一种发光二极管及制作工艺、发光装置的制作方法

一种具有金属反射镜和透光性介电层搭配的发光二极管，更加优选地是结构为红光发光二极管。

背景技术：

现有发光二极管之增光工艺，如图1所示，通常借由键合工艺将芯片外延层（包括第一类型半导体层106、发光层107和第二类型半导体层108）自吸光外延基板转移至另一永久基板101上，并且在外延层与吸光基板之间制作反射镜面102，通过反射镜面102将光束反射至出光面提升整体亮度。镜面材质通常选用对于该芯片波长具有高反射率之金属材料，如红光或红外常用au/ag镜。红光或者红外的au/ag镜通常与透光性介电层104搭配形成odr结构增加反射效果。另外透光性介电层104会开口制作金锗、金镍、金铍、金锌等常见的金属欧姆接触层105。然后再做一层作粘附层103覆盖欧姆接触层105和透光性介电层104，在粘附层103表面再制作金属反射镜面102，粘附层103通常是izo或ito。

同时某些粘附层经过酸、碱性的溶液后，材料特性会发生变化，例如izo的特性会比较活泼，某些略带酸性或者碱性的去胶液、显影液也会对材料的表面、厚度等产生不可逆转的影响，比如发生蚀刻现象等。所以如izo类的粘附层要实现图形化比较困难，本案的目的在于不影响粘附层特性的基础上，实现cb孔内欧姆接触良好的接触及镜面反射系统。

技术实现要素：

基于本发明的目的，本发明提供了一种具有镜面结构的发光二极管及其制作方法，其具有能够降低电压的镜面结构。

根据本发明的第一个方面，提供如下发光二极管，包括：发光外延叠层，包含第一类型半导体层、有源层和第二类型半导体层，具有对相的第一表面和第二表面，其中第一表面为出光面；

透光性介电层，位于所述发光外延叠层的第二表面侧，并具有多处的第一开口暴露部分外延叠层的第二表面侧；

粘附层，位于透光性介电层远离发光外延叠层的一侧，具有多个第二开口，每一第二开口与每一第一开口的位置对应；

金属层，位于粘附层的远离透光性介电层的一表面侧，并填充第二开口以及第一开口与发光外延叠层的第二表面侧直接接触，所述的粘附层的厚度至多为透光性介电层厚度的五分之一，其特征在于：所述的金属层与透光性介电层之间仅有一层粘附层。

优选地，其中所述的粘附层的厚度至少0.1nm至多10nm。

优选地，所述透光性介电层的厚度为50nm以上。

优选地，所述粘附层为透明导电粘附层。

优选地，所述粘附层为izo或ito。

优选地，所述透光性介电层单层或多层，其中每一层为氟化镁层或氧化硅层。

优选地，所述的透光性介电层的第一开口的侧壁为倾斜，倾斜的角度为等于90°或大于90°。

优选地，述的透光性介电层的第一开口的侧壁为倾斜，倾斜的角度为110~170°。

优选地，所述的粘附层覆盖透光性介电层的第一开口部分侧壁或全部侧壁。

优选地，所述的透光性介电层的第一开口具有倾斜侧壁，所属倾斜侧壁的厚度是渐变的，倾斜侧壁的水平宽度为至少1nm。

优选地，所述每一第一开口的水平宽度大于第二开口的水平宽度至少1nm。

优选地，在第一开口的底部，金属层在发光外延叠层的第一类型半导体层或第二类型半导体层的表面上具有欧姆接触材料。

优选地，所述的金属层与粘附层接触的材料具有金属反射材料。

优选地，所述的欧姆接触材料为金锌、金锗镍、金铍、金镍。

优选地，金属反射材料具有金。

优选地，所述的发光二极管的发光波长为红光或红外。

优选地，所述的发光二极管包括第一电极位于出光面，包括第二电极与金属层连接。

优选地，所述的发光二极管的发光外延叠层包括多个自第二表面侧开口并延伸穿过发光层至底部靠近第一表面侧的凹部。

根据本发明的第二方面，一种照明装置，其包括所述的发光二极管。

根据本发明的第三方面，本发明提供如下一种发光二极管的制作方法，包括步骤：

（1）提供一发光外延叠层，包含第一类型半导体层、有源层和第二类型半导体层，具有对相的第一表面和第二表面，其中第一表面为出光面；

（2）在所述发光外延叠层的第二表面上形成具有多个第一开口的透光性介电层和多个第二开口的粘附层，第一开口暴露外延叠层第二表面的一部分，第二开口与第一开口的位置对应；

