一种多单元式的发光二极管的制作方法

1.本实用新型涉及一种发光装置，具体涉及一种多个单元的发光二极管及其制作方法。


背景技术：

2.随着半导体技术的不断发展，led芯片以节能、高亮、耐久性高、寿命长、轻巧等优势占据照明、显示两大领域的主导地位。高电压led芯片解决多晶封装的可靠性问题，并减少电压转换的能源损失。高压(hv)led芯片在芯片制作阶段，将外延层分割成大量高压led芯片，而每个高压led芯片内包含若干独立的芯粒单元，它们串联起来构成高压发光二极管。与传统led相比，高电压led减少了封装阶段焊线次数，其具有简单稳定的电路设计、较高的电压转换效率、较低的能源损耗等优点，凭借自由调节电压与电流并有效简化led驱动电路设计及封装有效提升了光输出效率。
3.发光二极管具有寿命长、体积小、发热度小以及耗电量低等优点；多单元式的发光二极管则具备高功率、封装成本低、容易配合应用需求制成极小元件的优势，已被广泛地应用于家电产品以及家用照明光源。
4.如附图1～3中给出了现有的多单元串接式二极管元件；图1为现有的多单元式发光二极管的光罩图，图2现有的多单元式发光二极管俯视结构图，图3 为图2沿a-a线剖开的侧面剖视图：包含一透明基板101、多个发光二极管单元11(包括11a和11b)以二维方向延伸，紧密排列形成于透明基板101上，每一个发光二极管单元的外延叠层包含一缓冲层111、第二半导体层112、一发光层113、以及第一半导体层114。通过部分刻蚀多个发光二极管单元外延叠层至第二半导体层112形成第二平台。由于基板101不导电，因此于多个发光二极管单元外延叠层之间由刻蚀形成沟槽至基板101露出，可使各光二极管单元 11a与11b彼此绝缘。接着，再分别于相邻的发光二极管单元的第二平台122 以及第一平台124上形成一导电配线层140，包含第一电极141、第二电极142、以及连接多个发光二极管单元11的连接电极144。如图2所示，第一电极141与第二电极142分别各自又包含第一焊盘12a和第一扩展条12b与第二焊盘13a 和第二扩展条13b，分别形成于相邻发光二极管单元的透明导电层130与第二平台122之上，协助电流均匀分散流入外延叠层中。通过连接电极14，将第一发光二极管单元11a上的第二平台122以及第二发光二极管单元11b上的透明导电层130进行相连，使得多个发光二极管单元11之间形成串联或并联的电路连接。位于沟槽10的连接电极结构14下方，制作绝缘层120，作为相邻发光二极管单元11间的电性绝缘。绝缘层120通常配合导电配线层140的形状向外扩展3微米到15微米间，于一个多单元发光二极管上形成非连续面结构。该芯片制作工艺通常至少包括第二半导体层112刻蚀(mesa)露出第二平台122、绝缘沟槽10刻蚀露出基板110、制作电流阻挡层120、制作透明导电层130(例如ito)、制作导电配线层140和制作保护层150六道工艺。
5.基于上述叙述，本实用新型在此基础上提供了一种多单元式的发光二极管及其制作方法。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供一种多单元式的发光二极管，通过在导电配线层之前做保护层，使得保护层一方面保护发光二极管不受破坏，另一方面又可直接作为电流阻挡层，用于各单元间连接条下方的电流隔离，以及抑制扩展条下方的电流过注入，增加透明导电层的电流扩散；通过在mesa光刻之前进行iso 光刻，使得mesa与ito可以一道光刻完成，实现4道光刻完成高压产品，大幅降低生产成本，提高生产效率。
7.本实用新型采用以下技术方案解决上述技术问题的：
8.一种多单元式的发光二极管，包括：
9.基板，以及设置在基板同侧表面上的n个单元的外延叠层；
10.其中，n≥2且n为正整数，所述外延叠层自下而上依次包括第二半导体层、发光层和第一半导体层；且每个单元皆包括露出第一半导体层表面的第一平台和露出第二半导体层表面的第二平台；
11.透明导电层，形成于所述每个单元的第一平台之上；
12.导电配线层，包括第一电极、第二电极与连接电极，与所述第一半导体层形成电性连接；
13.保护层，设置在所述导电配线层下方；所述保护层形成于每个单元的第一平台和第二平台之上，并分别在每个单元的透明导电层和第二平台之上设置至少一个以上的保护层通孔，露出所述每个单元的透明导电层和第二平台；且所述保护层覆盖每个单元，形成于每个单元的第一平台和第二平台及单元间沟槽之上，为一个连续不间断的膜层。
