一种具有散热区的发光二极管的制作方法

本实用新型属于半导体领域，尤其涉及一种在电极下方设置散热区的发光二极管。

背景技术：

在发光二极管（LED）半导体行业中, 氮化镓材料作为第三代半导体材料家族中的重要组成部分得到了广泛的应用, 起着不可替代的作用,其被广泛应用于LED芯片、蓝光LED、绿光LED、紫外LED等电子器件的制备材料，并广泛应用于照明、医疗、显示、植物照明等生产生活的各个领域。

LED在使用过程中，由于电极局部热量过高无法快速散热而导致死灯现象。因此，高功率LED在工作中散热不畅导致的烧结死灯现象是急需解决的问题之一。

技术实现要素：

为解决以上问题，本实用新型提供一种具有散热区的发光二极管，其至少包括：衬底；以及依次位于衬底上的外延层、透明扩展层、电极；其中电极包括焊盘部和与焊盘部连接的指部；其特征在于：与所述指部对应的透明扩展层内设置有第一通孔和散热区，所述散热区填充第一通孔并且两端分别与指部和外延层接触，所述第一通孔的宽度小于指部，所述指部与散热区在垂直方向上至少部分重叠。

优选的，所述散热区对应于指部的弯曲部和/或端部，形成散热块。

优选的，所述散热区对应于整体指部，形成散热条。

优选的，所述散热区为金刚石颗粒填充区。

优选的，外延层和透明扩展层之间还设置有电流阻挡层。

优选的，所述电流阻挡层内设置有第二通孔，所述散热区填充第二通孔并与外延层接触。

优选的，所述第二通孔的宽度等于或大于第一通孔。

优选的，所述第一通孔内设置电流阻挡层，散热区位于电流阻挡层的外周。

优选的，所述第一通孔的宽度范围为4~5微米。

本实用新型通过在电极的指部下方设置有金刚石颗粒形成的散热区，尤其于温度聚集的指部的弯曲部或/和端部下方设置散热区，从而改善高功率LED在工作中因散热不畅导致的烧结死灯现象。

附图说明

图1是根据其中一种实施方案的发光二极管的俯视图。

图2是沿图1中发光二极管的线A-A’截取的横截面图。

图3是根据另一种实施方案的发光二极管的俯视图。

图4是沿图3中发光二极管的线B-B’截取的横截面图。

图5是图4的变形实施方式的横截面图。

图6是图4的另一变形实施方式的横截面图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图来详细描述优选实施方案。

在附图中，为了便于说明以及清晰起见，每一层的厚度或尺寸被夸大、省略或示意性示出。另外，每一个构成元件的尺寸或面积并不完全反映其实际尺寸。

请参看附图1，一种发光二极管，至少包括：衬底10，以及依次位于衬底10上的外延层20、透明扩展层30、电极40。

其中衬底10可以使用与其上生长的半导体材料晶格更为接近的材料或者具有优良热传性的材料形成。衬底10可以由从蓝宝石（Al2O3）、SiC、GaAs、GaN、ZnO、Si、 GaP、InP、Ge以及Ga203中的一种或者多种组合形成。在使用衬底10时，还可以在衬底10上进行湿法清洁处理，从而从衬底10的表面去除杂质，使后续生长的半导体材料质量更好。另外，衬底10可以进行图案化处理，以提高其外量子出光效率。

外延层20可以为使用多种化合物的半导体层，例如III-V族或II-VI族元素的半导体层。该外延结构形成的发光二极管可以是发射蓝光、绿光或红光的多色LED、白色LED或UVLED。从LED发出的光可以根据不同的半导体材料来呈现，此处不作特别限制。

外延层20可以使用例如金属有机化学气相沉积（MOCVD）、化学气相沉积（CVD）、等离子体增强化学气相沉积（PECVD）、分子束外延（MBE）、或氢化物气相外延（HVPE）来形成，但形成方法不限于此。

