改善光效的发光二极管及其制备方法与流程

1.本公开涉及光电子制造技术领域，特别涉及一种改善光效的发光二极管及其制备方法。


背景技术：

2.发光二极管（英文：light emitting diode，简称：led）作为光电子产业中极具影响力的新产品，具有体积小、使用寿命长、颜色丰富多彩、能耗低等特点，广泛应用于照明、显示屏、信号灯、背光源、玩具等领域。
3.相关技术中，发光二极管包括衬底、外延层和电极，外延层层叠于衬底上，电极位于外延层远离衬底的表面。通常衬底所在侧为发光二极管的出光面，为了提升发光二极管的发光效率，电极中通常会设置al层用于反射光线。
4.由于al金属活性高，易于和空气中的氧气以及制程中的化学试剂发生反应，导致发光二极管性能下降，不利于提升发光二极管的发光效果。


技术实现要素：

5.本公开实施例提供了一种改善光效的发光二极管及其制备方法，能防止al金属被氧化或腐蚀，保证电极的反光效果，提升发光二极管的发光效果。所述技术方案如下：本公开实施例提供了一种改善光效的发光二极管，所述发光二极管包括衬底、外延层和电极，所述外延层位于所述衬底的表面，所述电极位于所述外延层远离所述衬底的表面；所述电极包括复合层和保护层，所述复合层位于所述外延层的表面，所述保护层至少位于所述复合层远离所述衬底的表面、所述复合层的侧壁和所述外延层的表面，所述复合层包括al层。
6.可选地，第一热传导系数小于第二热传导系数，所述保护层为叠层结构，所述第一热传导系数为所述复合层远离所述衬底的膜层的热传导系数，所述第二热传导系数为所述保护层靠近所述衬底的膜层的热传导系数。
7.可选地，所述第一热传导系数与所述第二热传导系数的差值为60w/（m
·
k）至80w/（m
·
k）。
8.可选地，所述复合层还包括cr层和nicr层，所述cr层、所述al层和所述nicr层依次层叠。
9.可选地，所述cr层的厚度为0.5nm至3nm，所述al层的厚度为80nm至200nm，所述nicr层的厚度为30nm至300nm。
10.可选地，所述保护层包括依次层叠的至少一层金属叠层和au层，所述金属叠层包括依次层叠的ni层和pt层。
11.可选地，所述ni层的厚度为50nm至300nm，所述pt层的厚度为30nm至200nm，所述au层的厚度为500nm至1500nm。
12.本公开实施例提供了一种改善光效的发光二极管的制备方法，所述制备方法包
括：提供一衬底；在所述衬底上形成外延层；在所述外延层远离所述衬底的表面制作电极，所述电极包括复合层和保护层，所述复合层位于所述外延层的表面，所述保护层至少位于所述复合层远离所述衬底的表面、所述复合层的侧壁和所述外延层的表面，所述复合层包括al层。
13.可选地，在所述外延层远离所述衬底的表面制作复合层包括：在所述外延层的表面形成光刻胶层，并在所述光刻胶层上制作蒸镀孔；通过所述蒸镀孔在所述外延层的表面依次蒸镀cr层、所述al层和nicr层。
14.可选地，所述保护层包括依次层叠的至少一层金属叠层和au层，所述金属叠层包括依次层叠的ni层和pt层；在所述复合层上制备所述金属叠层包括：通过所述蒸镀孔在所述复合层的表面、所述复合层的侧壁和所述外延层的表面蒸镀ni层；通过所述蒸镀孔在所述ni层的表面、所述ni层的侧壁和所述外延层的表面蒸镀pt层，得到所述金属叠层；在所述金属叠层上制作所述au层包括：通过所述蒸镀孔在所述pt层的表面、所述pt层的侧壁和所述外延层的表面蒸镀au层。
15.本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：本公开实施例提供的发光二极管的电极包括复合层和保护层，其中，保护层至少位于复合层远离所述衬底的表面、复合层的侧壁和外延层的表面，即保护层包覆复合层，并且复合层中包括al层，所以能够有效的阻挡空气中的氧气以及制程中的化学试剂和al金属层发生化学反应，从而避免电极失效问题，保证电极的反光效果，提升发光二极管的发光效果。
附图说明
16.为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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的附图。