14.进一步地，所述发光二极管还包括：
15.第一电极，经由第一发光二极管单元的透明导电层的保护层通孔和第一发光二极管单元所述的第一半导体层形成电性连接；
16.第二电极，经由第n个单元的第二平台的保护层通孔和第n个单元的所述第二半导体层形成电性连接；
17.连接电极，由数量为n-1个连接条所组成，所述每个连接条分别经由第m 个单元的第二平台的保护层通孔和第m 1个单元的透明导电层的保护层通孔，将所述第m个单元的第二半导体层和所述第m 1个单元的第一半导体层形成电性连接，其中n-1≥m≥1且m为正整数。
18.进一步地，所述第一电极下方结构包括自发光层依序往上分别为第一半导体层、透明导电层、保护层，其中，保护层的折射率n0小于透明导电层的折射率n1。
19.进一步地，所述第一电极和第二电极均具有焊盘部和扩展条。
20.进一步地，所述第一电极由第一焊盘和第一扩展条所组成，所述第一焊盘和第一扩展条分别经由不同的保护层通孔和所述第一半导体层形成电性连接，且第一焊盘和第一扩展条的电性相连接；所述第二电极由第二焊盘和第二扩展条所组成，所述第二焊盘和第二扩展条分别经由不同的保护层通孔和所述第二半导体层形成电性连接，且第二焊盘和第二扩展条的电性相连接。
21.进一步地，所述保护层在所述第一电极与第二电极的焊盘部下方的开口的面积小于所述第一电极与第二电极的焊盘部的面积。
22.进一步地，所述基板的材质包括蓝宝石、铝酸锂、氧化锌、磷化镓、玻璃、有机高分
子板材、氮化铝、砷化镓、硅、碳化硅和类钻石碳中的一种或几种。
23.进一步地，所述缓冲层、第二半导体层，发光层，以及第一半导体层的材质包括镓、铝、铟、砷、磷、氮和硅中的一种或几种。
24.进一步地，所述保护层的材质包括氧化铝、氧化硅、氮化铝、氮化硅、二氧化钛和五氧化二钽中的一种或几种。
25.这种多单元式的发光二极管的制作方法，步骤包括：
26.(1)在基板上形成外延叠层，自下而上依次包括缓冲层、第二半导体层、发光层和第一半导体层；
27.(2)以光刻工艺技术刻蚀形成每一个发光二极管单元第二半导体层的暴露区域，称为第二平台；
28.(3)以光刻工艺技术选择性移除部分外延叠层，暴露出底层基板，此处称为沟槽，以在基板上形成分开排列的多个发光二极管单元，彼此互相电性绝缘；
29.(4)透明导电层形成在露出的第一平台之上；
30.(5)半导体保护层形成在透明导电层上并在电极的对应位置形成开口；覆盖范围包括：透明导电层、第一平台、第二平台、沟槽底部与侧壁以及第一平台侧壁。
31.进一步地，步骤还包括：
32.(1)在基板上形成外延叠层，自下而上依次包括缓冲层、第二半导体层、发光层和第一半导体层；
33.(2)沉积ito：在第二半导体层112上以溅射或者蒸镀的方式沉积氧化铟锡
34.(3)进行mesa光刻；之后利用ito湿法腐蚀形成透明导电层；
35.(4)icp刻蚀mesa：icp刻蚀形成每一个发光二极管单元第二半导体层的暴露区域，此处称为第二平台，做为后续导电配线层的形成平台；
36.(5)半导体保护层形成在透明导电层上并在电极的对应位置形成开口；覆盖范围包括：透明导电层、第一平台、第二平台、沟槽底部与侧壁以及第一平台侧壁。
37.本实用新型的优点在于：
38.1、本实用新型提供的多单元的发光二极管先形成保护层，再形成导电配线层，该保护层一方面可作为复合式电流阻挡层，用于抑制导电配线层下方的电流过注入，增加电流扩散距离；另一方面又可保护发光二极管不受破坏，兼具了保护层的效果；
39.2、本实用新型提供的多单元的发光二极管先形成保护层，再形成导电配线层，可减少第二半导体平台露出面积，得到较多的发光层面积，提升发光量；
40.3、电极下方的保护层与透明导电层堆叠的顺序，与现有的发光二极体顺序不同，从发光层依序往上为第一半导体层、透明导电层、保护层，形成折射率逐渐往上变小的抗反射结构，可有效大面积减少内部光反射，增加取光效率；
41.4、本实用新型提供的多单元发光二极管的制作方法，首先将绝缘层和保护层合为一道工艺，再将mesa和tcl层合为一道光刻，简化工艺流程，大幅降低生产成本；
42.5、本实用新型提供的多单元发光二极管的制作方法，所形成的保护层为一个连续膜层，改良了现有工艺需要定义出各单元间的保护层图形(图2中的15) 时，由于湿刻所造成的过刻蚀情形，造成量率及品质较差的问题。
