CN116960249A - 发光二极管及发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种发光二极管，其包括半导体叠层、绝缘阻挡层和金属保护层，半导体叠层沿下表面到上表面的方向依次包括第一半导体层、发光层和第二半导体层，绝缘阻挡层设置在半导体叠层的下表面，绝缘阻挡层具有对应于第一半导体层下方的第一开孔，金属保护层设置在半导体叠层的下表面并连接绝缘阻挡层，部分的金属保护层填充于第一开孔，其中，绝缘阻挡层的上表面的边缘端点在水平面的垂直投影点分布在金属保护层的上表面的边缘端点在水平面的垂直投影第一连线段内。借此设置，可以解决在制备过程中绝缘阻挡层易脱落的问题，保证发光二极管的品质。

Description

发光二极管及发光装置
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种发光二极管及发光装置。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)为半导体发光元件，通常是由如GaN、GaAs、GaP、GaAsP等半导体制成，其核心是具有发光特性的PN结。LED具有发光强度大、效率高、体积小、使用寿命长等优点，被认为是当前最具有潜力的光源之一。LED已经广泛应用于照明、监控指挥、高清演播、高端影院、办公显示、会议交互、虚拟现实等领域。
为满足市场的要求，LED研发出超大功率大功率水平结构芯粒。大功率水平结构是采用热电分离设计，具有大电流密度、超高亮、老化性能好等特点。封装端厂商通常采用高压串联方式进行封装，进而能够有效扩大发光区面积，满足产品使用需求。
大功率水平结构的工艺流程相对其它系列的LED芯片较为复杂，需要进行两次翻转工艺，两次台面ICP蚀刻工艺，进而形成P侧朝上，且P电极和N电极同侧的芯片结构。目前，在大功率水平结构芯粒中，电流阻挡层(CBL)通常采用SiO2材料，除在预留出N侧电极电导通的位置进行开孔外，其它位置均进行整面覆盖，以将导电结构与外延层绝缘分开，来增加电流流通的均匀性，提升LED的发光效率。然而此种做法在后续的两次翻转工艺中会造成以下问题：由于电流阻挡层是整面覆盖的，在去除临时基板的阶段中，由于是采用HF浸泡的方式，SiO2材料的电流阻挡层极为容易在HF浸泡过程中被蚀刻掉，进而造成结构脱落，极大地影响了发光二极管的品质。
需要说明的是，公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术
发明内容
本发明提供一种发光二极管，其包括半导体叠层、绝缘阻挡层和金属保护层。
半导体叠层具有相对的下表面和上表面，半导体叠层沿下表面到上表面的方向依次包括第一半导体层、发光层和第二半导体层。绝缘阻挡层设置在半导体叠层的下表面，绝缘阻挡层具有第一开孔，第一开孔对应于第一半导体层的下方。金属保护层设置在半导体叠层的下表面，并连接绝缘阻挡层，部分的金属保护层填充于第一开孔。其中，绝缘阻挡层的上表面的边缘端点在水平面的垂直投影点分布在金属保护层的上表面的边缘端点在水平面的垂直投影第一连线段内。
本发明还提供一种发光装置，其采用上述任一实施例提供的发光二极管。
本发明一实施例提供的一种发光二极管及发光装置，通过垂直投影点分布在垂直投影第一连线段内的设置，使得金属保护层连接在绝缘阻挡层的最外侧，可以避免在制备过程中绝缘阻挡层易脱落的问题，保证发光二极管的品质。
本发明的其它特征和有益效果将在随后的说明书中阐述，并且，部分的技术特征和有益效果可以从说明书中显而易见地得出，或者是通过实施本发明而了解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单的介绍，显而易见的，下面描述中的部分附图是本发明的一些实施例，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它的附图。
图1是本发明一实施例提供的发光二极管的结构示意图；
图2是图1中对应的绝缘阻挡层的上表面的边缘端点在水平面、金属保护层的上表面的边缘端点在水平面的连线、发光层的下表面在水平面以及金属反射结构的下表面在水平面的垂直投影示意图；
图3是本发明一实施例提供的发光二极管的俯视结构示意图；
图4是传统的发光二极管的结构示意图；
