发光二极管及其制备方法与流程

1.本发明涉及半导体发光器件技术领域，特别涉及一种发光二极管及其制备方法。


背景技术：

2.随着led(发光二极管)芯片的发展和相关产品的技术更迭，led芯片因其尺寸小、集成度高、响应速度快、热稳定性好能耗低等方面的优势而受到关注，并已在日常生活领域中普及应用，不同领域中涉及芯片的产品对于芯片整体光电性能的要求越来越高。
3.现有的发光二极管制程过程中，在外延结构上制作透明导电层的欧姆接触图形时，需要经过多次的干法刻蚀和湿法刻蚀，工艺复杂且耗时较长。在此过程中，若透明导电层裸露或暴露的时间过长，发光二极管极易产生正向电压过高，进而影响led芯片的整体性能。
4.因此，在发光二极管制程中，如何减少透明导电层裸露或暴露的时间及确保发光二极管正向电压的均匀性，提升发光二极管的可靠性以确保芯片具有稳定的光电性能，已成为本领域的技术人员员亟待解决的技术难题之一。


技术实现要素：

5.本发明一实施例提供一种发光二极管，其至少可包括：外延结构，具有相对的第一表面和第二表面，自第一表面至第二表面包含依次堆叠的第一半导体层、发光层和第二半导体层；若干个透明导电单元,间隔地设置于第一半导体层远离发光层的表面上；保护层，形成于各个透明导电单元上，并包覆各个透明导电单元；绝缘层，形成于保护层上，并露出保护层的部分表面。
6.在一些实施例中，在这些透明导电单元中，相邻两个透明导电单元之间的间距为10μm至40μm。
7.在一些实施例中，透明导电单元的横截面的图形形状为任意形状，可以为规则图形，也可以为非规则图形。当透明导电单元的横截面为圆形时，圆形的直径为10μm至20μm。
8.在一些实施例中，透明导电单元可由具有高透明、高电导率、低接触电阻的氧化物材料构成，可作为第一半导体层的欧姆接触层。透明导电单元的厚度为0埃至500埃，可使得与第一半导体层之间具有良好的电流导通。
9.在一些实施例中，保护层至少为au、cr、ni、pt中的一种。保护层的厚度为100埃至200埃。如此，保护层可对透明导电单元形成有效的包覆，同时可确保透明导电单元具有较佳的电流导通性能。
10.在一些实施例中，保护层与第一半导体层远离发光层的表面之间具有一倾斜角，倾斜角为30度至60度，以对透明导电单元形成完全、良好的包覆。
11.在一些实施例中，透明导电单元在第一半导体层的投影位于保护层在第一半导体层的投影范围内，在第一半导体层远离发光层的表面沿水平方向，透明导电单元的端点与其上的保护层的端点之间的间距为1μm至5μm。
12.在一些实施例中，若干个透明导电单元的总面积为大于第一半导体层远离发光层的总面积的5％。
13.在一些实施例中，绝缘层上设有开孔，可裸露出保护层的部分表面。开孔在第一半导体层的投影位于透明导电单元在第一半导体层的投影范围内。
14.在一些实施例中，发光二极管还可包括基板，外延结构中的第一半导体层可通过键合层与基板相键合。
15.在一些实施例中，绝缘层与键合层之间还可设有镜面反射层。
16.在一些实施例中，发光二极管还可包括：第一电极，设置于基板远离键合层的一侧，且与第一半导体层电性连接；第二电极，设置于第二半导体层远离发光层的一侧，且与第二半导体层电性连接；钝化层，设于第二半导体层上，覆盖第二半导体层远离发光层的一侧表面中未被第二电极覆盖的区域，以及第一半导体层、发光层和第二半导体层的侧壁区域。
17.本发明一实施例提供的一种发光二极管的制备方法，可用于制造具有如前所述结构的发光二极管。发光二极管的制备方法至少可包括以下步骤：生长外延结构，在一生长衬底上依次生长第二半导体层、发光层和第一半导体层，以形成外延结构；制作透明导电层，在第一半导体层远离发光层的表面形成若干个间隔设置的透明导电单元，并在每个透明导电单元形成保护层；制作绝缘层，在保护层上形成绝缘层，并露出保护层的部分表面；转移外延结构，外延结构中第一半导体层一侧通过键合层与一基板相键合，并去除生长衬底。
