发光二极管及其制备方法与流程

1.本技术涉及半导体相关技术领域，尤其涉及一种发光二极管及其制备方法。


背景技术：

2.发光二极管由于可靠性高、寿命长、功耗低的特点，广泛应用于各个领域。为了提高发光二极管的发光效率，常常在半导体堆叠层上形成反射层，反射层与半导体堆叠层之间的粘附性较差，因此，需要在反射层与半导体堆叠层之间增设一层粘附层，以增强反射层在半导体堆叠层上的粘附性。
3.现有发光二极管中的粘附层一般由氧化铟锡制备而成，其具有良好的粘附性，但对半导体堆叠层所发出光的透光率较差，反射率较低，进而会影响整个发光二极管的反射效果，以及发光效率。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种发光二极管，其使第一反射层与第一开口下方的半导体堆叠层通过第一粘附层直接或间接连接，第一反射层与非第一开口处的第一绝缘层通过第二粘附层连接，能够在提高第一反射层与半导体堆叠层之间粘附性的基础上，有效提高粘附层对半导体堆叠层所发出光的透光率和反射率，进而提高发光二极管的发光效率。
5.另一目的还在于提供一种上述发光二极管的制备方法。
6.第一方面，本技术实施例提供了一种发光二极管，其包括顺序排列的半导体堆叠层、第一绝缘层和反射结构，第一绝缘层设有延伸至半导体堆叠层的第一开口；反射结构包括：
7.第一粘附层，为图案化结构；第一粘附层间断设置在第一绝缘层上并至少填充第一开口；
8.第二粘附层，覆盖第一粘附层上以及第一绝缘层除第一粘附层之外的区域；第二粘附层对预定波段的光的反射率大于第一粘附层对预定波段的光的反射率；
9.第一反射层，位于第二粘附层远离第一粘附层的一侧。
10.在一种可能的实施方案中，第一粘附层和第二粘附层之间还包括有第二反射层，第二反射层覆盖在第一粘附层上。
11.在一种可能的实施方案中，第二反射层与第一粘附层复配后的反射率介于60％～95％。
12.在一种可能的实施方案中，第一反射层与第二粘附层复配后的反射率介于80％～98％。
13.在一种可能的实施方案中，第一粘附层配置有与第一开口对应的凹陷区，第二反射层呈“t”型，并填充凹陷区。
14.在一种可能的实施方案中，第一粘附层配置有与第一开口对应的凹陷区，第二反射层覆盖凹陷区的侧壁和底面。
15.在一种可能的实施方案中，第二粘附层在垂向上的投影面积与第一粘附层在垂向上的投影面积之比为20:1～10:3。
16.在一种可能的实施方案中，第一粘附层的材料包括透明导电材料，第一粘附层的厚度为10～50a。
17.在一种可能的实施方案中，第二粘附层的材料包括铝，第二粘附层的厚度为2～20a。
18.在一种可能的实施方案中，第一反射层和第二反射层的材料均包括银，第一反射层和第二反射层的厚度为1000～1500a。
19.在一种可能的实施方案中，半导体堆叠层与第一绝缘层之间包括有电流扩展层，在垂向投影中，第一开口位于电流扩展层内。
20.在一种可能的实施方案中，该发光二极管还包括：
21.第二绝缘层，位于反射结构远离第一绝缘层的一侧，并包覆在反射结构的外围；
22.金属层，位于第二绝缘层远离反射结构的一侧，并具有与半导体堆叠层电连接的导电柱；
23.基板，位于金属层远离第二绝缘层的一侧。
24.在一种可能的实施方案中，反射结构与第二绝缘层之间包括有导电层，导电层包覆在反射结构的外围，导电层的材料包括ag、au、ti、al、cr、pt、tiw合金、ni或以上任意组合；导电层朝向半导体堆叠层的表面电连接有接触电极。
25.在一种可能的实施方案中，半导体堆叠层包括顺序排列的第一半导体层、有源层和第二半导体层，第一绝缘层形成在第二半导体层上；导电柱与第一半导体层电连接，接触电极与第二半导体层电连接。
26.第二方面，本技术实施例提供了一种发光二极管的制备方法，其包括：
27.形成半导体堆叠层，并在半导体堆叠层上形成第一绝缘层，第一绝缘层设有延伸至半导体堆叠层的第一开口；
28.在第一绝缘层上形成反射结构；反射结构的形成方法包括：
29.在第一绝缘层上形成第一粘附层，第一粘附层为图案化结构，且间断设置在第一绝缘层上并至少填充第一开口；
