15中填充的金属电极42进行电连接，结构与1*3个发光单元的实施例相同，在此不再赘述。而对于相邻的不需要串联的两个发光单元，例如第一发光单元LED1与第四发光单元LED4，以及第三发光单元LED3与第六发光单元LED6，所述电流扩展层20仅覆盖所述隔离沟槽15外侧的第二半导体层14的上表面，而不覆盖隔离沟槽15侧壁的第二半导体层14；同时，所述反射镜结构30覆盖隔离沟槽15的整个侧壁和底壁，以实现相邻两个发光单元的隔离。可以理解的是，本实施例中6个发光单元的串联方式不止一种，对于其他串联方式或其他实施例中的不需要串联的两个发光单元之间的隔离沟槽15中的结构也与本实施例中相同，在此不再赘述。

请参阅图8，本实施例还提供一种高压倒装发光二极管，所述高压倒装发光二极管包括衬底11和位于所述衬底11上的外延层，所述外延层由下至上依次包括第一半导体层12、发光层13和第二半导体层14，所述外延层中具有隔离沟槽15，且所述隔离沟槽15贯穿所述外延层将所述外延层分隔为多个发光单元，所述隔离沟槽15的槽底暴露出所述衬底11。在外延层的外围四周还具有切割道16，所述切割道16贯穿所述外延层并暴露出所述衬底11。

所述隔离沟槽呈上大下小的形状，即倒梯形，所述隔离沟槽15包括相对设置的第一侧壁151和第二侧壁152。其中，所述第一侧壁151与所述衬底11表面所在平面之间的夹角α为35°～55°，所述第二侧壁152与所述衬底11表面所在平面之间的夹角β为35°～55°。所述夹角α与夹角β可以相同，也可以不同。

所述隔离沟槽15的数量为至少一个，所述隔离沟槽15将所述外延层划分为m*n个阵列分布的发光单元，发光单元的总数k＝m*n，其中，m≥1、n≥2，且m和n均为正整数。每个所述发光单元按照从N型焊盘到P型焊盘的串联顺序依次作为第一发光单元、第二发光单元、……至第k发光单元。所述第一侧壁151为靠近前一发光单元一侧的侧壁，所述第二侧壁152为远离前一发光单元一侧的侧壁。

所述外延层中还包括开孔17，所述开孔17位于第一发光单元中，且所述开孔17贯穿第二半导体层14和发光层13，所述开孔17的槽底暴露出第一半导体层12。

部分所述第二半导体层14的上表面具有电流扩展层20，所述电流扩展层20还覆盖所述第一侧壁151上的部分第二半导体层14，且所述电流扩展层20与所述第二侧壁152间隔设置；所述电流扩展层20暴露出所述开孔17的开口外侧的第二半导体层14的上表面，所述电流扩展层20与所述开孔17的开口之间间隔设置，使得所述电流扩展层20在所述开孔17的开口处的开口尺寸大于所述开孔17的开口尺寸。

所述第一侧壁151和第二侧壁152上具有反射镜结构30，所述反射镜结构30覆盖所述第一侧壁151的第一半导体层12和发光层13，所述第二侧壁152的发光层13和第二半导体层14，以及邻接所述第二侧壁152处的第二半导体层14的上表面；所述开孔17的侧壁以及其开口处的所述第二半导体层14的上表面也具有反射镜结构30。

金属电极42填充所述隔离沟槽15，所述金属电极42将所述第一侧壁151的第二半导体层14和第二侧壁152上的第一半导体层12电连接。第一电极41填充所述开孔17，与所述反射镜结构30暴露的第一半导体层12电连接，所述第一电极41与所述开孔17的侧壁暴露的所述外延层之间通过所述反射镜结构30隔开。优选的，所述第一电极41、金属电极42、电流扩展层20以及反射镜结构30的上表面齐平。

可选的，所述第一侧壁151与反射镜结构30之间、所述第二侧壁152与反射镜结构30之间、所述开孔17的侧壁与反射镜结构30之间形成有第一介质层，所述第一介质层位于所述反射镜结构30的下方即所述第一介质层位于所述开孔17的侧壁、所述第一侧壁151的发光层13和第一半导体层12上、所述第二侧壁152的发光层13和第二半导体层14上以及所述电流扩展层20暴露出的部分所述第二半导体层14的上表面，并被所述反射镜结构30所覆盖。