图5至图15是图1所示的发光二极管在制造过程中各阶段的结构示意图。
附图标记：
12-半导体叠层；121-第一半导体层；122-发光层；123-第二半导体层；14-绝缘阻挡层；141-第一开孔；142-第二开孔；16-金属保护层；18-金属反射结构；20-导电层；21-第一电极；22-第二电极；30-生长基板；32-玻璃基板；34-表层结构；36-承载基板。
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；下面所描述的本发明不同实施方式中所设计的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、或以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。另外，术语“包括”及其任何变形，皆为“至少包含”的意思。
请参阅图1、图2和图3，图1是本发明一实施例提供的发光二极管的结构示意图，图2是图1中对应的绝缘阻挡层14的上表面的边缘端点在水平面、金属保护层16的上表面的边缘端点在水平面的连线、发光层122的下表面在水平面以及金属反射结构18的下表面在水平面的垂直投影示意图，图3是本发明一实施例提供的发光二极管的俯视结构示意图。需要说明的是，图2中为使图中各点呈现更为清晰，缩短了点E和点F之间的线段的长度。为达所述优点至少其中之一或其他优点，本发明的一实施例提供一种发光二极管。如图中所示，该发光二极管包括半导体叠层12、绝缘阻挡层14和金属保护层16。
半导体叠层12具有相对的下表面和上表面，半导体叠层12沿下表面到上表面的方向依次包括第一半导体层121、发光层122和第二半导体层123。即，发光层122位于第一半导体层121和第二半导体层123之间。
第一半导体层121可以为N型半导体层，在电源作用下可以向发光层122提供电子。第一半导体层121可以通过n型掺杂来实现提供电子的材料层。N型半导体层可以掺杂诸如Si、Ge或者Sn的n型掺杂物。
发光层122可以为量子阱结构(Quantum Well，简称QW)。在一些实施例中，发光层122也可以为多重量子阱结构(Multiple Quantum Well，简称MQW)，其中多重量子阱结构包括以重复的方式交替设置的多个量子阱层(Well)和多个量子阻障层(Barrier)，例如可以是GaN/AlGaN、InAlGaN/InAlGaN或InGaN/AlGaN的多量子阱结构。此外，发光层122内的阱层的组成以及厚度决定生成的光的波长。为了提高发光层122的发光效率，可通过在发光层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。
第二半导体层123可以为P型半导体层，在电源作用下可以向发光层122提供空穴。第二半导体层123可以通过p型掺杂来实现提供空穴的材料层，P型半导体层可以掺杂诸如Mg、Zn、Ca、Sr或者Ba的p型掺杂物。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。
第一半导体层121、发光层122、第二半导体层123具体可以是铝镓铟氮、氮化镓、铝镓氮、铝铟磷、铝镓铟磷或砷化镓或铝镓砷等材料制作形成。第一半导体层121或第二半导体层123中包括提供电子或空穴的覆盖层以及可以包括其它层材料，如电流扩展层、窗口层或欧姆接触层等，根据掺杂浓度或组分含量不同进行设置为不同的多层。发光层122为提供电子和空穴复合提供光辐射的区域，根据发光波长的不同可选择不同的材料。发光层122可以是单量子阱或多量子阱的周期性结构。通过调整发光层122中半导体材料的组成比，以期望辐射出不同波长的光。本实施例中，优选发光层122材料为铝镓铟磷或者铝镓砷材料。所述发光层122可辐射出红光或者红外光。即，半导体叠层12可辐射红光或者红外光，该发光二极管可以为红外发光二极管。
绝缘阻挡层14设置在半导体叠层12的下表面，以将导电结构与半导体叠层12绝缘分开，来增加电流流通的均匀性，提升发光二极管的发光效率。绝缘阻挡层14具有第一开孔141，第一开孔141对应于第一半导体层121的下方，以便于电极透过该第一开孔141电连接第一半导体层121，形成良好的欧姆接触。绝缘阻挡层14采用绝缘材料制备形成，例如SiO2材料。
