CN211957675U - 发光二极管 - Google Patents
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Abstract
公开了一种发光二极管，包括：透明衬底；位于透明衬底上的透明电流扩展层、外延叠层、第一欧姆接触电极层，外延叠层包括依次位于透明电流扩展层上方的第二外延层、有源层和第一外延层，第二外延层覆盖至少部分的透明电流扩展层；绝缘介质层，位于外延叠层和部分第一欧姆接触电极层的表面；第一电极，与暴露的第一欧姆接触电极层部分接触；以及第二电极，与暴露的透明电流扩展层部分接触，透明电流扩展层图案化。本申请设置图案化的透明电流扩展层，既减薄了外延叠层，又满足了透明键合层与外延叠层键合的可靠性需求，并且图案化的透明电流扩展层减少了与第二外延层形成欧姆接触的金属电极的面积，提高了发光二极管的出光效率。
Description
技术领域
本实用新型属于半导体器件技术领域，更具体地，涉及一种发光二极管。
背景技术
发光二极管通过分别在两极注入电子和空穴，进而二者在半导体结区复合产生光子以将电能转换为光能。正装结构的发光二极管中，由于外延叠层中包含吸光材料，使得一部分光被吸收，为了提升出光率，目前常用的为倒装结构的发光二极管。倒装结构的发光二极管采用透明键合技术将外延叠层转移至透明衬底上，把光有效的萃取出来，以提升出光率。
目前倒装结构的发光二极管在透明键合工艺过程中，需要用到化学抛光技术，使得制造过程复杂。现有技术中，透明键合层和透明衬底均采用绝缘材料，以降低键合工艺的复杂度。然而，在上述实施例中，为了实现更好的电流扩展效果，需要增加外延叠层中电流扩展层的厚度，使得制造成本增加，半导体器件稳定性降低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种发光二极管，采用了图案化的透明电流扩展层，提升了出光效率、降低了成本、降低了工艺复杂度。
根据本实用新型提供的一种发光二极管，包括：透明衬底；位于所述透明衬底上的透明电流扩展层、外延叠层、第一欧姆接触电极层，所述外延叠层包括依次位于所述透明电流扩展层上方的第二外延层、有源层和第一外延层，所述第二外延层覆盖至少部分的透明电流扩展层；绝缘介质层，位于所述外延叠层和部分所述第一欧姆接触电极层的表面；第一电极，与暴露的所述第一欧姆接触电极层部分接触；以及第二电极，与暴露的所述透明电流扩展层部分接触；其中，所述透明电流扩展层图案化。
可选地，所述透明电流扩展层的图案为对称图形。
可选地，所述对称图形包括田字形、U型、环形、日字形、目字形中的一种或多种组合。
可选地，所述透明电流扩展层的图案为非对称图形。
可选地，所述透明电流扩展层位于所述第一欧姆接触电极投影以外的区域。
可选地，所述透明电流扩展层的表面积为所述第二外延层表面积的10％至90％。
可选地，所述透明电流扩展层的表面积为所述第二外延层表面积的15％至30％。
可选地，所述透明电流扩展层包括氧化铟锡层、铟掺杂氧化锌层、铝掺杂氧化锌层、镓掺杂氧化锌层、氟掺杂氧化锌层中的至少一种。
可选地，所述透明电流扩展层包括透明导电氧化物层形成的叠层。
可选地，所述叠层的每一层包括氧化铟锡层、铟掺杂氧化锌层、铝掺杂氧化锌层、镓掺杂氧化锌层、氟掺杂氧化锌层中的一种。
可选地，所述叠层之间包括银纳米薄膜层。
可选地，所述透明电流扩展层的厚度为80纳米至1000纳米。
可选地，所述透明电流扩展层在可见光波段的平均透射率大于90％。
可选地，所述透明电流扩展层中的方块电阻小于10欧姆/sq。
可选地，还包括：透明键合层，位于所述透明衬底与所述透明电流扩展层和所述第二外延层之间，所述绝缘介质层覆盖暴露的所述透明键合层的表面。
可选地，所述透明键合层为可见光透过率大于92％的热固性材料层。
可选地，所述第二外延层未被所述透明电流扩展层覆盖的表面为粗化表面。
可选地，所述第二外延层与所述透明电流扩展层的掺杂类型不同，所述第一外延层与所述第一欧姆接触电极层的掺杂类型相同，所述第一外延层与所述第二外延层的掺杂类型不同。
可选地，所述透明电流扩展层的掺杂浓度为1E18atom/cm3至9E21atom/cm3。
可选地，所述透明电流扩展层的掺杂浓度为5E19atom/cm3至5E20atom/cm3。
可选地，所述第一外延层的掺杂类型为N型，所述第二外延层的掺杂类型为P型。
可选地，所述第二外延层的厚度为0.1微米至10微米。
可选地，所述第二外延层的厚度为0.5微米至3微米。
