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CN102859726B - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents

发光二极管及其制造方法 Download PDF

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CN102859726B CN201180016665.6A CN201180016665A CN102859726B CN 102859726 B CN102859726 B CN 102859726B CN 201180016665 A CN201180016665 A CN 201180016665A CN 102859726 B CN102859726 B CN 102859726B
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Abstract

本发明的示例性实施例公开了一种发光二极管(LED)及其制造方法。LED包括：基底；半导体堆叠件，布置在基底上，半导体堆叠件包括具有第一导电类型的上半导体层、有源层以及具有第二导电类型的下半导体层；隔离槽，将半导体堆叠件分为多个区域；连接件，设置在基底和半导体堆叠件之间，连接件将所述多个区域彼此电连接；分布式布拉格反射器(DBR)，具有多层结构，DBR设置在半导体堆叠件和连接件之间。连接件穿过DBR电连接到半导体堆叠件，并且DBR的一些部分设置在隔离槽和连接件之间。

Description

发光二极管及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种发光二极管(LED)及其制造方法，更具体地说，涉及一种应用了基底分离工艺的LED及其制造方法。
背景技术
发光二极管(LED)是一种具有这样的结构的半导体器件，其中，N型半导体和P型半导体结合在一起，LED通过电子和空穴的复合来发光。LED已经广泛地用作显示器件和背光。另外，与传统的灯泡或荧光灯相比，LED具有较低的电能消耗以及较长的寿命，因此它们的应用领域已经扩展至用于普通照明，同时替代传统的白炽灯和荧光灯。
近来，通过直接连接到交流(AC)电源而连续地发光的AC LED已经被商业化。例如，在发给Sakai等的第7417259号美国专利中公开了一种可直接连接到高电压AC电源的LED。
根据Sakai等，LED元件(即，发光单元)在单个绝缘基底(例如蓝宝石基底)上二维地串联连接，以形成LED阵列。这种LED阵列在蓝宝石基底上彼此反向地并联连接。结果，提供一种可由AC电源驱动的单芯片LED。
在上述AC LED中，发光单元形成在用作生长基底的基底(例如，蓝宝石基底)上。因此，发光单元的结构会受到限制，从而会在提高光提取效率方面受到限制。为了解决这一问题，在由Lee申请的第2009/0166645号美国专利公布中公开了一种制造AC LED的方法其中，将基底分离工艺应用于ACLED。
图1至图4是示出根据现有技术的LED的制造方法的剖视图。
参照图1，包括缓冲层23、N型半导体层25、有源层27和P型半导体层29的半导体层形成在牺牲基底21上。第一金属层31形成在半导体层上，第二金属层53形成在与牺牲基底21分离的基底51上。第一金属层31可包括反射金属层。第二金属层53与第一金属层31连接，从而基底51结合在半导体层25、27和29上。
参照图2，在基底51结合之后，利用激光剥离工艺使牺牲基底21分离。在分离牺牲基底21之后，剩余的缓冲层23被去除，从而暴露N型半导体层25的表面。
参照图3，使用光刻和蚀刻技术来将半导体层25、27和29以及金属层31和51图案化，从而形成彼此分开的金属图案40以及位于相应的金属图案的局部区域上的发光单元30。每个发光单元30包括图案化的P型半导体层29a、图案化的有源层27a和图案化的N型半导体层25a。
参照图4，形成金属引线57以将发光单元30的上表面分别电连接到邻近发光单元30的金属图案40。金属引线57将发光单元30彼此连接，从而形成发光单元30的串联阵列。为了与金属引线57连接，可在N型半导体层25a上形成电极焊盘55，并且可在金属图案40上形成另一电极焊盘。可形成两个或更多个阵列，并且这些阵列反向地并联连接，从而提供能够在AC电源下驱动的LED。
根据如上所述的现有技术，可以多样地选择包括基底51的材料，以提高LED的散热性能，并且可对N型半导体层25a的表面进行处理，以提高LED的光提取效率。另外，由于第一金属层31a包括反射金属层来反射从发光单元30朝基底51前进的光，所以可以进一步提高光提取效率。
