CN118136761A

CN118136761A - 发光二极管及其制造方法

Info

Publication number: CN118136761A
Application number: CN202410161249.4A
Authority: CN
Inventors: 王博; 梁志阳
Original assignee: Xiamen Silan Advanced Compound Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Xiamen Silan Advanced Compound Semiconductor Co Ltd
Filing date: 2024-02-04
Publication date: 2024-06-04

Abstract

本发明实施例公开了一种发光二极管及其制造方法，该发光二极管包括透明衬底、键合层、外延层、导光层、反射层、第一电极和第二电极。外延层包括从下到上依次堆叠的第一半导体层、有源层和第二半导体层，外延层中具有凹槽。凹槽设置在第一电极和第二电极之间并具有相对设置的第一侧壁和第二侧壁，第一侧壁靠近第一电极，第二侧壁靠近第二电极。导光层设置在凹槽中并至少覆盖第二侧壁和槽底，反射层避开第一电极和第二电极覆盖外延层和导光层。当发光二极管正向偏置，有源层发光，有源层朝向凹槽方向发出的光射入导光层并沿导光层从槽底一侧射出。本发明实施例通过设置凹槽和设置在凹槽中的导光层，传导射入导光层的光线，提高发光二极管发光效率。

Description

发光二极管及其制造方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种发光二极管及其制造方法。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)已经在很多高效固态照明领域中得到广泛的应用。其中，Micro-LED(微型发光二极管)具有非常广阔的市场潜力，其制备技术成为各大LED厂商的重点研发项目。Micro-LED是指高密度集成的LED阵列，阵列中的LED像素点距离在10微米量级。Micro-LED的工艺路线可基于Mini-LED(次毫米发光二极管)芯片工艺路线进行改进。但是，由于Micro-LED的尺寸较小，其侧壁损伤带来的光效问题一直是Micro-LED技术发展的一大障碍，目前急需一种具有较高发光效率的Micro-LED。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种发光二极管及其制造方法，该发光二极管可以减小侧壁损伤带来的光效问题，提高发光二极管的发光效率。

根据本发明实施例的一方面，提供了一种发光二极管，包括：透明衬底；键合层，位于所述透明衬底上；外延层，位于所述键合层上，所述外延层包括从下到上依次堆叠的第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述第一半导体层和所述第二半导体层的掺杂类型不同，所述外延层内具有凹槽，所述凹槽贯穿第二半导体层和有源层，所述凹槽的槽底位于所述第一半导体层中，所述凹槽具有相对设置的第一侧壁和第二侧壁；导光层，设置在所述凹槽中，所述导光层至少覆盖所述第二侧壁和所述槽底；第一电极，与所述第一半导体层电连接；第二电极，与所述第二半导体层电连接；反射层，避开所述第一电极和所述第二电极覆盖所述外延层和所述导光层；其中，所述凹槽设置在所述第一电极和所述第二电极之间，所述第一侧壁靠近所述第一电极，所述第二侧壁靠近所述第二电极。

进一步地，所述第一半导体层包括从下到上堆叠的第一欧姆接触层和第一限制层，所述第一欧姆接触层包括第一掺杂区和位于所述第一掺杂区中的第二掺杂区，所述第一掺杂区具有第一掺杂浓度，所述第二掺杂区具有第二掺杂浓度，所述第二掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度。

进一步地，所述第二掺杂区向所述透明衬底方向的投影的边界位于所述第二电极向所述透明衬底方向的投影的边界之内。

进一步地，所述第二电极向所述透明衬底方向的投影沿第一方向的中线与所述第二掺杂区向所述透明衬底方向的投影沿第一方向的中线重合，所述第二电极向所述透明衬底方向的投影沿第二方向的中线与所述第二掺杂区向所述透明衬底方向的投影沿第二方向的中线重合。

进一步地，所述第二掺杂区向所述透明衬底方向的投影的面积占所述第二电极向所述透明衬底方向的投影的面积的1/2-1。

进一步地，所述第二掺杂区到所述第一掺杂区靠近所述第一限制层一侧的表面的距离等于所述第二掺杂区到所述第一掺杂区靠近所述透明衬底一侧的表面的距离。

进一步地，所述凹槽的槽底位于所述第一限制层中。

进一步地，所述外延层中具有贯穿所述第二半导体层、所述有源层和所述第一限制层的第一开口，所述第一电极设置在所述第一开口中，所述第一电极穿过所述第一开口与所述第一欧姆接触层连接；所述发光二极管还包括贯穿所述反射层的第二开口，所述第二电极穿过所述第二开口与所述第二半导体层连接。

进一步地，所述发光二极管还包括覆盖所述反射层和所述外延层未被所述反射层覆盖的区域钝化层，所述第一开口和所述第二开口还分别贯穿所述钝化层，所述第一电极通过所述第一开口穿过所述钝化层，所述第二电极通过所述第二开口穿过所述钝化层。

进一步地，所述第一电极远离所述透明衬底的表面和所述第二电极远离所述透明衬底的表面齐平。

进一步地，所述导光层的折射率大于所述外延层的折射率，且所述导光层的折射率大于所述反射层的折射率。

进一步地，所述第一侧壁与所述槽底形成第一夹角，所述第二侧壁与所述槽底形成第二夹角，所述第二夹角大于等于所述第一夹角，所述第一夹角为110°-140°，所述第二夹角为120°-150°。