30.在第一粘附层以及第一绝缘层除第一粘附层之外的区域形成第二粘附层，第二粘附层对预定波段的光的反射率大于第一粘附层对预定波段的光的反射率；
31.在第二粘附层上形成第一反射层。
32.在一种可能的实施方案中，在形成第二粘附层之前，形成第一粘附层之后，还包括：
33.在第一粘附层上形成第二反射层。
34.与现有技术相比，本技术至少具有如下有益效果：
35.本技术通过在半导体堆叠层与第一反射层之间设置第一粘附层和第二粘附层来提高第一反射层在半导体堆叠层上的粘附性，且使第一反射层与第一开口下方的半导体堆叠层通过第一粘附层直接或间接连接，第一反射层与非第一开口处的第一绝缘层通过第二粘附层连接，能够在提高第一反射层与半导体堆叠层之间粘附性的基础上，有效提高粘附层对半导体堆叠层所发出光的透光率和反射率，进而提高发光二极管的发光效率。例如，第
一粘附层由透明导电材料制成，第二粘附层由铝制成。
36.此外，利用第一粘附层预先填充于第一绝缘层的第一开口内，使得后续形成第二粘附层时，第二粘附层只与非第一开口处的第一绝缘层接触，不会填充于第一开口内并通过第一开口与半导体堆叠层上的电流扩展层接触，可避免第二粘附层因与电流扩展层接触而出现的氧化现象，并提高发光二极管的发光效率。
附图说明
37.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
38.图1为根据本技术实施例示出的一种发光二极管的结构示意图；
39.图2为图1中区域i的放大图；
40.图3为图1中区域i的放大图；
41.图4～图9为根据本技术实施例示出的一种发光二极管处于不同制备阶段的结构示意图。
42.图示说明：
43.100衬底；200半导体堆叠层；201第一半导体层；202有源层；203第二半导体层；210第一绝缘层；211第一开口；212第二开口；220反射结构；221第一粘附层；222第二粘附层；223第一反射层；224第二反射层；230导电层；240第二绝缘层；250电流扩展层；300金属层；310导电柱；400基板；500接触电极；600第三绝缘层。
具体实施方式
44.以下通过特定的具体实施例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或营业，本技术中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。
45.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”和“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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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技术的限制。此外，术语“第一”和“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
46.根据本技术的一个方面，提供一种发光二极管。参见图1～图3，该发光二极管包括顺序排列的半导体堆叠层200、第一绝缘层210和反射结构220，第一绝缘层210设有延伸至半导体堆叠层200的第一开口211。在本实施例中，半导体堆叠层200包括顺序排列的第一半导体层201、有源层202和第二半导体层203，第一绝缘层210形成在第二半导体层203上。第一半导体层201为n型半导体层，第二半导体层203为p型半导体层，有源层202为多层量子阱层。n型半导体层、多层量子阱层及p型半导体层仅是半导体堆叠层200的基本构成单元，在此基础上，半导体堆叠层200还可以包括其他对发光二极管的性能具有优化作用的功能结
构层。
47.反射结构200包括第一粘附层221、第二粘附层222和第一反射层223，第一反射层223位于第二粘附层222远离第一粘附层221的一侧。第二粘附层222对预定波段的光的反射率大于第一粘附层221对预定波段的光的反射率。第一粘附层221的材料包括透明导电材料，第二粘附层222的材料包括但不限于是铝，第一粘附层221与第二粘附层222均具有良好的粘附性，且第二粘附层222对半导体堆叠层200所发出光的透光率和反射率要优于第一粘附层221，因此，选用第二粘附层222与第一粘附层221复配，可提高第一反射层223与半导体堆叠层200之间粘附性，也可提高发光二极管的发光效率。