然而，虽然现有技术中的半导体层25、27和29以及金属层31和53被图案化，但是金属材料的蚀刻副产物会附着到发光单元30的侧壁，从而会在N型半导体层25a和P型半导体层29a之间导致电短路。另外，第一金属层31a的在蚀刻半导体层25、27和29的过程中暴露的表面会容易被等离子体损坏。如果第一金属层31a包括诸如Ag或Al的反射金属层，则这种蚀刻损坏会增大，导致LED劣化。由等离子体导致的金属层31a的表面的损坏会降低形成在其表面上的引线57或电极焊盘55的粘附力，并且从而会导致器件故障。
同时，根据现有技术，由于第一金属层31a可包括反射金属层，所以来自发光单元30的从有源层27a朝向基底51发射的光可远离基底51而反射。然而，由于反射金属层的蚀刻损坏或氧化，光可能不在发光单元30之间的空间中反射。此外，由于反射金属层可具有大约90％的最大反射率，所以在提高反射率方面会存在限制。另外，由于基底51在金属图案40之间的区域中暴露，所以光会被基底51吸收。
另外，由于引线57分别连接到N型半导体层25a的上表面(即，发光表面)上，所以在有源层27中产生的光会被在发光表面上的引线57和/或电极焊盘55吸收，从而会出现光损失。
图5是示出根据现有技术的具有串联连接的发光单元的LED的剖视图。
参照图5，LED包括基底51、结合金属41、粘合层39、中间绝缘层37、阻挡金属层35、反射金属层33、发光单元S1和S2、绝缘层63和连接件65。
基底51与生长基底(未示出)区分开，并且是在生长基底上生长氮化物半导体层25、27和29之后通过结合金属41结合到氮化物半导体层25、27和29的二次基底。
同时，发光单元S1和S2中的每个包括n型氮化物半导体层25、有源层27和p型氮化物半导体层29，n型氮化物半导体层25的上表面可被构造为粗糙表面R。
中间绝缘层37设置在基底51与发光单元S1和S2之间，从而发光单元S1和S2与基底51电绝缘。还在中间绝缘层37与发光单元S1和S2之间设置反射金属层33和阻挡金属层35。反射金属层33反射在发光单元S1和S2中产生并朝基底51发射的光，从而提高发光效率。阻挡金属层35覆盖反射金属层33，从而阻挡金属层35可防止反射金属层33的扩散以及反射金属层33的氧化。另外，阻挡金属层35的一部分通过从发光单元S2的下方的区域延伸到单元分离区域而暴露。
连接件65将发光单元S1的n型半导体层25连接到阻挡金属层35，从而发光单元S1和S2串联连接。绝缘层63设置在连接件65与发光单元S1和S2之间，以防止n型半导体层25和p型半导体层29被连接件65电短路。
银(Ag)可用作反射金属层33。Ag可被容易地氧化并且由于热而扩散。另外，用于分离发光单元S1和S2的蚀刻气体(例如，BCl3/Cl2气体)会通过与Ag的化学反应而容易地产生蚀刻副产物。蚀刻副产物会附着到发光单元S1和S2的侧表面，因此，会导致电短路。为了防止在现有技术中的电短路，反射金属层33由阻挡金属层35覆盖，然后阻挡金属层35被构造为在发光单元S1和S2的分离工艺中暴露。
然而，由于根据现有技术增加阻挡金属层35来保护反射金属层33，所以金属层沉积工艺会复杂化。另外，由于形成反射金属层33并且阻挡金属层35然后覆盖反射金属层33，所以在反射金属层33的侧表面出现阶梯。阶梯随着反射金属层33的厚度增大而增大。具体地说，如果沉积多个金属层来形成阻挡金属层35，则应力会在阶梯附近聚集，从而在阻挡金属层35中会产生裂纹。具体地说，由于基底51以相对高的温度来结合，所以在基底51的结合过程中会在阶梯处产生裂纹，从而会导致器件故障。
同时，与由其他金属形成反射金属层33相比，如果反射金属层33由Ag形成，则反射金属层33的反射率会增大。
发明内容
技术问题
本发明的示例性实施例提供了一种能够防止由金属蚀刻副产物的生成导致的电短路的发光二极管(LED)及其制造方法。
本发明的示例性实施例还提供了一种能够减少从发光单元之间的空间朝基底发射的光的损失的LED及其制造方法。
本发明的示例性实施例还提供一种能够通过增大朝基底发射的光的反射来提高光提取效率的LED及其制造方法。
本发明的示例性实施例还提供一种能够通过减少从发光表面发射的光的损失来提高发光效率的LED及其制造方法。
本发明的示例性实施例还提供一种能够防止反射层由于蚀刻或氧化而变形的LED及其制造方法。
本发明的示例性实施例还提供一种制造LED的方法，可简化该方法的工艺并且可提高该方法的可靠性。
本发明的附加特征将在下面的描述中进行阐述，并且将通过描述而部分地明显，或者可通过实施本发明而了解。
技术方案