（3）制作金属层，金属层形成在粘附层的一侧并且延伸至第二开口内接触外延叠层的第二表面，其中粘附层的厚度为透光性介电层的厚度的至多五分之一。

优选地，在所述外延叠层的第二表面上形成具有多个第一开口的透光性介电层和多个第二开口的粘附层是通过以下步骤形成：先制作多个分散的牺牲层图形在发光外延叠层的第二表面，然后在所述多个分散的牺牲层图形表面以及发光外延叠层的第二表面依次制作透光性介电层和粘附层，剥离牺牲层图形以同时形成透光性介电层的第一开口和粘附层的第二开口。

优选地，所述的牺牲层为至少一层，每一层为金属或介质层中一种。

优选地，所述的牺牲层图形为第一层和第二层，第二层相对第一层更远离发光外延叠层的第二表面，第一层的水平宽度尺寸小于第二层的水平宽度尺寸。

优选地，剥离牺牲层之前还包括形成一额外金属层在粘附层的表面，额外金属层不会被剥离牺牲层的工艺去除。

优选地，所述的一额外金属层为金属反射层。

通过本发明的结构和方法设计，可以实现如下技术效果：

具有开口的粘附层粘附在多层金属层与透光性介电层之间，多层金属层包括镜面层、欧姆接触层，取消镜面层与欧姆接触层之间的粘附层，相较于图1所示的结构，可以有效解决粘附层在欧姆接触层与反射镜层之间导致的电压上升的问题；其中粘附层的厚度需设计为不高于透光性介电层的厚度的五分之一，或者具体的至多10nm，以减少吸光；粘附层覆盖在透光性介电层的开口侧壁，并暴露透光性介电层的开口底部，可以增加多层金属层与透光性介电层的粘附性，透光性介电层的开口侧壁设计为相对倾斜，可以进一步增加粘附面积。

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。

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，与本发明的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传统的发光二极管结构；

图2~14为实施例一的发光二极管的结构；

图15为实施例二的发光二极管的结构；

图16为实施例三的发光二极管结构；

图17所示的是实施例一实施步骤s2获得的结构的tem图。

具体实施方式

实施例一

现有技术的红光或红外led如图1所示，其中金属欧姆接触、绝缘层如氟化镁或绝缘层如金锌，与反射镜如金或银之间会具有一个层整面覆盖的粘附层204，粘附层204通常是透明导电层，具体的是氧化物如ito或izo。在粘附层204不作开口的情况下，如图一粘附层204会存在于金属欧姆层与镜面层之间，因为粘附层一方面会影响欧姆接触层的制备过程，造成金属扩散不充分，增加接触电阻；另一方面，粘附层本身的电阻大于金属，也会造成串联电阻增加，导致电压升高。或者粘附层存在于外延层与金属欧姆接触层或者镜面层之间时，同样的会造成上述的技术问题。

因此，本发明提供如下一种发光二极管，改变传统的粘附层204、欧姆接触层以及镜面层的搭配设计，用于解决透明导电氧化物尤其是izo存在于欧姆接触层与金或银镜之间时导致的电压升高的技术问题，具体的该发光二极管，如图2所示，包括：发光外延叠层，包含第一类型半导体层206、有源层207和第二类型半导体层208，发光外延叠层具有对相的第一表面和第二表面，其中第一表面为出光面位于第二类型半导体层208的一侧；透光性介电层205位于所述发光外延叠层的第二表面侧，并具有多处的第一开口暴露部分外延叠层的第二表面侧，透光性介电层205远离发光外延叠层的一侧具有粘附层204，粘附层204具有第二开口，第二开口于第一开口的位置对应；金属层203逐层层叠在粘附层204一侧，并填充第二开口以及第一开口，所述的粘附层204的厚度至多透光性介电层205厚度的五分之一。