可选地，所述第一外延层和所述第二外延层为三五族化合物半导体材料层。
可选地，所述透明衬底为蓝宝石。
可选地，所述第二电极依次贯穿所述第一外延层、所述有源层和所述第二外延层。
根据本实用新型实施例的发光二极管，采用了图案化的透明电流扩展层，既减薄了外延叠层，又满足了透明键合层与外延叠层键合的可靠性需求。进一步地，采用图案化的透明电流扩展层能够增加导电路径和导电性，可以替代第二外延层的作用，使第二外延层的厚度减薄，降低了芯片制作的工艺难度。并且图案化的透明电流扩展层面积较小，能够保证透明电流扩展层以外区域的第二外延层与透明键合层的键合可靠性。另外，由于导电性的提高，可以减小原本与第二外延层接触的金属电极的面积，从而减少金属界面吸光，提高二极管的出光效率，同时降低了成本。
并且外延叠层与透明衬底之间采用热固性透明键合层进行键合，降低了键合工艺的复杂度。
附图说明
通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出根据本实用新型第一实施例的发光二极管的结构截面图；
图2至图11示出根据本实用新型第一实施例的发光二极管在制造过程中不同阶段的截面图；
图12a示出根据本实用新型第一实施例的发光二极管在形成一种透明电流扩展层后的半导体结构俯视图；图12b示出根据本实用新型第一实施例的发光二极管在形成又一种透明电流扩展层后的半导体结构俯视图；图12c示出根据本实用新型第一实施例的发光二极管在形成又一种透明电流扩展层后的半导体结构俯视图；图12d示出根据本实用新型第一实施例的发光二极管在形成又一种透明电流扩展层后的半导体结构俯视图；图12e示出根据本实用新型第一实施例的发光二极管在形成又一种透明电流扩展层后的半导体结构俯视图；
图13a示出根据本实用新型第一实施例的发光二极管在第二外延层表面形成粗化表面后的一种半导体结构俯视图；图13b示出根据本实用新型第一实施例的发光二极管在第二外延层表面形成粗化表面后的又一种半导体结构俯视图；图13c示出根据本实用新型第一实施例的发光二极管在第二外延层表面形成粗化表面后的又一种半导体结构俯视图；图13d示出根据本实用新型第一实施例的发光二极管在第二外延层表面形成粗化表面后的又一种半导体结构俯视图；图13e示出根据本实用新型第一实施例的发光二极管在第二外延层表面形成粗化表面后的又一种半导体结构俯视图；
图14示出根据本实用新型第二实施例的发光二极管的结构截面图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本实用新型的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
本实用新型可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
图1示出根据本实用新型第一实施例的发光二极管的结构截面图。
本实施例的发光二极管200以倒装GaAs基发光二极管为例进行说明。如图1所示，发光二极管200从下至上包括透明衬底102，透明键合层205，透明电流扩展层204，第二外延层203，有源层202，第一外延层201，第一欧姆接触电极层206，以及绝缘介质层207。其中，第二外延层203，有源层202，第一外延层201组成外延叠层。绝缘介质层207覆盖发光二极管200暴露的表面且将第一欧姆接触电极层206的至少部分表面以及透明电流扩展层204的至少部分表面暴露。具体地，绝缘介质层207覆盖隔离槽401侧壁和部分第一欧姆接触电极层206的表面，以及外延叠层暴露的表面。
发光二极管200还包括与第一欧姆接触电极层206接触的第一电极502，以及贯穿第一外延层201、有源层202、第二外延层203并到达透明电流扩展层204的第二电极501。
进一步地，透明衬底102为蓝宝石，透明键合层205为热固性材料。
进一步地，透明电流扩展层204位于第一欧姆接触电极206投影以外的区域，并且图案化的透明电流扩展层204的表面积为第二外延层203表面积的10％至90％。优选地，图案化的透明电流扩展层204的表面积为第二外延层203表面积的15％至30％。