本发明的一个示例性实施例公开了一种发光二极管(LED)，所述发光二极管包括：基底；半导体堆叠件，布置在基底上，所述半导体堆叠件包括具有第一导电类型的上半导体层、有源层以及具有第二导电类型的下半导体层；隔离槽，将半导体堆叠件分为多个区域；连接件，设置在基底和半导体堆叠件之间，连接件将所述多个区域彼此电连接；以及具有多层结构的分布式布拉格反射器(DBR)，DBR设置在半导体堆叠件和连接件之间。在该LED中，连接件穿过DBR电连接到半导体堆叠件，并且DBR的一些部分设置在隔离槽和连接件之间。
本发明的示例性实施例还公开了一种制造发光二极管(LED)的方法，该方法包括：在第一基底上形成半导体堆叠件，所述半导体堆叠件包括第一导电类型的半导体层、有源层和第二导电类型的半导体层；将半导体堆叠件图案化以形成连接槽，从而暴露第一导电类型的半导体层，其中，连接槽彼此分隔开；在半导体堆叠件上形成具有多层结构的分布式布拉格反射器(DBR)，其中，DBR包括暴露第二导电类型的半导体层的开口以及暴露第一导电类型的半导体层的开口；形成将多个区域彼此电连接的连接件；形成分隔绝缘层，以覆盖连接件；在分隔绝缘层上结合第二基底；通过去除第一基底暴露第一导电类型的半导体层；以及将半导体堆叠件图案化，以暴露DBR，其中，半导体堆叠件的图案化步骤形成将所述多个区域彼此分离的隔离槽。
本发明的示例性实施例还公开了一种发光二极管(LED)，所述发光二极管包括：基底；第一发光单元和第二发光单元，第一发光单元和第二发光单元中的每个包括具有第一导电类型的上半导体层、有源层以及具有第二导电类型的下半导体层；中间绝缘层，设置在基底与第一发光单元和第二发光单元之间，中间绝缘层包括分布式布拉格反射器(DBR)，DBR具有交替地堆叠的绝缘层，其中，交替地堆叠的绝缘层的折射率彼此不同；透明欧姆接触层，设置在中间绝缘层与发光单元之间，透明欧姆接触层与第一发光单元和第二发光单元中每个的下半导体层接触；以及连接件，将第一发光单元的上半导体层与透明欧姆接触层电连接。
本发明的示例性实施例还公开了一种制造发光二极管(LED)的方法，该方法包括：在第一基底上生长第一导电类型的半导体层、有源层和第二导电类型的半导体层；在第二导电类型的半导体层上形成透明欧姆接触层，透明欧姆接触层彼此分开；在透明欧姆接触层上交替地堆叠绝缘层，以形成分布式布拉格反射器(DBR)的中间绝缘层，交替地堆叠的绝缘层具有彼此不同的折射率，DBR覆盖透明欧姆接触层；在中间绝缘层上结合第二基底；去除第一基底，以暴露第一导电类型的半导体层；通过蚀刻第一导电类型的半导体层、有源层和第二导电类型的半导体层来形成单元分隔区，以限定第一发光单元和第二发光单元，其中，透明欧姆接触层的一部分在单元分隔区中暴露；形成第一绝缘层，以覆盖第一发光单元和第二发光单元的侧表面的一部分；以及形成连接件，以将第一发光单元的第一导电类型的半导体层电连接到透明欧姆接触层的暴露的部分。
一种发光二极管(LED)，所述发光二极管包括：基底；半导体堆叠件，布置在基底上；隔离槽，将半导体堆叠件分隔为多个区域；以及连接件，设置在基底和半导体堆叠件之间，连接件将所述多个区域以第一串联阵列和第二串联阵列彼此电连接，其中，第一串联阵列和第二串联阵列反向并联连接，第一串联阵列在交流(AC)电源的第一半周期期间发光，第二串联阵列在交流(AC)电源的第二半周期期间发光。
应该理解的是，上面的总体描述以及下面的详细描述均是示例性的和解释性的，并且它们意图提供对所要求保护的本发明的进一步解释。
附图说明
包括附图以提供对本发明的进一步理解，并且包括附图以组成本说明书的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1、图2、图3和图4是示出根据现有技术的制造发光二极管(LED)的方法的剖视图。
图5是示出根据现有技术的LED的剖视图。
图6a是示出根据本发明示例性实施例的LED的平面图。
图6b和图6c是分别沿图6a的线A-A和B-B截取的剖视图。
图6d是图6a的等效电路图。
图7、图8、图9、图10、图11、图12和图13是示出根据本发明示例性实施例的制造LED的方法的剖视图，其中，图7、图8、图9、图10、图11、图12和图13中每个的a和b分别对应于沿图6a的线A-A和B-B截取的剖视图。
图14是示出根据本发明的示例性实施例的LED的示意性平面图。
图15是沿图14的线A-A截取的剖视图。
图16、图17、图18、图19、图20和图21是示出根据本发明示例性实施例的制造LED的方法的剖视图。
具体实施方式
在下文中参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，而不应被解释为局限于这里阐述的示例性实施例。相反，提供这些示例性实施例使得本公开将是彻底的，并将把本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。在附图中，为了清楚起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。在附图中，相同的标号指示相同的元件。
