一种垂直GaN基的发光二极管结构及制作方法与流程

一种垂直gan基的发光二极管结构及制作方法
技术领域
1.本发明涉及gan基的发光二极管技术领域，尤其涉及一种垂直gan基的发光二极管结构及制作方法。


背景技术：

2.现有技术的发光二极管结构，如果是绝缘衬底，则发光二极管结构采用水平结构，制作n接触电极时需要蚀刻牺牲发光层，露出n型层，常规的水平接触往往是gan的镓面，接触问题较少。发光二极管结构如果是导电衬底，则发光二极管结构一般采用垂直结构，制作n接触电极时不需要牺牲发光层，但是在gan的氮极性面制作电极，电性往往不稳定，为了获得稳定的电性就需要制作大面积的n接触电极，而大面积的n接触电极，就会遮光而影响亮度。如图1所示，现有的发光二极管结构包括n型gan层101、发光活性层102、p型gan层103。金属电极层105是平面电极，金属电极层105面积的大小影响器件的电压，为了降低电压现有技术需要增大金属电极层105的面积，增大金属电极层105的面积就会遮光而影响亮度。


技术实现要素：

3.基于此，本发明的目的在于提供一种垂直gan基的发光二极管结构，增加了n电极的接触面积，提高散热效果和出光效率。为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
4.一种垂直gan基的发光二极管结构，包括由上往下依次设置的n型gan层、发光活性层、p型gan层，所述n型gan层的镓极性面连接所述发光活性层，所述n型gan层的氮极性面的上表面开设有条形凹槽，或者，所述n型gan层的氮极性面的上表面凸出有多段条状凸起部；
5.当所述n型gan层的氮极性面的上表面开设有条形凹槽时，所述条形凹槽的纵截面形状为倒梯形或倒三角形，所述条形凹槽内填充有金属电极层，所述金属电极层的纵截面形状也为倒梯形或倒三角形；或者，所述条形凹槽的纵截面形状为矩形，所述条形凹槽处设置有金属电极层，所述金属电极层的纵截面形状为t形，所述t形的横边置于所述n型gan层的氮极性面的上表面，所述t形的竖边嵌入所述条形凹槽内；
6.当所述n型gan层的氮极性面的上表面凸出有多段条状凸起部时，多段所述条状凸起部顺次首尾连接形成多边形结构，所述条状凸起部的纵截面形状为正梯形状；所述条状凸起部与所述n型gan层的材料相同，所述条状凸起部的顶面和侧面覆设有金属电极层，带有所述金属电极层的所述条状凸起部的纵截面形状也为正梯形状；或者，所述条状凸起部的纵截面形状为矩形；所述条状凸起部与所述n型gan层的材料相同，所述条状凸起部的顶面和侧面覆设有金属电极层，带有所述金属电极层的所述条状凸起部的纵截面形状也为矩形状。
7.进一步地，所述条形凹槽包括第一条形凹槽和第二条形凹槽，所述第一条形凹槽和所述第二条形凹槽的数量均为两个，两个所述第一条形凹槽平行设置，两个所述第二条形凹槽平行设置，两个所述第一条形凹槽与两个所述第二条形凹槽围成一个四边形；
8.所述金属电极层包括第一段金属电极层和第二段金属电极层，所述第一段金属电
极层和所述第二段金属电极层的数量均为两个，两个所述第一段金属电极层分别置于两个所述第一条形凹槽内，两个所述第二段金属层分别置于两个所述第二条形凹槽内，使得两个所述第一段金属电极层与两个所述第二段金属电极层也围成一个四边形。
9.进一步地，所述第一条形凹槽与所述第二条形凹槽的深度相同或不同。
10.进一步地，所述n型gan层的氮极性面的上表面还设置有至少一个金属焊盘，所述金属焊盘位于所述第一段金属电极层与所述第二段金属层的连接处，所述金属焊盘与所述金属电极层电性连接。
11.进一步地，所述倒梯形为倒立的等腰梯形或所述倒三角形为倒立的等腰三角形；或者，所述正梯形为正立的等腰梯形。
12.进一步地，所述多边形结构为三角形、四边形或六边形。