进一步地，所述导光层还覆盖所述第一侧壁。

进一步地，所述导光层包括氧化钛层，和/或，所述导光层的厚度范围包括50nm～200nm。

根据本发明实施例的另一方面，提供了一种发光二极管的制造方法，包括：在透明衬底上形成外延层，所述外延层包括从下到上依次堆叠的第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述第一半导体层和所述第二半导体层的掺杂类型不同；在所述外延层中形成凹槽，所述凹槽贯穿第二半导体层和有源层，所述凹槽的槽底位于所述第一半导体层中，所述凹槽具有相对设置的第一侧壁和第二侧壁；在所述凹槽中形成导光层，所述导光层至少覆盖所述第二侧壁和所述槽底；形成反射层，所述反射层避开第一电极和第二电极覆盖所述外延层和所述导光层；形成第一电极和第二电极，所述第一电极与所述第一半导体层电连接，所述第二电极与所述第二半导体层电连接；其中，所述凹槽设置在所述第一电极和所述第二电极之间，所述第一侧壁靠近所述第一电极，所述第二侧壁靠近所述第二电极。

进一步地，所述在透明衬底上形成外延层具体包括：提供临时衬底；在所述临时衬底上形成外延层，所述外延层包括从下到上依次堆叠的第二半导体层、有源层和第一半导体层；在所述外延层上形成键合层；通过所述键合层将所述外延层和所述透明衬底键合；去除所述临时衬底。

进一步地，所述第一半导体层包括从下到上堆叠的第一欧姆接触层和第一限制层；所述在所述临时衬底上形成外延层后还包括：在第一欧姆接触层中形成第二掺杂区，剩余的所述第一欧姆接触层作为第一掺杂区，所述第一掺杂区具有第一掺杂浓度，所述第二掺杂区具有第二掺杂浓度，所述第二掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度。

进一步地，所述凹槽的槽底位于所述第一限制层中。

进一步地，在所述凹槽中形成导光层后，在所述形成反射层前还包括：形成第一开口，所述第一开口贯穿所述第二半导体层、所述有源层和所述第一限制层，所述第一电极设置在所述第一开口中，所述第一电极穿过所述第一开口与所述第一欧姆接触层连接；在所述形成反射层后还包括：形成第二开口，所述第二开口贯穿所述反射层，所述第二电极穿过所述第二开口与所述第二半导体层连接。

进一步地，在所述形成反射层后还包括：形成钝化层，所述钝化层覆盖所述反射层和所述外延层未被所述反射层覆盖的区域，所述第一开口和所述第二开口还分别贯穿所述钝化层，所述第一电极通过所述第一开口穿过所述钝化层，所述第二电极通过所述第二开口穿过所述钝化层。

进一步地，所述导光层还覆盖所述第一侧壁。

本发明实施例公开了一种发光二极管及其制造方法，该发光二极管包括透明衬底、键合层、外延层、导光层、反射层、第一电极和第二电极。外延层包括从下到上依次堆叠的第一半导体层、有源层和第二半导体层，外延层中具有凹槽。凹槽设置在第一电极和第二电极之间并具有相对设置的第一侧壁和第二侧壁，第一侧壁靠近第一电极，第二侧壁靠近第二电极。导光层设置在凹槽中并至少覆盖第二侧壁和槽底，反射层避开第一电极和第二电极覆盖外延层和导光层。当发光二极管正向偏置，有源层发光，有源层朝向凹槽方向发出的光射入导光层并沿导光层从槽底一侧射出。本发明实施例通过设置凹槽和设置在凹槽中的导光层，传导射入导光层的光线，提高发光二极管的发光效率。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本发明实施例提供的发光二极管的俯视图；

图2是本发明实施例提供的发光二极管A-A处的剖视图；

图3是本发明实施例提供的发光二极管B-B处的剖视图；

图4是本发明实施例提供的发光二极管的导光层内的光传输示意图；

图5是本发明实施例提供的发光二极管的电流传导示意图；

图6是本发明实施例提供的发光二极管的制造方法的流程图；

图7-图16是本发明实施例提供的发光二极管的不同阶段的示意图。

附图标记说明：

100-透明衬底；110-临时衬底；

200-键合层；300-粗化表面；

400-外延层；410-第一半导体层；411-第一限制层；412-第一欧姆接触层；4121-第一掺杂区；4122-第二掺杂区；420-有源层；430-第二半导体层；431-第二限制层；432-第二欧姆接触层；440-凹槽；441-槽底；442-第一侧壁；443-第二侧壁；450-第一开口；460-第二开口；

500-导光层；600-反射层；

710-第一电极；720-第二电极；

800-钝化层。

具体实施方式

以下基于实施例对本申请进行描述，但是本申请并不仅仅限于这些实施例。在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。为了避免混淆本申请的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

应当明白，当元件或层被称为“在…上”、“与…相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在…上”、“与…直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。

为易于说明，诸如“内”、“外”、“之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等等的空间相关术语在此被用于描述图中例示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。将理解的是，空间相关术语可意欲包含设备在使用或操作中的除图中描绘的方位之外的不同的方位。例如，如果图中的设备被翻转，则被描述为在其它元件或特征“下方”或“之下”的元件于是将被定位为在该其它元件或特征“上方”。因而，示例术语“下方”能包含上方和下方的方位二者。设备可以以其它方式被定向(旋转90度或处于其它方位)，并且在此使用的空间相关描述词应该被相应地解释。

