專利名稱：發(fā)光二極管及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管，尤其涉及散熱性能較好的發(fā)光二極管。本發(fā)明還提供了一種該發(fā)光二極管的制作方法。
背景技術：
發(fā)光二極管(Light Emitting Diode, LED)是一種可將電流轉換成特定波長范圍的光的半導體元件。發(fā)光二極管以其亮度高、工作電壓低、功耗小、易與集成電路匹配、驅動簡單、壽命長等優(yōu)點，從而可作為光源而廣泛應用于照明領域。LED通常包括ρ型半導體層、活性層及η型半導體層。在LED兩端施加電壓，空穴和電子將會在活性層復合，輻射出光子。LED在應用過程中所面臨的一個問題是其散熱問題。若LED在工作過程中所產生的熱量不能有效地散發(fā)，將會影響LED的發(fā)光效率。

發(fā)明內容
有鑒于此，有必要提供一種散熱性能較好的發(fā)光二極管。一種發(fā)光二極管，其包括一透明基板及在透明基板形成的多個發(fā)光結構單元。每個發(fā)光結構單元包括依次層疊的N型半導體層、多量子阱活性層、P型半導體層。P型半導體層表面設置有P型接觸電極，N型半導體層表面設置有N型接觸電極。該發(fā)光結構單元進一步包括一凹陷部，該凹陷部從P型半導體層延伸到N型半導體層。該凹陷部內填充有金屬材料，且該金屬材料延伸至覆蓋發(fā)光結構單元的表面。該金屬材料分為相互絕緣的兩部分，形成多個發(fā)光結構單元共同進行對外連接的兩個電極。一種發(fā)光二極管的制作方法，其包括以下步驟提供一個透明基板，在透明基板上依次沉積N型半導體層、活性層及P型半導體層以形成發(fā)光結構單元；在發(fā)光結構之間形成隔離槽得到多個發(fā)光結構單元，同時在發(fā)光結構單元中制作凹陷部，該凹陷部從P型半導體層延伸到N型半導體層，顯露出N型半導體層的表面；在每個發(fā)光結構單元的P型半導體層表面和N型半導體層表面分別制作P型接觸電極和N型接觸電極，然后制作第一絕緣層，該第一絕緣層完全覆蓋除P型接觸電極和N型接觸電極以外的區(qū)域，然后制作金屬電連接層將多個發(fā)光結構單元之間電性連接；在金屬電連接層表面制作第二絕緣層，然后在凹陷部內填入金屬材料，且金屬材料延伸至覆蓋發(fā)光結構表面，該金屬材料分為相互絕緣的兩部分，形成多個發(fā)光結構單元共同進行對外連接的兩個電極與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明通過在發(fā)光二極管的凹陷部內填充金屬材料，由于金屬材料的導熱性能較好，且金屬材料靠近發(fā)光結構的發(fā)光層設置，發(fā)光二極管發(fā)光層的熱量可以有效傳遞到金屬材料中，有利于發(fā)光二極管的散熱。


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圖1是本發(fā)明第一實施例的發(fā)光二極,圖2是圖1中的發(fā)光二極管的制作流 圖3是本發(fā)明第二實施例的發(fā)光二極,圖4是本發(fā)明第三實施例的發(fā)光二極,主要元件符號說明發(fā)光二極管100、200、300透明基板11、21、31發(fā)光結構單元12、22、32N型GaN層121,221第一多量子阱活性層122,222第二多量子阱活性層123,223P型(^aN層124,224P型接觸電極125、225、325N型接觸電極126、226、326透明導電層227凹陷部13、23、33隔離槽19,29,39電連接層14、24、34第一絕緣層15,25金屬材料16、26、36第一電極361第二電極362第二絕緣層17,27起鍍層18,28下面以具體的實施例對本發(fā)明作進一步地說明。請參見圖1，本發(fā)明實施例所提供的發(fā)光二極管100包括一個透明基板11及兩個發(fā)光結構單元12。