一种发光二极管的制作方法

本发明涉及半导体元件，尤其是涉及一种发光二极管。

背景技术

由于发光二极管具有寿命长、体积小、高耐震性、发热度小以及耗电量低等优点，发光二极管已被广泛地应用于家电产品以及各式仪器之指示灯或光源。

早期的氮化镓led芯片制作工艺通常由台面蚀刻(mesa)、制作透明导电层（例如ito）、制作电极和制作保护层四道工艺组成，其形成的发光二极管芯片如图1所示，其一般包括衬底700、第一半导体层100（n型层）、发光层300、第二半导体层200（p型层）、透明导电层500、第二电极210（p电极）(第二焊盘211和第二扩展条212)、第一电极110（n电极）和绝缘保护层400。在氮化镓led中，p-gan由于其载流子迁移率较低，通常会在pad底部造成一定的电流拥堵。因此，现在通常会在p型电极的底部增加电流阻挡层150，用于抑制电流的过注入，增加透明导电层的电流扩散，如图2所示。该芯片制作工艺通常至少包括台面蚀刻(mesa)、制作透明的绝缘电流扩展层600、制作透明导电电流扩展层500（例如ito）、制作电极和制作绝缘保护层400五道工艺。

技术实现要素：

本发明提供了一种发光二极管,包括：发光外延层，自上而下依次包括第一半导体层、发光层和第二半导体层；功能层，至少形成在第二半导体层上，功能层具有平台和一系列开口；第一电极，与第一半导体层形成电性连接；第二电极至少部分形成于所述功能层之上，与第二半导体层形成电性连接；第一电极和/或第二电极具有焊盘部和扩展条，其中第一电极和/或第二电极的扩展条从功能层延伸到开口内，开口包括侧壁、与侧壁相接的底部，至少部分位于侧壁的扩展条宽度大于在平台上的扩展条宽度。

根据本发明，优选的，功能层为绝缘保护层、透明导电电流扩展层、绝缘电流扩展层或者以上任意组合。

在本发明的一些实施例中，优选的，开口至少贯穿至第二半导体层。

在本发明的一些实施例中，优选的，开口是第二半导体层表面或功能层上的图形结构。

在本发明的一些实施例中，优选的，功能层为绝缘保护层，开口作为导电通道，贯穿至第一半导体层，第一电极的扩展条通过导电通道与第一半导体层电连接，绝缘保护层至少部分设置在开口侧壁与第一电极的扩展条之间。

在本发明的一些实施例中，优选的，开口的底部在第二半导体层内，功能层为透明导电电流扩展层。

在本发明的一些实施例中，优选的，扩展条覆盖开口内两方向的侧壁，至少一个方向的扩展条为加宽结构。

根据本发明，优选的，至少部分位于侧壁的扩展条宽度为平台上的扩展条宽度的大于等于1.05到小于1.1倍、大于等于1.1倍到小于等于1.3倍或者为大于1.3到小于等于2倍。