除非上下文明确要求，否则整个申请文件中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在正向偏置的发光二极管中，电流从P型半导体流向N型半导体，电子和空穴在PN结附近相遇并发生复合。复合分为辐射复合和非辐射复合。辐射复合是指载流子的复合过程同时释放出光能。非辐射复合是指载流子的复合过程不产生光能，而是以其他形式的能量损失的方式发生。这种复合过程可能会导致电能以热能或其他形式的能释放出去，而不是以光的形式释放。Micro-LED在刻蚀过程中造成的侧壁损伤会导致严重的侧壁缺陷，侧壁缺陷会增加Micro-LED的非辐射复合，导致发光效率降低和发光均匀性等问题。

图1是本发明实施例提供的发光二极管的俯视图，图2是本发明实施例提供的发光二极管A-A处的剖视图，图3是本发明实施例提供的发光二极管B-B处的剖视图。发光二极管包括透明衬底100、键合层200、外延层400、导光层500、反射层600、第一电极710和第二电极720。其中，键合层200连接透明衬底100和外延层400，优选地，外延层400具有粗化表面300，粗化表面300增加外延层400的出光亮度并增加键合可靠性。外延层400包括在透明衬底100表面从下到上依次堆叠的第一半导体层410、有源层420和第二半导体层430，第一半导体层410具有第一掺杂类型，第二半导体层430具有第二掺杂类型。其中，第一掺杂类型是N型和P型掺杂中的一种，第二掺杂类型是P型和N型掺杂中的一种，第一掺杂类型和第二掺杂类型不同。在本实施例中，第一掺杂类型为P型掺杂，第二掺杂类型为N型掺杂。外延层400内具有凹槽440，凹槽440贯穿第二半导体层430和有源层420，凹槽440的槽底441位于第一半导体层410中，凹槽440具有相对设置的第一侧壁442和第二侧壁443，第一侧壁442靠近第一电极710，第二侧壁443靠近第二电极720。第一电极710与第一半导体层410电连接，第二电极720与第二半导体层430电连接，第一电极710和第二电极720设置在凹槽440两侧。导光层500设置在凹槽440内并至少覆盖凹槽440的槽底441和第二侧壁443。导光层500为非金属氧化物，对凹槽440在刻蚀过程中造成的损伤起到钝化的作用，可以减少发光二极管由于侧壁缺陷带来的非辐射复合。反射层600避开第一电极710和第二电极720覆盖外延层400和导光层500。当第一电极710和第二电极720导通时，有源层420发光，有源层420朝向凹槽440射出的光线射入导光层500，光线在导光层500内传导并从槽底441一侧射出。有源层420射出的远离透明衬底100且不朝向凹槽440方向的光线被反射层600反射向透明衬底100并从透明衬底100一侧射出。

如图1和图13所示，设置在凹槽440内的导光层500覆盖槽底441、第一侧壁442和第二侧壁443。第一侧壁442与槽底441具有第一夹角α，第二侧壁443与槽底441具有第二夹角β。在本实施例中，第一夹角和第二夹角均为钝角，第二夹角大于等于第一夹角。具体地，第一夹角为110°-140°，第二夹角为120°-150°。倾斜设置的第一侧壁442和第二侧壁443可以确保导光层500稳定设置在凹槽440中并贴合第一侧壁442和第二侧壁443。并且，倾斜设置的第二侧壁443可以接收更多的从有源层420发出的光并对这些光进行传导，从而提升发光二极管的发光效率。此外，凹槽440的设置增加了外延层400的表面积，提升了外延层400导通时的散热能力，提高了发光二极管的热稳定性。

进一步地，第一半导体层410包括但不限于从下到上堆叠的第一欧姆接触层412和第一限制层411，第一电极710与第一欧姆接触层412电连接。第二半导体层430包括但不限于从下到上堆叠的第二限制层431和第二欧姆接触层432，第二电极720与第二欧姆接触层432电连接。凹槽440的槽底441设置在第一限制层411中。如图2所示，外延层400周侧具有台阶结构。台阶结构的下台阶为第一欧姆接触层412的表面，台阶结构的上表面为第二欧姆接触层432的表面。此种台阶结构的设置便于后续设置覆盖外延层400的反射层600和钝化层800。

当光线从较高折射率的介质进入较低折射率的介质，入射角大于临界角时，所有的入射光线将被反射而不进入低折射率的介质。折射率不同的介质可以根据上述原理组成光波导结构。在光波导结构中，位于中间的材料的折射率较高，位于周侧的材料的折射率较低，根据上述原理，光波导结构可以将光束引导和控制在光波导结构中进行传播。在本实施例中，导光层500覆盖凹槽440的内壁，导光层500至少覆盖第二侧壁443和槽底441，反射层600覆盖导光层500和外延层400。导光层500的折射率大于外延层400(第一欧姆接触层412、第一限制层411、有源层420、第二限制层431和第二欧姆接触层432)的折射率，并且导光层500的折射率大于反射层600的折射率，从而至少部分外延层400(第二半导体层430、有源层420和第一限制层411)、导光层500和反射层600构成光波导结构，射入导光层500的光在导光层500内进行传播，光的传播路径较短，光经过的介质较少，从而发生折射次数较少，总的光损失较小，有利于提高发光二极管的光萃取效率。