其中粘附层204可以是透明介质层如二氧化硅、或者透明导电氧化物，具体的是ito或izo，在透光性介电层具有开口的位置将粘附层204设计为同样具有开口，金属层通过透光性介电层以及粘附层具有的开口位置即形成欧姆接触，取消在金属欧姆接触层与金属反射层之间设计粘附层204，可以有效降低电压。

如图2所示，当第一类型半导体层206为p型半导体，第二类型半导体层208可为相异电性的n型半导体，反之，当第一类型半导体层206为n型半导体，第二类型半导体层208可为相异电性的p型半导体。有源层207可为中性、p型或n型电性的半导体。施以电流通过半导体发光叠层时，激发有源层207发光出光线。当有源层207以氮化物为基础的材料时，会发出蓝或绿光；当以磷化铝铟镓为基础的材料时，会发出红、橙、黄光的琥珀色系的光；当以铝镓砷为基础的原料时，会发出红外光。本实施例中发光层为铝镓铟磷，第一类型半导体层206和第二类型半导体层208包括覆盖层铝铟磷和电流扩展层磷化镓，第二类型半导体层208包括覆盖层铝铟磷和欧姆接触层砷化镓。通常透光性介电层205形成在电流扩展层磷化镓上。

透光性介电层，一方面，用于在发光外延叠层一侧开口提供欧姆接触位置，因此，需要选择高电阻值的绝缘材料如氟化物或氧化物或氮化物，具体的该绝缘材料可以是，氟化镁或氧化硅或氧化锌等至少之一钟材料。透光性介电层205位于发光外延叠层一侧，另一方面用于反射发光层的光辐射返回至发光外延叠层或侧壁出光，因此，优选的选用低折射率材料，以增加光辐射穿过发光外延叠层至透光性介电层205表面时发生反射的几率，其折射率优选为1.5以下，更佳的为1.4以下，如氟化镁，透光性介电层的厚度为50nm以上，例如50~500nm，更优选的是50~150nm，或者更有选的是100~150nm。透光性介电层205的透光率至少为60%、70%或80%或90%。更优选的是，该透光性介电层205为单层或多层不同材料或由两种不同折射率的上述绝缘层材料重复堆叠而成。更优选地，所述的透光性介电层的光学厚度为（发光层波长/4）的整数倍数范围内。该透光性介电层205的内部形成一系列贯彻该透光性介电层205的第一开口，第一开口的水平截面形状可以是圆形或椭圆形或多边形，第一开口的水平宽度尺寸优选的是2~10微米，第一开口的水平宽度尺寸是均匀的或不均匀变化的，第一开口暴露发光外延叠层的第二表面侧。

如图2所示，透光性介电层205的第一开口可以具有垂直的侧壁，即第一开口内水平宽度尺寸沿着厚度方向是不变的。

或者作为一个替换性的实施方式，如图3所示，透光性介电层205的第一开口可以具有倾斜的侧壁，即第一开口的水平宽度尺寸沿着透光性介电层205的厚度方向是变化的。更优选的是，第一开口的水平宽度尺寸在发光外延叠层的一侧大于远离发光外延叠层一侧的第一开口的水平宽度尺寸。更优选的是，第一开口的水平宽度沿着透光性介电层205的厚度方向是渐变的，在第一开口的侧壁处，第一开口的水平宽度尺寸越靠近发光外延叠层越小。在第一开口的底部发光外延叠层的第二表面被暴露，第一开口的底部位于发光外延叠层的第二表面，第一开口的底部具有水平宽度为d1，相反的，第一开口远离发光外延叠层的顶部具有水平宽度为d2，d2大于d1的值至少为1nm，更佳的是，d2大于d1的值介于1~20nm，或者d2大于d1的值至少为20nm，至多100nm或者至多1000nm。