根据本发明，优选的，平台上的扩展条宽度为大于等于1μm且小于3μm、大于等于3μm且小于等于5μm或者为大于5μm且小于等于12μm。

根据本发明，优选的，至少部分位于侧壁的扩展条宽度为大于等于1.05μm且小于3μm、大于等于3μm且小于等于5μm或者为大于5μm且小于等于24μm。

根据本发明，优选的，平台上的扩展条的厚度为大于等于1.5μm且小于2μm、大于等于2μm且小于等于3μm或者为大于3μm且小于等于4.5μm。

根据本发明，优选的，开口的孔径为大于等于15μm且小于18μm、大于等于18μm且小于等于22μm或者为大于22μm且小于等于40μm。

根据本发明，优选的，开口的深度为大于等于0.8且小于等于1.6μm。

根据本发明，优选的，至少部分位于侧壁的扩展条厚度小于在平台上的扩展条厚度。

根据本发明，优选的，发光二极管为正装结构。

根据本发明，优选的，第一半导体层为n型半导体层，第二半导体层为p型半导体层，第一电极为n型电极，第二电极为p型电极。

根据本发明，优选的，开口形状包括长方形、圆形、椭圆形或类椭圆形。

在本发明的一些实施例中，优选的，位于侧壁的扩展条宽度是变化的。

在本发明的一些实施例中，优选的，扩展条延伸到开口的底部。

在该些实施例中，优选的，底部的扩展条宽度等于位于侧壁的扩展条宽度或者平台上的扩展条宽度。

本发明至少具有以下有益效果：

为了减少吸光，扩展条制作的越来越细，而在本发明绝缘保护层具有一系列开口，受限于电极制作时的蒸镀角度，当扩展条经过开口时，至少开口侧壁存在一侧方向上的扩展条沉积制作厚度较薄，而导致容易在老化过程中烧伤，因此本发明将至少部分侧壁的扩展条宽度大于在绝缘保护层平台上的扩展条宽的宽度，提升扩展条的可靠性。

相比于对侧壁的扩展条加厚设计，由于宽度方向不属于出光方向，因此位于侧壁上加宽设计吸光少于加厚设计吸光，加宽设计比加厚设计具有更优良的光学性能。

本发明的其它特征和优点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。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

虽然在下文中将结合一些示例性实施及使用方法来描述本发明，但本领域技术人员应当理解，并不旨在将本发明限制于这些实施例。反之，旨在覆盖包含在所附的权利要求书所定义的本发明的精神与范围内的所有替代品、修正及等效物。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。

图1为现有技术的比较例1示意图；

图2为现有技术的比较例2示意图；

图3为本发明实施例1的芯片剖面示意图；

图4为本发明实施例1的芯片开口处局部放大俯视示意图；

图5为本发明实施例2的芯片剖面示意图；

图6为本发明实施例3的芯片剖面示意图；

图7为本发明实施例3的芯片俯视示意图；

图8为本发明实施例3的芯片开口处局部放大俯视示意图；

图9为反射率对比示意图。

图中标示：100、第一半导体层，110、第一电极，111、第一焊盘，112/112`、第一扩展条，200、第二半导体层，210、第二电极，211、第二焊盘，212/212`、第二扩展条，300、发光层，400、绝缘保护层，410、开口，420、平台，411、侧壁，412、底部，500、透明导电电流扩展层，600、绝缘电流扩展层，700、衬底。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

应当理解，本发明所使用的术语仅出于描述具体实施方式的目的，而不是旨在限制本发明。如本发明所使用的，单数形式“一”、“一种”和“所述”也旨在包括复数形式，除上下文清楚地表明之外。应进一步理解，当在本发明中使用术语“包含”、"包括"、“含有”时，用于表明陈述的特征、整体、步骤、操作、元件、和/或封装件的存在，而不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、封装件、和/或它们的组合的存在或增加。

除另有定义之外，本发明所使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。应进一步理解，本发明所使用的术语应被理解为具有与这些术语在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的意义来理解，除本发明中明确如此定义之外。

本发明主要公开了在芯片上的半导体层或功能层上制作开口结构，电极扩展条经过开口处，电极扩展条延伸到开口的侧壁或者底部，由于蒸镀时电极材料的角度不同，侧壁和/或底部的电极扩展条材料厚度有所区别，本实施新型为了实现电极扩展条的横截面积接近，因此对厚度较薄区域的电极扩展条进行加宽设计。功能层为绝缘保护层、透明导电电流扩展层、绝缘电流扩展层或者以上任意组成。