进一步地，图案化的透明电流扩展层204均匀分布。透明电流扩展层204的图案为对称图形或者非对称图形。在一种实施例中，如图12a所示，图案化的透明电流扩展层204位于第二外延层203的边缘向内缩进一定距离的区域，并且图案化的透明电流扩展层204为“U型”形状。在替代的实施例中，如图12b所示，图案化的透明电流扩展层204仅为上述实施例中图案化的透明电流扩展层204的一部分。在替代的实施例中，如图12c所示，图案化的透明电流扩展层204位于第二外延层203的边缘向内缩一定距离的区域，并且图案化的透明电流扩展层204为环形。在替代的实施例中，如图12d所示，图案化的透明电流扩展层204位于第二外延层203的边缘向内缩一定距离的区域，并且图案化的透明电流扩展层204为“目”字形状。在替代的实施例中，如图12e所示，图案化的透明电流扩展层204位于第二外延层203的边缘向内缩一定距离的区域，并且图案化的透明电流扩展层204为“田”字形状。
图2至图11示出根据本实用新型第一实施例的发光二极管在制造过程中不同阶段的截面图，图12a至图12e示出根据本实用新型第一实施例的发光二极管在形成透明电流扩展层204后的半导体结构俯视图，图13a至图13e示出根据本实用新型第一实施例的发光二极管在第二外延层表面形成粗化表面后的半导体结构俯视图。其中，图3为沿图12a-12e中AA线的剖视图，图4为沿图13a-13e中AA线的剖视图。
如图2所示，提供一生长衬底101，该生长衬底101例如为GaAs基底，之后在生长衬底101上形成外延叠层，该外延叠层包括从下至上依次形成的第一外延层201、有源层202以及第二外延层203。进一步地，第一外延层201和第二外延层203分别为不同掺杂类型，第一外延层201的掺杂类型为第一掺杂类型，第二外延层203的掺杂类型为第二掺杂类型，优选地，第一掺杂类型为N型，第二掺杂类型为P型。其中，第一外延层201和第二外延层203例如为三五族化合物半导体材料层，有源层202例如为量子阱结构。第二外延层203的厚度为0.1微米至10微米，优选地，第二外延层203的厚度为0.5微米至3微米。
接着，如图3所示，在第二外延层203上沉积透明电流扩展层204。进一步地，例如采用磁控溅射法或蒸发法或脉冲激光沉积法在第二外延层203上沉积透明电流扩展层204，该透明电流扩展层204的掺杂浓度为1E18atom/cm3至9E21atom/cm3，该透明电流扩展层204的掺杂类型为第一掺杂类型。优选地，该透明电流扩展层204的掺杂浓度为5E19atom/cm3至5E20atom/cm3。之后采用光刻工艺将透明电流扩展层204图案化。透明电流扩展层204在可见光波段的平均透射率大于90％，方块电阻小于10欧姆/sq。图案化的透明电流扩展层204的表面积为第二外延层203表面积的10％至90％。优选地，图案化的透明电流扩展层204的表面积为第二外延层203表面积的15％至30％。其中，透明电流扩展层204包括氧化铟锡层、铟掺杂氧化锌层、铝掺杂氧化锌层、镓掺杂氧化锌层、氟掺杂氧化锌层的至少一种。在优选的实施例中，透明电流扩展层204包括透明导电氧化物层形成的叠层结构，所述叠层的每一层包括氧化铟锡层、铟掺杂氧化锌层、铝掺杂氧化锌层、镓掺杂氧化锌层、氟掺杂氧化锌层的一种，所述叠层之间包括银纳米薄膜层。其中，透明电流扩展层204的厚度为80纳米至1000纳米。
进一步地，如图12a所示，图案化的透明电流扩展层204位于第二外延层203的边缘向内缩一定距离的区域，并且图案化的透明电流扩展层204为“U型”形状。在替代的实施例中，如图12b所示，图案化的透明电流扩展层204仅为上述实施例中图案化的透明电流扩展层204的一部分。在替代的实施例中，如图12c所示，图案化的透明电流扩展层204位于第二外延层203的边缘向内缩一定距离的区域，并且图案化的透明电流扩展层204为环形。在替代的实施例中，如图12d所示，图案化的透明电流扩展层204位于第二外延层203的边缘向内缩一定距离的区域，并且图案化的透明电流扩展层204为“目”字形状。在替代的实施例中，如图12e所示，图案化的透明电流扩展层204位于第二外延层203的边缘向内缩一定距离的区域，并且图案化的透明电流扩展层204为“田”字形状。
接着，如图4所示，对暴露在外的第二外延层203表面进行粗化处理。进一步地，先采用光刻工艺形成保护图形以避免图案化的透明电流扩展层204被粗化溶液腐蚀。例如采用PS小球做掩模，通过湿法刻蚀粗化第二外延层203的暴露表面以得到粗糙表面，以便在后续的键合工艺中提升与透明键合层的粘附性。在如图12a所示的实施例中，粗化后的第二外延层203的表面801如图13a所示。在如图12b所示的实施例中，粗化后的第二外延层203的表面801如图13b所示。在如图12c所示的实施例中，粗化后的第二外延层203的表面801如图13c所示。在如图12d所示的实施例中，粗化后的第二外延层203的表面801如图13d所示。在如图12e所示的实施例中，粗化后的第二外延层203的表面801如图13e所示。