該透明基板11可為藍寶石透明基板(sapphire)或是二氧化硅基板。每個發(fā)光結構單元12包括在透明基板11上依次層疊的N型GaN層121，第一多量子阱活性層122，第二多量子阱活性層123，P型GaN層124，在P型GaN層IM和N型GaN層121表面分別設置有P型接觸電極125和N型接觸電極126。根據(jù)需要，所述P型GaN層1M和N型GaN層121也可以用其他半導體材料替代，如氮化鋁鎵(AWaN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化鋁鎵銦(AWaInN)、磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)寸。所述多量子阱活性層由相互堆疊的第一種III-V族氮化鋁銦鎵(ΑΜηρ^Ν) 層和第二種III-V族氮化鋁鎵銦(AluGavIni_u_vN)層所構成，其中0 < χ≤1，0≤y < 1， x+y≤1以及0<u≤1，0≤v< l，u+v≤1且x = u，y乒ν。可依需求調整金屬元素之間的參數(shù)獲得所需的發(fā)光波長。在本實施例中，發(fā)光二極管100的第一多量子阱活性層122和第二多量子阱活性層123相互層疊。所述第一多量子阱活性層122和第二多量子阱活性層123可以發(fā)出相同波長的光線，也可以發(fā)出不同波長的光線。在本實施例中，所述第一多量子阱活性層122和第二多量子阱活性層123所發(fā)出的光線的波長在380nm至600nm的范圍內。根據(jù)需要，也可以只有一個多量子阱活性層。發(fā)光結構單元12具有一凹陷部13。該凹陷部13從P型GaN層IM延伸到N型 GaN層121，從而顯露出N型GaN層121的表面，用于在N型GaN層121的表面制作N型接觸電極126。該多個發(fā)光結構單元12進一步包括隔離槽19，避免發(fā)光二極管100在工作時發(fā)光結構單元12之間產生電性干擾而造成發(fā)光結構單元12之間的短路現(xiàn)象。為實現(xiàn)兩個發(fā)光結構單元12之間的電連接，該發(fā)光二極管100還進一步包括一電連接層14。該電連接層14可以根據(jù)兩個發(fā)光結構單元12之間的電連接關系如串聯(lián)或是并聯(lián)或是串并聯(lián)的方式而按需要制作，若發(fā)光結構單元12足夠多時，發(fā)光結構單元12也可以形成串聯(lián)與并聯(lián)結合的方式。在本實施例中，該電連接層14將其中一個發(fā)光結構單元12 的N型接觸電極1 與另外一個發(fā)光結構單元12的P型接觸電極125相連接，從而使兩個發(fā)光結構單元12之間形成串聯(lián)連接的關系。另外，也可以通過改變電連接層14的設置，從而使兩個發(fā)光結構單元12之間形成并聯(lián)連接的關系。該電連接層14可以通過真空蒸鍍的方法制作在發(fā)光結構單元12的表面。為了避免該電連接層14附著在發(fā)光結構單元12的各層的側面而造成短路，可以事先在發(fā)光結構單元12的表面設置一層第一絕緣層15。該第一絕緣層15完全覆蓋除P型接觸電極125和N型接觸電極126以外的區(qū)域。該第一絕緣層15可以是二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)或者是金剛石狀絕緣涂料(DLC)。這樣，在制作電連接層14時，該電連接層14除了與P型接觸電極125和N型接觸電極1 相接觸的部分外，其余部分將不能與發(fā)光結構單元12直接接觸，而是被第一絕緣層15所間隔開，從而避免發(fā)生短路現(xiàn)象。在電連接層14制作完成之后，在凹陷部13內部填充金屬材料16。該金屬材料為銅(Cu)、金(Au)、鎳(Ni)、銀(Ag)、鋁(Al)其中之一或者它們之間的化合物。該金屬材料 16采用電鍍的方式制作在發(fā)光結構單元12的表面。為避免產生不必要的電學接觸，可以在相對應的地方沉積一層第二絕緣層17。在本實施例中，該第二絕緣層17覆蓋在電連接層 14的表面，用于隔離金屬材料16與電連接層14之間的電性連接。在電鍍開始之前，可以先用真空蒸發(fā)的方法蒸鍍一層起鍍層18，該起鍍層18的材料為鎳(Ni)、鋁(Al)、銀(Ag)、鉬 (Pt)、鈀(Pd)、鈦(Ti)、金(Au)其中之一或它們之間的化合物。在本實施例中，該金屬材料 16除了填充在凹陷部13內部以外，其還可以覆蓋在該多個發(fā)光結構單元12的表面，從而形成連續(xù)性的結構。所述填充在凹陷部13內部及覆蓋在發(fā)光結構單元12表面的金屬材料 16可增大發(fā)光二極管100的散熱面積，從而進一步增強該發(fā)光二極管100的散熱性能。該金屬材料16分為相互絕緣的兩部分，形成多個發(fā)光結構單元12共同進行對外連接的兩個電極。在本實施例中，該發(fā)光二極管100在工作時，所述第一多量子阱活性層122和第二多量子阱活性層123所發(fā)出的光線將從透明基板11的方向上出射到外界。由于金屬材料 16填充在凹陷部13的內部，且凹陷部13深入至第一多量子阱活性層122和第二多量子阱活性層123中，因此第一多量子阱活性層122和第二多量子阱活性層123所發(fā)出的熱量可以迅速傳遞到金屬材料16中。并且，由于金屬材料16具有較好的散熱性能，其可以將熱量迅速散發(fā)到外界，從而改善了該發(fā)光二極管100的散熱性能。請參見圖2，上述的發(fā)光二極管100的采用以下步驟制作步驟一提供一個透明基板11。然后采用金屬有機氣相沉積法(MOCVD，metal organic chemical vapor deposition)在透明基板11上依次沉積N型GaN層121、第一多量子阱活性層122、第二多量子阱活性層123及P型GaN層124以形成一發(fā)光結構。步驟二 采用蝕刻的方法在發(fā)光結構上制作隔離槽以形成多個發(fā)光結構單元12， 且使發(fā)光結構單元12之間電性隔離。然后，在發(fā)光結構單元的表面制作凹陷部13，該凹陷部13從P型GaN層IM延伸到N型GaN層121，顯露出N型GaN層121的表面。所述蝕刻的方法可以是電感耦合等離子體蝕刻(ICP)或者是反應離子蝕刻(RIE)方法。步驟三采用真空蒸鍍的方法每個發(fā)光結構單元12的P型GaN層IM表面和N型 GaN層121表面分別制作P型接觸電極125和N型接觸電極126。然后采用真空蒸發(fā)或者涂覆的方法制作第一絕緣層15。該第一絕緣層15完全覆蓋除P型接觸電極125和N型接觸電極126以外的區(qū)域，然后制作金屬電連接層14將兩個發(fā)光結構單元12之間電性連接；步驟四在金屬電連接層14表面制作第二絕緣層17。同樣，該第二絕緣層17可以由真空蒸發(fā)或者涂覆的方法形成。然后采用電鍍的方法在凹陷部13內形成金屬材料16。 在電鍍開始之前，先用真空蒸發(fā)的方法在第二絕緣層17的表面首先形成一層起鍍層18。在本實施例中，兩個發(fā)光結構單元12之間為串聯(lián)連接關系。根據(jù)需要，該兩個發(fā)光結構單元12也可以是并聯(lián)連接關系，或者是串聯(lián)和并聯(lián)相結合，又或者是兩個發(fā)光結構單元12之間的反向并聯(lián)連接，形成交流供電的發(fā)光結構。圖3為本發(fā)明第二實施例的發(fā)光二極管200的結構示意圖。該發(fā)光二極管200包括透明基板21及兩個發(fā)光結構單元22。每個發(fā)光結構單元22包括在透明基板21上依次層疊的N型GaN層221，第一多量子阱活性層222，第二多量子阱活性層223，P型GaN層2M 以及分別與P型GaN層2M和N型GaN層221分別接觸的P型接觸電極225和N型接觸電極2洸。發(fā)光結構單元22具有一凹陷部23。該凹陷部23從P型GaN層2M延伸到N型 GaN層221，顯露出N型GaN層221的表面，用于制作N型接觸電極226。