如图4所示，光波导结构可以传播大部分有源层420发出的远离透明衬底100方向的光。有源层420发出的平行有源层420的表面的光线a沿横向射入导光层500后向反射层600方向传播，导光层500的折射率大于反射层600的折射率且入射角大于临界角，光线在导光层500和反射层600的界面发生全反射，发生全反射后的光向槽底441方向射去，并从槽底441射出进入第一半导体层410。有源层420发出的光线b向远离透明衬底100的方向射出，图4中的虚线c沿垂直有源层420的表面的方向延伸，光线b与虚线c的夹角γ可以为10°-20°。光线b穿过第一半导体层410(第一限制层431)射入导光层500，光线向反射层600方向传播，导光层500的折射率大于反射层600的折射率且入射角大于临界角，光线发生全反射并向外延层400射去。导光层500的折射率大于外延层400的折射率且入射角大于临界角，光线在导光层500靠近外延层400的界面发生全反射。随后光线又一次在导光层500与反射层600的界面发生全反射，发生全反射的光线射向槽底441并从槽底441射向透明衬底100。也即，由于导光层500的折射率大于反射层600和外延层400的折射率，光线沿导光层500传输，且最终光线射到槽底441一侧时，入射角小于等于临界角，光线从槽底441一侧向透明衬底100方向射出。图4中的光线a和光线b为可以被光波导结构传输的光的两种极端情况，当有源层420发出的光线位于光线a与光线b的夹角之间，光线即可沿光波导结构传输。换言之，只要朝向远离透明衬底100方向射出并且指向导光层500的光线与有源层420的表面的夹角大于0°小于110°时，该光线可以沿着光波导结构传输。

进一步地，反射层600覆盖外延层400远离透明衬底100一侧的表面和靠近第二电极720一侧的侧壁。如图2所示，靠近第一电极710一侧的有源层420由于上侧的第二半导体层430不与第二电极720电连接，该有源层420无法导通，无法发光，因此无需在靠近第一电极710一侧的外延层400侧壁设置反射层600。在本实施例中，反射层600为分布式布拉格(Distributed Bragg Reflector，DBR)反射镜。DBR反射镜包括交替生长的若干对两种或两种以上的非金属材料，这些材料通常是具有不同折射率的介质材料或光学薄膜，组合后获得对某一光学波段的高反射率。在本实施例中，DBR反射镜的材料为SiO_y和TiO_z，DBR反射镜共包括20-25对交叠的SiO_y和TiO_z材料，每一对交叠的SiO_y和TiO_z材料的总厚度范围为5nm-150nm。导光层500的材料为TiO_x，需要说明的是，导光层500可以选用与反射层600包含的同种氧化钛构成。导光层500的厚度为50nm-200nm。DBR反射镜在反射外延层400发出的光的同时还可以起到绝缘的作用，进一步提升发光二极管的可靠性。

如图4所示，槽底441与第一欧姆接触层412间隔一定距离设置，即槽底441设置于第一欧姆接触层412中。具体地，槽底441和第一欧姆接触层412靠近第一限制层411一侧的表面的距离w为200nm-500nm，从而防止槽底441表面的缺陷态俘获电子，避免减小发光二极管中的电流，进而不会影响发光二极管的光电效率。

为进一步提升发光二极管的电流扩展效率，如图1、图2和图3所示，第一欧姆接触层412包括第一掺杂区4121和位于第一掺杂区4121中的第二掺杂区4122。第一掺杂区4121具有第一掺杂浓度，第二掺杂区4122具有第二掺杂浓度，第二掺杂浓度大于第一掺杂浓度。需要说明的是，在图1中，第二掺杂区4122的位置由点划线框出。第二掺杂区4122向透明衬底100方向的投影的边界位于第二电极720向透明衬底100方向的投影的边界之内。第二掺杂区4122向透明衬底100方向的投影的面积为第二电极720向透明衬底100方向的投影的面积的1/2-1倍，也即，当第二掺杂区4122向透明衬底100方向的投影的面积为m，第二电极720向透明衬底100方向的投影的面积为n时，m最小时等于0.5n，m最大时等于n。优选地，第二电极720向透明衬底100方向的投影沿第二方向(图1中x轴方向)的中线与第二掺杂区4122向透明衬底100方向的投影沿第二方向的中线重合，第二电极720向透明衬底100方向的投影沿第一方向(图1中y轴方向)的中线与第二掺杂区4122向透明衬底100方向的投影沿第一方向的中线重合。如图1所示，图1中的B-B剖线同时与第二电极720向透明衬底100方向的投影沿y轴方向的中线以及第二掺杂区4122向透明衬底100方向的投影沿y轴方向的中线重合。也即，第二掺杂区4122左侧的侧边到第二电极720左侧的侧边的距离等于第二掺杂区4122右侧的侧边到第二电极720右侧的侧边的距离，换言之，第二掺杂区4122沿x轴方向上关于第二电极720居中设置。图1中的A-A剖线与第二电极720向透明衬底100方向的投影沿x轴方向的中线重合，且与第二掺杂区4122向透明衬底100方向的投影沿x轴方向的中线(图1中与第二掺杂区4122相交的虚线)重合。也即，第二掺杂区4122下侧的侧边到第二电极720下侧的侧边的距离等于第二掺杂区4122上侧的侧边到第二电极720上侧的侧边的距离。

并且，第二掺杂区4122到第一掺杂区4121靠近第一限制层411一侧的表面的距离等于第二掺杂区4122到第一掺杂区4121靠近透明衬底100一侧的表面的距离。如图3所示，图3中的虚线分别与第二掺杂区4122沿第一方向(图3中y轴方向)的中线(图3中虚线)以及第一掺杂区4121沿第一方向的中线(图3中虚线)共线。需要说明的是，图3中的虚线为第一掺杂区4121和第二掺杂区4122在厚度方向(图3中z轴方向)上的中线。