粘附层204形成在透光性介电层205远离发光外延叠层的一面侧，该粘附层204透光性导电材料，该透光性导电材料具体的如izo或ito等，更优选的是对透光性介电层205以及金属层203如金或银之间粘附性好的材料。更优选的是，粘附层204的折射率会高于透光性介电层205。更优选的是粘附层204的厚度为至多粘附层的厚度至多为透光性介电层厚度的五分之一，或者具体的所述的粘附层204的厚度至多10nm，至少0.1nm或者至少1nm，高于该厚度的范围将破坏透光性介电层的反射性，导致严重吸光，低于该厚度范围值将导致粘附性效果差。粘附层204如izo或ito的透光率通常会低于透光性介电层205的透光率。该厚度范围的粘附层为连续的膜层或更优选的为离散状的层。

粘附层204具有多个第二开口，每一第二开口与每一第一开口的位置对应，并且每一第二开口暴露每一第一开口内的至少部分底部或者进一步暴露部分第一开口的侧壁或者进一步暴露第一开口周围的部分透光性介电层205；第一开口与第二开口的水平宽度大小关系不受限制，第二开口可以大于或等于第一开口的水平宽度尺寸，第二开口暴露第一开口的全部侧壁以及第一开口的底部。第二开口也可以小于或等于第一开口的水平宽度尺寸，即粘附层204形成的过程中可以覆盖在第一开口的至少部分侧壁；或者粘附层204覆盖第一开口的侧壁全部部分并且粘附层204触及外延发光叠层底部形成第二开口。粘附层204在透光性介电层205的表面侧的厚度可以大于等于粘附层204在透光性介电层205的侧壁处的厚度。

金属层203形成在粘附层204的远离透光性介电层205的一表面侧。金属层203至少包括金属欧姆接触层，金属欧姆接触层如auzn、auge、augeni或aube等材料，至少形成在透光性介电层205以及粘附层204的第一开口、第二开口内，可以作为最表层与第一类型半导体层206接触，欧姆接触层需要通过高温熔合处理以在第一类型半导体层206表面形成欧姆接触，欧姆接触层可同时形成在粘附层204的表面。粘附层204一侧也可以包括金属反射层直接接触，金属反射层为金或银。

金属层203还包括金属阻挡层，金属阻挡层主要用于阻挡反射层金属、欧姆接触层金属向键合层扩散，如au、ti、pt或cr任意组合的材料，金属层203还包括键合层用于将发光外延叠层粘结至导电基板上，可以是au-au键合、au-in键合等。

在本实施例中，透光性介电层205采用氟化镁，其具有较低的折射率和高的热传导率（折射率n为1.38，热传导系数14~15w/mk），其厚度为100~150nm；粘附层204为溅射型izo层，其厚度为1~10nm，形成在粘附层的表面金属层为au，包括一定比例的zn；金属欧姆接触层可以选用auzn，金属阻挡层ti/pt或ti/pt/au结构；键合层为ti//pt/au。

在上述发光二极管结构中，采用mgf2和金镜作为odr体系，auzn作为欧姆接触层，实现了lop的大幅度提升。由于mgf2的粘附性较差，因此采用izo粘附层204。

作为一个替代性的实施例，所述的透光性介质层也可以是二氧化硅，izo同样可作为粘附层204使用，izo的厚度介于0.1~10nm范围内。

作为一个替换性的实施例，所述的粘附层204同样可以是ito，ito也具有改善透光性介电层205与金属反射层之间的粘附性。

如图4所示，下面的一部分实施例提供本实施例一种发光二极管的制作方法，包括步骤：

s1：提供一发光外延叠层，包含第一类型半导体层206、有源层207和第二类型半导体层208，具有对相的第一表面和第二表面，其中第一表面为出光面。

具体的，选择一临时衬底300表面形成发光外延叠层，临时衬底300为蓝宝石、氮化镓、砷化镓等基材，发光外延叠层包括第一类型半导体层206、有源层207和第二类型半导体层208。当第一类型半导体层206为p型半导体，第二类型半导体层208可为相异电性的n型半导体，反之，当第一类型半导体层206为n型半导体，第二类型半导体层208可为相异电性的p型半导体。有源层207可为中性、p型或n型电性的半导体。施以电流通过半导体发光叠层时，激发有源层207发光出光线。本实施例中，所属的第二类型半导体层208为n型半导体。

s2：在所述外延叠层的第二表面上形成具有多个第一开口的透光性介电层205和多个第二开口的粘附层204，第一开口暴露外延叠层第二表面的一部分，第二开口暴露至少部分第一开口内的外延叠层的第二表面。

