CN117936676A - 改善电极吸光的发光二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种改善电极吸光的发光二极管及其制备方法，属于光电子制造技术领域。该发光二极管包括外延层和电极，所述电极位于所述外延层的一表面上；所述电极包括：半导体层、金属层和介质层，所述半导体层和所述介质层均位于所述外延层的表面，所述半导体层和所述介质层同层，且所述介质层与所述半导体层的至少部分侧壁相连，所述金属层位于所述半导体层的远离所述外延层的表面和所述介质层远离所述外延层的表面；所述介质层的折射率与所述外延层靠近所述电极的膜层的折射率不同。本公开实施例能改善电极吸光的问题，提升发光二极管的亮度。
Description
技术领域
本公开涉及光电子制造技术领域，特别涉及一种改善电极吸光的发光二极管及其制备方法。
背景技术
发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)作为光电子产业中极具影响力的新产品，具有体积小、使用寿命长、颜色丰富多彩、能耗低等特点，广泛应用于照明、显示屏、信号灯、背光源、玩具等领域。
相关技术中，发光二极管通常包括垂直结构和水平结构。其中，垂直结构的发光二极管包括依次层叠的衬底、反射镜层、透明导电层、介质膜和外延层。在外延层远离衬底的一表面会设置电极，电极通常包括依次层叠在外延层的表面上的多层金属层。
然而，金属本身材质不透光，且会吸收光线。因此，对于正面出光的发光二极管，电极的存在会导致吸光的问题，降低了发光二极管的亮度。
发明内容
本公开实施例提供了一种改善电极吸光的发光二极管及其制备方法，能改善电极吸光的问题，提升发光二极管的亮度。所述技术方案如下：
一方面，本公开实施例提供了一种发光二极管，所述发光二极管包括外延层和电极，所述电极位于所述外延层的一表面；所述电极包括：半导体层、金属层和介质层，所述半导体层和所述介质层均位于所述外延层的表面，所述半导体层和所述介质层同层，且所述介质层与所述半导体层的至少部分侧壁相连，所述金属层位于所述半导体层的远离所述外延层的表面和所述介质层远离所述外延层的表面；所述介质层的折射率与所述外延层靠近所述电极的膜层的折射率不同。
可选地，所述金属层在所述外延层的远离所述电极的表面的正投影的外轮廓，位于所述介质层在所述外延层的远离所述电极的表面的正投影之内。
可选地，所述介质层环绕所述半导体层，所述半导体层的所有侧壁均与所述介质层的侧壁相连。
可选地，所述介质层的宽度与所述金属层的宽度的比值为0.1至0.4，所述电极呈条状，所述介质层的宽度方向垂直于所述电极的长度方向，且平行于所述外延层的表面，所述介质层的宽度方向与所述金属层的宽度方向相同。
可选地，所述介质层的厚度大于或者等于所述半导体层的厚度。
可选地，所述介质层包括透明导电层和绝缘材料层中的至少一种。
可选地，所述发光二极管还包括：绝缘层、反射镜层和衬底，所述反射镜层、所述绝缘层和所述外延层依次层叠在所述衬底上；所述绝缘层具有露出所述反射镜层的通孔，所述通孔内具有导电材料，所述外延层和所述反射镜层通过所述导电材料电性连接。
可选地，所述通孔在所述衬底上的正投影位于所述电极在所述衬底上的正投影之外。
另一方面，本公开实施例还提供了一种发光二极管的制备方法，所述制备方法包括：提供一外延片，所述外延片包括外延层；在所述外延层的一表面形成电极，所述电极包括：半导体层、金属层和介质层，所述半导体层和所述介质层均位于所述外延层的表面，所述半导体层和所述介质层同层，且所述介质层与所述半导体层的至少部分侧壁相连，所述金属层位于所述半导体层的远离所述外延层的表面和所述介质层远离所述外延层的表面；所述介质层的折射率与所述外延层靠近所述电极的膜层的折射率不同。
可选地，在所述外延层的一表面形成电极包括：在所述外延层的表面形成所述半导体层；在所述外延层的表面形成所述介质层，所述介质层环绕所述半导体层，所述半导体层的所有侧壁均与所述介质层的侧壁相连；在所述半导体层和所述介质层的表面形成所述金属层，所述金属层在所述外延层远离所述电极的表面的正投影的外轮廓，位于所述介质层在所述外延层远离所述电极的表面的正投影之内。
本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
本公开实施例的发光二极管包括外延层和电极，电极的半导体层和介质层均位于外延层的同一表面上，电极的金属层位于半导体层和介质层的表面上。其中，介质层与半导体层的至少部分侧壁相连。即相较于相关技术，介质层替代金属层遮挡半导体层的部分侧壁。