如图5所示，当发光二极管导通时，电流从第一电极710向第二电极720方向流动。具体地，电流从第一电极710流入第一欧姆接触层412，电流从第一欧姆接触层412流入第一限制层411、有源层420、第二限制层431、第二欧姆接触层432从而流至第二电极720。但是，当电流过于靠近凹槽440位置时(图5中虚线框出区域)，由于过于靠近刻蚀边界和膜层边界，电子容易被俘获，从而电流传播受到阻碍。在本实施例中，由于设置了掺杂浓度较高的第二掺杂区4122，电流主要沿图5中箭头方向移动，远离刻蚀边界和膜层边界，防止电流聚集，提升电流的扩展性。可选地，当第二电极720向透明衬底100方向的投影沿第二方向的中线与第二掺杂区4122向透明衬底100方向的投影沿第二方向的中线重合，并且第二电极720向透明衬底100方向的投影沿第一方向的中线与第二掺杂区4122向透明衬底100方向的投影沿第一方向的中线重合时，使得电流从第二掺杂区4122流向第二电极720的聚集程度高，电流不易分散，均匀性较好，光电效率高。

在本实施例中，透明衬底100的材料为蓝宝石、石英玻璃其中一种，但不限于此。当发光二极管导通时，发光二极管从背面出光(即从透明衬底100一侧出光)。

进一步地，发光二极管还包括设置在透明衬底100靠近外延层400一侧的键合层200。键合层200为透明高分子粘合材料。在本实施例中先设置临时衬底110，在临时衬底110上依次设置外延层400，将外延层400远离临时衬底110一侧的表面进行粗化处理形成粗化表面300，再使用键合层200连接具有粗化表面300的外延层400和透明衬底100，最后去除临时衬底110。具体地，键合层200可以为聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚醚醚酮树脂、苯并环丁烯树脂等高分子粘合材料，厚度为0.5μm-5μm。设置在外延层400和键合层200之间的粗化表面300可以提高外延层400的出光亮度并增加键合可靠性。

发光二极管还设置钝化层800，钝化层800覆盖反射层600和外延层400未被反射层600覆盖的区域。钝化层800暴露出第一电极710和第二电极720的表面。

如图16所示，发光二极管还具第一开口450和第二开口460。第一开口450贯穿钝化层800、反射层600、第二欧姆接触层432、第二限制层431、有源层420和第一限制层411。第一电极710穿过第一开口450与第一欧姆接触层412连接，从而第一电极710和第一半导体层410电连接。第二开口360贯穿钝化层800和反射层600，第二电极720穿过第二开口460与第二欧姆接触层432连接，从而第二电极720和第二半导体层430电连接。如图2所示，发光二极管中，第一电极710和第二电极720远离透明衬底100的一端的表面齐平。此种结构设置便于后续封装过程中焊球大小的设置，可以缓冲封装时的应力。

图6是本发明实施例提供的发光二极管的制造方法的流程图，发光二极管的形成方法包括如下步骤：

步骤S100、在透明衬底上形成外延层。

步骤S200、在外延层中形成凹槽。

步骤S300、在凹槽中形成导光层。

步骤S400、形成反射层。

步骤S500、形成第一电极和第二电极。

步骤S100，在透明衬底上形成外延层，步骤S100具体包括：

步骤S110、提供临时衬底。

其中，临时衬底110为后续形成的结构提供临时的辅助和支撑。

步骤S120、在临时衬底上形成外延层，如图7所示。

可以采用本领域技术人员所知的任何技术形成外延层400，例如金属有机化学气相沉积工艺(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)、分子束外延工艺、气相外延工艺(Hydride Vapor Phase Epitaxy，HVPE)、等离子体辅助化学气相沉积以及溅射法等方法。

外延层400包括从下到上依次叠置的第二半导体层430、有源层420和第一半导体层410。其中，第二半导体层430包括从下到上依次叠置的第二欧姆接触层432和第二限制层431，第一半导体层410包括从下到上依次叠置的第一限制层411和第一欧姆接触层412。

第二欧姆接触层432采用与临时衬底110晶格匹配的半导体材料，从而保证有源层420生长的晶体质量，进而提高发光二极管的发光效率。可选地，第一半导体层410采用GaP材料，也即，第一限制层411和第一欧姆接触层412均为GaP材料构成。其中，第一限制层411的厚度例如为100nm-5000nm。

步骤S130、在第一欧姆接触层中形成第二掺杂区，如图8所示。

通过离子注入在第一欧姆接触层412中形成高掺杂浓度的区域，高掺杂浓度的区域即为第二掺杂区4122。具体地，在第一欧姆接触层412上涂覆光刻胶，然后通过曝光、显影等一系列步骤固化特定区域光刻胶形成图案化第一掩膜层。对第一欧姆接触层412进行离子注入以形成第二掺杂区4122，通过第一掩膜层控制x轴方向、y轴方向(如图1所示)的离子注入位置，通过离子注入的能量控制z轴方向(如图3所示)的离子注入深度。在离子注入后去除第一掩膜层。

离子注入后，第一欧姆接触层412包括具有第一掺杂浓度的第一掺杂区4121和具有第二掺杂浓度的第二掺杂区4122，第一掺杂区4121和第二掺杂区4122均为GaP构成，二者掺杂类型相同，第二掺杂区4122的掺杂浓度大于第一掺杂区4121的掺杂浓度。可选地，第一掺杂区4121的厚度为500nm-3μm，第一掺杂浓度为5e18/cm³-1e19/cm³；第二掺杂区4122的厚度为200nm-1μm，第二掺杂浓度为8e18/cm³-2e19/cm³。