所述电流扩展层20、所述第一电极41、所述金属电极42、所述反射镜结构30以及所述第二半导体层14暴露的表面上具有第二介质层50，所述第二介质层50覆盖所述第一电极41、所述金属电极42、所述反射镜结构30、所述电流扩展层20以及所述第二半导体层14暴露的表面。所述第二介质层50中具有第一通孔51和第二通孔52，所述第一通孔51贯穿所述第二介质层50且槽底暴露出所述第一电极41，所述第二通孔52贯穿所述第二介质层20且槽底暴露出第k发光单元的电流扩展层20。所述反射镜结构30和第二介质层50均为分布式布拉格反射镜。

所述第一通孔51、第二通孔52中以及所述第二介质层50的上表面形成有第一焊盘61和第二焊盘62，所述第一焊盘61填充所述第一通孔51并覆盖所述第一通孔51开口附近的部分所述第二介质层50，所述第二焊盘62填充所述第二通孔52且覆盖所述第二通孔52开口附近的部分所述第二介质层50，使得所述第一焊盘61连接所述第一电极41，并通过第一电极41连接第一发光单元的第一半导体层12以作为N型焊盘，所述第二焊盘62连接所述第二通孔52底部的电流扩展层20，并通过电流扩展层20连接第k发光单元的第二半导体层14以作为P型焊盘，且第一焊盘61和第二焊盘62不接触。

综上所述，本发明提供一种高压倒装发光二极管及其制备方法，本发明相较于现有技术中金属电极的覆盖连接，本发明通过所述金属电极填充所述隔离沟槽，降低金属电极断裂的风险，同时增加了金属电极的厚度，从而提高了高压倒装发光二极管的散热能力，增强了高压倒装发光二极管在高温大电流环境下的稳定性，进而提高了高压倒装发光二极管的可靠性；相较于现有技术中隔离沟槽处存在较深的台阶导致第二介质层覆盖时易引发断裂，本发明通过平坦化处理使得第一电极、金属电极、电流扩展层以及反射镜结构的上表面齐平，降低了第二介质层断裂的风险，提高了高压倒装发光二极管的可靠性；通过所述金属电极将所述第一侧壁的第二半导体层和第二侧壁的第一半导体层电连接，使得相邻的发光单元在所述隔离沟槽中实现串联，减少了第一电极的数量，使得仅需要一个第一电极(即一个开孔)就可以实现高压倒装发光二极管的导通，减少了开孔的数量，从而减少了开孔所占发光单元的发光面积，提高了高压倒装发光二极管的光效；通过所述开孔位于所述第一发光单元中，避开了高压倒装发光二极管的中心区域，这样，在后续的封装过程中顶针所顶的中心区域无开孔，从而防止了封装过程中因为顶针顶裂所引发的失效；通过所述金属电极和隔离沟槽中的反射镜结构构成全方位反射镜，同时第一电极和开孔中的反射镜结构构成全方位反射镜，增加了高压倒装发光二极管的反射率，减少了隔离沟槽和开孔中的金属吸光，提升了高压倒装发光二极管的亮度。另外，相较于传统工艺的三道金属互连工艺，使得本发明仅第一焊盘和第一电极电连接，实现了两道金属互连工艺，减少了工艺流程。

此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”的描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (26)

1.一种高压倒装发光二极管，其特征在于，包括：

衬底；

外延层，位于所述衬底上，所述外延层由下至上依次包括第一半导体层、发光层和第二半导体层；

隔离沟槽，位于所述外延层中，所述隔离沟槽贯穿所述外延层将所述外延层分隔为多个发光单元，且所述隔离沟槽的槽底暴露出所述衬底，其中，所述隔离沟槽呈上大下小的形状，所述隔离沟槽包括相对设置的第一侧壁和第二侧壁；