这样当外延层发出的光线射向电极的侧壁时，由于介质层遮挡了半导体层的部分侧壁，光线会率先射向介质层。而介质层的折射率与外延层靠近电极的膜层的折射率不同，就使得入射到介质层的表面的光线会发生反射或折射，而避免光线被金属吸收。反射的光线也能再次经外延层反射并射向发光二极管的出光面，从而提升发光二极管的亮度。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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他的附图。
图1是本公开实施例提供的一种发光二极管的结构示意图；
图2是图1提供的一种A向截面图；
图3是本公开实施例提供的一种发光二极管的制备方法的流程图。
图中各标记说明如下：
10、衬底；
20、外延层；
201、第一半导体层；202、多量子阱层；203、第二半导体层；
30、电极；
301、半导体层；302、金属层；303、介质层；
40、绝缘层；41、通孔；
50、反射镜层；
60、键合层。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
图1是本公开实施例提供的一种发光二极管的结构示意图。图2是图1提供的一种A向截面图。如图1、2所示，该发光二极管包括外延层20和电极30，电极30位于外延层20的一表面上。
如图2所示，电极30包括：半导体层301、金属层302和介质层303，半导体层301和介质层303均位于外延层20的表面，半导体层301和介质层303同层，且介质层303与半导体层301的至少部分侧壁相连，金属层302位于半导体层301远离外延层20的表面和介质层303的远离外延层20的表面。
其中，介质层303的折射率与外延层20靠近电极30的膜层的折射率不同。
本公开实施例的发光二极管包括外延层20和电极30，电极30的半导体层301和介质层303均位于外延层20的同一表面上，电极30的金属层302位于半导体层301和介质层303的表面上。其中，介质层303与半导体层301的至少部分侧壁相连。即相较于相关技术，介质层303替代金属层302遮挡半导体层301的部分侧壁。
参见图2中箭头所示的光路，这样当外延层20发出的光线射向电极30的侧壁时，由于介质层303遮挡了半导体层301的部分侧壁，光线会率先射向介质层303。而介质层303的折射率与外延层20靠近电极30的膜层的折射率不同，就使得入射到介质层303的表面的光线会发生反射(参见图2中左侧箭头示意的光路)，反射的光线也能再次经外延层20反射并射向发光二极管的出光面，从而提升发光二极管的亮度；同时，参见图2中右侧箭头示意光路，还会存在光线折射到介质层303内，在介质层内改变光线的方向，从介质层303的侧壁出射，也能避免部分光线入射后射向金属层而被吸收，提升发光二极管的亮度。
本公开实施例中，外延层可以包括依次层叠的第一半导体层201、多量子阱层202和第二半导体层203。
其中，半导体层301位于第二半导体层203的表面上，且半导体层301的导电类型与第二半导体层203的导电类型相同。
例如，第二半导体层203为n型层时，半导体层301也可以是n型层，且半导体层301中的Si掺杂浓度高于第二半导体层203中的Si掺杂浓度。
可选地，金属层302可以包括Au层、Ag层等。
可选地，如图1、2所示，金属层302在外延层20的远离电极30的表面的正投影的外轮廓，位于介质层303在外延层20的远离电极30的表面的正投影之内。
在本公开实施例中，通过将金属层302的外边缘设置成不超过介质层303的外边缘，以使得金属层302不会覆盖在介质层303的侧壁上。这样当光线射向介质层303时，即使是射向介质层303的侧壁的光线也不会被金属层302遮挡吸收，能让更多的光线被反射，从而提升发光二极管的亮度。
可选地，如图2所示，介质层303环绕半导体层301，半导体层301的所有侧壁均与介质层303的侧壁相连。
示例性地，如图1所示，电极30呈长条状，半导体层301也呈长条状，介质层303环绕包覆长条状的半导体层301。因此，介质层303也呈长条状，且介质层303中部具有凹槽以填充半导体层301，实现介质层303环绕半导体层301，并与半导体层301的侧壁相连的目的。
上述实现方式中，通过让介质层303环绕包覆半导体层301，使得从各个方位射向半导体层301的侧壁的光线都能被介质层303接收，最大程度地反射射向半导体层301的侧壁的光线，提升发光二极管的亮度。
可选地，如图2所示，介质层303的宽度L1与金属层302的宽度L2的比值为0.1至0.4。
其中，介质层303的宽度是指在平行于外延层20的表面，且垂直于电极30的长度方向上的尺寸。金属层302的宽度方向与介质层303的宽度方向相同。
如图2所示，介质层303的宽度为半导体层301一侧(左侧或右侧)的部分介质层303的宽度。
示例性地，如图1所示，电极30呈长条状，介质层303的宽度方向与电极30的长度方向垂直。