48.第一粘附层221为图案化结构，其间断设置在第一绝缘层210上并至少填充第一开口211，即第一绝缘层210未设置第一开口211的至少部分区域处未设置有第一粘附层221。第二粘附层222覆盖第一粘附层221以及第一绝缘层210除第一粘附层221之外的区域。第一反射层223与第一开口下方的半导体堆叠层200通过第一粘附层221直接或者间接连接，第一反射层223与非第一开口处的第一绝缘层210通过第二粘附层222连接。第二粘附层222在垂向上的投影面积大于第一粘附层221在垂向上的投影面积，也可以描述为第二粘附层222的反射面积大于第一粘附层221的反射面积，尽可能减小第一粘附层221的反射面积并增大第二粘附层222的反射面积，可在提高第一反射层223与半导体堆叠层200之间粘附性的基础上，有效提高粘附层对半导体堆叠层200所发出光的透光率和反射率，进而提高发光二极管的发光效率。
49.在一种实施方式中，参见图2和图3，第一粘附层221和第二粘附层222之间还包括有第二反射层224，第二反射层224仅覆盖在第一粘附层221上，也就是说，第二反射层224未覆盖第一绝缘层210除第一粘附层221之外的区域。需要说明的是，第二反射层224要优先于第一反射层223形成。
50.较佳地，第一粘附层221配置有与第一开口211对应的凹陷区，第二反射层224呈“t”型，并填充凹陷区(图2)。
51.较佳地，第一粘附层221配置有与第一开口211对应的凹陷区，第二反射层224覆盖凹陷区的侧壁和底面(图3)。
52.在一种实施方式中，第二反射层224与第一粘附层221复配后的反射率介于60％～95％。第一粘附层221的材料包括但不限于是氧化铟锡、氧化铟、氧化锡、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化锌或者磷化镓，其厚度为10～50a，第一粘附层221的厚度不宜过大，主要是为了避免第一粘附层221吸收过多半导体堆叠层所发出的光。第二反射层224的材料包括但不限于是银，且厚度为1000～1500a。在本实施例中，第一粘附层221的材料为氧化铟锡，且厚度为30a；第二反射层224的材料为银，且厚度为1200a；第二反射层224与第一粘附层221复配后的反射率优选为66％～93％。
53.在一种实施方式中，第一反射层223与第二粘附层222复配后的反射率介于80％～98％。第二粘附层222的材料包括但不限于是铝，其厚度为2～20a，反射率不小于50％，第二粘附层222的反射率与厚度有关，此处所说的第二粘附层222的反射率所对应的厚度为业内公知的厚度，并不是此处的超薄厚度。第一反射层223的材料包括但不限于是银，且厚度为1000～1500a。在本实施例中，第二粘附层222的材料为铝，且厚度为3a；第一反射层223的材料为银，且厚度为1200a；第一反射层223与第二粘附层222复配后的反射率优选为85％～
98％。
54.在一种实施方式中，参见图2和图3，第二粘附层222在垂向上的投影面积与第一粘附层221在垂向上的投影面积之比为20:1～10:3，上述投影面积之比的值越大，则第一粘附层221的反射面积越小，第二粘附层222的反射面积越大，可在提高第一反射层223与半导体堆叠层200之间粘附性的基础上，有效提高粘附层对半导体堆叠层200所发出光的透光率和反射率，进而提高发光二极管的发光效率。
55.在一种实施方式中，参见图1～图3，半导体堆叠层200与第一绝缘层210之间包括有电流扩展层250，在垂向投影中，第一开口211位于电流扩展层250内，即第一开口211位于电流扩展层250的上方且暴露出电流扩展层250的部分上表面。第一粘附层221填充第一开口211并与电流扩展层250连接。