具体的可以包括如下系列步骤：

s21：如图4所示，在发光外延叠层的表面上形成图形化的牺牲层301。所述的牺牲层301为单层或多层，牺牲层的每一层材料可以是金属或介质层或者光刻胶，金属可以是如钛、钛钨，所述介质层可以是氧化硅或氮化硅层，本实施例牺牲层301为单层，通过光刻胶图形化工艺即可形成图形化的牺牲层301，单层的牺牲层材料可以是金属层。

s22：如图5所示，形成透光性介电层205在图形化牺牲层301以及暴露的外延叠层的表面。透光性介电层205具体的可以是氟化镁或氧化硅，透光性介电层205可通过蒸镀工艺制作，厚度介于50~500nm之间。溅射镀一层粘附层204如izo在氟化镁或氧化硅的表面，厚度为10nm以下，优选的是0.1~10nm。

更优选的，由于izo化学性质活泼，剥离牺牲层的溶液对izo容易产生腐蚀，特别是较薄的izo厚度容易被破坏，如图6所示，可在剥离牺牲层301的工艺之前，在粘附层204的表面形成一金属层203，一金属层302优选的是为惰性材料的金属层，或者更优选的是金属反射层组分，如金或银，在izo层表面形成保护层，防止izo被蚀刻。

s23：如图7所示，通过剥离牺牲层301的工艺去除牺牲层301以及牺牲层301表面的透光性介电层205以及粘附层204，形成透光性介电层205覆盖在第一类型半导体层206的一侧，并具有第一开口，粘附层204覆盖在透光性介电层205远离第一类型半导体层206的表面并具有第二开口，第二开口与第一开口的位置对应，剥离的工艺具体的是湿法蚀刻工艺。若有额外形成一金属层302，采用剥离牺牲层301的工艺去除牺牲层，形成的透光性介电层205具有第一开口，izo具有第二开口以及一金属层302具有另一开口，第一开口以及第二开口以及一金属层的另一开口的位置对应。

更优选的，所述s22中所述的牺牲层301为多个独立的图形，每一个独立的图形为至少两层牺牲层结构，至少两层为下窄上宽的宽度设计。具体的，如图8所示，牺牲层301包括第一牺牲层3011和第二牺牲层为3022，第二牺牲层3022的水平宽度尺寸大于第二牺牲层3022的水平宽度尺寸。

如图9所示，制作透光性介电层205在牺牲层301的表面以及外延发光叠层的第二表面上，由于第二牺牲层3022的水平宽度尺寸大于第一牺牲层3022的水平宽度尺寸，在第二牺牲层3012的侧壁覆盖的透光性介电层205以及发光外延叠层的第二表面处覆盖的透光性介电层205容易不连续生长，沿着第二牺牲层3012下部的第一牺牲层3021周围的空隙处透光性介电层205形成第一开口，第一开口产生倾斜的侧壁。制作粘附层204在透光性介电层205的表面时，粘附层204也沿着透光性介质层205在第一开口的倾斜的侧壁处生长形成第二开口，第二开口围绕第一牺牲层3012的周围产生，在第二开口处粘附层也具有倾斜的侧壁。粘附层204覆盖在透光性介电层205倾斜的侧壁上，可以增加透光性介电层205与后续制作的金属层之间的粘附面积，从而增加发光元件的可靠性。如图10所示，通过剥离工艺去除牺牲层301。更优选的是，如图9所示，剥离粘附层304之前，先制作一层金属层302以保护粘附层304在剥离工艺过程中被蚀刻，较佳的适用于izo。