步骤S140、形成粗化表面，如图9所示。步骤S140具体为：

采用本领域技术人员所知的任何技术对第一欧姆接触层412远离临时衬底110一侧的表面进行表面粗化，优选使用湿法腐蚀工艺。在表面粗化工艺后获得粗化表面300。

步骤S150、在外延层上形成键合层。

键合层200可以采用本领域技术人员所知的任何技术形成。可选地，在粗化表面300上旋涂聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚醚醚酮树脂、苯并环丁烯树脂等高分子聚合物形成键合层200。键合层200的厚度为0.5μm-5μm。

步骤S160、通过键合层将外延层和透明衬底键合，如图10所示。

提供透明衬底100，透明衬底100可采用蓝宝石、石英玻璃等透明材质构成。优选采用高温高压键合，使用键合层200连接透明衬底100和粗化表面300。

步骤S170、去除临时衬底，如图11所示。

翻转步骤S160制成的半导体结构，采用本领域技术人员所知的任何技术去除临时衬底110，例如湿法刻蚀或干法刻蚀。

在一些实施例中，步骤S110和步骤S120之间还包括：

步骤S101、在临时衬底上形成截止层。

截止层可以避免去除临时衬底110时外延层400以及其他结构被腐蚀。使用者还可以根据实际使用场景或需要在临时衬底110和外延层400之间形成其他结构以提升发光二极管的性能。

当临时衬底110上设有截止层，在步骤S170时，需要在去除临时衬底110的同时去除截止层。

在本实施例中，步骤S100和步骤S200之间包括：

步骤S102、形成台阶结构，如图12所示。

在第二欧姆接触层432上涂覆光刻胶，然后通过曝光、显影等一系列步骤固化特定区域光刻胶形成图案化第二掩膜层。采用干法刻蚀工艺刻蚀第二欧姆接触层432、第二限制层431、有源层420和第一限制层411以露出第一欧姆接触层412的表面。在刻蚀结束后去除第二掩膜层，形成切割道。后续将晶圆沿着切割道分隔成多个发光二极管的裸片(die)之后，每个发光二极管的裸片的四周边缘具有台阶结构。台阶结构的下台阶为第一欧姆接触层412的表面，台阶结构的上表面为第二欧姆接触层432的表面。此种台阶结构的设置便于后续设置覆盖外延层400的反射层600和钝化层800。

在本实施例中，步骤S102的执行顺序位于步骤S100和步骤S200之间，在一些实施例中，步骤S102可以在步骤S200后进行。

步骤S200、在外延层中形成凹槽，如图13所示。

在第二欧姆接触层432上涂覆光刻胶，然后通过曝光、显影等一系列步骤固化特定区域光刻胶形成图案化第三掩膜层。采用刻蚀工艺刻蚀、第二欧姆接触层432、第二限制层431、有源层420和部分第一限制层411以露出第一限制层411。在刻蚀结束后去除第三掩膜层，形成凹槽440。凹槽440的第一侧壁442和第二侧壁443均倾斜设置，凹槽440的槽底441平行透明衬底100的表面设置。第一侧壁442与槽底441的夹角α为钝角，第二侧壁443与槽底441的夹角β为钝角。

步骤S300、在凹槽中形成导光层，如图14所示。具体地，步骤S300包括：

步骤S310、沉积第四掩膜层。

具体的，首先涂覆光刻胶，然后通过曝光、显影等一系列步骤固化特定区域光刻胶形成图案化第四掩膜层。

在一些实施例中，在步骤S200的刻蚀工艺后不去除第三掩膜层，直接将第三掩膜层作为第四掩膜层。也即，不需要沉积第四掩膜层。

步骤S320、形成导光材料。

导光材料为TiO_x，具体可以使用TiO₂、Ti₃O₄等。优选使用TiO₂。导光材料可以采用本领域技术人员所知的任何薄膜制备技术形成。优选采用物理气相沉积(Physical VaporDeposition，PVD)或等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，PECVD)形成，也可以采用化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)，例如低温化学气相沉积(Low Temperature Chemical Vapor Deposition，LTCVD)、低压化学气相沉积(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，LPCVD)、快热化学气相沉积(Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition，RTCVD)、原子层沉积(Atomics LayerDeposition，ALD)等方法沉积导光材料。

步骤S330、去除第四掩膜层，如图14所示。

去除第四掩膜层和位于第四掩膜层上的导光材料，形成只设置在凹槽440中的导光层500。

在本实施例中，步骤S300和步骤S400之间包括：

步骤S301、形成第一开口，如图15所示。

在第二欧姆接触层432上涂覆光刻胶，然后通过曝光、显影等一系列步骤固化特定区域光刻胶形成图案化第五掩膜层。采用ICP(Inductively Coupled Plasma，电感耦合等离子体)干法刻蚀技术刻蚀第二欧姆接触层432、第二限制层431、有源层420和第一限制层411以露出第一欧姆接触层412。在刻蚀结束后去除第五掩膜层形成露出第一欧姆接触层412的第一开口450。

步骤S400、形成反射层，步骤S400具体包括：

步骤S410、形成反射材料。

反射材料为20-25对叠置的SiO_y和TiO_z，每一对交叠的SiO_y和TiO_z材料的总厚度范围为5nm-150nm。反射材料可以采用本领域技术人员所知的任何薄膜制备技术形成在第二欧姆接触层432上。优选采用物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)或等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)形成，也可以采用化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)，例如低温化学气相沉积(LowTemperature Chemical Vapor Deposition，LTCVD)、低压化学气相沉积(Low PressureChemical Vapor Deposition，LPCVD)、快热化学气相沉积(Rapid Thermal ChemicalVapor Deposition，RTCVD)、原子层沉积(Atomics Layer Deposition，ALD)等方法沉积反射材料。