該發(fā)光結構單元22還包括一第一絕緣層25，該第一絕緣層25覆蓋除接觸電極以外的區(qū)域。一電連接層M設置在第一絕緣層25的表面，用于連接兩個發(fā)光結構單元22相鄰的N型接觸電極226和P型接觸電極225。多個發(fā)光結構單元22之間進一步包括隔離槽四，避免發(fā)光二極管200在工作時發(fā)光結構單元22之間存在電性干擾而造成發(fā)光結構單元 22之間產生短路現(xiàn)象。在電連接層M的表面設置有第二絕緣層27，然后在凹陷部23的內部設置金屬材料26。在將金屬材料沈電鍍到凹陷部23表面之前，首先蒸鍍一層起鍍層觀在第二絕緣層 27的表面。與第一實施例不同的是，本實施例的發(fā)光結構單元22還包括一透明導電層227。 該透明導電層227設置在P型GaN層2M和P型接觸電極225之間。該透明導電層227通過真空蒸鍍的方法設置在P型GaN層224的表面。該透明導電層227的材料可以是氧化銦錫ΙΤ0、氧化銦鋅IZO或者是氧化鋅ZnO薄膜。該透明導電層227可以作為歐姆接觸層，起到使電流在P型GaN層2M充分擴散均勻的作用。
根據(jù)需要，該發(fā)光二極管也不限于兩個發(fā)光結構，其也可以是三個或者三個以上。 發(fā)光結構之間的電連接關系也可以根據(jù)需要確定。請參見圖4，為本發(fā)明的第三實施例的發(fā)光二極管300內部的電連接關系圖。該發(fā)光二極管300包括透明基板31及設置在透明基板31的四個角上的四個發(fā)光結構單元32。所述發(fā)光結構單元32之間設置有隔離槽39。每個發(fā)光結構單元32都包括一 P型接觸電極325及一 N型接觸電極326。發(fā)光結構單元32之間通過電連接層34相互連接，形成串聯(lián)連接的結構。所述凹陷部33內部填充有金屬材料36，該金屬材料36除填充在凹陷部33的內部外，其還覆蓋在多個發(fā)光結構單元32的表面，形成較大面積的散熱結構。在本實施例中，所述金屬材料36分為相互絕緣的第一電極361和第二電極362。該第一電極361與形成串聯(lián)連接結構的起始處的發(fā)光結構單元32的P型接觸電極325相連接，該第二電極362與形成串聯(lián)連接結構的結尾處的發(fā)光結構單元32的N型接觸電極3 相連接。所述第二電極362 覆蓋在多個發(fā)光結構單元32的表面，形成連續(xù)的結構。由于金屬材料36填充在凹陷部33 處，所述發(fā)光結構單元32在工作時所產生的熱量可以迅速傳遞到金屬材料36中。另外，由于金屬材料36除填充在凹陷部33的內部外，其還覆蓋在多個發(fā)光結構單元32的表面，其必然會增大散熱面積，從而使發(fā)光二極管300的散熱效率進一步增加。應該指出，上述實施方式僅為本發(fā)明的較佳實施方式，本領域技術人員還可在本發(fā)明精神內做其它變化。這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應包含在本發(fā)明所要求保護的范圍之內。
權利要求
1.一種發(fā)光二極管，其包括一透明基板及在透明基板形成的多個發(fā)光結構單元，每個發(fā)光結構單元包括依次層疊的N型半導體層、多量子阱活性層、P型半導體層，P型半導體層表面設置有P型接觸電極，N型半導體層表面設置有N型接觸電極，其特征在于，該發(fā)光結構單元進一步包括一凹陷部，該凹陷部從P型半導體層延伸到N型半導體層，該凹陷部內填充有金屬材料，且該金屬材料延伸至覆蓋發(fā)光結構單元的表面，該金屬材料分為相互絕緣的兩部分，形成多個發(fā)光結構單元共同進行對外連接的兩個電極。
2.如權利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，每個發(fā)光結構單元進一步包括一絕緣層，該絕緣層設置在發(fā)光結構單元與金屬材料相接觸的表面上。
