具有电流阻挡结构的垂直发光二极管的制作方法
【专利摘要】本实用新型实施例公开了一种具有电流阻挡结构的垂直发光二极管，包括：位于底层的金属衬底；位于金属衬底表面的种子层；位于种子层表面的反射层；位于反射层表面的多个第一电流阻挡结构；位于第一电流阻挡结构背离反射层一侧的外延层，外延层完全覆盖第一电流阻挡结构和反射层；位于外延层表面的电极焊条，电极焊条位于第一电流阻挡结构沿金属衬底至第一电流阻挡结构方向的正上方；位于外延层表面的第二电流阻挡结构，第二电流阻挡结构与第一电流阻挡结构在金属衬底上的投影不交叠；位于第二电流阻挡结构表面的电极焊盘。加强了焊盘区域对应的外延层部分的结构强度，在后续封装打线时，电极焊盘对应的外延层不易断裂，提高了封装良率。
【专利说明】具有电流阻挡结构的垂直发光二极管
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及半导体器件【技术领域】，特别是涉及一种具有电流阻挡结构的垂直发光二极管。
【背景技术】
[0002]近年来，随着半导体技术的飞速发展，发光二极管作为一种重要的半导体器件也取得了长足的进步。其中，GaN基发光二极管具有光电转化率高、寿命长、无污染、响应速度快和功耗低等优点，应用在显示和照明等诸多领域。20世纪90年代，GaN材料的外延技术获得了突破性进展，时至今日，垂直结构的发光二极管成为了 LED研宄的热点。垂直结构发光二极管制造过程需要进行衬底转移，N电极和P电极呈上下分布，电流垂直流过外延层，与传统的正装结构LED相比，具有较好的电流注入效率和导热性能。
[0003]垂直结构发光二极管的N电极一般位于出光面顶部，会遮挡和吸收发光层的光，从而降低了垂直结构发光二极管的光提取效率。现有技术为了解决这个问题，在垂直结构发光二极管中增加了电流阻挡结构，如图1所示，现有技术具有电流阻挡结构的垂直发光二极管包括:金属衬底11、种子层12、反射层13、电流阻挡结构14、P型GaN层15、有源层16、N型GaN层17、N型电极焊条18和N型电极焊盘19，其中P型GaN层15、有源层16和N型GaN层17构成垂直发光二极管的外延层。在外延层的P型GaN层15与反射层13这一P型接触金属层之间插入绝缘材料(如氧化硅、氮化硅等)作为电流阻挡结构14，电流阻挡结构14与N电极的N型电极焊条18和N型电极焊盘19在下方垂直投影的位置和大小大致相当。这种结构减少了 P层电流的垂直扩展，使得该区域内的P层电流得以横向扩展，从而大大改善N电极遮光和吸光的影响。
[0004]但是，上述具有电流阻挡结构的垂直发光二极管的N型GaN层结构强度较低，不利于封装打线，降低了器件良率。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提供一种具有电流阻挡结构的垂直发光二极管，可以有效解决具有电流阻挡结构的垂直发光二极管中N型GaN层结构强度低，不利于封装打线的问题，从而使器件良率显著提高。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型提供了如下技术方案:
[0007]一种具有电流阻挡结构的垂直发光二极管，包括:位于底层的金属衬底；位于所述金属衬底表面的种子层；位于所述种子层表面的反射层；位于所述反射层表面的多个第一电流阻挡结构；位于所述第一电流阻挡结构背离所述反射层一侧的外延层，所述外延层完全覆盖所述第一电流阻挡结构和所述反射层；位于所述外延层表面的电极焊条，所述电极焊条位于所述第一电流阻挡结构沿所述金属衬底至所述第一电流阻挡结构方向的正上方；位于所述外延层表面的第二电流阻挡结构，所述第二电流阻挡结构与所述第一电流阻挡结构在所述金属衬底上的投影不交叠；位于所述第二电流阻挡结构表面的电极焊盘。
[0008]优选的，所述第一电流阻挡结构与所述电极焊条在所述金属衬底上的投影完全重入口 ο
[0009]优选的，所述第二电流阻挡结构与所述电极焊盘在所述金属衬底上的投影完全重入口 ο
[0010]优选的，所述外延层包括:位于所述第一电流阻挡结构背离所述反射层一侧的第一氮化镓层，所述第一氮化镓层完全覆盖所述第一电流阻挡结构和所述反射层；位于所述第一氮化镓层表面的有源层；位于所述有源层表面的第二氮化镓层；其中，所述第一氮化镓层与所述第二氮化镓层的掺杂类型不同。
[0011]优选的，所述第一氮化镓层为P型氮化镓层，所述第二氮化镓层为N型氮化镓层；或，所述第一氮化镓层为N型氮化镓层，所述第二氮化镓层为P型氮化镓层。
[0012]优选的，还包括:位于所述反射层与所述种子层之间的扩散阻挡层。