17.图1是本公开实施例提供的一种改善光效的发光二极管的结构示意图；图2是本公开实施例提供的一种电极的结构示意图；图3是本公开实施例提供的一种改善光效的发光二极管的制备方法的流程图；图4是本公开实施例提供的一种电极制备状态图；图5是本公开实施例提供的一种电极制备状态图；图6是本公开实施例提供的一种电极制备状态图；图7是本公开实施例提供的一种电极制备状态图。
18.图中各标记说明如下：10、衬底；20、外延层；21、第一半导体层；22、多量子阱层；23、第二半导体层；24、凹槽；31、复合层；311、al层；312、cr层；313、nicr层；32、保护层；321、ni层；322、pt层；323、au层；41、钝化层；42、电流扩展层；43、焊点块；50、光刻胶层；51、蒸镀孔。
具体实施方式
19.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
20.除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。
21.图1是本公开实施例提供的一种改善光效的发光二极管的结构示意图。如图1所示，该发光二极管包括衬底10、外延层20和电极，外延层20位于衬底10的表面，电极位于外延层20远离衬底10的表面。
22.如图1所示，电极包括复合层31和保护层32，复合层31位于外延层20的表面，保护层32至少位于复合层31远离衬底10的表面、复合层31的侧壁和外延层20的表面，复合层31包括al层311。
23.本公开实施例提供的发光二极管的电极包括复合层31和保护层32，其中，保护层32至少位于复合层31远离所述衬底10的表面、复合层31的侧壁和外延层20的表面，即保护层32包覆复合层31，由于复合层31中包括al层311，所以能够有效的阻挡空气中的氧气以及制程中的化学试剂和al金属层发生化学反应，从而避免电极失效问题，保证电极的反光效果，提升发光二极管的发光效果。
24.可选地，衬底10为蓝宝石衬底10。蓝宝石衬底10透光率比较高，即衬底10为透明基板。且蓝宝石材料比较坚硬，化学特性比较稳定，使发光二极管具有良好的发光效果和稳定性。
25.可选地，如图1所示，外延层20包括依次层叠于衬底10上的第一半导体层21、多量子阱层22和第二半导体层23。
26.本公开实施例中，第一半导体层21和第二半导体层23中的一个为p型层，第一半导体层21和第二半导体层23中的另一个为n型层。
27.作为一种示例，第一半导体层21为n型层，第二半导体层23为p型层。
28.可选地，第一半导体层21为n型algainp层。n型algainp层的厚度可为0.5μm至3μm。
29.可选地，多量子阱层22包括交替生长的algainp量子阱层和algainp量子垒层，algainp量子阱层和algainp量子垒层中al的含量不同。其中，多量子阱层22可以包括交替层叠的3至8个周期的algainp量子阱层和algainp量子垒层。
30.作为示例，本公开实施例中，多量子阱层22包括交替层叠的5个周期的algainp量子阱层和algainp量子垒层。
31.可选地，多量子阱层22的厚度可以为150nm至200nm。
32.可选地，第二半导体层23为掺铟的p型alinp层。p型alinp层的厚度可为0.5μm至3μ
m。
33.可选地，如图1所示，第二半导体层23具有露出第一半导体层21的凹槽24，在凹槽24的表面设有电极，且在第二半导体层23的表面也设有电极。位于凹槽24内的电极为n型电极，位于第二半导体层23的表面的电极为p型电极。
34.本公开实施例中，第一热传导系数小于第二热传导系数，保护层32为叠层结构，第一热传导系数为复合层31远离衬底10的膜层的热传导系数，第二热传导系数为保护层32靠近衬底10的膜层的热传导系数。
35.由于第二热传导系数要高于第一热传导系数，因此，在蒸镀保护层32的过程中产生的热量，会顺利沿着垂直于衬底10的方向传递给复合层31处。而复合层31的热传导系数较低，因此热量传递至复合层31的位置被阻挡，使得热量在复合层31处沿着平行于衬底10的方向传递，以避免复合层31内的al层311金属过热。