本公开实施例中，控制介质层303的宽度与金属层302的宽度的比值在上述范围内，能避免介质层303的宽度设置过小，而导致不能反射从电极30下方射向介质层303底面的大部分光线；还能避免介质层303的宽度设置过大，而导致半导体层301的宽度设置过小，使得电极30与外延层20的接触面积过小，影响电流注入效率。
示例性地，介质层303的宽度与金属层302的宽度的比值为0.3。这样位于半导体层301两侧的介质层303的总宽度占金属层302的宽度的0.6，而半导体层301的宽度占金属层302的0.4。
可选地，介质层303的厚度H1大于或等于半导体层301的厚度。
通过将介质层303的厚度设置成大于或等于半导体层301的厚度，使介质层303能尽可能地完全包覆半导体层301的侧壁，最大程度地反射射向半导体层301的侧壁的光线，提升发光二极管的亮度。
示例性地，当介质层303的厚度大于半导体层301的厚度时，半导体层301和介质层303远离外延层20的表面会形成凹凸结构，这样金属层302覆盖在半导体层301和介质层303的表面时，金属层302会与凹凸结构嵌入配合，从而提升金属层302和半导体层301、介质层303的连接可靠性，避免金属层302轻易从半导体层301上松脱。
可选地，介质层303包括透明导电层和绝缘材料层中的至少一种。
示例性地，透明导电层可以是氧化铟锡层或氧化铟锌层。
氧化铟锡层和氧化铟锌层与外延层20的粘附性较高，因此，采用氧化铟锡层或氧化铟锌层作为透明导电层，能有效提升电极30和外延层20的连接可靠性。
其中，氧化铟锡层和氧化铟锌层均具有良好的透射率和低电阻率，采用氧化铟锡层或氧化铟锌层作为介质层303能提升电流的注入效果，且减少光线被吸收的量。
示例性地，绝缘材料层可以是SiOx层、TiOx层、TaOx层和AlOx层。
可选地，介质层303的厚度为10nm至500nm。示例性地，介质层303的厚度可以是100nm。
可选地，如图2所示，发光二极管还包括：绝缘层40、反射镜层50和衬底10，反射镜层50、绝缘层40和外延层20依次层叠在衬底10上。
如图1、2所示，绝缘层40具有露出反射镜层50的通孔41，通孔41内具有导电材料，外延层20和反射镜层50通过导电材料电性连接。
可选地，导电材料包括氧化铟锡和氧化铟锌中的至少一种。
示例性地，位于通孔41内的导电材料均可以是氧化铟锡层或氧化铟锌层。
本公开实施例中，通过在外延层20远离衬底10的一侧设置反射镜层50，能让外延层20发出的光在反射镜层50位置反射，以让更多的光线从外延层20远离衬底10的表面出射，提升发光亮度。
示例性地，反射镜层50包括金属材料层。例如，金属材料层可以是Ag、Au等具有良好反射效果的金属材料制作的膜层。
可选地，衬底为硅衬底或碳化硅衬底。衬底可以为平片衬底，也可以为图形化衬底。
作为示例，本公开实施例中，衬底为硅衬底。硅衬底散热性能优于GaAs，常用衬底，技术成熟且成本低。
本公开实施例中，如图2所示，外延层20包括依次层叠的第一半导体层201、多量子阱层202和第二半导体层203。反射镜层50通过通孔41与第一半导体层201连接。
其中，第一半导体层201和第二半导体层203中的一个为p型层，第一半导体层201和第二半导体层203中的另一个为n型层。
作为一种示例，第一半导体层201为p型层。第二半导体层203为n型层，位于外延层20远离衬底10的表面的电极30为n型电极30。
可选地，第一半导体层201为p型AlInP层。p型AlInP层的厚度可为0.5μm至3μm。
可选地，多量子阱层202包括交替生长的AlGaInP量子阱层和AlGaInP量子垒层。其中，多量子阱层202可以包括交替层叠的3至8个周期的AlGaInP量子阱层和AlGaInP量子垒层。
作为示例，本公开实施例中，多量子阱层202包括交替层叠的5个周期的AlGaInP量子阱层和AlGaInP量子垒层。
可选地，多量子阱层202的厚度可以为150nm至200nm。
可选地，第二半导体层203为n型AlGaInP层。n型AlGaInP层的厚度可为0.5μm至3μm。
本公开实施例中，在硅衬底远离外延层20的侧面也可以设置电极，在电极通电后，电流会通过硅衬底传递至反射镜层50。由于绝缘层40绝缘，因此在绝缘层40上设置通孔41，在通孔41内填充导电材料，得以让反射镜层50与导电材料形成欧姆接触，让电流能通过反射镜层50传递至外延层20。
可选地，如图1、2所示，通孔41在衬底10上的正投影位于电极30在衬底10上的正投影之外。
本公开实施例中，外延层20远离衬底10的表面为出光面，而电极30会遮挡光线，因此，将通孔41设置在不与电极30相对的位置，能将电流更多地传递至外延层20中不与电极30相对的区域，这样就使得外延层20中不与电极30相对的区域的发光强度更高，从而提升发光二极管的发光效果。