步骤S420、形成钝化材料。

钝化材料为SiO_x、SiN_x、SiON、AlO_x的一种或多种，钝化材料的厚度为200nm-500nm。钝化材料可以采用本领域技术人员所知的任何薄膜制备技术形成在反射材料上。优选采用物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)或等离子体增强化学气相沉积(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)形成，也可以采用化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)，例如低温化学气相沉积(Low Temperature ChemicalVapor Deposition，LTCVD)、低压化学气相沉积(Low Pressure Chemical VaporDeposition，LPCVD)、快热化学气相沉积(Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition，RTCVD)、原子层沉积(Atomics Layer Deposition，ALD)等方法蒸镀钝化材料。

步骤S430、形成第一开口和第二开口，如图16所示。

在钝化材料上涂覆光刻胶，然后通过曝光、显影等一系列步骤固化特定区域光刻胶形成图案化第六掩膜层。采用ICP(Inductively Coupled Plasma，电感耦合等离子体)干法刻蚀技术将反射材料和钝化材料刻蚀形成第一开口450和第二开口460，剩余的反射材料和钝化材料形成反射层600和钝化层800。在刻蚀结束后去除第六掩膜层形成露出第一欧姆接触层412的第一开口450和露出第二欧姆接触层432上的第二开口460。

可选地，将第一开口450位于反射层600和钝化层800的侧壁倾斜设置，并将第二开口460侧壁倾斜设置。

在一些实施例中，可以先进行步骤S400中的S410和S420，再进行S301和S430形成第一开口450和第二开口460。

步骤S500、形成第一电极和第二电极，步骤S700具体包括：

步骤S501、沉积第七掩膜层。

具体的，首先涂覆光刻胶，然后通过曝光、显影等一系列步骤固化特定区域光刻胶形成图案化第七掩膜层。

步骤S502、蒸镀金属层。

在第七掩膜层上镀膜形成金属层，部分金属层覆盖在第一开口450上并覆盖从第一开口450中露出的第一欧姆接触层412；另一部分金属层覆盖在第二开口460上并覆盖从第二开口460中露出的第二欧姆接触层432。金属层为Au、Zn、Ge、Ni、Be的一种或多种组合。

步骤S503、去除多余的金属层形成第三电极510和第四电极520，如图1、图2和图3所示。

通过金属剥离技术，剥离去除多余的金属层，剩余的金属层形成第以第一电极710和第二电极720。第一电极710覆盖第一开口450并与从第一开口450中露出的第一欧姆接触层412电连接，第一电极710穿过第一开口450与第一欧姆接触层412连接，从而第一电极710和第一半导体层410电连接。第二电极720穿过第二开口460与第二欧姆接触层432连接，从而第二电极720和第二半导体层430电连接。第一电极710和第二电极720之间不接触。第一电极710和第二电极720的厚度为500nm-1000nm。

S504、对第一电极和第二电极进行退火处理。

对第一电极710和第二电极720进行退火处理，优选采用快速热退火处理(RapidThermal Annealing，RTA)或者炉管退火。退火处理使得第一电极710和第二电极720分别可以与第一欧姆接触层412和第二欧姆接触层432形成良好的欧姆接触。

在一些实施例中，当构成第一电极710和第二电极720的材料无需进行退火处理时，在步骤S503后即可获得第一电极710和第二电极720。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域技术人员而言，本申请可以有各种改动和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种发光二极管，其特征在于，包括：

透明衬底；

键合层，位于所述透明衬底上；

外延层，位于所述键合层上，所述外延层包括从下到上依次堆叠的第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述第一半导体层和所述第二半导体层的掺杂类型不同，所述外延层内具有凹槽，所述凹槽贯穿第二半导体层和有源层，所述凹槽的槽底位于所述第一半导体层中，所述凹槽具有相对设置的第一侧壁和第二侧壁；

导光层，设置在所述凹槽中，所述导光层至少覆盖所述第二侧壁和所述槽底；

第一电极，与所述第一半导体层电连接；

第二电极，与所述第二半导体层电连接；

反射层，避开所述第一电极和所述第二电极覆盖所述外延层和所述导光层；

其中，所述凹槽设置在所述第一电极和所述第二电极之间，所述第一侧壁靠近所述第一电极，所述第二侧壁靠近所述第二电极。

2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一半导体层包括从下到上堆叠的第一欧姆接触层和第一限制层，所述第一欧姆接触层包括第一掺杂区和位于所述第一掺杂区中的第二掺杂区，所述第一掺杂区具有第一掺杂浓度，所述第二掺杂区具有第二掺杂浓度，所述第二掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度。

3.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述第二掺杂区向所述透明衬底方向的投影的边界位于所述第二电极向所述透明衬底方向的投影的边界之内。

4.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于，所述第二电极向所述透明衬底方向的投影沿第一方向的中线与所述第二掺杂区向所述透明衬底方向的投影沿第一方向的中线重合，所述第二电极向所述透明衬底方向的投影沿第二方向的中线与所述第二掺杂区向所述透明衬底方向的投影沿第二方向的中线重合。

5.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于，所述第二掺杂区向所述透明衬底方向的投影的面积占所述第二电极向所述透明衬底方向的投影的面积的1/2-1。

6.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述第二掺杂区到所述第一掺杂区靠近所述第一限制层一侧的表面的距离等于所述第二掺杂区到所述第一掺杂区靠近所述透明衬底一侧的表面的距离。