金属保护层16设置在半导体叠层12的下表面，并连接绝缘阻挡层14。部分的金属保护层16填充于绝缘阻挡层14的第一开孔141中，以与第一半导体层121形成良好的欧姆接触。金属保护层16可以是以金属材料制备形成的，金属保护层16的材料选自由Au、Ge和Ni所构成的群组中的至少一种，例如金属保护层16为AuGeNi的合金金属结构。可选的，金属保护层16的上表面和绝缘阻挡层14的上表面位于同一水平面，以保证结构表面平坦程度。
绝缘阻挡层14的上表面的边缘端点在水平面的垂直投影点分布在金属保护层16的上表面的边缘端点在水平面的垂直投影第一连线段内。具体的，如图1和图2所示，绝缘阻挡层14的上表面的边缘端点在水平面的垂直投影点为C点和D点，金属保护层16的上表面的边缘端点在水平面的垂直投影点为A点和B点，连接A点和B点的线段为垂直投影第一连线段，C点和D点均落在垂直投影第一连线段内，以使得金属保护层16连接在绝缘阻挡层14的最外侧，可以避免在制备过程中绝缘阻挡层14易脱落的问题，保证发光二极管的品质。反观图4所示的传统的发光二极管，其绝缘阻挡层14的最外侧是裸露出来的，在去除临时承载基板36的制备阶段中，由于会采用HF浸泡的方式，裸露出来的SiO2材料的绝缘阻挡层14会在HF浸泡过程中被蚀刻掉，进而造成结构脱落，极大地影响了发光二极管的品质。
可选的，垂直投影点到垂直投影第一连线段的端点的最小间距范围为3～7μm。也就是，C点到A点的距离范围为3～7μm，D点到B点的距离范围为3～7μm。若是距离范围过大(如大于7μm)，也就是变相使得绝缘阻挡层14内缩过多，则会导致绝缘阻挡层14的阻挡效果变差，进而影响发光二极管的出光亮度；若是距离范围过小(如小于3μm)，则会导致金属保护层16的宽度太窄，降低其保护阻挡溶液侵蚀的作用，导致阻挡效果变差，仍存在结构脱落的风险。
在一些实施例中，发光层122的下表面在水平面的第一垂直投影线段位于垂直投影第一连线段内，垂直投影点位于第一垂直投影线段外。具体的，如图1和图2所示，发光层122的下表面在水平面的第一垂直投影线段是指连接E点和F点的线段，也就是说，EF线段落在AB线段内，而C点和D点是位于EF线段之外，使得绝缘阻挡层14能够起到更为有效的电流阻挡效果，若是C点和D点落在EF线段内，则会导致绝缘阻挡层14的电流阻挡效果变差，进而降低发光二极管的光学性能；并且，若是要绝缘阻挡层14收缩在半导体叠层12里面(即C点和D点位于线段EF内)，在制程上需要多设置一道，来打掉多余的半导体叠层12才可以，制程更为繁琐，不利于生产制备。
发光二极管还可以包括金属反射结构18、导电层20、第一电极21和第二电极22。
金属反射结构18设置在绝缘阻挡层14的下表面，并连接位于第一开孔141的金属保护层16。金属反射结构18除了起到电传导作用以外，还可以用于反射光线，以增强发光二极管的出光。金属反射结构18可以为单层、双层或多层结构，金属反射结构18的材料可以选自由透明导电材料、Au、Ag、Pt和Ti所构成的群组中的至少一种，透明导电材料可包含铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)、锌铟氧化物(indium zinc oxide，IZO)、氧化铟(indiumoxide，InO)、氧化锡(tin oxide，SnO)、镉锡氧化物(cadmium tin oxide，CTO)、锡锑氧化物(antimony tin oxide，ATO)、铝锌氧化物(aluminum zinc oxide，AZO)、锌锡氧化物(zinctin oxide，ZTO)、氧化锌掺杂镓(gallium doped zinc oxide，GZO)、氧化铟掺杂钨(tungsten doped indium oxide，IWO)或者氧化锌(zinc oxide，ZnO)，但本公开实施例并非以此为限。