参看图3和图4，本发明提供的第一种具体实施例，提供一种发光二极管，主要为正装结构，也可以适用在垂直结构或者倒装结构led上，包括：形成在衬底700上作为发光序列的发光外延层，包括第一半导体层100、第二半导体层200和位于第一半导体层100与第二半导体层200之间的发光层300；绝缘保护层400，至少形成在第二半导体层200上。绝缘保护层400的主要作用为防止发光外延层漏电短路，也可以兼具电流扩展的作用，且绝缘保护层400具有一系列开口410和开口之间的平台420；为了便于说明，将平台420上的扩展条描述为绝缘保护层上的扩展条，第一电极110，与所述第一半导体层100形成电性连接；第二电极210至少部分形成于所述绝缘保护层400之上，与所述第二半导体层200形成电性连接；所述第一电极110和/或第二电极210具有焊盘部和扩展条，其中所述第一电极110和/或第二电极210的扩展条从绝缘保护层400延伸到开口410内，第一电极110跟第二电极210的设计可根据实际需求互换或者做近似设计，以达到例如提高光学性能、电学性能或可靠性能等特定目的，为了清楚位置关系，设定开口410包括侧壁411、与侧壁411相接的底部412，开口410形状包括长方形、圆形、椭圆形或类椭圆形，至少部分位于侧壁411的扩展条宽度大于在绝缘保护层400平台上的扩展条宽度，以加大扩展条的横截面积，实现电流在扩展条内的均匀流动，在本实施例中，第一半导体层100为n型半导体层，第二半导体层200为p型半导体层，第一电极110为n型电极，第二电极210为p型电极。

具体来说，第二电极210由第二焊盘211和第二扩展条212构成，p型电极的第二扩展条212下方依次具有绝缘保护层400、透明导电电流扩展层500、绝缘电流扩展层600、p型半导体层。开口410从绝缘保护层400贯穿至透明导电电流扩展层500。绝缘电流扩展层600呈块状分布，由一系列离散的块状结构构成，其中绝缘电流扩展层600和绝缘保护层400的材料优选均为低折射率绝缘材料，优选折射率为1.5以下，其材料可以是一样的，也可以是不一样的。绝缘保护层400在第二电极210的第二扩展条212下方形成开口410。在本实施例中，该开口410与绝缘电流扩展层600错开，对应的第二电极210的第二扩展条212上表面呈台阶状，具有第一台阶面、第二台阶面和第三台阶面。本实施例所述的发光二极管在第二电极210的第二扩展条212下方形成绝缘电流扩展层600作为电流阻挡，可以抑制靠近第二电极210的第二扩展条212下方的电流过度注入，增加电流注入的长度以及均匀性；在透明导电电流扩展层500上先形成绝缘保护层400，再形成第二电极210，可以降低绝缘保护层400制作过程中电极结构中活泼金属被氧化的几率；绝缘电流扩展层600与绝缘保护层400的设计，利用折光效果可减少电极及其扩展条的金属挡光面积，提升led的取光效率；进一步的，绝缘电流扩展层600、透明导电电流扩展层500、绝缘保护层400、第二扩展条212四层结构可以形成全角反射镜，从而提高电极及其扩展条区域的反射能力，降低吸光效率。图3显示了三种不同电极结构的led芯片反射率对比图，其中比较例1为图1所示led芯片，比较例2为图2所示led芯片，从图中可看出本实施例所述的led结构的整体反射能力明显优于另外两种结构的反射能力。

绝缘保护层400材料可以选用sio2、si3n4、al2o3、tio2等，在本实施例中选用sio2。本实施例所述发光二极管结构中，考虑兼顾两者的要求，其厚度d优选为λ/4n×(2k-1)，其中λ为发光层300的发光波长，n为绝缘保护层400的折射率，k为1以上的自然数，k的较佳取值为2~3，对应的厚度为150nm~500nm为佳。当绝缘保护层400的厚度过小时比较不利于起到电流阻挡层和保护作用，当厚度过大时材料本身吸收会额外增加光损失。