示例性地，如图1所示，通孔41阵列排布。设置多个间隔分布的通孔41让电流通过通孔41内的导电材料均匀地传递至外延层20的各处区域，提升发光二极管的发光效果。
图3是本公开实施例提供的一种发光二极管的制备方法的流程图。该方法用于制备图1至2所示的发光二极管。如图3所示，该制备方法包括：
S11：提供一外延片。
其中，外延片包括外延层20。
S12：在外延层20的一表面形成电极30。
其中，电极30包括：半导体层301、金属层302和介质层303，半导体层301和介质层303均位于外延层20的表面，半导体层301和介质层303同层，且介质层303与半导体层301的至少部分侧壁相连，金属层302位于半导体层301的远离外延层20的表面和介质层303远离外延层20的表面；介质层303的折射率与外延层20靠近电极30的膜层的折射率不同。
本公开实施例的发光二极管包括外延层20和电极30，电极30的半导体层301和介质层303均位于外延层20的同一表面上，电极30的金属层302位于半导体层301和介质层303的表面上。其中，介质层303与半导体层301的至少部分侧壁相连。即相较于相关技术，介质层303替代金属层302遮挡半导体层301的部分侧壁。
这样当外延层20发出的光线射向电极30的侧壁时，由于介质层303遮挡了半导体层301的部分侧壁，光线会率先射向介质层303。而介质层303的折射率与外延层20靠近电极30的膜层的折射率不同，就使得入射到介质层303的表面的光线会发生反射或折射，而避免光线被金属吸收。反射的光线也能再次经外延层20反射并射向发光二极管的出光面，从而提升发光二极管的亮度。
步骤S11可以包括以下几步：
第一步，提供一生长衬底。
其中，生长衬底可以是GaAs片。
第二步，在生长衬底上依次形成外延层20和绝缘层40。
本公开实施例中，外延层20可以包括：第一半导体层201、多量子阱层202、第二半导体层203。
在生长衬底上形成外延层20时具体可以包括：在GaAs片上生长第二半导体层203、多量子阱层202和第一半导体层201。
本公开实施例中，第一半导体层201为p型层，第二半导体层203为n型层。
可选地，第一半导体层201为p型AlInP层。p型AlInP层的厚度可为0.5μm至3μm。
可选地，多量子阱层202包括交替生长的AlGaInP量子阱层和AlGaInP量子垒层。其中，多量子阱层202可以包括交替层叠的3至8个周期的AlGaInP量子阱层和AlGaInP量子垒层。
作为示例，本公开实施例中，多量子阱层202包括交替层叠的5个周期的AlGaInP量子阱层和AlGaInP量子垒层。
可选地，多量子阱层202的厚度可以为150nm至200nm。
可选地，第二半导体层203为n型AlGaInP层。n型AlGaInP层的厚度可为0.5μm至3μm。
其中，绝缘层40远离生长衬底的具有露出外延层20的通孔41，通孔41内填充有导电材料，通孔41靠近衬底10的一端的孔径小于通孔41远离衬底10的一端的孔径。
第三步，在绝缘层40上形成反射镜层50。
其中，反射镜层50位于绝缘层40远离生长衬底的表面和通孔41内的导电材料上。
制作反射镜层50可以包括：在绝缘层40上形成金属材料层。
形成金属层时，可以采用沉积的方式在透明导电层的表面形成金属材料层，然后低温退火。
其中，金属材料层可以是Ag、Au等具有良好反射效果的金属材料制作的膜层。
第四步，在反射镜层50远离外延层20的一侧形成键合层60，将反射镜层50键合至衬底10上，并去除生长衬底。
步骤S12可以包括以下几步：
第一步，在外延层20的表面形成半导体层301。
具体可以包括：在外延层20远离衬底10的表面旋涂光刻胶，曝光，显影，在光刻胶上做出具有凹槽的图形，然后在凹槽内蒸镀金属材料，接着，剥离光刻胶，形成的半导体层301。
第二步，在外延层20的表面形成介质层303。
其中，介质层303环绕半导体层301，半导体层301的所有侧壁均与介质层303的侧壁相连。
具体可以包括：在外延层20远离衬底10的表面沉积介质层303，然后旋涂光刻胶，曝光，显影在介质层303上形成露出半导体层301的凹槽。
第三步，在半导体层301和介质层303的表面形成金属层302。
其中，金属层302在外延层20远离电极30的表面的正投影的外轮廓，位于介质层303在外延层20远离电极30的表面的正投影之内。
具体可以包括：在外延层20远离衬底10的表面旋涂光刻胶，曝光，显影，在光刻胶上做出具有露出介质层303和半导体层301的凹槽的图形，然后在凹槽内蒸镀金属材料，接着，剥离光刻胶，形成的金属层302。
在步骤S12之后还包括：在硅衬底上制作电极；最后，形成钝化层，进行切割工艺，制成单颗芯粒。