应当理解的是，当元件或层被称作“在”另一元件或层“上”或“连接到”另一元件或层时，该元件或层可以直接在另一元件或层上或直接连接到另一元件或层，或者也可以存在中间元件或中间层。相反，当元件被称作“直接在”另一元件或层“上”或“直接连接到”另一元件或层时，不存在中间元件或中间层。
图6a是示出根据本发明示例性实施例的LED的平面图。图6b和图6c是分别沿图6a的线A-A和B-B截取的剖视图，以用于示出根据本发明的示例性实施例的LED。图6d是图6a的等效电路图。在本示例性实施例中，描述了具有镜像对称结构的LED，但是本发明不限于此。
参照图6a、图6b、图6c和图6d，LED包括基底151、半导体堆叠件130、隔离槽161、连接件135、135a和135b以及分布式布拉格反射器(DBR)131和131a。LED还可包括欧姆接触层133、分隔绝缘层137、粘合层139、结合金属141、保护绝缘层163以及电极焊盘165。
基底151与用于生长化合物半导体层的生长基底区分开，并且是附着到预先已经生长的化合物半导体层的基底。虽然基底151可以是蓝宝石基底，但是本发明不限于此。即，基底151可以是另一种类的绝缘基底或导电基底。具体地说，如果蓝宝石基底用作半导体层的生长基底，则基底151可以是蓝宝石基底。由与生长基底的材料相同的材料形成基底151意味着它们具有相同的热膨胀系数，这在基底151的结合以及生长基底的分离工艺方面可以是有利的。
半导体堆叠件130通过隔离槽161分为多个区S1、S2、S3和P。半导体堆叠件130包括第一导电类型的上半导体层125、有源层127和第二导电类型的下半导体层129。有源层127设置在上半导体层125和下半导体层129之间。同时，在区域S1、S2和S3的每个中，有源层127和下半导体层129被设置为使上半导体层125的部分区域向下暴露。即，上半导体层125的宽度大于有源层127和下半导体层129的宽度。
有源层127以及上半导体层125和下半导体层129可由诸如(Al，Ga，In)N半导体的III族氮化物基化合物半导体层形成。上半导体层125和下半导体层129中的每个可具有单层或多层结构。例如，上半导体层125和/或下半导体层129可包括接触层和覆层，并且还可包括超晶格层。另外，有源层27可具有单量子阱结构或多量子阱结构。第一导电类型可以是n型，第二导电类型可以是p型。由于上半导体层125可由电阻相对低的n型半导体层形成，所以上半导体层125的厚度可以相对厚。因此，可以容易地形成上半导体层125的粗糙的上表面R，其中，粗糙的上表面R可增大在有源层127中产生的光的光提取效率。
同时，在本示例性实施例中，区域S1具有共发光单元。术语“共发光单元”表示多个发光单元共用第一导电类型的半导体层或第二导电类型的半导体层。这里，区域S1具有共用第一导电类型的上半导体层125的共发光单元，如图6b中所示。同时，区域S2和S3中的每个具有单个发光单元。在其它示例性实施例中，区域S1、S2和S3中的每个可具有单个发光单元。
区域P也被隔离槽分开。电极焊盘165分别形成在区域P上。电极焊盘165连接到外部电源以接收电力。引线(未示出)可键合到每个电极焊盘165。区域P可分别连接到区域S2。即，区域P和区域S2可共用至少一个半导体层，具体地说，第一导电类型的上半导体层125。区域P具有穿过第二导电类型的下半导体层129和有源层127的连接槽(或孔)130b(见图7和图8)。隔离槽161穿过半导体堆叠件130以将半导体堆叠件130分为多个区域S1、S2、S3和P。在一些实施例中，隔离槽161中的一些可以不穿过有源层127和下半导体层129。因此，有源层127和下半导体层129的侧表面中没有侧表面会在隔离槽161的一些内壁中暴露。可选地，所有的隔离槽161可被构造为穿过半导体层125、有源层127和下半导体层129。因此，隔离槽161的内壁可由包括上半导体层125、有源层127和下半导体层129的半导体堆叠件130形成。在该实施例中，由于所有的隔离槽161可被形成为具有相同的深度，所以可提高用于形成隔离槽161的蚀刻工艺的稳定性。
同时，连接件135使由隔离槽161分开的区域S1、S2、S3和P电连接。由于连接件135位于半导体堆叠件130和基底151之间，所以从发光表面发射的光未被连接件135阻挡。连接件135具有电连接到半导体堆叠件130的第二导电类型的下半导体层129的接触部分135a以及连接到半导体堆叠件130的第一导电类型的上半导体层125的接触部分125b。
例如，如图6b中所示，具有共发光单元的每个区域S1具有连接到下半导体层129的接触部分135a以及连接到上半导体层125的接触部分135b。如图6c中所示，具有单个发光单元的每个区域S2和S3具有连接到下半导体层129的接触部分135a以及连接到上半导体层125的接触部分135b。另外，每个焊盘区域P具有连接到下半导体层129的接触部分135a。焊盘区域P中的接触部分135a通过孔130b(见图7和图8)电连接到上半导体层125。
同时，在第一行上，除了位于第一行上的最外侧的区域S1之外的区域S1中的接触部分135a分别连接到相邻的区域S1中的接触部分135a。与焊盘区域P相邻的区域S1的接触部分135a连接到焊盘区域P中的接触部分135a。
在第一行上的右边的最外侧的区域S1中的接触部分135a连接到第三行上的右边的最外侧的区域S2中的与上半导体层125相连的接触部分135b。与在第三行上的区域S1连接的接触部分135b分别连接到第一行上的区域S1中的接触部分135a。
同时，在第二行上的区域S3中的接触部分135a分别连接到第一行上的接触部分135b，第二行上的区域S3中的每个接触部分135b连接到第三行上的两个接触部分135a。
通过连接件135，可提供具有如图6d中所示的等效电路图的LED。
参照图6d，通过连接件135形成发光单元的串联阵列。这些串联阵列在电极焊盘165之间反向并联连接。因此，可通过将AC电源连接到电极焊盘165来驱动LED。这里，在AC功率的一半周期期间，正向电压施加到在一些区域S1和S2中的发光单元，在AC功率的另一半周期期间，反向电压施加到在一些区域S1和S2中的发光单元。另一方面，在AC功率的整个周期期间，正向电压被施加到区域S3中的发光单元。因此，由于可以在AC功率的相位改变的整个周期中发光的全波发光单元(即，区域S3)，所以有效发光面积会增大。根据本发明，施加到一个全波发光单元的反向电压与施加到两个半波发光单元(即，S1和S2)的正向电压的值具有相同的值。
返回参照图6b和图6c，具有多层结构的DBR 131和131a设置在连接件135和半导体堆叠件130之间。DBR 131和131a反射在有源层127中产生的且朝基底151发射的光，从而改善LED的发光效率。DBR 131在每个区域S1、S2和S3中位于下半导体层129下方，同时DBR 131a覆盖下半导体层129和有源层127的侧表面。具体地说，DBR 131a覆盖有源层127和下半导体层129的侧表面，以防止上半导体层125和下半导体层129通过连接件135而短路。同时，DBR 131还位于隔离槽161的底部的下方。DBR 131位于连接件135和隔离槽161之间，以防止在形成隔离槽161时连接件135暴露到外部。
可通过交替地堆叠折射率彼此不同的两个层来形成DBR 131和131a。例如，DBR 131和131a可通过交替地堆叠SiO2/TiO2或SiO2/Nb2O5来形成。DBR131和131a具有通过其而暴露下半导体层129的开口以及通过其而暴露上半导体层125的开口。
同时，连接件135(具体地说，接触部分135a)可穿过DBR 131(即，穿过DBR 131的开口)电连接到下半导体层129，并且还可穿过DBR 131a的开口电连接到上半导体层125。欧姆接触层133可通过DBR 131与下半导体层129接触，连接件135(即，接触部分135a)可连接到欧姆接触层133。欧姆接触层133可由诸如Ag或Al的反射层形成，或者由诸如Ni/Au、氧化铟锡(ITO)、ZnO或其它透明导电氧化物(TCO)的透明导电层形成。如果欧姆接触层133由诸如Ag或Al的金属反射层形成，则接触部分135a可围绕欧姆接触层133，以保护欧姆接触层133。
同时，结合金属141可设置在半导体堆叠件130和基底151之间。结合金属141是用于将在半导体堆叠件130上结合基底151的金属材料，并可由Au/Sn形成。分隔绝缘层137可设置在半导体堆叠件130和结合金属141之间，以将连接件135与结合金属141分开。
同时，诸如Cr/Au的粘合层139可形成在分隔绝缘层137下方，以提高结合金属141的粘附力。
同时，上半导体层125可具有粗糙表面R。另外，保护绝缘层163可覆盖半导体堆叠件130，以保护发光单元。隔离槽161可由保护绝缘层163填充。
图7至图13是示出根据本发明示例性实施例的制造LED的方法的剖视图，其中，图7至图13中的每个中的“a”和“b”分别对应于沿图6a的线A-A和B-B截取的剖视图。
参照图7a和图7b，在牺牲基底121上形成化合物半导体层的半导体堆叠件130。牺牲基底121可以是蓝宝石基底，然而本发明不限于此。即，牺牲基底可以是与蓝宝石基底不同的异质基底。同时，化合物半导体层包括第一导电类型的半导体层125、第二导电类型的半导体层129以及设置在它们之间的有源层127。第一导电类型的半导体层125被设置为接近牺牲基底121。第一导电类型的半导体层125和第二导电类型的半导体层129中的每个可被形成为具有单层或多层结构。有源层127可被形成为具有单量子阱结构或多量子阱结构。