图2是沿图1中发光二极管的线A-A’截取的横截面图。参看附图2，外延层20至少包括第一导电型半导体层21、发光层22和第二导电型半导体层23。

第一导电型半导体层21可以由半导体化合物（例如III-V族或II-VI 族化合物半导体）形成。另外，第一导电型掺杂剂可以掺杂于其中。当第一导电型半导体层21是n型半导体层时，第一导电类型掺杂剂可以是包括Si、Ge、Sn、Se或Te等的n型掺杂剂，但本公开文本不限于此。第一导电型半导体层21可以包括由分子式AlxInyGa1-x-y）N（0≤x≤1， 0≤y≤1，以及0≤x+y≤1）表示的半导体材料。例如，第一导电型半导体层21 可以由GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、 AlInGaAs、GaP、AlGaP、InGaP、AlInGaP以及InP中的至少一种形成。

发光层22中电子与空穴复合发光，当第一导电型半导体层21是n 型半导体层且第二导电型半导体层23是p型半导体层时，电子从第一导电型半导体层21注入，且空穴从第二导电型半导体层23注入。发光层22可以具有单量子阱结构、多量子阱结构、量子线结构以及量子点结构的至少一个。例如，发光层22可以通过注入三甲基镓气体（TMGa）、氨气（NH3）、氮气（N2）以及三甲基铟气体（TMIn）而形成多量子阱结构，但本公开文本不限于此。

当发光层22具有量子阱结构时，发光层22的阱层/势垒层可以具有由 InGaN/GaN、InGaN/InGaN、GaN/AlGaN、InAlGaN/GaN、GaAs（InGaAs）/AlGaAs以及GaP（InGaP）/AlGaP的至少一个形成的分层成对结构（layered pairstructure），但本公开文本不限于此。阱层可以由带隙比势垒层小的材料形成。

第二导电型半导体层23可以由掺杂有第二导电类型掺杂剂的半导体化合物（例如，III-V族或II-VI族化合物半导体）形成。第二导电型半导体层23可以包括由分子式InxAlyGa1-x-yN（0≤x≤1，0≤y≤1，以及0≤x+y ≤1）表示的半导体材料。当第二导电型半导体层23是p型半导体层时，第二导电类型掺杂剂可以是包括Mg、Zn、Ca、Sr或Ba等的p型掺杂剂，但本公开文本不限于此。

根据本实施例，第一导电型半导体层21可以是n型半导体层，且第二导电型半导体层23可以是p型半导体层。第一导电型半导体层21也可以是p型半导体层，此时第二导电型半导体层23则为n型半导体层。另外，与第二导电类型极性相反的半导体可以被进一步设置在第二导电型半导体层23上。例如，当第二导电型半导体层23是p型半导体层时，n型半导体层（未示出）可以被设置在第二导电型半导体层23上。因此，外延结构可以具有n-p结结构、p-n结结构、n-p-n结结构或p-n-p结结构。

透明扩展层30，最好选用透光导电层或金属。例如，电流扩展层30可以由从氧化铟锡（ITO）、氧化铟锌（IZO）、铟锌锡氧化物（IZTO）、铟铝锌氧化物（IAZO）、铟镓锌氧化物（IGZO）、铟镓锡氧化物（IGTO）、氧化铝锌（AZO）、氧化锑锡（ATO）、氧化镓锌（GZO）、IZO氮化物（IZON）、Al-GaZnO（AGZO）、In-GaZnO（IGZO）、ZnO、 IrOx、RuOx、NiO、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au、Ni/IrOx/Au/ITO、Ag、Ni、Cr、 Ti、Al、Rh、Pd、Ir、Sn、In、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、石墨烯以及Hf构成的组里选择的至少一种或者多种形成，但本公开文本不限于此。