[0013]与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点:
[0014]本实用新型实施例所提供的具有电流阻挡结构的垂直发光二极管，包括第一电流阻挡结构和第二电流阻挡结构，其中，电极焊条位于第一电流阻挡结构沿金属衬底至第一电流阻挡结构方向的正上方，即第一电流阻挡结构与电极焊条相对应；电极焊盘位于第二电流阻挡结构表面，即第二电流阻挡结构与电极焊盘相对应。由此可见，在本实用新型实施例中，电极焊盘对应的第二电流阻挡结构位于外延层背离所述反射层一侧表面，且第二电流阻挡结构与第一电流阻挡结构在金属衬底上的投影不交叠，即电极焊盘沿电极焊盘至反射层方向的投影对应的外延层区域与反射层之间没有作为电流阻挡结构的绝缘材料，因而在制作电极焊盘时，不需要刻蚀电极焊盘区域对应的外延层，从而使得电极焊盘部分对应的外延层部分厚度不变，加强了焊盘区域对应的外延层部分的结构强度，在后续封装打线时，电极焊盘对应的外延层不易断裂，提高了封装良率。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]为了更清楚地说明本实用新型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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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。
[0016]图1为现有技术具有电流阻挡结构的垂直发光二极管结构示意图；
[0017]图2为本实用新型一种【具体实施方式】所提供的具有电流阻挡结构的垂直发光二极管结构示意图；
[0018]图3为本实用新型一种【具体实施方式】所提供的具有电流阻挡结构的垂直发光二极管的电极俯视图；
[0019]图4为本实用新型一种【具体实施方式】所提供的与图3相对应的垂直发光二极管第一电流阻挡结构俯视图；
[0020]图5为本实用新型一种【具体实施方式】所提供的与图3相对应的垂直发光二极管第二电流阻挡结构俯视图；
[0021]图6为本实用新型一种【具体实施方式】所提供的垂直发光二极管及其外延层结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]正如【背景技术】部分所述，现有技术中的具有电流阻挡结构的垂直发光二极管的N型GaN层结构强度较低，不利于封装打线，降低了器件良率。
[0023]发明人研宄发现，这是因为现有技术中在制作具有电流阻挡结构的垂直发光二极管时，尤其是采用蓝宝石衬底作为生长基衬底的垂直发光二极管，蓝宝石与GaN材料之间可能会出现晶格失配现象，为了消除这种晶格失配现象，需要在蓝宝石上先生长一层缺陷较多的缓冲层，而后再继续生长掺杂浓度较低的低掺杂层，最后再生长高掺杂层。在制作N型电极时，激光剥离后表面直接漏出的即是缺陷较多的缓冲层以及电阻较高、掺杂浓度较低的低掺杂层，而良好的欧姆接触需要金属与高掺杂层才能实现，因而需要刻蚀N型GaN层直至高掺杂层，这减小了 N型GaN层的厚度，降低了 N型GaN层的结构强度，而后续封装过程中，需要在N电极焊盘上进行打线，这就容易使N型GaN层断裂，从而降低器件良率。
[0024]基于上述研宄的基础上，本实用新型实施例提供了一种具有电流阻挡结构的垂直发光二极管，包括:
[0025]位于底层的金属衬底；
[0026]位于金属衬底表面的种子层；
[0027]位于种子层表面的反射层；
[0028]位于反射层表面的多个第一电流阻挡结构；
[0029]位于第一电流阻挡结构背离反射层一侧的外延层，外延层完全覆盖第一电流阻挡结构和反射层；
[0030]位于外延层表面的电极焊条，电极焊条位于第一电流阻挡结构沿金属衬底至第一电流阻挡结构方向的正上方；
[0031]位于外延层表面的第二电流阻挡结构，第二电流阻挡结构与第一电流阻挡结构在金属衬底上的投影不交叠；
[0032]位于第二电流阻挡结构表面的电极焊盘。
[0033]本实用新型实施例所提供的方案，在制作电极焊盘时，不需要刻蚀焊盘对应的外延层部分，从而使得电极焊盘部分对应的外延层部分厚度不变，加强了焊盘区域对应的外延层部分的结构强度，有利于后续的封装打线，提高了封装良率。
[0034]为了使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】做详细的说明。
[0035]在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广。因此本实用新型不受下面公开的【具体实施方式】的限制。