化合物半导体层可由III族氮化物基化合物半导体层形成，并可利用诸如金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE)的工艺在牺牲基底121上生长。
同时，可在形成化合物半导体层之前形成缓冲层(未示出)。缓冲层用于减小牺牲基底121与化合物半导体层之间的晶格失配，并且缓冲层可以是GaN基材料层，例如GaN或AlN。
半导体堆叠件130被图案化以形成用于暴露第一导电类型的半导体层125的连接槽130a和130b。连接槽130a被形成为暴露第一导电类型的半导体层125，图6b和图6c中的连接件135连接到第一导电类型的半导体层125。在图6a中的每个区域S1、S2、S3中的第一导电类型的半导体层125由连接槽130a暴露。有源层127和第二导电类型的半导体层129的侧表面暴露于连接槽130a的侧壁。
化合物半导体层可利用光刻工艺图案化，以形成连接槽130a和130b，其中这种工艺可以与平台蚀刻工艺相似。然而，虽然在平台蚀刻工艺中的连接槽彼此连接，但是本发明中的连接槽130a彼此分开。因此，可以减小连接槽130a的面积，因此可以容易地使分隔绝缘层和结合金属层平坦化。结果，基底可以稳固地附着到半导体堆叠件。
同时，连接槽(孔)130b形成在形成有电极焊盘的区域中，其中，多个连接槽130b形成在每个区域中。
参照图8a和图8b，在半导体堆叠件130上形成DBR 131和131a。DBR131和131a具有通过其而暴露第二导电类型的下半导体层129的开口，以及通过其而暴露第一导电类型的上半导体层125的开口。DBR 131和131a可通过以下方法形成，即，使用剥离工艺或者通过交替地堆叠折射率彼此不同的两层并然后使它们图案化以使第二导电类型的半导体层129和第一导电类型的半导体层125在连接槽130a和130b中暴露。
DBR 131形成在第二导电类型的半导体层129上，并且还形成在稍后将形成隔离槽(图6b和图6c中的161)的区域中。同时，DBR 131a覆盖有源层127和第二导电类型的半导体层129的被连接槽130a暴露的侧表面。形成DBR 131a以防止第一导电类型的半导体层和第二导电类型的半导体层被连接件135短路。
DBR 131可通过交替地堆叠折射率彼此不同的两个层(例如SiO2/TiO2或SiO2/Nb2O5)来形成。在这种情况下，DBR 131的第一层和最后一层由SiO2形成，从而能够防止在DBR 131和131a中形成裂纹并保护DBR 131。
参照图9a和图9b，在DBR 131上形成欧姆接触层133。欧姆接触层133覆盖DBR 131中的开口，以连接到第二导电类型的半导体层129。欧姆接触层133可由诸如Ag或Al的反射层形成，或者由诸如Ni/Au、ITO、ZnO或另一TCO的透明导电层形成。如果欧姆接触层133包括反射层，则欧姆接触层133可与DBR 131一起反射光。如果欧姆接触层133由TCO形成，则欧姆接触层133可具有稳定的接触电阻特性。
参照图10a和图10b，形成用于覆盖欧姆接触层133的接触部分135a以及连接到第一导电类型的半导体层125的接触部分135b。这些接触部分彼此连接以构成用于将发光单元彼此连接的连接件135。连接件135可将第二导电类型的半导体层129彼此电连接，或者可使第一导电类型的半导体层125和第二导电类型的半导体层129电连接。接触部分135a可围绕并覆盖欧姆接触层133。
参照图11a和图11b，在其上形成有连接件135的牺牲基底121的几乎整个表面上形成分隔绝缘层137。分隔绝缘层137覆盖连接件135和半导体堆叠件130。分隔绝缘层137可由氧化硅层、氮化硅层或相似的材料形成。可在分隔绝缘层137上形成粘合层139。可在有源层139上形成结合金属141，并可将基底151结合到结合金属141。例如，结合金属141可以由AuSn(80/20wt％)形成。基底151可以是具有与牺牲基底121相同的折射率的基底。
参照图12a和图12b，随后，去除牺牲基底121，并使第一导电类型的半导体层125暴露。牺牲基底121可利用激光剥离(LLO)技术或另一机械或化学方法分离。这时，缓冲层也被去除，从而暴露第一导电类型的半导体层125。
参照图13a和图13b，形成用于将暴露的第一导电类型的半导体层125分为多个区域S1、S2、S3和P的隔离槽161。隔离槽161将半导体堆叠件130分为发光单元区或共发光单元区。通过蚀刻半导体堆叠件130直至暴露DBR 131或131a来形成隔离槽161。DBR 131防止连接件135暴露。隔离槽161的侧壁由半导体堆叠件130形成，并且第一导电类型的半导体层125、有源层127和第二导电类型的半导体层129的侧表面在隔离槽161中暴露。同时，可利用光增强化学(PEC)蚀刻等在第一导电类型的半导体层125上形成粗糙表面R。