13.进一步地，多段所述条状凸起部高度相同。
14.进一步地，所述p型gan层外延还包括金属衬底，所述金属衬底包括第一金属层和第二金属层，所述第一金属层和第二金属层层叠设置，所述第二金属层置于所述第一金属层的下方。
15.进一步地，所述第一金属层为ni层或cr层，所述第二金属层为al层。
16.根据本发明的另一方面，提供了一种上述垂直gan基的发光二极管结构的制作方法，包括以下步骤：
17.s1、在n型gan层的氮极性面的上表面制作图形化的光刻胶，以所述图形化的光刻胶为掩模，对n型gan层的氮极性面进行蚀刻形成条形凹槽，之后去除图形化的光刻胶；
18.s2、在n型gan层的氮极性面的上表面制作图形化的光刻胶，以所述图形化的光刻胶为掩模，对所述条形凹槽进行金属镀膜而填充所述条形凹槽形成纵截面形状为倒梯形或倒三角形的金属电极层；或者，在所述条形凹槽处进行金属镀膜而形成纵截面形状为t形的金属电极层，所述t形的横边置于所述n型gan层的氮极性面的上表面，所述t形的竖边填充所述条形凹槽，之后去除图形化的光刻胶；
19.或者，
20.s3、在n型gan层的氮极性面的上表面制作图形化的光刻胶，以所述图形化的光刻胶为掩模，对n型gan层的氮极性面进行蚀刻形成多段条状凸起部，其中，多段所述条状凸起部顺次首尾连接形成多边形结构，所述条状凸起部的纵截面形状为正梯形状；去除图形化的光刻胶；或者，在n型gan层的氮极性面的上表面制作图形化的光刻胶，以所述图形化的光刻胶为掩模，对n型gan层的氮极性面进行蚀刻形成多段条状凸起部，其中，多段所述条状凸起部顺次首尾连接形成多边形结构，所述条状凸起部的纵截面形状为矩形；去除图形化的光刻胶；
21.s4、在n型gan层的氮极性面的上表面制作图形化的光刻胶，以所述图形化的光刻胶为掩模，对所述条状凸起部的顶面和侧面进行金属镀膜而形成金属电极层，其中，带有所述金属电极层的所述条状凸起部的纵截面形状也为正梯形状；去除图形化的光刻胶；或者，在n型gan层的氮极性面的上表面制作图形化的光刻胶，以所述图形化的光刻胶为掩模，对所述条状凸起部的顶面和侧面进行金属镀膜而形成金属电极层，其中，带有所述金属电极层的所述条状凸起部的纵截面形状也为矩形状；去除图形化的光刻胶。
22.本发明的有益效果是：
23.本发明的垂直gan基的发光二极管结构及制作方法，通过设置条形凹槽，增加n电极的接触面积，在较小的n区域，实现不同深度的接触，使得电流在n型区的注入从二维转向三维注入，有利于电阻减小，能够更好的降低电压，提高散热效果；设置倒梯形的条形凹槽或者倒三角型条形凹槽，进一步增大n电极的接触面，并反射n电极位置的光，提高电极位置的反射效果，提高出光效率，避免了大面积刻蚀发光活性层，降低n电极的遮挡面积，能够保证亮度。通过在n型gan层的氮极性面的上表面凸出设置多段条状凸起部，增加n电极的接触面积，电流在n型区的注入从二维转向三维注入，有利于电阻减小，能够更好的降低电压；提高散热效果，减少遮光面积，增大反射电极效果，提高出光效率，避免了大面积刻蚀发光活性层，降低n电极的遮挡面积。
附图说明
24.图1为现有技术的垂直gan基的发光二极管结构的示意图；
25.图2为本发明一实施例垂直gan基的发光二极管结构的立体示意图；
26.图3为本发明一实施例的条形凹槽的纵截面形状为倒梯形的垂直gan基的发光二极管结构示意图；
27.图4为本发明一实施例的条形凹槽的纵截面形状为矩形的垂直gan基的发光二极管结构示意图；
28.图5为本发明另一实施例垂直gan基的发光二极管结构的立体示意图；
29.图6为本发明一实施例的条状凸起部的纵截面为正梯形状垂直gan基的发光二极管结构示意图；
30.图7为本发明一实施例的条状凸起部的纵截面为矩形状垂直gan基的发光二极管结构示意图；