以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种发光二极管，其特征在于，所述发光二极管包括外延层(20)和电极(30)，所述电极(30)位于所述外延层(20)的一表面；
所述电极(30)包括：半导体层(301)、金属层(302)和介质层(303)，所述半导体层(301)和所述介质层(303)均位于所述外延层(20)的表面，所述半导体层(301)和所述介质层(303)同层，且所述介质层(303)与所述半导体层(301)的至少部分侧壁相连，所述金属层(302)位于所述半导体层(301)的远离所述外延层(20)的表面和所述介质层(303)远离所述外延层(20)的表面；
所述介质层(303)的折射率与所述外延层(20)靠近所述电极(30)的膜层的折射率不同。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述金属层(302)在所述外延层(20)的远离所述电极(30)的表面的正投影的外轮廓，位于所述介质层(303)在所述外延层(20)的远离所述电极(30)的表面的正投影之内。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述介质层(303)环绕所述半导体层(301)，所述半导体层(301)的所有侧壁均与所述介质层(303)的侧壁相连。
4.根据权利要求1至3任一项所述的发光二极管，其特征在于，所述介质层(303)的宽度(L1)与所述金属层(302)的宽度(L2)的比值为0.1至0.4，所述电极(30)呈条状，所述介质层(303)的宽度方向垂直于所述电极(30)的长度方向，且平行于所述外延层(20)的表面，所述介质层(303)的宽度方向与所述金属层(302)的宽度方向相同。
5.根据权利要求1至3任一项所述的发光二极管，其特征在于，所述介质层(303)的厚度(H1)大于或者等于所述半导体层(301)的厚度。
6.根据权利要求1至3任一项所述的发光二极管，其特征在于，所述介质层(303)包括透明导电层和绝缘材料层中的至少一种。
7.根据权利要求1至3任一项所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管还包括：绝缘层(40)、反射镜层(50)和衬底(10)，所述反射镜层(50)、所述绝缘层(40)和所述外延层(20)依次层叠在所述衬底(10)上；
所述绝缘层(40)具有露出所述反射镜层(50)的通孔(41)，所述通孔(41)内具有导电材料，所述外延层(20)和所述反射镜层(50)通过所述导电材料电性连接。
8.根据权利要求7所述的发光二极管，其特征在于，所述通孔(41)在所述衬底(10)上的正投影位于所述电极(30)在所述衬底(10)上的正投影之外。
9.一种发光二极管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供一外延片，所述外延片包括外延层；
在所述外延层的一表面形成电极，所述电极包括：半导体层、金属层和介质层，所述半导体层和所述介质层均位于所述外延层的表面，所述半导体层和所述介质层同层，且所述介质层与所述半导体层的至少部分侧壁相连，所述金属层位于所述半导体层的远离所述外延层的表面和所述介质层远离所述外延层的表面；所述介质层的折射率与所述外延层靠近所述电极的膜层的折射率不同。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在所述外延层的一表面形成电极包括：
在所述外延层的表面形成所述半导体层；
在所述外延层的表面形成所述介质层，所述介质层环绕所述半导体层，所述半导体层的所有侧壁均与所述介质层的侧壁相连；
在所述半导体层和所述介质层的表面形成所述金属层，所述金属层在所述外延层远离所述电极的表面的正投影的外轮廓，位于所述介质层在所述外延层远离所述电极的表面的正投影之内。
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|---|---|---|---|
| CN202311653694.4A CN117936676A (zh) | 2023-12-05 | 2023-12-05 | 改善电极吸光的发光二极管及其制备方法 |
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2023
- 2023-12-05 CN CN202311653694.4A patent/CN117936676A/zh active Pending
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