接着，如图5所示，在第二外延层203和透明电流扩展层204上形成透明键合层205。进一步地，在图案化的透明电流扩展层204上和第二外延层的粗化表面上旋涂热固性材料以形成透明键合层205。透明键合层205的可见光透过率大于92％。
接着，如图6所示，通过透明键合层205将透明衬底102与外延叠层键合在一起。进一步地，在高温高压环境下实现键合，例如在250℃高温、2X10-1Pa压强的环境中，向键合物施加1000千克力持续30分钟，通过透明键合层205将透明衬底102与外延叠层键合在一起。其中，透明衬底102例如为蓝宝石。
接着，如图7所示，去除生长衬底101，并在第一外延层201的表面设置第一欧姆接触电极层206。进一步地，将键合后的半导体结构倒置，并采用湿法蚀刻去除掉生长衬底101以使得第一外延层201远离有源层202的表面暴露。接着在第一外延层201暴露的表面形成第一欧姆接触电极层206。
接着，如图8所示，形成贯穿外延叠层到达透明电流扩展层204表面的通孔301。进一步地，采用干法蚀刻形成依次贯穿第一外延层201、有源层202、第二外延层203的通孔301，通过通孔301使得透明电流扩展层204的至少部分暴露。
接着，如图9所示，形成隔离槽以将透明衬底102上方的半导体叠层隔离成多个发光二极管器件。进一步地，采用干法蚀刻依次贯穿外延叠层、透明键合层205以形成到达透明衬底102键合表面的隔离槽401(图中仅示出隔离槽的一部分)。
接着，如图10所示，在每个隔离开的发光二极管结构表面形成绝缘介质层。进一步地，绝缘介质层207覆盖如上述步骤得到的半导体结构暴露的表面。具体地，绝缘介质层207覆盖隔离槽401侧壁、第一欧姆接触电极层206、第一外延层201暴露的表面，以及通孔301的侧壁和底部。
接着，如图11所示，形成到达第一欧姆接触电极层206的通孔302以及去除通孔301底部的绝缘介质层以暴露至少部分透明电流扩展层204。
之后，设置第一电极和第二电极分别与第一欧姆接触电极层206和透明电流扩展层204电连接。如图1所示，设置第一电极502通过通孔302与第一欧姆接触电极层206接触，设置第二电极501通过通孔301与透明电流扩展层204接触。其中，第一电极502和第二电极501为覆晶封装的金属焊盘，分别作为发光二极管的两个电极。
图14示出根据本实用新型第二实施例的发光二极管的结构截面图。
本实施例的发光二极管600以正装发光二极管为例进行说明。如图14所示，发光二极管600从下至上包括透明衬底102，透明键合层605，透明电流扩展层604，覆盖部分透明电流扩展层604的第二外延层603，有源层602和第一外延层601，覆盖部分第一外延层601的第一欧姆接触电极层606，以及绝缘介质层607。其中，第二外延层603，有源层602，第一外延层601组成外延叠层。绝缘介质层607覆盖发光二极管600暴露的表面且将第一欧姆接触电极层606的至少部分表面以及透明电流扩展层604的至少部分表面暴露。具体地，绝缘介质层607覆盖隔离槽701侧壁、部分第一欧姆接触电极层606的表面、外延叠层暴露的表面、部分透明电流扩展层604暴露的表面以及部分透明键合层605暴露的表面。
发光二极管600还包括与第一欧姆接触电极层606接触的第一电极902，以及与透明电流扩展层604接触且电连接的的第二电极901。
上述用于制造本实用新型的发光二极管的制造方法简单、成本低，并且可以大规模量产。
依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。
Claims (26)
1.一种发光二极管，其特征在于，包括：
透明衬底；
位于所述透明衬底上的透明电流扩展层、外延叠层、第一欧姆接触电极层，所述外延叠层包括依次位于所述透明电流扩展层上方的第二外延层、有源层和第一外延层，所述第二外延层覆盖至少部分的所述透明电流扩展层；
绝缘介质层，位于所述外延叠层和部分所述第一欧姆接触电极层的表面；
第一电极，与暴露的所述第一欧姆接触电极层部分接触；以及
第二电极，与暴露的所述透明电流扩展层部分接触；
其中，所述透明电流扩展层图案化。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述透明电流扩展层的图案为对称图形。