56.具体地，电流扩展层250的材料包括但不限于是氧化铟锡、氧化铟、氧化锡、氧化镉锡、氧化锑锡或者氧化锌，电流扩展层250的材料优选为氧化铟锡。由铝制成的第二粘附层222通过第一开口211与电流扩展层250直接接触时，第二粘附层222会被氧化，从而导致第一开口211处出现发黑现象，影响发光二极管的发光效率。利用第一粘附层221预先填充于第一绝缘层210的第一开口211内，使得后续形成第二粘附层222时，第二粘附层222只与非第一开口处的第一绝缘层210接触，不会填充于第一开口211内并通过第一开口211与半导体堆叠层200上的电流扩展层250接触，可避免第二粘附层222因与电流扩展层250接触而出现的氧化现象，并提高发光二极管的发光效率。
57.在一种实施方式中，参见图1，发光二极管还包括第二绝缘层240、金属层300和基板400。
58.第二绝缘层240位于反射结构220远离第一绝缘层210的一侧，并包覆在反射结构220的外围。第二绝缘层240的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、二氧化钛或氧化铝中的一种或多种。
59.金属层300位于第二绝缘层240远离反射结构220的一侧，并具有与半导体堆叠层200电连接的导电柱310。金属层300的材料包括al、ni、ti、pt或au中的一种或者至少两种。导电柱310延伸至第一半导体层201的内部并与第一半导体层201电连接，其实质为第一电极，导电柱310的侧壁上包括有第一绝缘层210和第二绝缘层240，该第一绝缘层210和第二绝缘层240对半导体堆叠层200的非电极设置区域进行绝缘保护。
60.基板400位于金属层300远离第二绝缘层240的一侧，其为永久基板，并用于转移生长在衬底上的半导体堆叠层200。基板400的材料选自gaas、ge、si、cu、mo、wcu或mocu。半导体堆叠层200的长度和宽度均小于基板400的长度和宽度，以在基板400上形成台面结构。
61.反射结构220与第二绝缘层240之间包括有导电层230，导电层230包覆在反射结构220的外围。导电层230的材料为ag、au、ti、al、cr、pt、tiw合金、ni或以上任意组合，导电层230的材料优选为性能较为稳定的ti、au、cr、pt、tiw合金。导电层230朝向半导体堆叠层200的表面电连接有接触电极500，该接触电极500与第二半导体层203电连接，其实质为第二电极。
62.具体地，第一绝缘层210的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、二氧化钛或氧化铝中的一种或多种。第一绝缘层210具有第二开口212，第二开口212和第一开口211均位于导电柱310的同侧，且在垂向上贯穿第一绝缘层210。第二开口212处形成有接触电极500，该接
触电极500经第二开口212、导电层230、反射结构220、第一开口211与第二半导体层203欧姆接触，以将接触电极500与第二半导体层203电连接。接触电极500的材料包括al、ni、ti、pt或au中的一种或者至少两种。
63.较佳地，发光二极管还包括第三绝缘层600，第三绝缘层600覆盖半导体堆叠层200的表面、侧壁以及基板400除半导体堆叠层200之外的区域，并暴露出接触电极500以及半导体堆叠层200的部分表面，其用于保护整个发光二极管。第三绝缘层600的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、二氧化钛或氧化铝中的一种或多种。
64.需要说明的是，本技术实施例仅示例出垂直结构的发光二极管，对于采用上述反射结构220的其他类型的发光二极管也适用于本技术所保护的范围内。
65.根据本技术的一个方面，提供一种发光二极管的制备方法。该制备方法包括以下步骤：
66.s1、在衬底100上形成半导体堆叠层200，并在半导体堆叠层200上形成第一绝缘层210，第一绝缘层210设有延伸至半导体堆叠层的第一开口211。
67.参见图4，衬底100为蓝宝石图形化衬底、蓝宝石衬底、氮化镓衬底、氮化铝衬底、碳化硅衬底或硅衬底等其中的一种。在本实施例中，衬底100具体为蓝宝石图形化衬底或者蓝宝石平底衬底。