31.图中，
32.101n型gan层；1011条状凸起部；
33.102发光活性层；103p型gan层；
34.104金属衬底；1041第一金属层；1042第二金属层；
35.105金属电极层；1051第一段金属电极层；1052第二段金属电极层。
具体实施方式
36.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明的垂直gan基的发光二极管结构及制作方法进行进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，以下各实施例及实施例中的特征可以相互组合。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
37.实施例一
38.参照图2至图4，本发明一实施例的垂直gan基的发光二极管结构，包括由上往下依次设置的n型gan层101、发光活性层102、p型gan层103。
39.n型gan层101的镓极性面连接发光活性层102，n型gan层101的氮极性面的上表面开设有条形凹槽，所述条形凹槽的纵截面形状为倒梯形或倒三角形，所述条形凹槽内填充有金属电极层105，金属电极层105(n电极)的纵截面形状也为倒梯形或倒三角形；
40.或者，n型gan层101的氮极性面的上表面开设有条形凹槽，所述条形凹槽的纵截面形状为矩形，所述条形凹槽处设置有金属电极层105。金属电极层105(n电极)的纵截面形状为t形，所述t形的横边置于n型gan层101的氮极性面的上表面，所述t形的竖边嵌入所述条形凹槽内。
41.图3中条形凹槽的纵截面形状为倒梯形，图4条形凹槽的纵截面形状为矩形。
42.n电极与n型gan层101的氮极性面接触，通过设置条形凹槽，增加n电极的接触面积，避免了大面积刻蚀发光活性层，降低n电极的遮挡面积，能够保证亮度，提高散热效果。能够在较小的n区域，实现不同深度的良好接触，使得电流在n型区的注入从二维转向三维注入，有利于电阻减小，能够更好的降低电压。
43.所述倒梯形优选为倒立的等腰梯形，所述倒三角形为优选倒立的等腰三角形。这样可以进一步提高反射效果和散热效果。
44.较佳地，p型gan层103外延还包括金属衬底104，金属衬底104包括第一金属层1041和第二金属层1042，第一金属层1041和第二金属层1042层叠设置，第二金属层1042置于第一金属层1041的下方。第一金属层1041可为ni层或cr层，第二金属层1042为al层。
45.作为一种可优选的实施方式，如图2所示，所述条形凹槽包括第一条形凹槽和第二条形凹槽，所述第一条形凹槽和所述第二条形凹槽的数量均为两个。两个所述第一条形凹槽平行设置，两个所述第二条形凹槽平行设置，两个所述第一条形凹槽与两个所述第二条形凹槽围成一个四边形。该四边形优选矩形。
46.金属电极层105包括第一段金属电极层1051和第二段金属电极层1052，第一段金属电极层1051和第二段金属电极层1052的数量均为两个，两个第一段金属电极层1051分别置于两个所述第一条形凹槽内，两个所述第二段金属层1052分别置于两个所述第二条形凹槽内，使得两个第一段金属电极层1051与两个第二段金属电极层1052也围成一个四边形。该四边形也优选矩形。
47.其中，所述第一条形凹槽与所述第二条形凹槽的深度可以相同，也可不相同。所述第一条形凹槽与所述第二条形凹槽的宽度可以相同，也可不相同。
48.在其它实施方式中，多个所述条形凹槽也可围成六边形，多段金属电极层1051也可对应围成六边形。
49.作为一种可优选的方式，n型gan层101的氮极性面的上表面还设置有至少一个金属焊盘，所述金属焊盘位于第一段金属电极层1051与第二段金属层1052的连接处，所述金属焊盘与金属电极层105连接，实现所述金属焊盘与金属电极层105电性连接。