附图说明
43.本实用新型揭示一种多单元式的发光二极管元件结构，为了使本实用新型的叙述更加详尽与完备，请参照下列附图来对本实用新型进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。此外，附图数据是描述概要，非按比例绘制。
44.图1是现有的多单元式发光二极管光罩图；
45.图2现有的多单元式发光二极管俯视结构图；
46.图3为图2沿a-a线剖开的侧面剖视图；
47.图4为本实用新型实施例1的发光二极管光罩图；
48.图5为实施例1中芯片俯视结构图；
49.图6是沿图5a-a线剖开的侧面剖视图；
50.图7为本实用新型实施例2的发光二极管光罩图；
51.图8为实施例2中芯片俯视结构图；
52.图9是沿图8a-a线剖开的侧面剖视图。
53.其中，101、基板；111、缓冲层；112、第二半导体层；113、发光层；114 、第一半导体层；
54.10、沟槽；11、发光二极管单元；12a、第一焊盘；12b、第一扩展条；13a 、第二焊盘；13b、第二扩展条；120、绝缘层；122、第二平台；124、第一平台；130、透明导电层；140、导电配线层；141、第一电极；142、第二电极； 144、连接电极；150、保护层。
具体实施方式
55.下面结合具体实施方式对本实用新型做进一步说明，以下实施例旨在说明本实用新型而不是对本实用新型的进一步限定。以下实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
56.本实用新型提供了一种多单元式的发光二极管，包括：
57.基板，以及设置在基板同侧表面上的n个单元的外延叠层；
58.其中，n≥2且n为正整数，所述外延叠层自下而上依次包括第二半导体层、发光层和第一半导体层；且每个单元皆包括露出第一半导体层表面的第一平台和露出第二半导体层表面的第二平台；
59.透明导电层，形成于所述每个单元的第一平台之上；
60.导电配线层，包括第一电极、第二电极与连接电极，与所述第一半导体层形成电性连接；
61.保护层，设置在所述导电配线层下方；所述保护层形成于每个单元的第一平台和第二平台之上，并分别在每个单元的透明导电层和第二平台之上设置至少一个以上的保护层通孔，露出所述每个单元的透明导电层和第二平台；且所述保护层覆盖每个单元，形成于每个单元的第一平台和第二平台及单元间沟槽之上，为一个连续不间断的膜层；
62.第一电极，经由第一发光二极管单元的透明导电层的保护层通孔和第一发光二极管单元所述的第一半导体层形成电性连接；
63.第二电极，经由第n个单元的第二平台的保护层通孔和第n个单元的所述第二半导
体层形成电性连接；
64.连接电极，由数量为n-1个连接条所组成，所述每个连接条分别经由第m 个单元的第二平台的保护层通孔和第m 1个单元的透明导电层的保护层通孔，将所述第m个单元的第二半导体层和所述第m 1个单元的第一半导体层形成电性连接，其中n-1≥m≥1且m为正整数。
65.其中，所述第一电极下方结构包括自发光层依序往上分别为第一半导体层、透明导电层、保护层，其中，保护层的折射率n0小于透明导电层的折射率n1；
66.所述第一电极和第二电极均具有焊盘部和扩展条；所述第一电极由第一焊盘和第一扩展条所组成，所述第一焊盘和第一扩展条分别经由不同的保护层通孔和所述第一半导体层形成电性连接，且第一焊盘和第一扩展条的电性相连接；所述第二电极由第二焊盘和第二扩展条所组成，所述第二焊盘和第二扩展条分别经由不同的保护层通孔和所述第二半导体层形成电性连接，且第二焊盘和第二扩展条的电性相连接；所述保护层在所述第一电极与第二电极的焊盘部下方的开口的面积小于所述第一电极与第二电极的焊盘部的面积。
67.另外，所述基板的材质包括但不限于蓝宝石、铝酸锂、氧化锌、磷化镓、玻璃、有机高分子板材、氮化铝、砷化镓、硅、碳化硅和类钻石碳中的一种或几种；所述缓冲层、第二半导体层，发光层，以及第一半导体层的材质包括但不限于镓、铝、铟、砷、磷、氮和硅中的一种或几种；所述保护层的材质包括但不限于氧化铝、氧化硅、氮化铝、氮化硅、二氧化钛和五氧化二钽中的一种或几种。
68.下面用具体的实施例来具体说明这种多单元式的发光二极管的制作方式：
69.实施例1
70.参照图4-6，显示了依据本实用新型的实施例的一种多单元发光二极管的制作方法，所制作出的多单元发光二极管具有较佳的光输出效率，及较简化的工艺流程；