绝缘保护层400在透明导电电流扩展层500上形成开口，开口410包括侧壁411、与侧壁411相连的底部412，该开口410的侧壁411覆盖着绝缘保护层400，第二扩展条212覆盖开口410内两方向的侧壁411，至少一个方向的第二扩展条212为加宽结构。开口的孔径为大于等于15μm且小于18μm、大于等于18μm且小于等于22μm或者为大于22μm且小于等于40μm，开口410的孔径越大，深度越深、扩展条越细，在侧壁411越高的情况下，越容易造成延伸在侧壁411上的第二扩展条212厚度较薄，本发明的技术方案效果越明显。在本实施例中，开口410的深度为大于等于0.8且小于等于1.6μm。为了增加电流均匀性，该开口410为复数个分布在透明导电电流扩展层500上。绝缘保护层的平台420上第二扩展条212的厚度为大于等于1.5μm且小于2μm、大于等于2μm且小于等于3μm或者为大于3μm且小于等于4.5μm。绝缘保护层的平台420上的第二扩展条212宽度为大于等于1μm且小于3μm、大于等于3μm且小于等于5μm或者为大于5μm且小于等于12μm。第二扩展条212`覆盖开口410内两方向的侧壁411，存在一个方向的第二扩展条212`由于蒸镀角度的问题，第二扩展条212`的厚度偏薄，为了防止第二扩展条212`的横截面积不会过于缩小，在本实施例中对至少一个方向的第二扩展条212`做加宽设计，侧壁411的扩展条122`宽度为绝缘保护层的平台420上的第二扩展条212宽度的大于等于1.05到小于1.1倍、大于等于1.1倍到小于等于1.3倍或者为大于1.3到小于等于2倍。即侧壁411的第二扩展条212宽度为大于等于1.05μm且小于3μm、大于等于3μm且小于等于5μm或者为大于5μm且小于等于24μm。本发明为了对加宽设计的部位加以区分，所说的位于绝缘保护层的平台420上的第二扩展条212`为处于绝缘保护层的平台420上表面的第二扩展条212`，而不包括覆盖在侧壁411竖直面或者斜面上的扩展条。

参看图5，本发明提供的第二种具体实施例，增加一些实施方式，在实施例1的基础上，取消透明导电电流扩展层500，开口410进一步从绝缘保护层400开口贯穿至第二半导体层200，将第二扩展条212直接与第二半导体层200电连接。

参看图6到图8，本发明提供的第三种具体实施例，本实施例与实施例1的主要区别在于，将开口410作为导电通道，从芯片表面的绝缘保护层400穿过第二半导体层200和发光层300，直接贯穿至第一半导体层100表面或者其内部，第一电极包括第一焊盘111和第一扩展条112第一电极110的第一扩展条112通过该导电通道与第一半导体层100电连接，而通过复数个导电通道实现电流均匀分布在第一半导体层100内。

具体来说，提供一种发光二极管，主要为正装结构，也可以适用在垂直结构或者倒装结构led上，包括：作为发光序列的发光外延层，自上而下依次包括第一半导体层100、用于耦合出光的发光层300和第二半导体层200；绝缘保护层400，至少形成在第二半导体层200上。绝缘保护层400的主要作用为防止发光外延层漏电短路以及电路在第一半导体层100上均匀分布，且绝缘保护层400设有一系列开口410，开口410位置主要根据电流分布优化来考虑；第一电极110至少部分形成于所述绝缘保护层400之上，与所述第一半导体层200形成电性连接；第二电极210，与所述第二半导体层200形成电性连接；所述第一电极110和/或第二电极210具有焊盘部和扩展条，其中所述第一电极110的第一扩展条112从绝缘保护层400延伸到开口410内，开口410包括侧壁411、与侧壁411相接的底部422，至少部分侧壁411的第一扩展条112`宽度大于在绝缘保护层的平台420上的第一扩展条112宽度，在本实施例中，第一半导体层100为n型半导体层，第二半导体层200为p型半导体层，第一电极110为n型电极，第二电极210为p型电极。