[0036]请参考图2，图2为本实用新型一种【具体实施方式】所提供的具有电流阻挡结构的垂直发光二极管结构示意图。
[0037]在本实用新型的一种【具体实施方式】中，本实用新型所提供的具有电流阻挡结构的垂直发光二极管包括:金属衬底21，位于金属衬底21表面的种子层22，位于种子层22表面的反射层23，位于反射层23表面的第一电流阻挡结构24，第一电流阻挡结构24覆盖反射层23表面的一部分，位于第一电流阻挡结构24和反射层23上方的外延层25，外延层25完全覆盖第一电流阻挡结构24和反射层23，位于外延层25表面的第二电流阻挡结构26，第二电流阻挡结构26和第一电流阻挡结构24在金属衬底21上的投影不交叠，位于外延层25表面的电极焊条27，电极焊条27位于第一电流阻挡结构24沿金属衬底21至第一电流阻挡结构24方向的正上方，即电极焊条27位于第一电流阻挡结构24在外延层25表面的垂直投影位置，位于第二电流阻挡结构26表面的电极焊盘28。
[0038]由于与电极焊条27对应的第一电流阻挡结构24位于外延层25和反射层23之间，在制作电极焊条27时，需要刻蚀掉电极焊条27对应的外延层25部分，而电极焊盘28对应的第二电流阻挡结构26位于外延层25的表面，不需要刻蚀电极焊盘28对应的外延层25部分，即可以实现良好的欧姆接触，从而使得该部分的厚度不变，加强了外延层25焊盘区域的结构强度，在后续的封装打线时，减小了外延层的断裂几率，提高了封装良率。
[0039]在上述实施例的基础上，为了使具有电流阻挡结构的垂直发光二极管更好的工作，本实用新型一个实施例对第一电流阻挡结构和第二电流阻挡结构做了一系列改进，其他部分请参考上述实施例，在此不做赘述。
[0040]请参考图3、图4和图5，图3为本实用新型一种【具体实施方式】所提供的具有电流阻挡结构的垂直发光二极管的电极俯视图；图4为本实用新型一种【具体实施方式】所提供的与图3相对应的垂直发光二极管第一电流阻挡结构俯视图；图5为本实用新型一种【具体实施方式】所提供的与图3相对应的垂直发光二极管第二电流阻挡结构俯视图。
[0041]在本实用新型的一种【具体实施方式】中，第一电流阻挡结构与电极焊条在金属衬底上的投影完全重合，第二电流阻挡结构与电极焊盘在金属衬底上的投影完全重合。
[0042]如图3所示，电极包括电极焊条311和电极焊盘312，在上述任一实施例的基础上，在本实用新型的一个优选实施例中，如图4所示，第一电流阻挡结构33与图3中电极焊条311在金属衬底上的投影完全重合。在上述任一实施例的基础上，在本实用新型的另一个优选实施例中，如图5所示，第二电流阻挡结构32与图3中电极焊盘312在金属衬底上的投影完全重合，但本实用新型对此并不做限定，具体视情况而定。
[0043]第一电流阻挡结构与电极焊条在金属衬底上的投影完全重合后，在整体结构上形成了完整的电流扩散阻挡层，从而起到优化电流扩展的作用。
[0044]在本实施例中，竖直放置上述垂直发光二极管，金属衬底位于最低层，第一电流阻挡结构和第二电流阻挡结构在竖直方向上垂直投影面的面积互补，其投影面积的组合与完整的电极相同，这种互补结构电流阻挡结构起到了单侧全面积的电流阻挡结构作用，即本实用新型第一电流阻挡结构和第二电流阻挡结构的组合起到了现有技术垂直发光二极管电流阻挡结构的作用，即电流注入后会在电极下方沿横向扩散或分布而不是直接沿电极至反射层方向往下扩散或分布，借此减弱电流从聚效应。又由于第二电流阻挡结构位于外延层表面，不需要刻蚀第二电流阻挡结构对应的外延层区域，使得外延层结构强度得到增加，有利于后续封装打线，提尚封装良率。
[0045]需要说明的是，图3、图4和图5并不是对应图2的俯视图，在本实用新型实施例中，并不对电极焊条和电极焊盘的具体数量和位置做限定，只需要保证电极焊条和第一电流阻挡结构相对应，电极焊盘和第二电流阻挡结构相对应即可，具体视情况而定。
[0046]请参考图6，图6为本实用新型一种【具体实施方式】所提供的垂直发光二极管及其外延层结构示意图。
[0047]在上述任一实施例的基础上，在本实用新型的一种【具体实施方式】中，外延层包括:位于第一电流阻挡结构背离反射层一侧的第一氮化镓层，第一氮化镓层完全覆盖第一电流阻挡结构和反射层；位于第一氮化镓层表面的有源层；位于有源层表面的第二氮化镓层；其中，第一氮化镓层与第二氮化镓层的掺杂类型不同。
[0048]在本实用新型的一个实施例中，第一氮化镓层为P型氮化镓层，则第二氮化镓层为N型氮化镓层；在本实用新型的另一个实施例中，第一氮化镓层为N型氮化镓层，则第二氮化镓层为P型氮化镓层，本实用新型对此并不做限定，具体视情况而定。
