紫外线发光二极管的制作方法

紫外线发光二极管
1.本技术是申请日为2017年7月7日、申请号为201780043961.2、题为“紫外线发光二极管”的专利申请的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及一种无机半导体发光二极管，尤其涉及一种发出300nm以下的深紫外线的发光二极管。


背景技术：

3.通常，发出200～300nm范围内的紫外线的发光二极管可以用于包括杀菌装置、水或空气净化装置、高密度光学记录装置、生物气溶胶荧光检测系统的激发源的多种用途。
4.与近紫外线发光二极管或蓝色光发光二极管不同，发出相对深的紫外线的发光二极管包括诸如algan等含有al的阱层。由于这样的氮化镓系半导体层的组成，深紫外线发光二极管具有与蓝色光发光二极管或近紫外线发光二极管非常不同的结构。
5.尤其，根据现有技术的深紫外线发光二极管中布置于n型半导体层上的台面的形状及位置具有与蓝色光发光二极管或近紫外线发光二极管不同的结构。即，台面从n型半导体层的中心偏向一侧形成，并且在台面上布置有p凸块，在与所述一侧相向的另一侧附近从台面隔开地布置有n凸块。并且，现有的紫外线发光二极管利用热超声波(ts：thermal sonic)键合技术键合到基板(submount)。为了ts键合，需要使n凸块与p凸块上端面的高度相同，为此，在n凸块下方布置有台阶调节层。
6.这样的现有的紫外线发光二极管通常具有光输出低且正向电压高的缺点。尤其，为了欧姆接触，在p型半导体层包含p型gan层，因此入射至p型半导体层的紫外线在p型半导体层被吸收而损失。并且，与n型半导体层接合的n欧姆接触层也吸收光，因此向n欧姆接触层行进的光被n欧姆接触层吸收而损失。对于蓝色发光二极管而言，虽然在n欧姆接触层采用反射金属层以减少光损失，但是对于深紫外线发光二极管而言，难以将n欧姆接触层形成为反射金属层，并且由于n欧姆接触层占据相当宽的区域，因此造成严重的问题。
7.进而，现有的紫外线发光二极管难以灵活应用向台面的侧表面发出的光，因此具有尽可能减小台面的侧表面的倾向。即，将台面的宽度相对较宽地形成。然而，台面的宽度越大，从n欧姆接触层至台面中央区域的距离越大，从而电流分散不佳，导致正向电压升高。


技术实现要素：

8.技术问题
9.本发明要解决的课题在于提供一种能够改善电特性和/或光输出的新型结构的紫外线发光二极管。
10.技术方案
11.根据本发明的一实施例的紫外线发光二极管包括：基板；n型半导体层，位于所述基板上；台面，布置于所述n型半导体层上，并包含活性层及p型半导体层；n欧姆接触层，接
触于所述n型半导体层；p欧姆接触层，接触于所述p型半导体层；n凸块，电连接于所述n欧姆接触层；以及p凸块，电连接于所述p欧姆接触层，其中，所述台面包括主分支以及从所述主分支延伸的多个子分支，所述n欧姆接触层包围所述台面并夹设于所述子分支之间的区域，所述n凸块及p凸块分别覆盖所述台面的上部及侧表面。
12.根据本发明的又一实施例的紫外线发光二极管包括：基板；n型半导体层，位于所述基板上；台面，布置于所述n型半导体层上，并包含活性层及p型半导体层；n欧姆接触层，接触于所述n型半导体层；p欧姆接触层，接触于所述p型半导体层；n凸块，电连接于所述n欧姆接触层；以及p凸块，电连接于所述p欧姆接触层，其中，所述台面包括多个分支，所述n欧姆接触层包围所述台面并夹设于所述分支之间的区域，所述n凸块及p凸块分别覆盖所述台面的上部及侧表面，所述p凸块覆盖所述分支中的至少两个分支。
13.有益效果
14.根据本发明的实施例，n凸块及p凸块覆盖台面的侧表面，从而能够使紫外线在台面侧表面反射。因此，能够减少从台面侧表面发出而损失的紫外线。进而，通过采用多个分支，能够增加台面侧表面的表面积，因此增加台面侧表面与n欧姆接触层之间的光再入射区域的面积，从而能够使向台面侧表面发出的紫外线中的一部分光再次入射至基板侧。
15.针对本发明的优点及特征，在详细的说明中进行详细论述，或者可以通过详细的说明而明确。
附图说明
16.图1是用于说明根据本发明的一实施例的紫外线发光二极管的平面图。
17.图2是沿图1的截取线c-c截取的剖面图。
18.图3是用于说明根据本发明的一实施例的台面的示意性平面图。
19.图4是用于说明根据本发明的又一实施例的紫外线发光二极管的示意性平面图。
20.图5是用于说明根据本发明的又一实施例的紫外线发光二极管的示意性平面图。
21.图6是用于说明将根据本发明的一实施例的紫外线发光二极管贴装于基板(submount)的示意性剖面图。
具体实施方式
22.以下，参照附图详细说明本发明的实施例。为了将本发明的思想充分传递给本领域技术人员，作为示例提供以下介绍的实施例。因此，本发明并不限定于如下所述的实施例，其可以具体化为其他形态。另外，在附图中，可能为了便利而夸张图示构成要素的宽度、长度、厚度等。并且，当记载到某构成要素位于另一构成要素的“上部”或“上”时，不仅包括各部分均“直接”位于其他构成要素的“上部”或“上”的情形，还包括各构成要素与另一构成要素之间夹设有又一构成要素的情形。在整个说明书中，相同的附图标号表示相同的构成要素。
23.以下说明的氮化物系半导体层可以利用通常公知的多种方法生长，例如，可以利用金属有机化学气相沉积(mocvd：metal organic chemical vapor deposition)、分子束外延(mbe：molecular beam epitaxy)或者氢化物气相外延(hvpe：hydride vapor phase epitaxy)等技术生长。但是，在以下说明的实施例中，对半导体层利用mocvd而在生长腔室
内生长的情形进行说明。在氮化物系半导体层的生长过程中，流入到生长腔室内的源(source)可以利用通常公知的源，例如，可以利用三甲基镓(tmga)、三乙基镓(tega)等作为ga源，可以利用三甲基铝(tmal)、三乙基铝(teal)等作为al源，可以利用三甲基铟(tmin)和三乙基铟(tein)等作为in源，可以利用nh3作为n源。然而，本发明并不限定于此。
24.根据本发明的一实施例的紫外线发光二极管包括：基板；n型半导体层，位于所述基板上；台面，布置于所述n型半导体层上，并包含活性层及p型半导体层；n欧姆接触层，接触于所述n型半导体层；p欧姆接触层，接触于所述p型半导体层；n凸块，电连接于所述n欧姆接触层；以及p凸块，电连接于所述p欧姆接触层，其中，所述台面包括主分支以及从所述主分支延伸的多个子分支，所述n欧姆接触层包围所述台面并夹设于所述子分支之间的区域，所述n凸块及p凸块分别覆盖所述台面的上部及侧表面。
25.现有的紫外线发光二极管中，将p凸块布置于台面上部，因此无法反射向台面的侧表面发出的光。与此相反，在本发明的实施例中，台面侧表面被n凸块及p凸块部分覆盖，因此n凸块及p凸块能够将向台面侧表面发出的紫外线反射，进而再次入射至基板侧。
26.进而，台面不仅可以位于p凸块下部，而且还可以位于n凸块下部，因此能够使台面跨过基板的较宽的区域而分布。
27.进而，根据本发明的实施例，台面包括主分支及子分支，因此能够增加台面侧表面的表面积。从而，台面与n欧姆接触层之间的区域增加，因此向台面侧表面发出的紫外线能够通过该区域再次入射至基板侧，从而提高光输出。
28.另外，暴露于所述子分支之间的n型半导体层的最小宽度可以大于或等于所述子分支的最小宽度。现有的紫外线发光二极管中，典型地将台面的宽度形成为相对大于暴露的n型半导体层的宽度，然而在本发明中，将台面的宽度形成为更窄。因此，能够易于进行台面内的电流分散并进一步降低正向电压。
29.在若干实施例中，所述主分支的最小宽度可以大于所述子分支的最小宽度。然而，本发明并不限定于此，主分支及子分支也可以具有相同的宽度，而且子分支也可以具有更大的宽度。
30.另外，所述主分支可以包括：第一主分支，沿所述基板的一侧边缘部位延伸；以及第二主分支，沿与所述基板的一侧边缘部位相邻的另一侧边缘部位延伸，所述子分支可以包括从所述第一主分支延伸的子分支以及从所述第二主分支延伸的子分支。
31.在本说明书中，“主分支”表示在其两端之间的点处分叉出多个分支的分支，“子分支”表示一端连接于主分支而另一端为无支撑(free standing)(自由端)的分支。并且，台面的末端为两个的情形为单个分支，若称为“多个分支”，则应该存在三个以上末端。
32.所述子分支之间可以相互平行。并且，所述子分支从所述主分支的同一侧表面分出。
33.进而，所述子分支可以平行于所述基板的对角线。
34.并且，所述子分支可以具有互不相同的长度。因此，可以通过调节子分支的长度，以遍布于基板的较宽的区域而布置台面。
35.另外，所述基板可以是具有四个边缘部位的四角形形状，并且从各个边缘部位到所述台面的最短距离小于从各个边缘部位到所述基板中心的最短距离的1/2。现有的紫外线发光二极管中，台面偏向基板的一侧边缘部位布置，然而在本发明的紫外线发光二极管
中，台面可以在基板的中央区域较宽地布置。
36.另外，所述紫外线发光二极管还可以包括：n焊盘金属层，覆盖所述n欧姆接触层；以及p焊盘金属层，覆盖所述p欧姆接触层，其中，所述n凸块及p凸块可以分别连接于所述n焊盘金属层及所述p焊盘金属层。
37.在若干实施例中，所述n欧姆接触层可以是包含cr、ti、al及au的金属合金层，所述n焊盘金属层包括ti层/au层/ti层，所述n焊盘金属层相接于所述n欧姆接触层。
38.所述紫外线发光二极管还可以包括：绝缘层，夹设于所述n焊盘金属层及所述p焊盘金属层与所述n凸块及p凸块之间，并且具有使所述n焊盘金属层及p焊盘金属层暴露的开口部。绝缘层例如可以形成为sio2的单层，或者形成为多层。尤其，绝缘层可以是将折射率互不相同的绝缘层交替层叠的分布式布拉格反射器。
39.另外，所述开口部分别被所述n凸块及p凸块分别遮盖。因此，通过所述开口部暴露的n焊盘金属层及p焊盘金属层可以被n凸块及p凸块覆盖，从而在水分等外部环境下得到保护。
40.另外，所述n欧姆接触层与所述台面之间的隔开距离可以恒定。然而，本发明并不一定限定于此，也可以根据位置而将隔开距离调整为不同。
41.另外，所述n凸块与p凸块可以相互平行地布置。
42.在一实施例中，所述台面在侧表面可以包括凸出部。凸出部进一步增加台面侧表面的表面积。并且，所述n欧姆接触层可以沿所述台面的侧表面而从所述台面以预定间隔隔开。因此，n欧姆接触层根据所述台面侧表面的凸出部的形状布置，结果，能够增加n欧姆接触层与台面之间的区域的整体面积。
43.根据本发明的又一实施例的紫外线发光二极管包括：基板；n型半导体层，位于所述基板上；台面，布置于所述n型半导体层上，并包含活性层及p型半导体层；n欧姆接触层，接触于所述n型半导体层；p欧姆接触层，接触于所述p型半导体层；n凸块，电连接于所述n欧姆接触层；以及p凸块，电连接于所述p欧姆接触层，其中，所述台面包括多个分支，所述n欧姆接触层包围所述台面并夹设于所述分支之间的区域，所述n凸块及p凸块分别覆盖所述台面的上部及侧表面，所述p凸块覆盖所述分支中的至少两个分支。
44.所述分支可以包括主分支以及从所述主分支延伸的多个子分支。
45.并且，所述主分支可以包括：第一主分支，沿所述基板的一侧边缘部位延伸；以及第二主分支，垂直于所述第一主分支。
46.进而，所述p凸块可以完全覆盖所述第一主分支，并部分覆盖所述第二主分支。并且，所述子分支中的一部分可以从所述p凸块隔开而与所述n凸块部分重叠。
47.以下，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。
48.图1是用于说明根据本发明的一实施例的紫外线发光二极管的示意性平面图，图2是沿图1的截取线c-c截取的剖面图。另外，图3是用于说明根据本发明的一实施例的台面的示意性平面图。
49.参照图1、图2及图3，根据本实施例的紫外线发光二极管包括基板121、n型半导体层123、活性层125、p型半导体层127、n欧姆接触层129a、p欧姆接触层129b、n焊盘金属层133a、p焊盘金属层133b、绝缘层135、n凸块137a、p凸块137b及反射防止层139。
50.基板121只要是能够使氮化物系半导体生长的基板，并不受限定，例如可以包括蓝
宝石基板、硅基板、碳化硅基板，或者诸如尖晶石基板等异种基板，并且可以包括诸如氮化镓基板、氮化铝基板等同种基板。
51.n型半导体层123位于基板121上。例如，n型半导体层123可以包括aln缓冲层(约3.79μm)及n型algan层。n型algan层可以包括al摩尔比为0.8以上的下部n型algan层(约2.15μm)、al摩尔比为0.7至0.8的中间n型algan层(约1.7nm)以及厚度约66.5nm的上部n型algan层。n型半导体层123形成为具有高于活性层的带隙的氮化物系半导体，使得在活性层生成的光能够透射。在使氮化镓系半导体层生长于蓝宝石基板121上的情况下，为了改善晶体品质，n型半导体层123通常可以包括多个层。
52.台面m布置于n型半导体层123的一部分区域上。台面m包括活性层125及p型半导体层127。通常，依次生长n型半导体层123、活性层125及p型半导体层127之后，通过台面蚀刻工序对p型半导体层127及活性层125进行图案化而形成台面m。
53.活性层125可以是包括阱层及阻挡层的单量子阱或多量子阱结构。阱层可以利用algan或alingan形成，阻挡层可以利用带隙宽于阱层的algan或alingan形成。例如，各个阱层可以利用al摩尔比约为0.5的algan形成为约3.1nm的厚度，各个阻挡层可以利用al摩尔比为0.7以上的algan形成为约9nm以上的厚度。尤其，第一层阻挡层可以形成为12nm以上的厚度，即，相比于其他阻挡层更厚地形成。另外，相接于各个阱层的上下且al摩尔比为0.7至0.8的algan层可以分别布置为约1nm的厚度。但是，考虑到与电子阻挡层相接，相接于最后一个阱层上的algan层的al摩尔比可以是0.8以上。
54.另外，p型半导体层127可以包括电子阻挡层及p型gan接触层。电子阻挡层防止电子从活性层溢出(overflow)到p型半导体层，从而提高电子和空穴的复合率。电子阻挡层例如可以利用al摩尔比约为0.8的p型algan形成，例如可以形成为55nm的厚度。另外，p型gan接触层可以形成为约300nm的厚度。
55.所述台面m包括多个分支(branch)m1、m2、s1、s2、s3、s4。例如，台面m可以包括主分支(main branch)m1、m2及子分支(sub-branch)s1、s2、s3、s4。如图5所示，台面m可以包括：第一主分支m1，沿基板121或n型半导体层123的一侧边缘部位延伸；以及第二主分支m2，沿邻近于所述一侧边缘部位的另一侧边缘部位延伸。例如，子分支s1、s2可以从第一主分支m1延伸，子分支s3、s4可以从第二主分支m2延伸。为了便于说明，将第一主分支m1及第二主分支m2划分而进行说明，然而它们是一个主分支。另外，第二主分支m2也可以省略。
56.并且，子分支s1、s2、s3、s4可以具有互不相同的长度，并且可以相互平行。尤其，子分支s1、s2、s3、s4可以相互平行地布置于基板121的对角线。如在图5中明显地示出，主分支m1、m2及子分支s1、s2、s3、s4跨过基板121的较宽的区域而布置。例如，基板121是具有四个边缘部位的四角形形状，例如为矩形，从基板121的各个边缘部位到台面m的最短距离可以小于从各个边缘部位到基板121中心的最短距离的1/2。
57.另外，参照图3，暴露于所述子分支s1、s2、s3、s4之间的n型半导体层123的最小宽度w2可以是所述子分支s1、s2、s3、s4的最小宽度w1的1/2以上。进而，暴露于所述子分支s1、s2、s3、s4之间的n型半导体层123的最小宽度w2可以大于或等于所述子分支s1、s2、s3、s4的最小宽度w1。与现有技术相比，子分支s1、s2、s3、s4的宽度相对较小地形成，并且，暴露于所述子分支s1、s2、s3、s4之间的n型半导体层123的宽度相对增加。通过使子分支s1、s2、s3、s4跨过基板121的较宽的区域而布置，而不是将子分支s1、s2、s3、s4的宽度相对较窄地形成，
使得台面m的侧表面表面积增加。
58.主分支m1、m2可以具有比子分支s1、s2、s3、s4宽的宽度，然而并不限定于此，也可以具有与子分支s1、s2、s3、s4相同或者更窄的宽度。
59.再次参照图1及图2，在暴露于台面m周围的n型半导体层123上布置有n欧姆接触层129a。n欧姆接触层129a可以通过层叠多个金属层后通过快速热合金工序(rta：rapid thermal alloy)使这些金属层合金化而形成。例如，n欧姆接触层129a可以在依次层叠cr/ti/al/ti/au后，通过rta工序，例如在935℃下在数秒或数十秒内进行合金化处理。因此，n欧姆接触层129a成为含有cr、ti、al、au的合金层。
60.所述n欧姆接触层129a沿台面m的周长而包围台面m。并且，n欧姆接触层129a还夹设于子分支s1、s2、s3、s4之间的区域。n欧姆接触层129a可以从台面m隔开预定间隔，并且形成于n型半导体层123上的大部分区域。n欧姆接触层129a沿台面m的侧表面形成，因此，在台面m与n欧姆接触层129a之间形成没有n欧姆接触层129a的区域。通过该区域向台面m的侧表面发出的光可以再次入射至n型半导体层123，并通过基板121而向外部发出。n欧姆接触层129a与台面m之间的间隔距离可以沿台面m周长而恒定，然而并不一定限定于此。
61.在形成n欧姆接触层129a之后，在台面m上形成p欧姆接触层129b。p欧姆接触层129b例如可以通过沉积ni/au后在约590℃的温度下在约80秒内通过rta工序来形成。p欧姆接触层129b欧姆接触于p型半导体层127，并且覆盖台面m上部区域的大部分，例如80％以上。
62.另外，在n欧姆接触层129a及p欧姆接触层129b上分别形成有n焊盘金属层133a及p焊盘金属层133b。n焊盘金属层133a及p焊盘金属层133b可以在同一个工序中一同形成为相同的金属层。例如，作为一例，n焊盘金属层133a及p焊盘金属层133b可以形成为ti层/au层/ti层
63.现有技术为了热超声波键合，在n凸块下方需要台阶调节层，但是本发明的实施例利用焊膏或ausn键合，因此不需要台阶调节层。因此，所述n焊盘金属层133a可以直接相接于n欧姆接触层129a。
64.另外，在图2的(a)中图示了n焊盘金属层133a及p焊盘金属层133b分别以与n欧姆接触层129a及p欧姆接触层129b相同的面积布置于n欧姆接触层129a及p欧姆接触层129b上的情形，然而并不限定于此。n焊盘金属层133a及p焊盘金属层133b可以具有比n欧姆接触层129a及p欧姆接触层129b小的面积而布置于n欧姆接触层129a及p欧姆接触层129b上。与此不同，如图2的(b)所示，n焊盘金属层133a及p焊盘金属层133b可以分别覆盖n欧姆接触层129a及p欧姆接触层129b的上表面及侧表面。由于n焊盘金属层133a及p焊盘金属层133b不仅覆盖n欧姆接触层129a及p欧姆接触层129b的上表面，还会覆盖其侧表面，因此当键合焊料或ausn时，能够更好地保护n欧姆接触层129a及p欧姆接触层129b免受焊料等影响。
65.绝缘层135覆盖n焊盘金属层133a及p焊盘金属层133b。但是，绝缘层135具有使n焊盘金属层133a暴露的开口部135a以及使p焊盘金属层133b部分暴露于台面m上部的开口部135b。开口部135a与n欧姆接触层129a重叠，并且开口部135b与p欧姆接触层129b重叠。开口部135a及开口部135b可以偏向彼此相向的边缘部位侧而布置。
66.n凸块137a覆盖开口部135a，并且通过开口部135a连接于n焊盘金属层133a。n凸块137a通过n焊盘金属层133a及n欧姆接触层129a电连接于n型半导体层123。
67.p凸块137b覆盖开口部135b，并且通过开口部135b连接于p焊盘金属层133b。p凸块137b通过p焊盘金属层133b及p欧姆接触层129b电连接于p型半导体层127。
68.例如，n凸块137a及p凸块137b可以利用ti/au/cr/au形成。如图1所示，n凸块137a及p凸块137b可以相互平行地布置。所述开口部135a、135b被n凸块137a及p凸块137b遮盖，因此能够防止水分或焊料等通过开口部135a、135b从外部渗透，从而能够提高可靠性。
69.另外，所述n凸块137a及p凸块137b分别部分覆盖台面m的侧表面。n凸块137a及p凸块137b针对紫外线具有反射率，因此，能够将向台面m的侧表面发出的光反射，进而再次入射至台面m内部。
70.另外，如图2所示，由于台面m与n焊盘金属层133a的高度差等，导致n凸块137a及p凸块137b的上表面可以是不平坦的。
71.反射防止层139布置于基板121的发光面侧。反射防止层139以例如紫外线波长的1/4的整数倍厚度形成诸如sio2等透明绝缘层。与此不同，还可以使用将折射率互不相同的层反复层叠的带通滤波器作为反射防止层139。
72.图4是用于说明根据本发明的又一实施例的紫外线发光二极管的示意性平面图。
73.参照图4，根据本实施例的发光二极管与上述的发光二极管大致相似，差异在于子分支s1～s6的数量有增加。随着子分支s1～s6的数量增加，子分支s1～s6的宽度会变小。子分支s1～s6可以具有大致相似的宽度，子分支s1～s6的最小宽度w1可以是暴露于子分支之间的n型半导体层123的最小宽度w2的两倍以下。进而，子分支s1～s6的最小宽度w1可以小于或等于暴露于子分支之间的n型半导体层123的最小宽度w2。另外，第一主分支m1及第二主分支m2的宽度可以大于子分支s1～s6的宽度，但并不一定限定于此，还可以小于或等于子分支s1～s6的宽度。
74.由于除了台面m的形状之外，与上述的实施例的紫外线发光二极管大致相似，因此为了避免重复，省略详细说明，并简要地示出了附图。
75.图5是用于说明根据本发明的又一实施例的紫外线发光二极管的示意性平面图。
76.参照图5，根据本实施例的紫外线发光二极管与参照图1至图3所述的紫外线发光二极管大致相似，差异在于在台面m侧表面形成凸出部p。凸出部p可以在台面蚀刻工序中在形成台面m时一同形成。
77.由于在台面m侧表面形成凸出部p，因此能够增加台面m侧表面的表面积。
78.另外，n欧姆接触层129a可以与台面m侧表面以预定间隔隔开而形成，因此，可以沿着台面m侧表面形状具有与所述凸出部p对应的凹陷部。p欧姆接触层129b还可以形成为沿着台面m的侧表面形状具有凸出部。
79.图6是用于说明将根据本发明的一实施例的紫外线发光二极管贴装于基板(submount)的示意性剖面图。
80.参照图6，所述紫外线发光二极管倒装键合于安装基板200上。安装基板200可以在诸如aln等绝缘基板上具有电极焊盘201a、201b。
81.n凸块137a及p凸块137b可以通过焊膏203a、203b键合于安装基板200的电极焊盘201a、201b。由于紫外线发光二极管通过焊膏203a、203b键合，因此与以往的热超声波键合不同，n凸块137a与p凸块137b上端面的高度可以不同。
82.虽然在本实施例中，对利用焊膏键合的情形进行说明，但是还可以通过利用ausn
的焊料键合将紫外线发光二极管键合于安装基板200。
83.以上，在不脱离基于本发明权利要求范围的技术思想的范围内，上述实施例能够实现多种变形及变更，本发明包括所有基于权利要求范围的技术思想。