7.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述凹槽的槽底位于所述第一限制层中。

8.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述外延层中具有贯穿所述第二半导体层、所述有源层和所述第一限制层的第一开口，所述第一电极设置在所述第一开口中，所述第一电极穿过所述第一开口与所述第一欧姆接触层连接；

所述发光二极管还包括贯穿所述反射层的第二开口，所述第二电极穿过所述第二开口与所述第二半导体层连接。

9.根据权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管还包括覆盖所述反射层和所述外延层未被所述反射层覆盖的区域钝化层，所述第一开口和所述第二开口还分别贯穿所述钝化层，所述第一电极通过所述第一开口穿过所述钝化层，所述第二电极通过所述第二开口穿过所述钝化层。

10.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一电极远离所述透明衬底的表面和所述第二电极远离所述透明衬底的表面齐平。

11.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述导光层的折射率大于所述外延层的折射率，且所述导光层的折射率大于所述反射层的折射率。

12.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一侧壁与所述槽底形成第一夹角，所述第二侧壁与所述槽底形成第二夹角，所述第二夹角大于等于所述第一夹角，所述第一夹角为110°-140°，所述第二夹角为120°-150°。

13.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述导光层还覆盖所述第一侧壁。

14.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述导光层包括氧化钛层，和/或，所述导光层的厚度范围包括50nm～200nm。

15.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，包括：

在透明衬底上形成外延层，所述外延层包括从下到上依次堆叠的第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述第一半导体层和所述第二半导体层的掺杂类型不同；

在所述外延层中形成凹槽，所述凹槽贯穿第二半导体层和有源层，所述凹槽的槽底位于所述第一半导体层中，所述凹槽具有相对设置的第一侧壁和第二侧壁；

在所述凹槽中形成导光层，所述导光层至少覆盖所述第二侧壁和所述槽底；

形成反射层，所述反射层避开第一电极和第二电极覆盖所述外延层和所述导光层；

形成第一电极和第二电极，所述第一电极与所述第一半导体层电连接，所述第二电极与所述第二半导体层电连接；

16.根据权利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述在透明衬底上形成外延层具体包括：

提供临时衬底；

在所述临时衬底上形成外延层，所述外延层包括从下到上依次堆叠的第二半导体层、有源层和第一半导体层；

在所述外延层上形成键合层；

通过所述键合层将所述外延层和所述透明衬底键合；

去除所述临时衬底。

17.根据权利要求16所述的制造方法，其特征在于，所述第一半导体层包括从下到上堆叠的第一欧姆接触层和第一限制层；

所述在所述临时衬底上形成外延层后还包括：

在第一欧姆接触层中形成第二掺杂区，剩余的所述第一欧姆接触层作为第一掺杂区，所述第一掺杂区具有第一掺杂浓度，所述第二掺杂区具有第二掺杂浓度，所述第二掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度。

18.根据权利要求17所述的制造方法，其特征在于，所述第二掺杂区到所述第一掺杂区靠近所述第一限制层一侧的表面的距离等于所述第二掺杂区到所述第一掺杂区靠近所述透明衬底一侧的表面的距离。

19.根据权利要求17所述的制造方法，其特征在于，所述第二掺杂区向所述透明衬底方向的投影的边界位于所述第二电极向所述透明衬底方向的投影的边界之内。

20.根据权利要求19所述的制造方法，其特征在于，所述第二电极向所述透明衬底方向的投影沿第一方向的中线与所述第二掺杂区向所述透明衬底方向的投影沿第一方向的中线重合，所述第二电极向所述透明衬底方向的投影沿第二方向的中线与所述第二掺杂区向所述透明衬底方向的投影沿第二方向的中线重合。

21.根据权利要求19所述的制造方法，其特征在于，所述第二掺杂区向所述透明衬底方向的投影的面积占所述第二电极向所述透明衬底方向的投影的面积的1/2-1。

22.根据权利要求17所述的制造方法，其特征在于，所述凹槽的槽底位于所述第一限制层中。

23.根据权利要求17所述的制造方法，其特征在于，在所述凹槽中形成导光层后，在所述形成反射层前还包括：

形成第一开口，所述第一开口贯穿所述第二半导体层、所述有源层和所述第一限制层，所述第一电极设置在所述第一开口中，所述第一电极穿过所述第一开口与所述第一欧姆接触层连接；

在所述形成反射层后还包括：

形成第二开口，所述第二开口贯穿所述反射层，所述第二电极穿过所述第二开口与所述第二半导体层连接。

24.根据权利要求23所述的制造方法，其特征在于，在所述形成反射层后还包括：形成钝化层，所述钝化层覆盖所述反射层和所述外延层未被所述反射层覆盖的区域，所述第一开口和所述第二开口还分别贯穿所述钝化层，所述第一电极通过所述第一开口穿过所述钝化层，所述第二电极通过所述第二开口穿过所述钝化层。

25.根据权利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述第一电极远离所述透明衬底的表面和所述第二电极远离所述透明衬底的表面齐平。

26.根据权利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述导光层的折射率大于所述外延层的折射率，且所述导光层的折射率大于所述反射层的折射率。

27.根据权利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述第一侧壁与所述槽底形成第一夹角，所述第二侧壁与所述槽底形成第二夹角，

所述第二夹角大于等于所述第一夹角，所述第一夹角为110°-140°，所述第二夹角为120°-150°。

28.根据权利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述导光层还覆盖所述第一侧壁。

29.根据权利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述导光层包括氧化钛层，和/或，所述导光层的厚度范围包括50nm～200nm。