[0049]如图6所示，外延层25的最底层为第一氮化镓层251，第一氮化镓层251完全覆盖第一电流阻挡结构24和反射层23，有源层252位于第一氮化镓层251上表面，第二氮化镓层253位于有源层252上表面。
[0050]有源层两侧分别是第一氮化镓层与第二氮化镓层，第一氮化镓层与第二氮化镓层的掺杂类型不同。有源层通常是厚度为0.1?0.3 μ m的窄带隙P型半导体，其与两侧的较宽带隙的N型半导体和P型半导体形成N-P-P双异质结构，外电源向P-N结注入电子，N区的电子和P区的空穴进入有源层，由于异质结势皇作用，进入有源层的电子和空穴被封闭在有源区内，形成粒子数反转分布，这些粒子数反转分布的电子经跃迀与空穴复合时产生自发辐射光，使得有源层产生辐射光。
[0051]在上述所有实施例的基础上，本实用新型的一个实施例中，所述具有电流阻挡结构的发光二极管还在反射层和种子层之间增加了一层扩散阻挡层。
[0052]在本实用新型的一个实施例中，所述种子层为金属种子层，金属一般都具有良好的导电性，但是一些金属材料很容易扩散到外延层半导体中，严重影响器件的性能，因而在种子层与反射层之间覆盖一层扩散阻挡层用以阻止种子层中金属的扩散。
[0053]综上所述，本实用新型实施例所提供的具有电流阻挡结构的垂直发光二极管，电极焊条位于外延层的上表面，第一电流阻挡结构位于外延层的下表面，且电极焊条位于第一电流阻挡结构沿金属衬底至第一电流阻挡结构方向的正上方，即第一电流阻挡结构与电极焊条相对应；第二电流阻挡结构和电极焊盘均位于外延层层的上表面，即电极焊盘位于第二电流阻挡结构表面，即第二电流阻挡结构与电极焊盘相对应，且第二电流阻挡结构与第一电流阻挡结构在金属衬底上的投影不交叠。由此可见，在本实用新型实施例中，电极焊盘沿电极焊盘至反射层方向的投影对应的外延层区域与反射层之间没有作为电流阻挡结构的绝缘材料，因而在制作电极焊盘时，不需要对电极焊盘对应的外延层部分进行刻蚀，从而使得电极焊盘对应的外延层部分厚度不变，加强了焊盘区域的结构强度，使得后续的封装打线过程中，外延层不易发生断裂，提高了封装良率。
[0054]以上对本实用新型所提供一种具有电流阻挡结构的垂直发光二极管进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
【权利要求】
1.一种具有电流阻挡结构的垂直发光二极管，其特征在于，包括: 位于底层的金属衬底； 位于所述金属衬底表面的种子层； 位于所述种子层表面的反射层； 位于所述反射层表面的多个第一电流阻挡结构； 位于所述第一电流阻挡结构背离所述反射层一侧的外延层，所述外延层完全覆盖所述第一电流阻挡结构和所述反射层； 位于所述外延层表面的电极焊条，所述电极焊条位于所述第一电流阻挡结构沿所述金属衬底至所述第一电流阻挡结构方向的正上方； 位于所述外延层表面的第二电流阻挡结构，所述第二电流阻挡结构与所述第一电流阻挡结构在所述金属衬底上的投影不交叠； 位于所述第二电流阻挡结构表面的电极焊盘。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一电流阻挡结构与所述电极焊条在所述金属衬底上的投影完全重合。
3.根据权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于，所述第二电流阻挡结构与所述电极焊盘在所述金属衬底上的投影完全重合。
4.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于，所述外延层包括: 位于所述第一电流阻挡结构背离所述反射层一侧的第一氮化镓层，所述第一氮化镓层完全覆盖所述第一电流阻挡结构和所述反射层； 位于所述第一氮化镓层表面的有源层； 位于所述有源层表面的第二氮化镓层； 其中，所述第一氮化镓层与所述第二氮化镓层的掺杂类型不同。
5.根据权利要求4所述的发光二极管，其特征在于，所述第一氮化镓层为P型氮化镓层，所述第二氮化镓层为N型氮化镓层；或，所述第一氮化镓层为N型氮化镓层，所述第二氮化镓层为P型氮化镓层。
6.根据权利要求5所述的发光二极管，其特征在于，还包括: 位于所述反射层与所述种子层之间的扩散阻挡层。
【文档编号】H01L33/00GK204216067SQ201420752427
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年12月3日 优先权日:2014年12月3日
【发明者】康学军, 徐亮 申请人:佛山市国星半导体技术有限公司