从芯片的剖视图看，第一电极110n型电极的第一扩展条112下方依次具有绝缘保护层400、透明导电电流扩展层500、绝缘电流扩展层600、p型半导体层200、发光层300、n型半导体层100。开口410从绝缘保护层400一直贯穿至透明导电电流扩展层500，通过透明导电电流扩展层500进一步优化电流分布。上述绝缘电流扩展层600呈块状分布，由一系列离散的块状结构构成，其中绝缘电流扩展层600和绝缘保护层400的材料优选均为低折射率绝缘材料，优选折射率为1.5以下，其材料可以是一样的，也可以是不一样的。绝缘保护层400在第一电极110的第一扩展条111下方形成开口410。在本实施例中，该开口410与绝缘电流扩展层600错开，对应的第一电极110的第一扩展条111上表面呈台阶状。本实施例所述的发光二极管在第一电极110的第一扩展条111下方形成绝缘电流扩展层600作为电流阻挡层，可以抑制靠近第一电极110的第一扩展条111下方的电流过度注入，增加电流注入的长度以及均匀性；在透明导电电流扩展层500上先形成绝缘保护层400，再形成第一电极110，可以降低绝缘保护层400制作过程中电极结构中活泼金属被氧化的几率；绝缘电流扩展层600与绝缘保护层400的设计，利用折光效果可减少电极及其扩展条的金属挡光面积，提升led的取光效率；进一步的，绝缘电流扩展层600、透明导电电流扩展层500、绝缘保护层400、第一扩展条111四层结构可以形成全角反射镜，从而提高电极及其扩展区的反射能力，降低吸光效率。图9显示了三种不同电极结构的led芯片反射率对比图，其中比较例1为图1所示led芯片，比较例2为图2所示led芯片，从图中可看出本实施例所述的led结构的整体反射能力明显优于另外两种结构的反射能力。

绝缘保护层400材料可以选用sio2、si3n4、al2o3、tio2等，在本实施例中选用sio2。本实施例所述发光二极管结构中，考虑兼顾两者的要求，其厚度d优选为λ/4n×(2k-1)，其中λ为发光层300的发光波长，n为绝缘保护层400的折射率，k为1以上的自然数，k的较佳取值为2~3，对应的厚度为150nm~500nm为佳。当绝缘保护层400的厚度过小时比较不利于起到电流阻挡层和保护作用，当厚度过大时材料本身吸收会额外增加光损失。

绝缘保护层400在透明导电电流扩展层500上形成开口，开口410包括侧壁411、与侧壁411相连的底部412，该开口410的侧壁411覆盖有绝缘保护层400，第一扩展条111`覆盖开口内两方向的侧壁，至少一个方向的第一扩展条111`为加宽结构。开口410的孔径为大于等于15μm且小于18μm、大于等于18μm且小于等于22μm或者为大于22μm且小于等于40μm，开口410的孔径越大，深度越深、扩展条越细，在侧壁411越高的情况下，越容易造成延伸在侧壁411上的第一扩展条111`厚度较薄，本发明的技术方案效果越明显，主要原因开口侧壁的扩展条受到包括重力或者蒸镀角度在内的限制。在本实施例中，开口410的深度为大于等于0.8且小于等于1.6μm。为了增加电流均匀性，该开口410为复数个分布在透明导电电流扩展层500上。绝缘保护层的平台420上第一扩展条111的厚度为大于等于1.5μm且小于2μm、大于等于2μm且小于等于3μm或者为大于3μm且小于等于4.5μm。绝缘保护层的平台420上的第一扩展条111宽度为大于等于1μm且小于3μm、大于等于3μm且小于等于5μm或者为大于5μm且小于等于12μm。第一扩展条111`覆盖开口内两方向的侧壁，存在一个方向的扩展条由于蒸镀角度的问题，扩展条的厚度偏薄，为了防止扩展条的横截面积不会过于缩小，在本实施例中对至少一个方向的第一扩展条111`做加宽设计，鉴于蒸镀方向常常难以保证，更佳的是选择两个方向的第一扩展条111`均做加宽设计，侧壁411的第一扩展条111`宽度为绝缘保护层上的第一扩展条111宽度的大于等于1.05到小于1.1倍、大于等于1.1倍到小于等于1.3倍或者为大于1.3到小于等于2倍。即侧壁411的第一扩展条111`宽度为大于等于1.05μm且小于3μm、大于等于3μm且小于等于5μm或者为大于5μm且小于等于24μm。在本实施例的一些变形中，位于侧壁的第一扩展条111`宽度可以是变化的，本发明为了对加宽设计的部位加以区分，所说的位于绝缘保护层的平台420上的第一扩展条111为处于绝缘保护层的平台420上表面的第一扩展条111，而不包括覆盖在侧壁411竖直面或者垂直面上的第一扩展条111`。

需要说明的是，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非用于限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种修饰和变动，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应视权利要求书范围限定。