3.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述对称图形包括田字形、U型、环形、日字形、目字形中的一种或多种组合。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述透明电流扩展层的图案为非对称图形。
5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述透明电流扩展层位于所述第一欧姆接触电极投影以外的区域。
6.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述透明电流扩展层的表面积为所述第二外延层表面积的10％至90％。
7.根据权利要求6所述的发光二极管，其特征在于，所述透明电流扩展层的表面积为所述第二外延层表面积的15％至30％。
8.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述透明电流扩展层包括氧化铟锡层、铟掺杂氧化锌层、铝掺杂氧化锌层、镓掺杂氧化锌层、氟掺杂氧化锌层中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述透明电流扩展层包括透明导电氧化物层形成的叠层。
10.根据权利要求9所述的发光二极管，其特征在于，所述叠层的每一层包括氧化铟锡层、铟掺杂氧化锌层、铝掺杂氧化锌层、镓掺杂氧化锌层、氟掺杂氧化锌层中的一种。
11.根据权利要求9所述的发光二极管，其特征在于，所述叠层之间包括银纳米薄膜层。
12.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述透明电流扩展层的厚度为80纳米至1000纳米。
13.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述透明电流扩展层在可见光波段的平均透射率大于90％。
14.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述透明电流扩展层中的方块电阻小于10欧姆/sq。
15.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，还包括：
透明键合层，位于所述透明衬底与所述透明电流扩展层和所述第二外延层之间，所述绝缘介质层覆盖暴露的所述透明键合层的表面。
16.根据权利要求15所述的发光二极管，其特征在于，所述透明键合层为可见光透过率大于92％的热固性材料层。
17.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第二外延层未被所述透明电流扩展层覆盖的表面为粗化表面。
18.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第二外延层与所述透明电流扩展层的掺杂类型不同，所述第一外延层与所述第一欧姆接触电极层的掺杂类型相同，所述第一外延层与所述第二外延层的掺杂类型不同。
19.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述透明电流扩展层的掺杂浓度为1E18atom/cm3至9E21 atom/cm3。
20.根据权利要求19所述的发光二极管，其特征在于，所述透明电流扩展层的掺杂浓度为5E19atom/cm3至5E20 atom/cm3。
21.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一外延层的掺杂类型为N型，所述第二外延层的掺杂类型为P型。
22.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第二外延层的厚度为0.1微米至10微米。
23.根据权利要求22所述的发光二极管，其特征在于，所述第二外延层的厚度为0.5微米至3微米。
24.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一外延层和所述第二外延层为三五族化合物半导体材料层。
25.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述透明衬底为蓝宝石。
26.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第二电极依次贯穿所述第一外延层、所述有源层和所述第二外延层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |