CN113097355B - 发光二极管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体领域，尤其涉及发光二极管及其制作方法，至少包括衬底、第一导电型半导体层、发光层、第二导电型半导体层，以及分别与第一导电型半导体层和第二导电型半导体层电性连接的第一电极和第二电极，所述第二电极包括焊盘部和延伸部，其特征在于：所述延伸部末端和第一电极之间具有用于扩展电流的扩展部。本发明的扩展部可以对注入第二电极的电流进行二次扩展，改善电流密集区的电流拥挤现象，从而提升发光二极管的抗静电能力，降低延伸部末端产生的ESD爆点。
Description
技术领域
本发明属于半导体领域，尤其涉及在第一电极和第二电极之间具有扩展部的发光二极管及其制作方法。
背景技术
现有的技术中常规发光二极管结构包括：衬底、设于衬底上的外延层和外延层上的电流阻挡层和透明导电层，以及与外延层电性连接的P、N电极。为了使电流更好的扩展以提升产品亮度，一般在电极上引伸出指状延伸部来优化电流扩展。然而，若指状延伸部设计过短则达不到预期的扩展效益，电压升高、亮度不足；若指状延伸部设计过长，由于延伸部末端距离N 电极较近，电流则优先从距离较近的路径扩展，造成延伸部末端与N电极周围的电流密度过大，抗静电能力较差。
发明内容
因此，为解决上述的技术问题，本发明在第二电极的延伸部和第一电极之间设置用于扩展电流的扩展部，促进电流扩展、提升抗静电能力。
本发明第一方面公开了发光二极管，至少包括衬底、第一导电型半导体层、发光层、第二导电型半导体层，以及分别与第一导电型半导体层和第二导电型半导体层电性连接的第一电极和第二电极，所述第二电极包括焊盘部和延伸部，其特征在于：所述延伸部末端和第一电极之间具有用于扩展电流的扩展部。
其中，所述扩展部的数量为1个以上。当扩展部的数量为多个时，复数个所述扩展部沿着延伸部延伸的方向大致平行设置，并且沿着延伸部延伸的方向，复数个所述扩展部的长度逐渐增大。
优选的，所述扩展部为以延伸部末端为圆心的弧形。此时扩展部与延伸部末端的距离基本相同，利于电流的扩展。
优选的，所述扩展部与延伸部末端的距离小于扩展部与第一电极的距离。
优选的，所述扩展部为单层金属结构或者多层金属结构，所述扩展部的材质选自金、铝、铑、铬、铝、钛、铂中的一种或者几种的组合。
优选的，所述延伸部末端具有膨大部，所述膨大部为实心球状。
优选的，为了进一步促进电流的扩展，所述第二导电型半导体层和第二电极之间还具有透明导电层，所述扩展部位于透明导电层表面。并且，为了改善焊盘部下方的电流聚集现象，所述第二导电型半导体层和透明导电层之间还具有电流阻挡层。其中，所述电流阻挡层与第二电极的形状一致，此时，扩展部下方不设置电流阻挡结构。
本发明的第二方面提供了制作上述发光二极管的制作方法，至少包括如下步骤：
步骤1、提供衬底，于所述衬底表面依次沉积第一导电型半导体层、发光层、第二导电型半导体层；
步骤2、分别制作与所述第一导电型半导体层电性连接的第一电极以及与所述第二导电型半导体层电性连接的第二电极，其中第二电极包括焊盘部和延伸部；
步骤3、于所述延伸部末端和第一电极之间的第二导电型半导体层表面上制作用于扩展电流的扩展部。
其中，还包括于第二导电型半导体层和第二电极之间沉积透明导电层的步骤，所述扩展部沉积于透明导电层的表面。还包括于第二导电型半导体层和透明导电层之间沉积电流阻挡层的步骤，所述电流阻挡层与第二电极形状一致。
本发明在第二电极的延伸部末端和第一电极之间设置用于扩展电流的扩展部，其中该扩展部与延伸部末端不连接，电流由焊盘部沿延伸部扩展至其末端形成电流密集区，扩展部对该电流密集区的电流进行二次扩展，改善电流密集区的电流拥挤现象，从而提升发光二极管的抗静电能力，降低延伸部末端产生的ESD爆点。
附图说明
图1为发明之实施例一之发光二极管俯视结构示意图。
图2为发明之实施例一之发光二极管剖视结构示意图。
图3为发明之实施例一之变形实施例之发光二极管俯视结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。需说明的是，本发明的附图均采用非常简化的非精准比例，仅用以方便、明晰的辅助说明本发明。
实施例1
参看附图1，本发明公开的发光二极管，至少包括衬底10、第一导电型半导体层21、发光层22、第二导电型半导体层23，以及分别与第一导电型半导体层21和第二导电型半导体层23电性连接的第一电极60和第二电极50，其中第二电极50包括焊盘部51和延伸部52，延伸部52末端和第一电极60之间具有用于扩展电流的扩展部70。
参看附图2，其中，衬底10的材质可以选自Al2O3、SiC、GaAs、GaN、AlN、GaP、Si、ZnO、MnO中的任意一种或者几种的组合。本实施例以蓝宝石衬底10（sapphire substrate）为例说明，晶格方向可以例如为（0001），但本发明不限制所使用的衬底10材质与晶格方向。也可以对衬底10进行图形化处理，改变光的传播路径，提升发光元件的出光效率。