71.图4为本实用新型实施例1的发光二极管光罩图，图5为芯片俯视结构图，图6是沿图5a-a线剖开的侧面剖视图；
72.该发光二极管包括：一基板101，其上设置n个单元的发光外延层，其中n ≥2且n为正整数；在本实施例的图示中，为了简化图示，图4中给出了n＝3 的三单元式发光二极管。
73.所述发光外延层，自下而上依次包括缓冲层111、第二半导体层112、发光层113和第一半导体层114。
74.其中，每个单元皆包括露出第一半导体层114表面的第一平台124和露出第二半导体层112表面的第二平台122；
75.本实用新型提供的多单元式发光二极管的制作方法，步骤包括：
76.首先，以传统的外延成长制作工艺，在一成长基板101上形成一外延叠层，外延层自下而上依次包括缓冲层111、第二半导体层112、发光层113和第一半导体层114，其中基板101的材质为蓝宝石；
77.接着，以光刻工艺技术刻蚀形成每一个发光二极管单元第二半导体层112 的暴露区域，此处称为第二平台122，做为后续导电配线层的形成平台。
78.之后，再以光刻工艺技术选择性移除部分外延叠层，暴露出底层基板，此处称为沟槽10，以在基板上形成分开排列的多个发光二极管单元，彼此互相电性绝缘。
79.透明导电层130形成在露出的第一平台124之上，以溅镀(sputtering)，蒸镀等技
术沉积。
80.接着，保护层150形成在透明导电层130上并在电极的对应位置形成了开口121a～f，以化学气相沉积方式(cvd)、物理气相沉积方式(pvd)、溅镀 (sputtering)等技术沉积，覆盖范围如图6所示；具体覆盖范围包含：透明导电层130、第一平台124、第二平台122、沟槽10底部与侧壁、第一平台侧壁，即覆盖整个元件，具备为外延层的保护功能与相邻发光二极管单元11间的电性绝缘目的；
81.此时在其开口上方形成第一焊盘12a、第一扩展条12b和第二焊盘13a、第二扩展条13b；其中第一焊盘12a和第一扩展条12b分别通过环状开口121a、121b 与透明导电层接触，第二焊盘13a和第二扩展条13b位于第二平台之上，分别透过开口121d与开口121c和第二平台接触。
82.导电配线层140，形成在保护层150之上，构成第一电极141、第二电极 142与连接电极144。
83.这些彼此完全分离的连接电极144，一端以单一方向分布的方式配置在11a 单元的第二平台122上，通过保护层开口121d与第二半导体层112接触，电流通过第二半导体层112、发光层113，与第一半导体层114使导电配线层140彼此电性连结；
84.这些在空间上彼此分离的导电配线层140在各单元间形成连接电极144，另一端继续延伸至另一个相邻的发光二极管单元11b的第一半导体层114平台上，通过保护层开口121f与第一半导体层114上的透明导电层130接触，使两个相邻的发光二极管单元11a与11b形成电性串联。
85.在本实施例中，发光外延层形成第一平台124、第二平台122和一系列贯穿第一半导体层114、发光层113的通孔112a，露出第二平台122；保护层150覆盖了该通孔112a的侧壁、透明导电层130、部分第一平台、各单元间沟槽侧壁与沟槽底部露出的基板表面和第二平台，并在第二平台处预留开口121d，第二电极142制作在半导体保护层150的表面上，其中第二电极的焊盘部13a通过开口121d与第二半导体层112接触，扩展条13b通过通孔121c与第二半导体层 112接触。
86.在本实施例中，通过在导电配线层之前做保护层，使得保护层一方面保护发光二极管不受破坏，另一方面又可直接作为电流阻挡层，用于各单元间连接条下方的电流隔离，以及抑制扩展条下方的电流过注入，增加透明导电层的电流扩散；第一电极在焊盘区直接与半导体层接触，有效增加电极与外延层之间的粘附性，可降低打线时电极与附着界面脱落的风险。
87.实施例2
88.参照图7-9，显示了依据本实用新型的实施例的一种多单元发光二极管的制作方法，所制作出的多单元发光二极管具有较佳的光输出效率，及较简化的工艺流程；
89.图7为本实用新型实施例2的发光二极管光罩图，图8为芯片俯视结构图，图9是沿图8a-a线剖开的侧面剖视图；
90.该发光二极管包括：一基板101，其上设置n个单元的发光外延层，其中n ≥2且n为正整数；在本实施例的图示中，为了简化图示，图7中给出了n＝3 的三单元式发光二极管。