50.上述垂直gan基的发光二极管结构的制作方法，主要包括以下步骤：
51.s1、在n型gan层101的氮极性面的上表面制作图形化的光刻胶，以所述图形化的光刻胶为掩模，对n型gan层101的氮极性面进行蚀刻形成所述条形凹槽；之后去除图形化的光刻胶；
52.s2、在n型gan层101的氮极性面的上表面制作图形化的光刻胶，以所述图形化的光刻胶为掩模，对所述条形凹槽进行金属镀膜而填充所述条形凹槽形成纵截面形状为倒梯形或倒三角形的金属电极层105；或者，在所述条形凹槽处进行金属镀膜而形成纵截面形状为t形的金属电极层105，所述t形的横边置于n型gan层101的氮极性面的上表面，所述t形的竖边填充所述条形凹槽；之后去除图形化的光刻胶。
53.作为一种可优选的实施方式，金属焊盘可呈阶梯轴状，金属焊盘可包括第一段轴和第二段轴，第二段轴的直径大于第一段轴的直径，n型gan层101的氮极性面开设有阶梯孔，所述阶梯孔包括第一段孔和第二段孔，所述第二段孔的直径大于所述第一段孔的直径，第一段轴置于所述第一段孔内，第二段轴的第一端置于所述第二段孔内，第二段轴的长度大于所述第二段孔的深度，所述第二段轴的第二端与金属电极层105连接。
54.金属焊盘制作时可以采用与条形凹槽共用掩模的形式，也可采用单独制作掩模的方式。其中，对n型gan层101的氮极性面进行蚀刻形成阶梯孔；之后去除图形化的光刻胶；根据图形化的光刻胶掩模在n型gan层101的氮极性面的上表面进行金属镀膜而形成金属焊盘；之后去除图形化的光刻胶；其中，填充到阶梯孔内的金属镀膜可以形成第二段轴的第一端和第一段轴，第二段轴的第二端与金属电极层105连接。如此设置焊盘更有利于电阻减小，能够进一步降低电压，提高散热效果。
55.以上各实施方式的垂直gan基的发光二极管结构与制作方法，通过设置条形凹槽，增加n电极的接触面积，在较小的n区域，实现不同深度的接触，使得电流在n型区的注入从二维转向三维注入，有利于电阻减小，能够更好的降低电压，提高散热效果；设置倒梯形的条形凹槽或者倒三角型条形凹槽，进一步增大n电极的接触面，并反射n电极位置的光，提高电极位置的反射效果，提高出光效率，避免了大面积刻蚀发光活性层，降低n电极的遮挡面积，能够保证亮度。
56.通过蚀刻，在n-gan电极接触位置形成不同深度的接触面，进一步在不同的晶体面形成接触电极，提高n接触电极的接触面积，降低n电极的遮挡面积,提高出光效率。
57.在n接触的位置，刻蚀不同的深度，形成不同角度，不同晶面，从而改善电压。通过黄光工艺(增加多次光刻)结合蚀刻工艺设计来控制角度和蚀刻面；不同晶面的蚀刻速率不同，不同晶面对金属的接触电阻也不同；分解形成多个并联接触。垂直结构led，在n-face位置，可以根据晶面方面设定n电极的挖孔位置以及斜面方向，可以多个角度。
58.实施例二
59.参照图5至图7，本发明一实施例的gan基的发光二极管结构，包括n型gan层101、发光活性层102和p型gan层103。
60.n型gan层101、发光活性层102、p型gan层103从上到下依次层叠设置，所述n型gan层101的镓极性面连接发光活性层102，n型gan层101的氮极性面的上表面凸出有多段条状凸起部1011，多段条状凸起部1011顺次首尾连接形成多边形结构，条状凸起部1011的纵截面形状为正梯形状；条状凸起部1011与n型gan层101的材料相同，条状凸起部1011的顶面和侧面覆设有金属电极层105，带有金属电极层105的条状凸起部1011的纵截面形状也为正梯形状；