发光层122的下表面在水平面的第一垂直投影线段位于金属反射结构18的下表面在水平面的第二垂直投影线段内，第二垂直投影线段位于垂直投影第一连线段内，垂直投影点位于第二垂直投影线段外。具体的，如图1和图2所示，发光层122的下表面在水平面的第一垂直投影线段是指连接E点和F点的线段，金属反射结构18的下表面在水平面的第二垂直投影线段是指连接M点和N点的线段。也就是说，EF线段落在MN线段内，MN线段落在AB线段内，而C点和D点是位于MN线段之外。若是EF线段落在MN线段外的话，则会导致金属反射结构18对于上方发光层122的反光效果变差。若是C点和D点位于MN线段之内的话，则会导致金属反射结构18的左右两端在对应于上方的第一半导体层121之间的区域形成空洞，进而影响发光二极管的光参效果和可靠性。可选地，垂直投影点到第二垂直投影线段的端点的最小间距大于等于1μm，即C点到M点的间距≥1μm，D点到N点的间距≥1μm，以避免影响发光二极管的光参效果和可靠性。
导电层20覆盖金属反射结构18，起到导电作用。导电层20可以为单层、双层或多层结构，导电层20的材料可以选自由Ti、Pt、Au所构成的群组中的至少一种，例如导电层20为Ti/Pt/Au的多层堆叠金属结构。绝缘阻挡层14还具有第二开孔142，第二开孔142用于露出位于绝缘阻挡层14下方的导电层20，以便于后续在第二开孔142处设置金属焊盘。
第一电极21通过第二开孔142连接导电层20。第一电极21与半导体叠层12间隔设置，避免出现短路问题。第二电极22连接第二半导体层123，第二电极22可以包括延伸电极，以便于进行电流扩展，提升发光二极管的光学性能。
下面公开了一种用于制作图1所示的发光二极管的制备方法，请参阅图5至图15，图5至图15是图1所示的发光二极管在制造过程中各阶段的结构示意图。
首先，如图5所示，在生长基板30上依次生长第一半导体层121、发光层122和第二半导体层123，形成半导体叠层12。生长基板30可以为GaAs承载基板36，接着在第二半导体层123的上表面形成第二电极22。
其次，如图6所示，在第二电极22的上方设置玻璃基板32，以作第一次翻转使用。
接着，如图7所示，第一次翻转整体结构，颠倒第一半导体层121和第二半导体层123的上下位置关系，然后移除位于第一半导体层121上的生长基板30。
然后，如图8所示，在第一半导体层121的表面设置表层结构34，用作后续形成欧姆接触，该表层结构34可以采用掺杂N型杂质的GaAs层。该表层结构34并非是一定要设置的，设置表层结构34旨在形成良好的欧姆接触，在一些实施例中，亦可跳过该设置表层结构34的制程，直接进行下一制程。
然后，如图9所示，在第一半导体层121和表层结构34上整面覆盖绝缘阻挡层14。当没有设置表层结构34时，是在第一半导体层121上整面覆盖绝缘阻挡层14。
然后，如图10所示，蚀刻掉覆盖在表层结构34上的绝缘阻挡层14，形成第一开孔141，以便于电极透过该第一开孔141电连接第一半导体层121和表层结构34，形成良好的欧姆接触；同时，蚀刻掉左右两侧外围的绝缘阻挡层14。后续，在第一开孔141处和左右两侧被蚀刻掉的绝缘阻挡层14处设置金属保护层16。当没有设置表层结构34时，是在预留位置处蚀刻掉部分的绝缘阻挡层14，以形成第一开孔，以便于电极透过该第一开孔141电连接第一半导体层121。
然后，如图11所示，在金属保护层16和绝缘阻挡层14上整面覆盖金属反射结构18。
然后，如图12所示，移除部分的金属反射结构18，露出部分绝缘阻挡层14和金属保护层16。
然后，如图13所示，在金属反射结构18和绝缘阻挡层14上整面覆盖导电层20，接着在导电层20上设置承载基板36，该承载基板36可以为AlN承载基板36，为第二次翻转作准备。
然后，如图14所示，第二次翻转整体结构，又形成第二半导体层123在上，第一半导体层121在下的位置关系。接着，移除玻璃基板32，在去除玻璃基板32的阶段中，是采用HF浸泡的方式，此时绝缘阻挡层14受到金属保护层16的包覆保护，不会在HF浸泡过程中被蚀刻掉，避免了结构脱落的风险，保证了发光二极管的品质。然后由第二半导体层123的上表面向下蚀刻，直至露出第一半导体层121，形成台面，台面便于后续设置电极。
最后，如图15所示，在裸露出来的第一半导体层121的上表面向下蚀刻，并将下方的绝缘阻挡层14一并去除掉，形成第二开孔142露出导电层20。然后在第二开孔142处设置第一电极21，即第一电极21通过第二开孔142连接导电层20。
以上仅是公开的一种用于制作图1所示的发光二极管的方法，本案并不以此为限，仅是用于举例说明发光二极管的一种制备实现方式。
本发明的一实施例还提供一种发光装置，其可以采用前述任一实施例的发光二极管。