3.如權利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，該金屬材料為銅、金、鎳、銀、鋁其中之一或者它們之間的化合物。
4.如權利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，該發(fā)光二極管進一步包括一金屬電連接層，該金屬電連接層將相鄰兩個發(fā)光結構單元的接觸電極連接在一起，該金屬電連接層與金屬材料之間設置有絕緣層。
5.如權利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，每個發(fā)光結構單元包括一透明導電層，該透明導電層設置在P型半導體層與P型接觸電極之間。
6.如權利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，該發(fā)光二極管進一步包括多個隔離槽，該多個隔離槽使發(fā)光結構單元之間電性隔離。
7.如權利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，該多個發(fā)光結構單元為四個串聯(lián)的發(fā)光結構單元。
8.一種發(fā)光二極管的制作方法，其包括以下步驟提供一個透明基板，在透明基板上依次沉積N型半導體層、活性層及P型半導體層以形成發(fā)光結構單元；在發(fā)光結構之間形成隔離槽得到多個發(fā)光結構單元，同時在發(fā)光結構單元中制作凹陷部，該凹陷部從P型半導體層延伸到N型半導體層，顯露出N型半導體層的表面；在每個發(fā)光結構單元的P型半導體層表面和N型半導體層表面分別制作P型接觸電極和N型接觸電極，然后制作第一絕緣層，該第一絕緣層完全覆蓋除P型接觸電極和N型接觸電極以外的區(qū)域，然后制作金屬電連接層將多個發(fā)光結構單元之間電性連接；在金屬電連接層表面制作第二絕緣層，然后在凹陷部內填入金屬材料，且金屬材料延伸至覆蓋發(fā)光結構表面，該金屬材料分為相互絕緣的兩部分，形成多個發(fā)光結構單元共同進行對外連接的兩個電極。
9.如權利要求8所述的發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于，該金屬電連接層用于連接該多個發(fā)光結構單元，使發(fā)光結構單元之間形成串聯(lián)的電連接關系。
10.如權利要求8所述的發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于，所述導熱材料以電鍍的方法制作在凹陷部內，在電鍍之前，首先在絕緣層表面蒸鍍一層起鍍層，該起鍍層為鎳、鋁、 銀、鉬、鈀、鈦、金其中之一或它們之間的化合物。
全文摘要
一種發(fā)光二極管，其包括一透明基板及多個發(fā)光結構單元。每個發(fā)光結構單元包括N型半導體層、多量子阱活性層、P型半導體層。P型半導體層表面設置有P型接觸電極，N型半導體層表面設置有N型接觸電極。該發(fā)光結構單元進一步包括一從P型半導體層延伸到N型半導體層的凹陷部，該凹陷部內填充有金屬材料，且該金屬材料延伸至覆蓋發(fā)光結構單元的表面。該金屬材料分為相互絕緣的兩部分，形成多個發(fā)光結構單元共同進行對外連接的兩個電極。本發(fā)明通過在發(fā)光結構單元的凹陷部內填充金屬材料，由于金屬材料具有較好的導熱性能，發(fā)光層所產生的熱量能夠迅速傳遞到金屬材料中，有利于發(fā)光二極管的散熱。本發(fā)明還提供了一種發(fā)光二極管的制作方法。
文檔編號H01L27/15GK102201426SQ201010130080
公開日2011年9月28日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權日2010年3月23日
發(fā)明者沈佳輝, 洪梓健 申請人:展晶科技(深圳)有限公司, 榮創(chuàng)能源科技股份有限公司