优选的是，本实施例中所述的第一层牺牲层3021和第二层牺牲层3022分别为容易蚀刻去除的材质，如氧化硅或氮化硅等材料。

更优选的，所述的牺牲层301剥离工艺采用的溶液不会对透光性介电层205以及该一金属层203造成蚀刻。

如图17所示的tem图，显示了在发光外延叠层第一导电类型半导体层206的表面通过牺牲层图形作为模板制作的透光性介电层、粘附层以及粘附层表面覆盖的一金属层au，金属层au覆盖在最表面，并且只能看到一个开口，开口的侧壁同样被金属层au覆盖，底部暴露第一类型半导体层206的表面，开口的水平宽度大小为6微米左右，并且侧壁是倾斜的。

s3：如图12所示，制作金属层203，金属层203形成在粘附层204的一侧并且延伸至第二开口内接触外延叠层的第二表面。

金属层203为多层，逐层层叠在粘附层204的表面并且填充第二开口至接触外延叠层的第二表面，并整面覆盖在粘附层204的一侧。

优选的，在一金属层302的表面以及第一开口、第二开口的侧壁以及底部至少制作一层欧姆接触层，优选的，先生长一层金属反射层、一层欧姆接触层，或者直接在一金属层302的表面生长一层欧姆接触层以及金属反射层，之后进行高温熔合处理，将欧姆接触层的易扩散金属如zn扩散至第一开口的底部的第一类型半导体层206的表面形成欧姆接触，生长多层金属层203之后，一金属层302与后续生长的多层金属层203合并为多层金属层203。可选的，欧姆接触层的易扩散金属经过熔合工艺可扩散至粘附层的表面。

作为一种实施例，如图12所示，多层金属层203制作完成之后还包括进一步的键合导电的基板202，如硅、金属基板或合金基板，去除临时衬底300。

如图13所示，制作第一电极209在露出的发光外延叠层的第一表面，制作第二电极201在导电基板202的另一侧。

如图14所示，第一电极209包括一焊盘部分2091和接触电极2092，接触电极2092部分位于焊盘部分2091下方，部分以多个条状的形式沿着发光外延叠层的第一表面进行延伸，形成扩展电极条。

实施例二

作为图13所示结构的改进，第一电极和第二电极都自发光外延叠层的第二表面侧引出，与外部电性连接。

具体的，如图15所示，该结构包括发光外延叠层，其中第一类型半导体层206、发光层207和第二类型半导体层208逐层堆叠，发光外延叠层的第一表面为出光面，第二表面侧为第一类型半导体层206，具有多个独立的凹部，凹部自第二表面侧延伸至穿过发光层至底部与第二类型半导体层208接触，凹部的水平宽度为1um以上，凹部占据第二表面侧的面积为1~20%。

透光性介电层205和粘附层204至少形成在半导体发光叠层第二表面侧，其中透光性介电层205也可延伸至覆盖多个凹部的侧壁表面，透光性介电层205在半导体叠层的第二表面侧具有多个第一开口，粘附层204仅位于半导体发光叠层的第二表面侧，具有第二开口204，多层金属203位于粘附层204的表面侧并填充第一开口、第二开口至底部与把半导体发光叠层的第二表面接触，第一开口和第二开口的位置对应。透光性介电层205与粘附层204暴露多个凹部的位置。

金属层203至少包括欧姆接触层，欧姆接触层延伸至第一开口的底部与半导体叠层的第一表面直接接触，金属层还可以包括金属反射层和金属阻挡层。

在金属层的203的表面侧还具有一绝缘层303，绝缘层303的材料可以是氧化硅或氮化硅或氟化物，绝缘层303也可以延伸至覆盖凹部的侧壁，露出凹部的底部。

在绝缘层303的表面还具有第二金属层304，第二金属层304通过凹部填充至半导体叠层内的多个开口至底部与第二类型半导体层208接触。

金属层203还包括一部分表面被暴露以设置有第一电极201，第二金属层304还包括一部分表面暴露设置有第二电极209，第一电极201和第二电极209位于半导体叠层的周围的同一侧，用于外部打线。

第二金属层304的一侧还具有基板202，基板为导电或不导电的基板，第二金属层304还包括键合层，用于键合基板。

实施例三

作为实施例二的替代性实施例，如图16所示，其中基板202为导电性基板，第二电极209设置在导电性基板的背面侧用于外部电性连接。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。