虽然已经描述了在形成隔离槽161时暴露DBR 131或131a，但是可在形成隔离槽161的区域中形成除了DBR之外的另一隔离图案。
同时，在第一导电类型的半导体层125上形成保护绝缘层163和电极焊盘165，并且在包括多个区域S1、S2、S3和P的LED的基础上使基底151分开，从而完成单芯片LED。
图14是示出根据本发明示例性实施例的LED的示意性平面图。图15是沿图14的线A-A截取的剖视图。
参照图14和图15，LED包括基底251、第一发光单元S1和第二发光单元S2、中间绝缘层237、透明欧姆接触层235和连接件255。LED可包括反射金属层238、粘合层239和结合金属241，并且还可包括第一绝缘层253和第二绝缘层257。
基底251与用于生长化合物半导体层的生长基底区分开，并且是附着到已经预先生长的化合物半导体层的基底。基底251可以多样地选择，并且具体地可以是由具有高导热性的材料(例如，Si、SiC、AlN或金属材料)制成的基底，从而提高其散热性。然而，基底不具体受到限制，而是可以是另一种类的绝缘或导电基底。具体地说，如果使用蓝宝石基底作为用于半导体层的生长基底，则基底251可以是蓝宝石基底，从而具有与生长基底相同的热膨胀系数。
发光单元S1和S2通过单元分隔区230a分隔。每个发光单元S1和S2包括具有第一导电类型的上半导体层225、有源层227和第二导电类型的下半导体层229的半导体堆叠件230。有源层227设置在上半导体层225和下半导体层229之间。同时，单元分隔区230a通过穿过上半导体层225、有源层227和下半导体层229来将发光单元S1和S2彼此分隔开。
有源层227以及上半导体层225和下半导体层229可由诸如(Al，Ga，In)N半导体的III族氮化物基化合物半导体形成。上半导体层225和下半导体层229中的每个可具有单层或多层结构。例如，上半导体层225和/或下半导体层229可包括接触层和覆层，并且还可包括超晶格层。另外，有源层27可具有单量子阱结构或多量子阱结构。优选地，第一导电类型是n型，第二导电类型是p型。由于上半导体层225可由电阻相对低的n型半导体层形成，所以上半导体层225的厚度可以相对厚。因此，可以容易地形成上半导体层225的粗糙的顶表面R，其中，粗糙的表面R增大在有源层227中产生的光的光提取效率。
中间绝缘层237位于基底251与发光单元S1和S2之间，以使发光单元S1和S2与基底251或结合金属241绝缘。中间绝缘层237可以是通过交替地堆叠折射率彼此不同的材料层(例如，SiO2/TiO2或SiO2/Nb2O5)而形成的DBR。
对于在有源层227中产生的光，中间绝缘层237具有相对高的反射率。例如，如果有源层产生蓝光，则中间绝缘层237被形成为对波长范围在400nm至500nm内的光具有高反射率。由于与TiO2或Nb2O5相比，SiO2对半导体层具有更高的粘附力，所以SiO2可设置为接近发光单元S1和S2的第一层。
可选地，中间绝缘层237可被形成为不仅对蓝光具有高反射率，而且对绿光和红光也具有高反射率。例如，中间绝缘层可被形成为对蓝光、绿光和红光的波长区具有95％或更高的反射率的DBR，并且可具有98％或更高的反射率。
同时，透明欧姆接触层235设置在中间绝缘层237与发光单元S1和S2中的每个之间。透明欧姆接触层235可由例如ITO或ZnO形成，并且与下半导体层229欧姆接触。如图15中所示，在第二发光单元S2下部处的透明欧姆接触层235可朝单元分隔区230a延伸。
同时，反射金属层238可设置在基底251和中间绝缘层237之间。如果在有源层227中产生的光穿过中间绝缘层237传输，则该光可被反射金属层238反射。因此，能够防止光在结合金属241或基底251中损失(例如，被吸收或散射)。反射金属层238可由例如铝(Al)形成。
基底251可通过结合金属241结合到中间绝缘层237或反射金属层238。为了提高结合金属241的粘附力，可将粘合层239设置在结合金属241和中间绝缘层237之间。结合金属241可以是用于在发光单元S1和S2上结合基底251的金属材料，并且可以由Au/Sn形成。同时，粘合层239可以例如由Cr/Au形成。