36.同时，将热量向着电极边缘传递，由于电极是通过光刻胶层50上的蒸镀孔51蒸镀形成的，热量向边缘传递至蒸镀孔51后，会让蒸镀孔51的边缘处的温度要高于光刻胶层50其它区域的温度，从而使得蒸镀孔51的边缘处的光刻胶要比其它区域的软，从而有利于收缩蒸镀孔51的边缘处的光刻胶，这样在蒸镀过程中，能让蒸镀孔51的开口的扩大，进而使得保护层32中的各膜层更好的包覆前一层膜层。
37.示例性地，第一热传导系数与第二热传导系数的差值为60w/（m
·
k）至80w/（m
·
k）。
38.例如，复合层31远离衬底10的膜层可以是nicr层313，nicr的热传导系数是12w/（m
·
k）。保护层32靠近衬底10的膜层的可以是ni层321，ni层321的热传导系数是90w/（m
·
k）。
39.上述实现方式中，第一热传导系数与第二热传导系数的差值较大，能让热量传递至复合层31时被阻挡的效果更明显，让热量更容易向电极的边缘传递。
40.图2是本公开实施例提供的一种电极的结构示意图。如图2所示，复合层31还包括cr层312和nicr层313，cr层312、al层311和nicr层313依次层叠。
41.在复合层31中，先将al层311设置在cr层312和nicr层313的夹层之间，也能对al层311起到良好的保护作用。并且，nicr层313的热传导性能极差，能有效让热量传递至复合层31时被阻挡，使热量更容易向电极的边缘传递。
42.可选地，cr层312的厚度为0.5nm至3nm，al层311的厚度为80nm至200nm，nicr层313的厚度为30nm至300nm。
43.示例性地，cr层312的厚度为2nm，al层311的厚度为100nm，nicr层313的厚度为200nm。
44.可选地，nicr层313中ni含量为10%至40%。示例性地，nicr层313中ni含量为20%。
45.将nicr层313中ni的含量设置在上述范围内，相比于ni层321能有效降低热传导系数，让ni层321和nicr层313的热传导系数相差过大，以使热量传递至复合层31时被阻挡的效果更明显，让热量更容易向电极的边缘传递。
46.可选地，如图2所示，保护层32包括依次层叠的至少一层金属叠层和au层323，金属叠层包括依次层叠的ni层321和pt层322。
47.在金属叠层中，由于ni金属良好的粘附性，能更加稳定地包覆复合层31，在ni层
321上设置pt层322，能提升电极的导电性能，有利于改善电极的电流扩展。最后，在金属叠层外设置的au层323具有良好的导电性能和稳定性，不仅能改善电流扩展，还能提升电极的可靠性。
48.示例性地，如图2所示，保护层32包括依次层叠的两层金属叠层。即保护层32包括依次层叠的第一层ni层321、第一层pt层322、第二层ni层321和第二层pt层322和au层323。
49.可选地，ni层321的厚度为50nm至300nm，pt层322的厚度为30nm至200nm，au层323的厚度为500nm至1500nm。
50.示例性地，ni层321的厚度为100nm，pt层322的厚度为100nm，au层323的厚度为1000nm。
51.可选地，如图1所示，发光二极管还包括钝化层41和两个焊点块43，钝化层41至少位于第二半导体层23、凹槽24和电极上。两个焊点块43位于钝化层41远离衬底10的表面，钝化层41具有两个通孔，一个通孔露出第二半导体层23上的电极，另一个通孔露出凹槽24的表面的电极，两个焊点块43通过两个通孔分别与两个电极连接。
52.示例性地，钝化层41可以是分布式布拉格反射镜（distributed bragg reflection，简称dbr）层，dbr层包括多个周期性交替层叠的sio2层和tio2层。且dbr层的周期数可以在20至50之间。例如，dbr层的周期数为32。
53.其中，dbr层中sio2层的厚度可以是800埃至1200埃，tio2层的厚度可以是500埃至900埃。
54.dbr层除了具有钝化作用外，还用于将从多量子阱层22射向dbr层的光反射至衬底10，提高出光效果。
55.可选地，在钝化层41上还设有保护层，且保护层从钝化层41的表面延伸至衬底10。
56.示例性地，本公开实施例中，保护层可以是氧化硅层，氧化硅层的厚度为2000埃。
57.图3是本公开实施例提供的一种改善光效的发光二极管的制备方法的流程图。该方法用于制备图1、图2所示的发光二极管。如图3所示，该制备方法包括：s11：提供一衬底10。