18.在一些实施例中，在实施所述转移外延结构的步骤前，还可包括以下步骤：绝缘层开孔，在绝缘层中位于保护层的上方设置开孔，开孔处可露出保护层的部分表面；以及设置镜面反射层，于绝缘层上形成镜面反射层，镜面反射层覆盖开孔和绝缘层远离第一半导体层的一侧表面。
19.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，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
20.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地介绍，显而易见地，下面描述中的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。
21.图1为本发明中发光二极管一实施例的剖面示意图；
22.图2为图1中a区域的局部放大示意图；
23.图3为本发明中发光二极管一实施例的制备方法流程示意图；以及图4至图8为本发明中发光二极管一实施例的制备方法过程示意图。
24.附图标记：
25.1-发光二极管；10-基板；11-键合层；12-镜面反射层；20-外延结构；20a-第一表面；20b-第二表面；21-第一半导体层；22-发光层；23-第二半导体层；30-透明导电单元；40-保护层；50-绝缘层；51-开孔；60-第一电极；70-第二电极；80-钝化层；100-生长衬底；d1、d2、d3-间距；α-倾斜角。
具体实施方式
26.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。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。
27.请参阅图1，图1为本发明中发光二极管1一实施例的剖面示意图。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出一种发光二极管1，其至少可包括：外延结构20，及形成于外延结构20上的透明导电单元30、保护层40和绝缘层50。
28.外延结构20可通过有机金属化学气相沉积法(mocvd)、分子束外延(mbe)、氢化物气相沉积法(hvpe)、物理气相沉积法(pvd)或离子电镀方法等方式形成于一衬底上。根据所需制得的发光二极管1功能、用途不同，衬底可以是临时的生长衬底，在外延结构20生长成形后，将外延结构20转移至其它基板或装接衬底上，以进行后续的制程。
29.外延结构20可提供特定中心发射波长的光，例如蓝光、绿光或者红光或者紫光或者紫外光。外延结构20可具有相对的第一表面20a和第二表面20b，自第一表面20a至第二表面20b包含依次堆叠的第一半导体层21、发光层22(或称有源层22、活性层22)和第二半导体层23，第一半导体层21和第二半导体层23的电性相反。
30.在图示实施例中，仅以第一半导体层21为p型半导体层，第二半导体层23为n型半导体层为例进行说明。本发明中并不仅限于此，在其它实施例中，第一半导体层21可以为n型半导体层，第二半导体层23可以为p型半导体层。
31.在图示实施例中，外延结构20中第一半导体层21为p型半导体层，在电源作用下可以向发光层22提供空穴。在一些实施例中，第一半导体层21中p型半导体层包括p型掺杂的氮化物层，磷化物层(如gap)或者砷化物层。p型掺杂的氮化物层，磷化物层或者砷化物层，可包括一个或多个ii族元素的p型杂质。p型杂质可以是mg、zn、be中的一种或其组合。第一半导体层21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。