68.在衬底100上形成半导体堆叠层200。半导体堆叠层200自下至上包括第一半导体层201、有源层202和第二半导体层203。在本实施例中，第一半导体层201为n型半导体层，第二半导体层203为p型半导体层，有源层202为多层量子阱层。其中，n型半导体层、多层量子阱层及p型半导体层仅是半导体堆叠层200的基本构成单元，在此基础上，半导体堆叠层200还可以包括其他对发光二极管芯片的性能具有优化作用的功能结构层。
69.刻蚀半导体堆叠层200，并形成沟槽，该沟槽自第二半导体层203延伸至第一半导体层201的内部。
70.于刻蚀后的半导体堆叠层200中第二半导体层203上形成电流扩展层250，电流扩展层250包括但不限于是氧化铟锡、氧化铟、氧化锡、氧化镉锡、氧化锑锡或者氧化锌，电流扩展层250的材料优选为氧化铟锡。
71.于刻蚀后的半导体堆叠层200中的第二半导体层203上形成第一绝缘层210，第一绝缘层210覆盖电流扩展层250、第二半导体层203除电流扩展层250之外的表面以及沟槽的侧壁，并具有延伸至电流扩展层250上的第一开口211。在垂向投影中，第一开口211位于电流扩展层250内。第一绝缘层210的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、二氧化钛或氧化铝中的一种或多种。
72.s2、参见图5，在第一绝缘层210上形成反射结构220，反射结构220的形成方法具体包括以下步骤：
73.s21、参见图2和图3，在第一绝缘层210上形成第一粘附层221，第一粘附层221为图案化结构，且间断设置在第一绝缘层210上并至少填充第一开口211。第一绝缘层210未设置第一开口211的至少部分区域处未设置有第一粘附层221。
74.第一粘附层221与第二半导体层203上的电流扩展层250接触。
75.第一粘附层221的材料包括但不限于是氧化铟锡、氧化铟、氧化锡、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化锌或者磷化镓，其厚度为10～50a，第一粘附层221的厚度不宜过大，主要是为了
避免第一粘附层221吸收过多半导体堆叠层200所发出的光。在本实施例中，第一粘附层221的材料为氧化铟锡，且厚度为30a。
76.s22、参见图2和图3，在第一粘附层221以及第一绝缘层210除第一粘附层221之外的区域形成第二粘附层222，第二粘附层222对预定波段的光的反射率大于第一粘附层221对预定波段的光的反射率。第二粘附层222的材料包括但不限于是铝，其厚度为2～20a，反射率不小于50％，第二粘附层222的反射率与厚度有关，此处所说的第二粘附层222的反射率所对应的厚度为业内公知的厚度，并不是此处的超薄厚度。在本实施例中，第二粘附层222的材料为铝，且厚度为3a。
77.由于第一粘附层221预先填充于第一绝缘层210的第一开口211内，第二粘附层222只与非第一开口处的第一绝缘层接210接触，不会填充于第一开口211内并通过第一开口211与电流扩展层250接触，可避免第二粘附层222因与电流扩展层250接触而出现的氧化现象，并提高发光二极管的发光效率。
78.具体地，第二粘附层222在垂向上的投影面积与第一粘附层221在垂向上的投影面积之比为20:1～10:3，上述投影面积之比的值越大，则第一粘附层221的反射面积越小，第二粘附层222的反射面积越大，可在提高第一反射层223与半导体堆叠层200之间粘附性的基础上，有效提高粘附层对半导体堆叠层200所发出光的透光率和反射率，进而提高发光二极管的发光效率。
79.s23、在第二粘附层222上形成第一反射层223，第一反射层223包覆在第二粘附层222的外围。第一反射层223的材料包括但不限于是银，且厚度为1000～1500a。
80.在步骤s22之前，步骤s21之后，还包括：
81.在第一粘附层221上形成第二反射层224，第二反射层224仅覆盖在第一粘附层221上，也就是说，第二反射层224未覆盖第一绝缘层210除第一粘附层221之外的区域。第二反射层224的材料为银，且厚度为1200a。