58.s12：在衬底10上形成外延层20。
59.s13：在外延层20远离衬底10的表面制作电极。
60.其中，电极包括复合层31和保护层32，复合层31位于外延层20的表面，保护层32至少位于复合层31远离衬底10的表面、复合层31的侧壁和外延层20的表面，复合层31包括al层311。
61.该种制备方法制备的发光二极管的电极包括复合层31和保护层32，其中，保护层32至少位于复合层31远离所述衬底10的表面、复合层31的侧壁和外延层20的表面，即保护层32包覆复合层31，由于复合层31中包括al层311，所以能够有效的阻挡空气中的氧气以及制程中的化学试剂和al金属层发生化学反应，从而避免电极失效问题，保证电极的反光效果，提升发光二极管的发光效果。
62.本公开实施例中，在衬底10上形成外延层20前，可以包括以下几步：第一步，提供一gaas片。
63.第二步，在gaas片上生长外延层20，外延层20包括依次层叠的第二半导体层23、多量子阱层22和第一半导体层21。
64.本公开实施例中，第一半导体层21和第二半导体层23中的一个为p型层，第一半导体层21和第二半导体层23中的另一个为n型层。
65.示例性地，第一半导体层21可以是n型algainp层。n型algainp层的厚度可为0.5μm至3μm。
66.示例性地，第二半导体层23为掺铟的p型alinp层。p型alinp层的厚度可为0.5μm至3μm。
67.可选地，多量子阱层22包括交替生长的algainp量子阱层和algainp量子垒层，algainp量子阱层和algainp量子垒层中al的含量不同。其中，多量子阱层22可以包括交替层叠的3至8个周期的algainp量子阱层和algainp量子垒层。
68.作为示例，本公开实施例中，多量子阱层22包括交替层叠的5个周期的algainp量子阱层和algainp量子垒层。
69.可选地，多量子阱层22的厚度可以为150nm至200nm。
70.第二步中，在生长第二半导体层23前还可以先生长腐蚀截止层，且在生长多量子阱层22之前可以生长alinp载流子限制层。
71.在生长第一半导体层21之后还可以生长gap窗口层，其中，gap窗口层的厚度为10000埃至20000埃。
72.示例性地，gap窗口层的厚度为11000埃。
73.第三步，在第一半导体层21和蓝宝石衬底10之间形成键合层，将外延层20键合到蓝宝石衬底10上，并去除gaas片，以完成步骤s11至步骤s12。
74.由于蓝宝石衬底10透光率比较高，且蓝宝石材料比较坚硬，化学特性比较稳定，因此采用蓝宝石衬底10能使发光二极管具有良好的发光效果和稳定性。
75.具体可以包括：在第二半导体层23的表面涂布氧化硅液体，将蓝宝石衬底10置于第二半导体层23的表面。并对外延片加热，加热固化氧化硅液体以在第二半导体层23和蓝宝石衬底10之间形成键合层。
76.可选选地，外延片的加热温度为250℃至350℃。示例性地，加热温度可以是300℃。
77.本公开实施例中，在将外延层20键合至衬底10后，制备方法还可以包括：刻蚀第二半导体层23形成露出第一半导体层21的凹槽24。
78.具体可以包括：采用干法刻蚀的方式对第二半导体层23刻蚀，露出第一半导体层21，并在第二半导体层23的表面制备电流扩展层42。
79.步骤s13可以包括以下几步：第一步，图4是本公开实施例提供的一种电极制备状态图。如图4所示，在外延层20的表面形成光刻胶层50，并在光刻胶层50上制作蒸镀孔51。
80.具体可以包括：在电流扩展层42的表面、凹槽24的表面，以及凹槽24的侧壁涂覆光刻胶，并对光刻胶进行曝光显影处理，制备出具有蒸镀孔51的图形化光刻胶层50。
81.如图4所示，蒸镀孔51的横截面为倒梯形，倒梯形的倒角为10
°
至45
°
。
82.第二步，通过蒸镀孔51在外延层20的表面依次蒸镀cr层312、al层311和nicr层313。
83.具体可以包括：通过电子束蒸发技术蒸镀cr层312和al层311，以及在cr层312和al层311上利用电子束蒸发技术蒸镀nicr层313，形成复合层31。
84.其中，cr层312的厚度为0.5nm至3nm，al层311的厚度为80nm至200nm，nicr层313的厚度为30nm至300nm，nicr层313中ni含量为10%至40%。