32.发光层22可以为量子阱结构(quantum well，简称qw)。在一些实施例中，发光层22(或称有源层22、活性层22)可以是由量子阱层与量子势垒层交替地堆叠的多量子阱(multiple quantum wells，简称：mqws)结构。发光层22可以是单量子阱结构，或者是多量子阱结构。在一些实施例中，发光层22可包括gan/algan、inalgan/inalgan、ingan/algan、gainp/algainp、gainp/alinp或ingaas/alingaas等的多量子阱结构。为了提高发光层22的发光效率，可通过在发光层22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。
33.外延结构20中第二半导体层23为n型半导体层，在电源作用下可以向发光层22提供电子。在一些实施例中，第二半导体层23中n型半导体层包括n型掺杂的氮化物层，磷化物层(如algainp)或者砷化物层。n型掺杂的氮化物层可包括一个或多个iv族元素的n型杂质。n型杂质可以是si、ge、sn中的一种或其组合。外延结构20之第二表面20b与第二半导体层23远离发光层22一侧的表面为同一表面。外延结构20的设置不限于此，依据实际需求可以选择其它种类的配设方式。
34.外延结构20之第一表面20a与第一半导体层21远离发光层22一侧的表面为同一表面。第一半导体层21远离发光层22一侧的表面设有透明导电层。在图示实施例中，透明导电层位于外延结构20之第一表面20a上。透明导电层由若干个透明导电单元30组成，这些透明
导电单元30间隔地设置于第一半导体层21(图中为p层)远离发光层22的表面上。
35.在这些透明导电单元30中，相邻两个透明导电单元30之间具有一定的间距d1，如图2所示。依据发光二极管1所涉产品或应用场景的不同，对光学参数的设计要求不同，相邻两个透明导电单元30之间的间距d1为10μm至40μm。在一较佳实施例中，相邻两个透明导电单元30之间的间距d1为20μm至30μm。此时，这些透明导电单元30既可与第一半导体层21之间形成良好的电流导通，又可使得第一半导体层21远离发光层22一侧的表面具有较佳的光学特性。采用这种透明导电层结构设置的发光二极管1可适用用不同类型的产品中，如大电流芯片、大电压芯片、车用产品、照明产品等场景。
36.透明导电单元30(透明导电层)可由具有高透明、高电导率、低接触电阻的氧化物材料构成。例如，透明导电单元可以是氧化铟锡(ito)、氧化铟锌(izo)、氧化锌(zno)、氧化镉锡(cto)、氧化铟(ino)、铟(in)掺杂氧化锌(zno)、铝(al)掺杂氧化锌(zno)、镓(ga)掺杂氧化锌(zno)或者是前述任意组合之一。透明导电单元30可作为第一半导体层21的欧姆接触层，进而确保发光二极管1具有良好的电学特性。透明导电单元30的厚度为0埃至500埃，可使得与第一半导体层21之间具有良好的电流导通及电流扩展性能。在一较佳实施例中，透明导电单元30的厚度为200埃，此时，第一半导体层21上具有足够厚度的欧姆接触层，发光二极管1具有良好的电学特性，同时，透明导电单元30对出光吸收的影响较小，发光二极管1具有良好的发光特性。发光二极管1可广泛适用于以透明导电单元30作为欧姆接触的芯片产品或发光器件。
37.当透明导电单元30承担欧姆接触层的功能时，透明导电单元30可以是具有周期性的图形结构。透明导电单元30的横截面可具有不同的形状，以增大透明导电单元30的横截面积，利于电流的扩散达到均匀分布，降低发光二极管1的正向电压。透明导电单元30的横截面可以为规则图形，如圆形、正方形、长方形，也可以为非规则图形，进而在第一半导体层21区域形成符合发光二极管1整体设计要求的光学特性。在一些实施例中，透明导电单元30的横截面为圆形时，圆形的直径为10μm至20μm。在一些优选的实施例中，透明导电单元30的横截面为圆形时，圆形的直径为10μm至15μm。
38.为了使得若干个透明导电单元30在第一半导体层21区域能达到持续、稳定的光电性能，在各个透明导电单元30上形成有保护层40，以对透明导电单元30进行包覆、保护。如图1所示，保护层40覆盖透明导电单元30的侧壁区域及透明导电单元30远离第一半导体层21一侧的表面。