电流扩展层，所述电流扩展层覆盖部分所述第二半导体层的上表面，还覆盖所述第一侧壁上的部分第二半导体层，且所述电流扩展层与所述第二侧壁间隔设置；

反射镜结构，所述反射镜结构覆盖所述第一侧壁的第一半导体层和发光层，还覆盖所述第二侧壁的发光层和第二半导体层；以及

金属电极，所述金属电极填充所述隔离沟槽，所述金属电极将所述第一侧壁的第二半导体层和第二侧壁上的第一半导体层电连接。

2.如权利要求1所述的高压倒装发光二极管，其特征在于，

所述第一侧壁与所述衬底表面所在平面之间的夹角为35°～55°，所述第二侧壁与所述衬底表面所在平面之间的夹角为35°～55°。

3.如权利要求1所述的高压倒装发光二极管，其特征在于，所述隔离沟槽的数量为至少一个，所述隔离沟槽将所述外延层划分为m*n个阵列分布的发光单元，所述发光单元的总数k＝m*n，每个所述发光单元按照从N型焊盘到P型焊盘的串联顺序依次作为第一发光单元至第k发光单元，其中，m≥1、n≥2，且m和n均为正整数。

4.如权利要求3所述的高压倒装发光二极管，其特征在于，所述外延层中还包括一开孔，所述开孔位于所述第一发光单元中，且所述开孔贯穿所述第二半导体层和所述发光层，所述开孔的槽底暴露出所述第一半导体层。

5.如权利要求4所述的高压倒装发光二极管，其特征在于，所述电流扩展层与所述开孔的开口之间间隔设置，使得所述电流扩展层在所述开孔的开口处的开口尺寸大于所述开孔的开口尺寸。

6.如权利要求4所述的高压倒装发光二极管，其特征在于，所述第一侧壁为靠近前一发光单元一侧的侧壁，所述第二侧壁为远离前一发光单元一侧的侧壁。

7.如权利要求6所述的高压倒装发光二极管，其特征在于，所述反射镜结构还覆盖所述开孔的侧壁以及所述电流扩展层暴露出的部分所述第二半导体层的上表面。

8.如权利要求7所述的高压倒装发光二极管，其特征在于，还包括第一介质层，所述第一介质层位于所述开孔的侧壁、所述第一侧壁的第一半导体层和发光层上、所述第二侧壁上的发光层和第二半导体层上以及所述电流扩展层暴露出的部分所述第二半导体层的上表面，所述反射镜结构位于所述第一介质层上。

9.如权利要求7所述的高压倒装发光二极管，其特征在于，还包括第一电极，所述第一电极填充所述开孔，所述第一电极与所述开孔侧壁暴露的所述外延层之间通过所述反射镜结构隔开。

10.如权利要求9所述的高压倒装发光二极管，其特征在于，所述第一电极、所述金属电极、所述反射镜结构及所述电流扩展层的上表面齐平。

11.如权利要求9所述的高压倒装发光二极管，其特征在于，还包括第二介质层，所述第二介质层覆盖所述第一电极、金属电极、反射镜结构、电流扩展层以及所述第二半导体层暴露的表面，所述第二介质层中形成有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔贯穿所述第二介质层且槽底暴露出所述第一电极，所述第二通孔贯穿所述第二介质层且槽底暴露出所述第k发光单元的所述电流扩展层。

12.如权利要求11所述的高压倒装发光二极管，其特征在于，所述反射镜结构和所述第二介质层均为分布式布拉格反射镜。

13.如权利要求11所述的高压倒装发光二极管，其特征在于，还包括第一焊盘和第二焊盘，所述第一焊盘填充所述第一通孔，并覆盖所述第一通孔开口附近的部分第二介质层以作为所述N型焊盘，所述第二焊盘填充所述第二通孔，并覆盖所述第二通孔开口附近的部分第二介质层以作为所述P型焊盘。

14.一种高压倒装发光二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

在衬底上形成外延层，所述外延层由下至上依次包括第一半导体层、发光层和第二半导体层；

在所述外延层中形成隔离沟槽，所述隔离沟槽贯穿所述外延层将所述外延层分隔为多个发光单元，且所述隔离沟槽的槽底暴露出所述衬底，其中，所述隔离沟槽呈上大下小的形状，所述隔离沟槽包括相对设置的第一侧壁和第二侧壁；

