一种半导体发光元件的制作方法

1.本实用新型属于半导体领域，尤其涉及一种半导体发光元件。


背景技术：

2.发光二极管（light emitting diode，led）是一种半导体发光元件，它利用半导体pn结注入式电致发光原理制成。led具有节能环保、安全耐用、光电转化率高、可控性强等特点，目前已广泛应用于照明、家电、显示屏、指示灯等相关领域。
3.现有技术的发光二极管由衬底、p型半导体层、发光层、n型半导体层、透明导电层、绝缘层及金属电极层构成，金属电极层包括金属电极和扩展条，用于电流的导通和扩展。正常情况下，p电极及扩展条所占面积越大，其导电情况越好。但由于p电极及扩展条会占用发光区面积，且具有不透光特性，会吸收和遮挡发光层发出的光线。因此，在恒定电流状态下，金属电极和扩展条面积越大，其电压会越低，但会影响二极管的发光亮度。


技术实现要素：

4.为了解决上述的技术问题，本实用新型提供一种半导体发光元件，包括：衬底；依次层叠于所述衬底之上的第一半导体层、发光层、第二半导体层、透明导电层和第一绝缘层，以及第一电极和第二电极，其特征在于，第一电极包括第一焊盘和第一扩展部，其中第一焊盘与第一半导体层连接，第一扩展部形成于第一绝缘层上，且第一扩展部下方设有延伸至第一半导体层的第一通孔，第一扩展部通过第一通孔与第一半导体层连接；第二电极包括第二焊盘和第二扩展部，其中第二焊盘与第二半导体层连接，第二扩展部形成于第一扩展部的上方，且第一扩展部与第二扩展部之间设置有第二绝缘层，第二扩展部包括主扩展部和与主扩展部连接的子扩展部，主扩展部与第一扩展部位于同一条垂直线上，子扩展部下方设有延伸至透明导电层的第二通孔，子扩展部通过第二通孔、透明导电层与第二半导体层连接。
5.优选的，所述子扩展部对称或者非对称设置在主扩展部的两侧。
6.优选的，相邻所述子扩展部的间距为30-90μm。
7.优选的，位于所述主扩展部两侧的子扩展部交错设置。
8.优选的，所述子扩展部与主扩展部成角度a，角度a的范围30 ~150度。
9.优选的，位于所述主扩展部同一侧的子扩展部平行或者不平行设置。
10.优选的，所述子扩展部的长度为20~80μm。
11.优选的，所述子扩展部的长度相同或者不相同。
12.优选的，所述子扩展部的长度由第二焊盘向主扩展部的末端逐渐减小或者逐渐增大或者相同。
13.优选的，相邻所述子扩展部的间距由第二焊盘向主扩展部的末端逐渐减小或者逐渐增大或者相同。
14.本实用新型针对第二扩展部的结构进行改进，通过减小主扩展部的数量，并使得
主扩展部与第一扩展部位于同一区域，减小对光线的遮挡和吸收，从而提升发光元件的亮度，同时，于主扩展部上增设子扩展部，提升电流扩展能力，使得电流扩展更均匀，以实现降低电压的效果。
附图说明
15.图1为现有技术之半导体发光元件之俯视结构示意图。
16.图2为本实用新型其一之半导体发光元件之俯视结构示意图。
17.图3为线m-m’的剖视图。
18.图4为本实用新型其二之半导体发光元件之俯视结构示意图。
19.图5为本实用新型其三之半导体发光元件之俯视结构示意图。
具体实施方式
20.以下实施例将伴随着附图说明本实用新型的概念，在附图或说明中，相似或相同的部分使用相同的标号，并且在附图中，元件的形状或厚度可扩大或缩小。需特别注意的是，图中未绘示或说明书未描述的元件，可以是熟悉此技术的人士所知的形式。
21.在以下实施例中，用于指示方向的用语，例如“上”、“下”，“前”、“后”、“左”、和“右”，仅指在附图中的方向。因此，方向性用语是用于说明而不是限制本实用新型。
22.图1为现有技术之半导体发光元件之俯视结构示意图。