39.保护层40的材质可以为au、cr、ni、pt中的一种或者这些的任意组合之一。如图所示，在一些实施例中，保护层40的侧壁具有反射功能，可对第一半导体层21发出的光线进行反射，增强发光二极管1的整体光学特性。保护层40的厚度为100埃至200埃。保护层40的设置方式既可对透明导电单元30远离第一半导体层21一侧的表面进行覆盖保护，又可确保透明导电单元30的侧壁区域包覆有足够厚度的保护层40，进而使得透明导电单元30裸露在第一半导体层21区域的部分可被保护层40完全包覆。
40.保护层40对透明导电单元30的有效包覆可确保透明导电单元30具有较佳的电流导通性能，以使电流在第一半导体层21位于外延结构20之第一表面20a均匀扩展、或均匀分布。另外，保护层40对透明导电单元30的完全包覆可使透明导电单元30的厚度能保持稳定，使得发光二极管1在第一半导体层21区域的光电特性可持续、稳定地输出。
41.在一些实施例中，如图2所示，保护层40与第一半导体层21远离发光层22的表面之间具有一倾斜角α，倾斜角α为30度至60度，确保对透明导电单元30的侧壁区域覆盖有足够厚度的保护层。在图示例中，可以理解为，保护层40与外延结构20之第一表面20a之间具有一倾斜角α，倾斜角α为30度至60度。为了使保护层40更好地包覆透明导电单元30的侧壁区域，较佳地，保护层40的侧壁与透明导电单元30的侧壁相平行。图示例中，透明导电单元30第一半导体层21远离发光层22的表面之间所形成的倾斜角也为30度至60度。
42.透明导电单元30在第一半导体层21的投影位于保护层40在第一半导体层21的投影范围内，可以理解为，透明导电单元30在第一半导体层21一侧裸露的区域完全被保护层40所覆盖或包覆。如图2所示，在第一半导体层21远离发光层22的表面(图示例中为外延结构20之第一表面20a)沿水平方向，透明导电单元30的端点与其上的保护层40的端点之间的间距d2为1μm至5μm，以使透明导电单元30的侧壁区域覆盖有足够后厚度的保护层40，在后续的制程中，保护层40对透明导电单元30可长时间维持在有效包覆的状态，防止透明导电单元30的侧壁被刻蚀。在一较佳实施例中，透明导电单元30的端点与其上的保护层40的端点之间的间距d2可以为2μm至3μm。
43.在一些实施例中，若干个透明导电单元30的总面积为大于第一半导体层21远离发光层22的总面积的5％，确保第一半导体层21在外延结构20之第一表面20a可形成良好的电流分布效果。在较佳的实施例中，若干个透明导电单元30的总面积为第一半导体层21远离发光层22的总面积的10％至40％，特别是在大电流的发光二极管1产品中，电流的均匀扩展效果更佳，发光二极管1的正向电压和整体亮度更为均匀。
44.为了进一步保障这些透明导电单元30和保护层40的功能特性的稳定，保护层40上形成有绝缘层50，以对保护层40进行包覆保护。绝缘层50覆盖保护层40的部分表面及填充若干个透明导电单元30之间的间隙。绝缘层50可对透明导电单元30整体形成完整保护，防止透明导电单元30被过度刻蚀，确保发光二极管1中正向电压(vf)的稳定性。
45.绝缘层50还可承担电流阻挡层(ebl)的功能，防止第一半导体层21远离发光层22一侧区域的电流出现拥堵现象，形成均匀分布。绝缘层50也可以承担光反射面的功能，增加第一半导体层21的出光量，提升发光二极管1的发光性能。
46.在图示例中，外延结构20中的第一半导体层21可通过键合层11与一基板10相键合。基板10可含有导电材料。在一些实施例中，绝缘层50与键合层11之间还可设有镜面反射层12，增加发光二极管1的出光强度，提升亮度。绝缘层50上可设有开孔51，可裸露出保护层40的部分表面。镜面反射层12填充绝缘层50上的开孔51并覆盖绝缘层50远离第一半导体层21一侧的表面。