形成电流扩展层，所述电流扩展层覆盖部分所述第二半导体层的上表面，还覆盖所述第一侧壁上的部分第二半导体层，且所述电流扩展层与所述第二侧壁间隔设置；

形成反射镜结构，所述反射镜结构覆盖所述第一侧壁的第一半导体层和发光层，还覆盖所述第二侧壁的发光层和第二半导体层；以及

形成金属电极，所述金属电极填充所述隔离沟槽，所述金属电极将所述第一侧壁的第二半导体层和第二侧壁上的第一半导体层电连接。

15.如权利要求14所述的高压倒装发光二极管的制备方法，其特征在于，所述第一侧壁与所述衬底表面所在平面之间的夹角为35°～55°，所述第二侧壁与所述衬底表面所在平面之间的夹角为35°～55°。

16.如权利要求14所述的高压倒装发光二极管的制备方法，其特征在于，所述隔离沟槽的数量为至少一个，所述隔离沟槽将所述外延层划分为m*n个阵列分布的发光单元，所述发光单元的总数k＝m*n，每个所述发光单元按照从N型焊盘到P型焊盘的串联顺序依次作为第一发光单元至第k发光单元，其中，m≥1、n≥2，且m和n均为正整数。

17.如权利要求16所述的高压倒装发光二极管的制备方法，其特征在于，在所述外延层中还形成一开孔，所述开孔位于所述第一发光单元中，且所述开孔贯穿所述第二半导体层和所述发光层，所述开孔的槽底暴露出所述第一半导体层。

18.如权利要求17所述的高压倒装发光二极管的制备方法，其特征在于，所述电流扩展层与所述开孔的开口之间间隔设置，使得所述电流扩展层在所述开孔的开口处的开口尺寸大于所述开孔的开口尺寸。

19.如权利要求17所述的高压倒装发光二极管的制备方法，其特征在于，所述第一侧壁为靠近前一发光单元一侧的侧壁，所述第二侧壁为远离前一发光单元一侧的侧壁。

20.如权利要求19所述的高压倒装发光二极管的制备方法，其特征在于，所述反射镜结构还覆盖所述开孔的侧壁以及所述电流扩展层暴露出的部分所述第二半导体层的上表面。

21.如权利要求20所述的高压倒装发光二极管的制备方法，其特征在于，形成反射镜结构之前还包括：

形成第一介质层，所述第一介质层位于所述开孔的侧壁、所述第一侧壁的第一半导体层和发光层上、所述第二侧壁上的发光层和第二半导体层上以及所述电流扩展层暴露出的部分所述第二半导体层的上表面，所述反射镜结构位于所述第一介质层上。

22.如权利要求20所述的高压倒装发光二极管的制备方法，其特征在于，形成金属电极的同时形成第一电极，所述第一电极填充所述开孔，所述第一电极与所述开孔侧壁暴露的所述外延层之间通过所述反射镜结构隔开。

23.如权利要求22所述的高压倒装发光二极管的制备方法，其特征在于，所述第一电极、所述金属电极、所述反射镜结构及所述电流扩展层的上表面齐平。

24.如权利要求22所述的高压倒装发光二极管的制备方法，其特征在于，形成金属电极之后还包括：

形成第二介质层，所述第二介质层覆盖所述第一电极、金属电极、反射镜结构、电流扩展层以及所述第二半导体层暴露的表面，在所述第二介质层中形成第一通孔和第二通孔，所述第一通孔贯穿所述第二介质层且槽底暴露出所述第一电极，所述第二通孔贯穿所述第二介质层且槽底暴露出所述第k发光单元的所述电流扩展层。

25.如权利要求24所述的高压倒装发光二极管的制备方法，其特征在于，所述反射镜结构和所述第二介质层均为分布式布拉格反射镜。

26.如权利要求24所述的高压倒装发光二极管的制备方法，其特征在于，形成所述第二介质层之后还包括：

形成第一焊盘和第二焊盘，所述第一焊盘填充所述第一通孔，并覆盖所述第一通孔开口附近的部分第二介质层以作为所述N型焊盘，所述第二焊盘填充所述第二通孔，并覆盖所述第二通孔开口附近的部分第二介质层以作为所述P型焊盘。