第一导电型半导体层21和由第二导电型半导体层23均可以由多层III-V族化合物半导体层层叠形成，其可以为单层结构或多层结构，可以为P型掺杂或者N型掺杂，p型掺杂杂质类型可以为Mg、Zn、Ca、 Sr、或者Ba，n型掺杂杂质类型可以为Si、Ge、或者Sn，本发明不排除其他的元素等效替代的掺杂。当第一导电型半导体层21为n型掺杂时，第二导电型半导体层23为p型掺杂；相反得，当第一导电型半导体层21为p型掺杂时，第二导电型半导体层23为n型掺杂。
形成第一导电型半导体层21和第二导电型半导体层23的方法没有特别限制，例如金属有机化学气相沉积（MOCVD），分子束外延法（MBE）、卤化物气相外延法（HPVE法）、溅射法，离子镀法，电子喷淋法等。本发明采用常规的MOCVD法于衬底10上制作而成。
第一导电型半导体层21提供的电子或者空穴与第二导电型半导体层23提供的空穴或者电子在发光层22中复合，发光层22受电压驱动时会发出光线。该光线的颜色取决于发光层22化合物半导体层的材料。本发明中，第一导电型半导体层21、发光层22和第二导电型半导体层23可以均为氮化镓系III-V族化合物半导体，诸如GaN、GaAlN、InGaN、InAlGaN等，这些化合物半导体可以用化学式InxAlyGa1-x-yN表示，其中0≤X≤、0≤Y≤1，X+Y≤1。发光层22为能够提供光辐射的材料，具体的辐射波段介于390~950nm，如蓝、绿、红、黄、橙、红外光，发光层22可以为单量子阱或多量子阱结构。
刻蚀第二导电型半导体层23至第一导电型半导体层21，露出部分第一导电型半导体层21表面，在露出的第一导电型半导体层21表面制作第一电极60，第一电极60与第一导电型半导体层21直接接触导电。
第二电极50位于第二导电型半导体层23表面并与其电性接触。第二电极50可以直接与第二导电型半导体层23表面接触实现两者的电性连接，也可以通过其他导电介质层间接与第二导电型半导体层23表面电性连接。例如，可以在第二导电型半导体层23表面沉积透明导电层40，促进电流的扩展。透明导电层40为氧化铟锡层，在其他实施例中也可以为氧化锌层、氧化锌铟锡层、氧化铟锌层、氧化锌锡层、氧化镓铟锡层、氧化镓铟层、氧化镓锌层、掺杂铝的氧化锌层或掺杂氟的氧化锡层中的一种或者几种的组合。透明导电层40与第二电极50对应的位置可以设开口41，焊盘部51的下端插入开口41内，用于增强第二电极50的牢固性。
如图1和2所示，第二电极50包括焊盘部51和延伸部52，延伸部52由焊盘部51沿着透明导电层40表面向第一电极60的方向延伸，从而使焊盘部51的电流沿着延伸部52进行扩展。然而由于延伸部52末端与第一电极60的距离较近，并且电流的流通倾向于最短路径，因此，在延伸部52末端电流的密度较高，形成电流聚集区，较容易在延伸部52末端形成ESD爆点。
因此，本发明为了改善延伸部52末端的电流聚集效应、促进电流的扩展，在延伸部52末端和第一电极60之间的透明导电层40表面设置扩展部70，扩展部70对延伸部52末端的电流进行二次扩展，改善电流聚集效应。
扩展部70与延伸部52末端不连接，两者之间具有一定的距离，并且扩展部70与延伸部52末端的距离小于其与第一电极60的距离，即扩展部70更靠近延伸部52末端，以便于对电流进行二次扩展。
如图1所示，经试验验证，扩展部70呈以延伸部52末端为圆心的弧形时，扩展部70与延伸部52末端的距离基本相同，此时其对电流的二次扩展效果较好。
扩展部70为单层金属结构或者多层金属结构，其材质选自金、铝、铑、铬、铝、钛、铂中的一种或者几种的组合。例如扩展部70为金、铝、铑单层金属结构，或者为铬/铝/钛/铂/金的多层叠加结构。
扩展部70的数量可以设置为1个以上，即可以设置1个扩展部70（如图1所示），在其他变形实施例中，也可以设置多个扩展部70，例如优选为3个扩展部70（如图3所示）。并且多个扩展部70沿着延伸部52延伸的方向大致平行设置，并且其长度逐渐增大。扩展部70的两端可以进行膨大设计。
本实施例中，在第二导电型半导体层23和透明导电层40之间沉积电流阻挡层30，可以进一步改善第二电极50的焊盘部51下方的电流聚集效应，促进焊盘部51电流的扩展。电流阻挡层30的形状与第二电极50的形状一致，例如包括位于焊盘部51下方的主体部分31和位于延伸部52下方的分支部分32。
而扩展部70下方可以设置电流阻挡层部分，也可以不设置，并且，经实际实验验证，扩展部70下方不设电流阻挡层部分，其改善ESD爆点的效果更好。电流阻挡层30的材质可以为氧化铝、二氧化硅、氮化硅、碳化硅等中的一种或者几种组合。本实施例中优选为二氧化硅。
本实施例中，还可以在延伸部52的末端进行膨大处理，膨大部为实心球状，如此，延伸部52对电流的扩展效果更好。
本发明在第二电极50的延伸部52末端和第一电极60之间设置用于扩展电流的扩展部70，其中该扩展部70与延伸部52末端不连接，电流由焊盘部51沿延伸部52扩展至其末端形成电流密集区，扩展部70对该电流密集区的电流进行二次扩展，改善电流密集区的电流拥挤现象，从而提升发光二极管的抗静电能力，降低延伸部52末端产生的ESD爆点。