本发明一实施例提供的一种发光二极管及发光装置，通过垂直投影点分布在垂直投影第一连线段内的设置，使得金属保护层16连接在绝缘阻挡层14的最外侧，可以避免在制备过程中绝缘阻挡层14易脱落的问题，保证发光二极管的品质。
另外，本领域技术人员应当理解，尽管现有技术中存在许多问题，但是，本发明的每个实施例或技术方案可以仅在一个或几个方面进行改进，而不必同时解决现有技术中或者背景技术中列出的全部技术问题。本领域技术人员应当理解，对于一个权利要求中没有提到的内容不应当作为对于该权利要求的限制。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种发光二极管，其特征在于：所述发光二极管包括：
半导体叠层，具有相对的下表面和上表面，所述半导体叠层沿所述下表面到所述上表面的方向依次包括第一半导体层、发光层和第二半导体层；
绝缘阻挡层，设置在所述半导体叠层的下表面，所述绝缘阻挡层具有第一开孔，所述第一开孔对应于所述第一半导体层的下方；
金属保护层，设置在所述半导体叠层的下表面，并连接所述绝缘阻挡层，部分的所述金属保护层填充于所述第一开孔；
其中，所述绝缘阻挡层的上表面的边缘端点在水平面的垂直投影点分布在所述金属保护层的上表面的边缘端点在水平面的垂直投影第一连线段内。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述发光层的下表面在水平面的第一垂直投影线段位于所述垂直投影第一连线段内，所述垂直投影点位于所述第一垂直投影线段外。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述发光二极管还包括金属反射结构，所述金属反射结构设置在所述绝缘阻挡层的下表面，并连接位于所述第一开孔的金属保护层。
4.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于：所述发光层的下表面在水平面的第一垂直投影线段位于所述金属反射结构的下表面在水平面的第二垂直投影线段内，所述第二垂直投影线段位于所述垂直投影第一连线段内，所述垂直投影点位于所述第二垂直投影线段外。
5.根据权利要求4所述的发光二极管，其特征在于：所述垂直投影点到所述第二垂直投影线段的端点的最小间距大于等于1μm。
6.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于：所述发光二极管还包括导电层、第一电极和第二电极，所述导电层覆盖所述金属反射结构，所述绝缘阻挡层还具有第二开孔，所述第二开孔露出所述导电层，所述第一电极通过所述第二开孔连接所述导电层，所述第二电极连接所述第二半导体层。
7.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于：所述金属反射结构的材料选自由透明导电材料、Au、Ag、Pt和Ti所构成的群组中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的发光二极管，其特征在于：所述导电层的材料选自由Ti、Pt、Au所构成的群组中的至少一种。
9.根据权利要求6所述的发光二极管，其特征在于：所述第一电极与所述半导体叠层间隔设置。
10.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述垂直投影点到所述垂直投影第一连线段的端点的最小间距范围为3～7μm。
11.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述金属保护层的上表面和所述绝缘阻挡层的上表面位于同一水平面。
12.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述金属保护层的材料选自由Au、Ge和Ni所构成的群组中的至少一种。
13.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述半导体叠层辐射红外光。
14.一种发光装置，其特征在于：所述发光装置采用如权利要求1～13中任一项所述的发光二极管。
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