91.所述发光外延层，自下而上依次包括缓冲层111、第二半导体层112、发光层113和第一半导体层114。
92.其中，每个单元皆包括露出第一半导体层114表面的第一平台124和露出第二半导体层112表面的第二平台122；
93.本实用新型提供的多单元式发光二极管的制作方法，步骤包括：
94.首先，以传统的外延成长制作工艺，在一成长基板101上形成一外延叠层，外延层自下而上依次包括缓冲层111、第二半导体层112、发光层113和第一半导体层114，其中基板101的材质为蓝宝石；
95.接着，以光刻工艺技术选择性移除部分外延叠层，暴露出底层基板，此处称为沟槽10，以在基板上形成分开排列的多个发光二极管单元，彼此互相电性绝缘。
96.接着，在第二半导体层112上以溅射的方式沉积氧化铟锡；即在mesa光刻前，沉积ito；在其他实施例中，也可以将溅射替换为蒸镀的方式；
97.接着，进行mesa光刻，利用图7中第二幅光罩进行光刻，之后利用ito 湿法腐蚀形成透明导电层130；
98.接着，icp刻蚀mesa，icp刻蚀形成每一个发光二极管单元第二半导体层 112的暴露区域，此处称为第二平台122，做为后续导电配线层的形成平台；
99.接着，半导体保护层150形成在透明导电层130上并在电极的对应位置形成了开口121a～f，以化学气相沉积方式(cvd)、物理气相沉积方式(pvd)、溅镀(sputtering)等技术沉积，覆盖范围如图9所示；具体覆盖范围包含：透明导电层130、第一平台124、第二平台122、沟槽10底部与侧壁、第一平台侧壁，即基本覆盖整个元件，具备为外延层的保护功能与相邻发光二极管单元11间的电性绝缘目的；
100.此时在其开口上方形成第一焊盘12a、第一扩展条12b和第二焊盘13a、第二扩展条13b；其中第一焊盘12a和第一扩展条12b分别通过环状开口121a、121b 与透明导电层接触，第二焊盘13a和第二扩展条13b位于第二平台之上，分别透过环状开口121d与开口121c和第二平台接触。
101.导电配线层140，形成在保护层150之上，构成第一电极141、第二电极142 与连接电极144。
102.这些彼此完全分离的连接电极144，一端以单一方向分布的方式配置在11a 单元的第二平台122上，通过保护层开口121d与第二半导体层112接触，电流通过第二半导体层112、发光层113，与第一半导体层114使导电配线层140彼此电性连结；这些在空间上彼此分离的导电配线层140在各单元间形成连接电极144，另一端继续延伸至另一个相邻的发光二极管单元11b的第一半导体层114平台上，通过保护层开口121f与第一半导体层114上的透明导电层130接触，使两个相邻的发光二极管单元11a与11b形成电性串联。
103.在本实施例中，发光外延层形成第一平台、第二平台和一系列贯穿第一半导体层114、发光层113的通孔112a，露出第二平台；保护层150覆盖了该通孔112a的侧壁、透明导电层130、部分第一平台、各单元间沟槽侧壁与沟槽底部露出的基板表面和第二平台，并在第二平台处预留开口121d，其呈环状，第二电极142制作在半导体保护层150的表面上，其中第二电极的焊盘部13a通过开口121d与第二半导体层112接触，扩展条13b通过通孔121c与第二半导体层 112接触。
104.在本实施例中，上述发光二极管的保护层一方面保护发光二极管不受破坏，另一方面又可直接作为电流阻挡层，用于各单元间连接条下方的电流隔离，以及抑制扩展条下
方的电流过注入，增加透明导电层的电流扩散；
105.在本实例通过在mesa光刻之前进行iso光刻，使得mesa与ito可以一道光刻完成，实现4道光刻完成高压产品，即利用图7中第二幅光罩一次光刻便完成了mesa和ito两次光刻，大幅简化工艺流程，降低生产成本；
106.在本实施例中，第二电极在焊盘区直接与半导体层接触，有效增加电极与外延层之间的粘附性，可降低打线时电极与附着界面脱落的风险。
107.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案；本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换；而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。