47.发光二极管1对亮度的要求较高时，若透明导电单元30横截面为圆形，开孔51也为圆形，开孔51的直径小于透明导电单元30的直径。开孔51的端点与透明导电单元30的端点之间的间距d3为3μm至8μm。开孔51在第一半导体层21的投影位于透明导电单元30在第一半导体层21的投影范围内。如此，可增大透明导电单元30和保护层40和镜面反射层12的接触面，形成全角反射镜(odr)系统，提升发光二极管1的亮度。发光二极管1对亮度的要求不高时，若透明导电单元30横截面为圆形，开孔51也为圆形，开孔51的直径可大于透明导电单元30的直径，减少透明导电单元30和保护层40和镜面反射层12的接触面。
48.发光二极管1还可包括有第一电极60和第二电极70，且两者之间相互分离。第一电
极60设置于基板10远离键合层11的一侧，且与第一半导体层21电性连接。第二电极70设置于第二半导体层23远离发光层22的一侧，且与第二半导体层23电性连接。第一电极60和第二电极70可由金属材料构成，例如铬(cr)、钛(ti)、钨(w)、金(au)、铝(al)、铟(in)、锡(sn)、镍(ni)、铑(rh)、铂(pt)、锗(ge)、铍(be)、金锗(auge)、金锗镍(augeni)、铍金(beau)、金锌(auzn)等中的一种或者多种的组合。第一电极60和第二电极70可以为单层结构或叠层结构，例如，可以是ti/au、ti/pt/au、cr/au、cr/pt/au、ni/au、ni/pt/au、cr/al/cr/ni/au、au/augeni/au或au/beau/au等。图示例中，第一电极60为p电极，第二电极70为n电极。
49.发光二极管1还可包括钝化层80，以对外延结构20、第二电极70等进行绝缘保护，从而确保发光二极管1整体具有良好的光电性能。钝化层80设置在第二半导体层23上。钝化层80覆盖第二半导体层23远离发光层22的一侧表面中未被第二电极70覆盖的区域，以及第一半导体层21、发光层22和第二半导体层23的侧壁区域。
50.本发明一实施例提供的一种发光二极管1的制备方法，可用于制造具有如前所述结构的发光二极管1。
51.结合图1参阅图3，图3为本发明中发光二极管1一实施例的制备方法流程示意图，不过本发明中的发光二极管1的制备方法、流程不限于图3所示。采用如图1所示的发光二极管1的制备方法获取如图1所示的发光二极管1的制备方法流程说明如下。
52.发光二极管1的制备方法至少可包括以下步骤：生长外延结构20、制作透明导电层、制作绝缘层50、转移外延结构20。在此以图示所示结构的发光二极管1为例阐明本发明中发光二极管1的制备方法各步骤的具体实施过程。
53.步骤s11：生长外延结构20
54.如图4所示，提供一生长衬底100，在生长衬底100的上表面依次生长第二半导体层23、发光层22和第一半导体层21，从而在生长衬底100的上表面长成外延结构20。
55.图示实施例中，生长衬底100为gaas衬底。在gaas衬底100上生长的外延结构20可具有相对的第一表面20a和第二表面20b。外延结构20自第二表面20b至第一表面20a包含依次堆叠的第二半导体层23、发光层22(或称有源层22、活性层22)和第一半导体层21，第二半导体层23为n型半导体层，第一半导体层21为p型半导体层。第一表面20a为第一半导体层21远离发光层22一侧的表面，第二表面20b为第二半导体层23远离发光层22一侧的表面。第一半导体层21中可掺杂有gap,gap可设置于第一半导体层21中邻近外延结构20中第一表面20a的区域。
56.步骤s12：制作透明导电层
57.如图5所示，在步骤s11中所制得的外延结构20中第一半导体层21远离发光层22的表面(图示例中为外延结构20中的第一表面20a)形成若干个间隔设置的透明导电单元30，并在每个透明导电单元30形成保护层40。保护层40可对透明导电单元30中裸露于第一表面20a的区域进行全覆盖，以形成包覆保护。