实施例2
为了制作上述的发光二极管，本实施例提供了一种制作方法，具体步骤如下：
步骤1、提供衬底10，于衬底10表面依次沉积第一导电型半导体层21、发光层22、第二导电型半导体层23；
步骤2、分别制作与第一导电型半导体层21电性连接的第一电极60以及与第二导电型半导体层23电性连接的第二电极50，其中第二电极50包括焊盘部51和延伸部52；
步骤3、于延伸部52末端和第一电极60之间的第二导电型半导体层23表面上制作用于扩展电流的扩展部70。
本实施例中，在上述的步骤1和2之间还包括于第二导电型半导体层23表面沉积透明导电层40的步骤，以及于第二导电型半导体层23和透明导电层40之间沉积电流阻挡层30的步骤。
上述的第一导电型半导体层21、发光层22和第二导电型半导体层23的沉积方法可以优选MOCVD法，在第一导电型半导体层21沉积之前，还可以先对衬底10进行预先清洁处理，然后沉积生长缓冲层，缓冲层可以提高后续生长的第一导电型半导体层21的晶体质量。
其中，第一电极60和第二电极50可以采用真空镀膜法同时制作形成，第一电极60和第二电极50均为多层金属蒸镀形成，其与第二导电型半导体层23直接接触的金属层可以采用粘附性较好的金属蒸镀形成，最外层可以蒸镀导电性最高的金。
透明导电层40和电流阻挡层30可以设置开口，使第二电极50的焊盘部51通过开口与第二导电型半导体层23接触，增强焊盘部51的牢固性。扩展部70可以与第二电极50和第二电极50同时蒸镀形成，也可以在第一电极60和第二电极50制作之后，再蒸镀形成。
应当理解的是，上述具体实施方案为本发明的优选实施例，本发明的范围不限于该实施例，凡依本发明所做的任何变更，皆属本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.发光二极管，至少包括衬底、第一导电型半导体层、发光层、第二导电型半导体层，以及分别与第一导电型半导体层和第二导电型半导体层电性连接的第一电极和第二电极，所述第二电极包括焊盘部和延伸部，其特征在于：所述延伸部末端和第一电极之间具有用于扩展电流的扩展部，所述扩展部与延伸部末端不连接，所述扩展部为以延伸部末端为圆心的弧形，所述扩展部与延伸部末端的距离小于扩展部与第一电极的距离，第二导电型半导体层和第二电极之间还具有透明导电层，且所述扩展部和延伸部位于透明导电层表面。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述扩展部的数量为1个以上。
3.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于：复数个所述扩展部沿着延伸部延伸的方向大致平行设置。
4.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于：沿着延伸部延伸的方向，复数个所述扩展部的长度逐渐增大。
5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述扩展部为单层金属结构或者多层金属结构。
6.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述扩展部的材质选自金、铝、铑、铬、钛、铂中的一种或者几种的组合。
7.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述延伸部末端具有膨大部。
8.根据权利要求7所述的发光二极管，其特征在于：所述膨大部为实心球状。
9.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第二导电型半导体层和透明导电层之间还具有电流阻挡层。
10.根据权利要求9所述的发光二极管，其特征在于：所述电流阻挡层与第二电极的形状一致。
11.发光二极管的制作方法，至少包括如下步骤：
步骤1、提供衬底，于所述衬底表面依次沉积第一导电型半导体层、发光层、第二导电型半导体层；
步骤2、分别制作与所述第一导电型半导体层电性连接的第一电极以及与所述第二导电型半导体层电性连接的第二电极，其中第二电极包括焊盘部和延伸部；
步骤3、于所述延伸部末端和第一电极之间的第二导电型半导体层表面上制作用于扩展电流的扩展部，所述扩展部与延伸部末端不连接，所述扩展部为以延伸部末端为圆心的弧形，所述扩展部与延伸部末端的距离小于扩展部与第一电极的距离；
其中，还包括于第二导电型半导体层和第二电极之间沉积透明导电层，所述扩展部和延伸部沉积于透明导电层的表面。
12.根据权利要求11所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：还包括于第二导电型半导体层和透明导电层之间沉积电流阻挡层的步骤，所述电流阻挡层与第二电极形状一致。
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