85.第三步，在复合层31上制备金属叠层。
86.本公开实施例中，金属叠层包括依次层叠的ni层321和pt层322。且保护层32具有两层金属叠层。
87.其中，金属叠层的制备方法包括：首先，如图5所示，通过蒸镀孔51在复合层31的表面、复合层31的侧壁和外延层20的表面蒸镀ni层321。
88.然后，如图6所示，通过蒸镀孔51在ni层321的表面、ni层321的侧壁和外延层20的表面蒸镀pt层322，得到金属叠层。
89.第四步，如图7所示，在金属叠层上制作au层323。
90.具体可以包括：通过蒸镀孔51在pt层322的表面、pt层322的侧壁和外延层20的表面蒸镀au层323。
91.通过上述制备方式制作电极时，在蒸镀第一层ni层321时，由于ni金属良好的粘附性，会和蒸镀孔51的内壁面的边缘接触（参见图5）；然后，再蒸镀第一层pt层322，由于pt金属不具备良好的粘附性，其在蒸镀孔51的内壁面的上边缘处不会覆盖第一层ni层321（参见图6）；接着，再蒸镀第二层ni层321，由于ni金属良好的粘附性，在蒸镀孔51的内壁面的上边缘处会覆盖第一层pt层322，且和第一层ni层321接触（参见图7）。第二层pt层322以及第au层323类似于第一层pt层322以及第二层ni层321。由于ni金属良好的热传导性，第一层pt层322、第二层ni层321、第二层pt层322以及au层323在成膜过程中产生的热量，会顺利沿着垂直于衬底10的方向，传递给第一层ni层321。然而，由于nicr金属的导热系数极差，第一层ni层321下方的nicr层313将会对第一层ni层321热量往al层311方向的热传导起到阻碍作用，使得第一层ni层321的热量往平行于衬底10的方向传递。由于第一层ni层321以及第二层ni层321在蒸镀孔51的边缘处和光刻胶接触，使得蒸镀孔51的边缘处成为热量从第一层ni层321传递给光刻胶层50的通道。因此，蒸镀孔51的边缘处的温度要高于光刻胶层50其它区域的温度，从而使得蒸镀孔51的边缘处的光刻胶要比其它区域的软，从而有利于ni层321收缩蒸镀孔51的边缘处的光刻胶，使得有利于蒸镀孔51的开口的扩大，进而使得电极叠层之间更好的包裹。同时，随着薄膜制备过程的进行，更多的热量被放出，蒸镀孔51的边缘处的温度也会升高，使得蒸镀孔51的边缘处的光刻胶也更软，这更有利于后面金属层对前面金属层的包裹，也即第二层ni层321对cr层312、al层311、nicr层313ni层321、pt层322的包裹要好于第一层ni层321对cr层312、al层311、nicr层313的包裹。
92.在步骤s13之后，制备方法还可以包括：在外延片的表面制作钝化层41，钝化层41至少位于第二半导体层23和凹槽24上。
93.钝化层41可以是分布式布拉格反射镜层，分布式布拉格反射镜层可以是dbr层，dbr层包括多个周期性交替层叠的sio2层和tio2层。且dbr层的周期数可以在20至50之间。例如，dbr层的周期数为32。
94.其中，dbr层中sio2层的厚度可以是800埃至1200埃，tio2层的厚度可以是500埃至900埃。
95.形成钝化层41后，在钝化层41远离衬底10的表面刻蚀形成两个通孔，两个通孔分
别露出凹槽24中的电极和第二半导体层23中的电极。
96.然后，在钝化层41的表面蒸镀形成两个焊点块43，让焊点块43通过通孔与外延层20的半导体层相连。
97.例如，一个焊点块43通过通孔与第一半导体层21的电极连接，另一个焊点块43通过过孔与第二半导体层23的电极连接。
98.本公开实施例中，制作完两个焊点块43后，制备方法还可以包括：在钝化层41的表面制作保护层。
99.示例性地，本公开实施例中，保护层可以是氧化硅层，氧化硅层的厚度为2000埃。
100.需要说明的是，在钝化层41的表面生长保护层后，可以采用光刻技术在保护层表面刻蚀出露出电极的过孔，以便于通电连接。
101.最后，可以对蓝宝石进行隐形切割划裂，隐形切割划裂可以较好的减少亮度的损失。然后，测试得到发光二极管。
102.以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。