23.参看附图1，现有技术的半导体发光元件包括衬底1、n型半导体层、发光层、p型半导体层、透明导电层、绝缘层和电极层。电极层包括电极和扩展部4，其中，p电极2连接设置的扩展部4设置为两个，n电极3连接的扩展部4设置为一个，这三个扩展部4分别设置在不同的区域，可提升电流扩展能力和降低产品电压，但扩展部4所占用的面积较大，且具有不透光特性，会遮挡和吸收发光层发出的光线，从而影响发光亮度。
24.因此，本实用新型针对以上所述问题，设计并提出一种既不影响发光亮度，又可以降低电压的半导体发光元件。
25.具体地，请参看附图2和3，本实用新型实施例提供的一种半导体发光元件，包括：衬底10、外延层、透明导电层50、绝缘层以及电极。
26.其中，衬底10可以由导电材料或者绝缘材料制成，其制作材料可以选自蓝宝石、sic、gaas、gan、aln、gap、si、zno中的任意一种或者几种的组合。为了提高衬底10的出光效率，还可以对其进行图形化处理，在其表面形成一系列凹凸结构。本实施例优选图形化蓝宝石衬底。
27.外延层，形成于衬底10上，自下而上依次包括第一半导体层20、发光层30和第二半导体层40。其中，第一半导体层20和由第二半导体层40均可以由多层iii-v族化合物半导体层层叠形成，其可以为单层结构或多层结构。第一半导体层20可以掺杂n型杂质，用于提供电子。n型杂质包括硅(si)、锗(ge)、锡(sn)、碲(te)、氧(o)、碳(c)等，本实施例优选si掺杂。第二半导体层40可以掺杂p型杂质，用于提供空穴。p型杂质包括镁(mg)、锌(zn)、铍(be)、钙(ca)，本实施例优选mg掺杂。发光层30可以由量子阱层和量子垒层交替层叠形成的量子阱组成，电子和空穴在发光层内复合发光。发光层30可以为多量子阱结构。
28.透明导电层50，形成于第二半导体层40上，具有较高的透光率和促进电流扩展的
能力。透明导电层50可以选自氧化铟锡层、氧化锌层、氧化锌铟锡层、氧化铟锌层、氧化锌锡层、氧化镓铟锡层、氧化镓铟层、氧化镓锌层中的一种或者几种的组合，本实施例优选氧化铟锡。
29.绝缘层包括第一绝缘层60和第二绝缘层61。其中，第一绝缘层60形成于透明导电层50上，第二绝缘层61设置于第一电极70与第二电极80之间。绝缘层的材料可以采用二氧化硅(sio2)、氮化硅(sin)、二氧化钛(tio2)中的一种。
30.第一电极70包括第一焊盘71和第一扩展部72。第一扩展部72的一端与第一焊盘71连接，另一端向远离第一焊盘71的方向延伸，其中，第一焊盘71与第一半导体层20连接，第一扩展部72形成于第一绝缘层60上，且第一扩展部72下方设有延伸至第一半导体层20的第一通孔73。具体地，第一焊盘71和第一通孔73均贯穿第一绝缘层60、透明导电层50、第二半导体层40和发光层30，且不贯穿第一半导体层20。第一焊盘71直接与第一半导体层20接触连接，第一扩展部72通过第一通孔73与第一半导体层20连接。
31.第二电极80包括第二焊盘81和第二扩展部82，第二扩展部82的一端与第二焊盘81连接，另一端向远离第二焊盘81的方向延伸。其中，第二焊盘81与第二半导体层40连接，第二扩展部82形成于第一扩展部72的上方，且第一扩展部72与第二扩展部82之间设置有第二绝缘层61，第二扩展部82包括一主扩展部821和若干子扩展部822，子扩展部822与主扩展821部连接，且子扩展部822由主扩展部821向外延伸，提高电流扩展的能力，使得电流扩展更均匀，以实现降低电压的效果。主扩展部821与第一扩展部72位于同一条垂直线上，即相当于两者的设置区域存在重合，能减小扩展部对光线的影响区域，以提升半导体发光元件的发光亮度。