61.或者，条状凸起部1011的纵截面形状为矩形；条状凸起部1011与n型gan层101的材料相同，条状凸起部1011的顶面和侧面覆设有金属电极层105，带有金属电极层105的条状凸起部1011的纵截面形状也为矩形状。
62.在n型gan层的氮极性面的上表面凸出设置多段条状凸起部，增加n电极的接触面积，电流在n型区的注入从二维转向三维注入，有利于电阻减小，能够更好的降低电压；提高散热效果，减少遮光面积，增大反射电极效果，提高出光效率。
63.其中，所述正梯形可为正立的等腰梯形，所述多边形结构可为三角形、四边形或六
边形。多段条状凸起部1011高度可以相同，也可不同。
64.根据本发明的一个实施例，p型gan层103外延还包括金属衬底104，所述金属衬底包括依次层叠设置的第一金属层1041和第二金属层1042；第一金属层1041位于第二金属层1042的上方。所述第一金属层可为ni层或cr层，所述第二金属层可为al层。
65.上述gan基的发光二极管结构的制作方法，主要包括以下步骤：
66.s3、在n型gan层101的氮极性面的上表面制作图形化的光刻胶，以所述图形化的光刻胶为掩模，对n型gan层101的氮极性面进行蚀刻形成多段条状凸起部1011，其中，多段条状凸起部1011顺次首尾连接形成多边形结构，条状凸起部1011的纵截面形状为正梯形状；去除图形化的光刻胶；
67.或者，在n型gan层101的氮极性面的上表面制作图形化的光刻胶，以所述图形化的光刻胶为掩模，对n型gan层101的氮极性面进行蚀刻形成多段条状凸起部1011，其中，多段条状凸起部1011顺次首尾连接形成多边形结构，条状凸起部1011的纵截面形状为矩形；去除图形化的光刻胶；
68.s4、在n型gan层101的氮极性面的上表面制作图形化的光刻胶，以所述图形化的光刻胶为掩模，对所述条状凸起部1011的顶面和侧面进行金属镀膜而形成金属电极层105，其中，带有金属电极层105的条状凸起部1011的纵截面形状也为正梯形状；去除图形化的光刻胶；
69.或者，在n型gan层101的氮极性面的上表面制作图形化的光刻胶，以所述图形化的光刻胶为掩模，对条状凸起部1011的顶面和侧面进行金属镀膜而形成金属电极层105，其中，带有金属电极层105的条状凸起部1011的纵截面形状也为矩形状；去除图形化的光刻胶。
70.以上各实施方式的gan基的发光二极管结构及其制作方法，通过在n型gan层的氮极性面的上表面凸出设置多段条状凸起部，增加n电极的接触面积，电流在n型区的注入从二维转向三维注入，有利于电阻减小，能够更好的降低电压；提高散热效果，减少遮光面积，增大反射电极效果，提高出光效率，避免了大面积刻蚀发光活性层，降低n电极的遮挡面积。
71.可以实现外延不同掺杂浓度层接触，大面积接触电极，就是要在较小的n区域，实现不同深度的接触；外延不同深度的掺杂程度不一样，出光面要进行粗化，未粗化位置可以形成较好的电极接触。
72.通过黄光工艺(增加多次光刻)结合蚀刻工艺设计来控制角度和蚀刻面；不同晶面的蚀刻速率不同，不同晶面对金属的接触电阻也不同；分解形成多个并联接触。垂直激光二极管键合后剥离蓝宝石；露出n型氮化镓；需要制作n电极以及扩展条，通过在n型gan层的氮极性面的上表面凸出设置多段条状凸起部，增大n电极的接触面；外延不同掺杂浓度形成不同接触。
73.垂直结构led，在n-face位置，根据晶面方面，设定n电极的挖孔位置以及斜面方向，可以多个角度。
74.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重
要性。
75.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
76.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。