82.较佳地，第一粘附层221配置有与第一开口211对应的凹陷区，第二反射层224呈“t”型，并填充凹陷区(图2)；或者，第二反射层224覆盖凹陷区的侧壁和底面(图3)。
83.较佳地，第二反射层224与第一粘附层221复配后的反射率介于60％～95％。第一反射层223与第二粘附层222复配后的反射率介于80％～98％。
84.s3、参见图6，于反射结构220上形成导电层230，导电层230包覆在反射结构220的外围。导电层230的材料为ag、au、ti、al、cr、pt、tiw合金、ni或以上任意组合，导电层230的材料优选为性能较为稳定的ti、au、cr、pt、tiw合金。
85.s4、参见图7，于导电层230上形成第二绝缘层240，第二绝缘层240包覆在导电层230的外围，并覆盖半导体堆叠层200中沟槽的侧壁，以对半导体堆叠层200的非电性连接区域进行绝缘保护。第二绝缘层240的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、二氧化钛或氧化铝中的一种或多种。
86.s5、参见图8，于第二绝缘层240上形成金属层300，金属层300包括与半导体堆叠层200电连接的导电柱310，导电柱310延伸至第一半导体层201的内部并与第一半导体层201电连接，其实质为第一电极。金属层300的材料包括al、ni、ti、pt或au中的一种或者至少两种。
87.s6、参见图8，将半导体堆叠层200通过金属层300键合至基板400上，基板400为永
久基板，并用于转移生长在衬底100上的半导体堆叠层200。基板400的材料选自gaas、ge、si、cu、mo、wcu或mocu。
88.s7、参见图9，去除衬底100；刻蚀半导体堆叠层200并形成发光台面，发光台面的外围暴露出第一绝缘层210。蚀刻第一绝缘层210并形成第二开口212，第二开口212和第一开口211均位于导电柱310的同侧，且在垂向上贯穿第一绝缘层210，以暴露出超出反射结构220之外的那部分导电层230。
89.于暴露出的导电层230上形成接触电极500，该接触电极500经第二开口212、导电层230、反射结构220、第一开口211与第二半导体层203欧姆接触，以将接触电极500与第二半导体层203电连接，其实质为第二电极。接触电极500的材料包括al、ni、ti、pt或au中的一种或者至少两种。
90.较佳地，于半导体堆叠层200的表面、侧壁以及基板400除半导体堆叠层200之外的区域形成第三绝缘层600，第三绝缘层600暴露出接触电极500以及发半导体堆叠层200的部分表面，其用于保护整个发光二极管。第三绝缘层600的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、二氧化钛或氧化铝中的一种或多种。
91.上述操作完成后即可得到如图1所示的发光二极管。
92.由以上的技术方案可知，本技术通过在半导体堆叠层200与第一反射层223之间设置第一粘附层221和第二粘附层222来提高第一反射层223在半导体堆叠层200上的粘附性，且使第一反射层223与第一开口下方的半导体堆叠层200通过第一粘附层221直接或间接连接，第一反射层223与非第一开口处的第一绝缘层210通过第二粘附层222连接，能够在提高第一反射层223与半导体堆叠层200之间粘附性的基础上，有效提高粘附层对半导体堆叠层200所发出光的透光率和反射率，进而提高发光二极管的发光效率。例如，第一粘附层221由透明导电材料制成，第二粘附层222由铝制成。
93.此外，利用第一粘附层221预先填充于第一绝缘层210的第一开口211内，使得后续形成第二粘附层222时，第二粘附层222只与非第一开口处的第一绝缘层210接触，不会填充于第一开口211内并通过第一开口211与半导体堆叠层200上的电流扩展层250接触，可避免第二粘附层222因与电流扩展层250接触而出现的氧化现象，并提高发光二极管的发光效率。
94.以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本技术的保护范围。