32.第一扩展部72与第二扩展部82之间通过设置第二绝缘层61，以有效避免第一电极70和第二电极80直接导通，提高半导体元件的可靠性。子扩展部822下方设有延伸至透明导电层50的第二通孔83。具体地，第二焊盘81依次穿过第二绝缘层61、第一绝缘层60和透明导电层50，使得第二焊盘81直接与第二半导体层40接触连接。第二通孔83依次贯穿第一绝缘层60和第二绝缘层61，以露出透明导电层50，子扩展部822通过第二通孔83、透明导电层50与第二半导体层40连接。
33.进一步地，第一扩展部72和主扩展部821均设置在半导体发光元件的中央，有利于将电流均匀注入第一半导体层20和第二半导体层40。
34.进一步地，若干子扩展部822间隔设置于主扩展部821上，相邻子扩展部822之间的间距为30-90μm。若子扩展部822的间距过小，则子扩展部822过于密集，导致吸光面积变大，影响出光效率；若子扩展部822间距过大，则电流扩展不均匀，影响亮度及发光均匀性。更进一步地，相邻子扩展部822的间距可以相同，以有利于电流均匀注入第二半导体层40的各个区域。在其他实施例中，相邻子扩展部822的间距也可不同，例如，间距可以由第二焊盘81向主扩展部821的末端逐渐增大或者减小。根据实际情况来看，通常电流较为集中于主扩展部821的末端，因而我们可以针对主扩展部821的末端，适当增加子扩展部822的数量，将电流扩展出去，用于提高发光元件表面电流扩展均匀性，进而提高发光均匀性及亮度，具体可参看附图4。
35.进一步地，子扩展部822可以对称设置于主扩展部821的两侧，以利于电流均匀注入主扩展部821的两侧。除此之外，子扩展部822也可以非对称设置于主扩展部821的两侧，
例如，位于主扩展部821两侧的子扩展部822间隔交替分布，具体可参考附图5。
36.进一步地，位于主扩展部821同一侧的多个子扩展部822可以相互平行，有利于电流均匀注入第二半导体层40。在其他实施例中，子扩展部822之间也可以不相互平行。
37.在实现电流均匀注入的情况下，尽可能减小主扩展部821和子扩展部822的宽度，从而减小吸光的面积，从而增加发光面积，提升发光亮度。进一步地，第一扩展部72和主扩展部821的宽度相同。第一扩展部72和主扩展部821的重合区域越高，对光线的影响区域整体面积减小得越多，半导体发光元件的发光亮度的提升效果越明显。
38.进一步地，子扩展部822的长度为主扩展部821到透明导电层50边缘距离的1/4，具体地，子扩展部822的长度可以为20-80μm。其中，若干子扩展部822的长度可以相同或者不相同。当子扩展部822长度不同时，子扩展部822的长度可呈一定规律，例如子扩展部822的长度由第二焊盘81向主扩展部821的末端逐渐减小或者逐渐增大或者呈一长一短周期分布。
39.进一步地，子扩展部822与主扩展部821成角度a，角度a的范围30 ~150度。优选，子扩展部822垂直于主扩展部821。当子扩展部822垂直于主扩展部821时，可以在子扩展部822线长度最短的情况下达到最好的电流扩展效率，提升亮度和发光均匀性。
40.本实用新型针对第二扩展部82的结构进行改进，通过减小主扩展部821的数量，并使得主扩展部821与第一扩展部72位于同一区域，减小对光线的遮挡和吸收，从而提升发光元件的亮度，同时，于主扩展部821上增设子扩展部822，实现电流的导通以及促进电流扩展至发光区域，利用子扩展部822将主扩展部821上的电流分散扩展出去，使得电流扩展更均匀，从而实现整体的提亮降压的效果。并且，第一扩展部72和第二扩展部82所在区域是存在发光层30的，而非现有技术中将两者之间的发光层30全部去除，避免了亮度损失。
41.应当理解的是，上述具体实施方案为本实用新型的优选实施例，本实用新型的范围不限于该实施例，凡依本实用新型所做的任何变更，皆属本实用新型的保护范围之内。