第一导电型半导体层21包括通过选择性地蚀刻第二导电型半导体层23和发光层22的每一个的至少一部分而形成的曝露台阶面。

电极40包括设置于曝露台阶面上的第一电极41和设置在第二导电型半导体层23上的第二电极42，其中，第二电极42还包括焊盘部421和与焊盘部421连接的指部422。指部422可以使得电流更容易地扩散。指部422还可以具有弯曲部，对比没有限制。第一电极41和第二电极42可以具有包括从钼（Mo）、铬（Cr）、镍 （Ni）、金（Au）、铝（Al）、钛（Ti）、铂（Pt）、钒（V）、钨（W）、 铅（Pb）、铜（Cu）、铑（Rh）以及铱（Ir）中的一种或者多种形成的单层或者复合层结构。虽然图中未示出，第一电极41也可以进一步包括焊盘部和与焊盘部连接的指部，对此不作特别限制。

参看附图2，与指部422对应的透明扩展层30内设置有第一通孔31和散热区50，散热区50填充第一通孔31并且其两端分别与指部422和外延层20接触，用于导热和散热。第一通孔31的宽度w小于指部422的宽度p，使得指部422与散热区50在垂直方向上至少部分重叠。具体而言，指部422的下表面的中央部分与散热区50完全接触，而外周部分与透明扩展层30的上表面接触，如此可以既起到对集中于指部422的热量的快速散热作用，又不影响电流扩展效果。散热区的宽度w可以为4~5微米，对此没有限制。

如图1所示，散热区50对应于整体指部422，形成散热条。即散热区50的形状与指部422相同，在整个指部422的下方都设置散热区，便于对集中于指部422的热量快速散去。

图3是根据另一实施方案的发光二极管的俯视图。请参看附图3，在实际LED的使用中，发现LED的烧结死灯现象主要是由于热量聚集于指部422的弯曲部或者端部而导致LED烧结死灯，因此为了进一步简化工艺制程，也可以仅仅于指部422的弯曲部和/或端部的下方设置散热区50，形成散热块。散热块可以包括任意形状、尺寸和结构，对此不作限制。

常规电极的指部422采用金制成，由于金的比热容0.13J/（kg·℃），金刚石比热容399.84~472.27J/（kg·℃），因此可以通过金刚石的高比热容的物理性质，吸收指部422中产生的热能，即本实施方案中散热区50为金刚石颗粒填充区。

图4是沿图3中发光二极管的线B-B’截取的横截面图。

外延层20和透明扩展层30之间还设置有电流阻挡层60，电流阻挡层60可以防止电流拥挤，第二电极42的焊盘部421（图中未示出）和指状422下方均可设置电流阻挡层60。位于指状422下方的电流阻挡层60内设置有第二通孔61，散热区50填充第二通孔61并与外延层20接触。第二通孔61的宽度等于第一通孔31。电流阻挡层60优选为绝缘材料制成，例如二氧化硅、碳化硅等绝缘性材料。

图5是图4的变形实施方式的横截面图，其中第二通孔61的宽度大于第一通孔31，使得散热区50的下部宽度大于上部宽度，形成台阶状。

图6是图4的另一变形实施方式的横截面图，本实施方式中第一通孔31内设置电流阻挡层60，散热区50则位于电流阻挡层60的外周。

本实用新型通过在电极42的指部422下方设置有金刚石颗粒形成的散热区50，尤其于温度聚集的指部422的弯曲部或/和端部下方设置散热区50，从而改善高功率LED在工作中因散热不畅导致的烧结死灯现象。

虽然已参照多个示意性实施方案描述了实施例，然而应当理解，本领域技术人员能够设计出多个落入本公开文本的原理的精神和范围的其它变型和实施例。更具体地，在公开内容、附图以及附加的权利要求的范围内，在零部件和/或隶属的组合排列的排列方式中可以有各种变化和变型。除了零部件和/或排列的变化和变型之外，多种用途对本领域技术人员来说也是显而易见的。