58.图示例中，第一半导体层21为p型半导体层，若干个间隔设置的透明导电单元30可作为p型半导体层区域的透明导电层，以对p型半导体层区域的电流进行横向扩展，使得发光二极管1中的电流可均匀分布。透明导电单元30可承担欧姆接触层的功能，利于第一半导体层21(p层)区域的电流顺畅导通。
59.步骤s13：制作绝缘层50
60.如图6所示，在完成透明导电层制程后，在外延结构20中的第一表面20a上形成一绝缘层50。绝缘层50覆盖保护层40裸露于第一表面20a的区域及第一半导体层21(p层)位于第一表面20a的一侧未被透明导电单元30和保护层40覆盖的区域。绝缘层50可对第一半导体层21(p层)、保护层40进行覆盖保护，还可承担第一半导体层21(p层)区域电流横向扩展的功能。
61.如图7所示，在一些实施例中，绝缘层50制程后还可包括以下步骤：绝缘层50上设置开孔51及设置镜面反射层12。对绝缘层50中位于保护层40上方对应区域进行刻蚀，形成开孔51以露出保护层40的部分表面，而后于绝缘层50上形成镜面反射层12。镜面反射层12填充开孔51区域和覆盖绝缘层50远离第一半导体层21的一侧表面。镜面反射层12与保护层40相接触，可增加发光二极管1的出光量。
62.在绝缘层50上刻蚀形成开孔51的过程中，透明导电单元30因被保护层40完全包覆而不会被刻蚀，进而确保发光二极管1的正向电压(vf)的稳定性。
63.步骤s14：转移外延结构20
64.在一些实施例中，在步骤s13中所制得的外延结构20中绝缘层50的表面沉积键合层11，并对该键合层11进行平坦化处理。键合层11可以采用透明材料沉积而成，而后采用抛光法对所形成的透明键合层11进行表面平坦处理，确保外延结构20在转移至其它衬底时具有平整或平坦的接触面，进而使得发光二极管1在外延结构20转移时整体的光电性能不受影响。
65.经由键合层11将外延结构20键合于一基板10上，并去除生长衬底100。基板10可以是导电基板、金属基板等，其材质可依据发光二极管1的实际需求情况而选取、确定。图示例中，外延结构20中第一半导体层21一侧通过键合层11与一基板10相键合。
66.如图8所示，在另一些实施例中，绝缘层50的表面设置有镜面反射层12，再于镜面反射层12上沉积形成有键合层11，并对该键合层11进行平坦化处理。外延结构20经由键合层11键合至基板10上，并去除生长衬底100。镜面反射层12设置与否及其厚度，可依据发光二极管1的实际需求情况而确定。
67.在转移外延结构20的制程步骤之后，发光二极管1的制备方法还可包括步骤：设置电极60/70。第一电极60设置于基板10远离键合层11的一侧，且与第一半导体层21电性连接。第二电极70设置于第二半导体层23远离发光层22的一侧，且与第二半导体层23电性连接。第二半导体层23上还可设置有钝化层80。钝化层80覆盖第二半导体层23远离发光层22的一侧表面中未被第二电极70覆盖的区域，以及第一半导体层21、发光层22和第二半导体层23的侧壁区域。钝化层80可对外延结构20、第二电极70等进行绝缘保护，从而确保发光二极管1整体具有良好的光电性能。
68.本发明所提供的一种发光二极管1中，若干个间隔分布的透明导电单元30、保护层40和绝缘层50的设置，可防止透明导电单元30在制程中不被刻蚀且具有足够的厚度，有利于第一半导体层21(p层)区域的电流导通和电流的均匀分布，进而确保发光二极管1中正向电压(vf)的稳定性和均匀性，可降低发光二极管1的制造成本。另外，发光二极管1中，绝缘层50与键合层11之间设置的镜面反射层12可增加发光二极管1的出光量，提升发光二极管1的整体发光性能。本发明所提供的一种发光二极管1的整体设置，可提升发光二极管的可靠性以确保芯片具有近于设计要求的光电性能。
69.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。