同时，连接件255将第一发光单元S1的上半导体层225电连接到在第二发光单元S2的下部处的透明欧姆接触层235。例如，连接件255的一端与第一发光单元S 1的上半导体层225接触，连接件255从所述一端沿第一发光单元S1的侧表面延伸。连接件255的另一端与朝单元分隔区230a延伸的透明欧姆接触层235接触。因此，发光单元S1和S2通过连接件225彼此串联连接。如图14中所示，电极延伸部分255a可形成在发光单元S1和S2中的每个上。电极延伸部分255a被形成为帮助电流在发光单元S1和S2中的每个中扩散，其结构不具体受到限制。电极延伸部分255b也可形成在透明欧姆接触层235上，以增大与透明欧姆接触层235接触的接触表面。电极延伸部分255a和255b可由与连接件255相同的材料并通过与连接件255相同的工艺形成。
同时，第一绝缘层253设置在连接件255和第一发光单元S1的侧表面之间，从而防止上半导体层225和下半导体层229被连接件255电短路。例如，第一绝缘层253可由SiO2形成。
第二绝缘层257可覆盖第一发光单元S1、第二发光单元S2、连接件255和第一绝缘层253。第二绝缘层257还可沿上半导体层225的粗糙表面R形成，以具有不平坦的形状。第二绝缘层257保护LED免受诸如外力或湿气的外部环境因素的影响。第二绝缘层257可由SiO2或Si3N4形成。
在本示例性实施例中，仅示出并说明了两个发光单元S1和S2。然而，大量的发光单元可布置在基底251上，这些发光单元可以通过多个连接件255彼此串联、并联和/或反向并联连接。另外，可利用发光单元构成桥式整流电路。
图16至图21是示出根据本发明示例性实施例的制造LED的方法的剖视图。
参照图16，在生长基底221上形成包括第一导电类型的半导体层225、有源层227和第二导电类型的半导体层229的化合物半导体层的半导体堆叠件230。虽然生长基底221可以是蓝宝石基底，但是本发明不限于此。即，生长基底可以是与蓝宝石基底不同的异质基底。第一导电类型的半导体层225被设置为接近生长基底221。第一导电类型的半导体层225和第二导电类型的半导体层229中的每个可被形成为具有单层或多层结构。有源层227可被形成为具有单量子阱结构或多量子阱结构。
化合物半导体层可由III族氮化物基化合物半导体形成，并且可利用诸如MOCVD或MBE的工艺在生长基底221上生长。
同时，可在形成化合物半导体层之前形成缓冲层(未示出)。采用缓冲层来减小生长基底221和化合物半导体层之间的晶格失配，并且缓冲层可以是GaN基材料层，例如GaN或AlN。
参照图17，在半导体堆叠件230上形成彼此分开的透明欧姆接触层235。每个透明欧姆接触层235被形成为对应于发光单元区，其中，透明欧姆接触层的一部分被形成为从发光单元区向外延伸。例如，透明欧姆接触层235可由诸如ITO或ZnO的TCO形成。透明欧姆接触层235与第二导电类型的半导体层229欧姆接触。
然后，形成中间绝缘层237以覆盖透明欧姆接触层235。中间绝缘层237被形成为是通过重复地堆叠折射率彼此不同的绝缘层来形成的DBR。例如，中间绝缘层237可通过重复地堆叠SiO2/TiO2或SiO2/Nb2O5来形成。可通过控制构成中间绝缘层237的每个绝缘层的厚度来形成在蓝光、绿光和红光的整个宽的波长范围内具有高反射率的DBR。然后，可在中间绝缘层237上形成反射金属层238。例如，反射金属层238可由Al形成。
参照图18，可在反射金属层238上形成粘合层239。然后，在粘合层239上形成结合金属241，且将第二基底251结合到结合金属241。粘合层239可由例如Cr/Au形成，而结合金属241可由例如AuSn(80/20wt％)形成。
参照图19，去除基底221。可使用诸如LLO的基底分离工艺来去除基底221。由于基底221被去除，所以第一导电类型的半导体层225的表面被暴露。
参照图20，可在暴露的第一导电类型的半导体层225上形成粗糙表面R。虽然粗糙表面R可形成在暴露的第一导电类型的半导体层225的整个表面上，但是如本附图所示，粗糙表面R可被限制在整个表面的部分区域。例如，可在第一导电类型的半导体层225上形成掩模(未示出)，以暴露将要形成粗糙表面的区域，然后可利用光电化学(PEC)蚀刻仅在限制的区域中形成粗糙表面R。
同时，通过蚀刻第一导电类型的半导体层225、有源层227和第二导电类型的半导体层229形成单元分隔区230a，从而将半导体堆叠件分隔为发光单元S1和S2。在第二发光单元S2的下部处的透明欧姆接触层235通过单元分隔区230a暴露。这时，透明欧姆接触层235由TCO膜形成，以防止形成导电蚀刻副产物。因此，能够防止可由透明欧姆接触层235的蚀刻副产物导致的电短路。
可在形成单元分隔区230a之后执行形成粗糙表面R的工艺。
参照图21，将第一绝缘层253形成为覆盖发光单元S1和S2的侧表面。第一绝缘层253可由SiO2形成，并覆盖发光单元S1和S2的每个侧表面的至少一部分。具体地说，第一绝缘层253可覆盖单元分隔区230a的底部以及单元分隔区230a的内壁。同时，第一绝缘层253可被图案化，以具有开口253a，透明欧姆接触层235通过开口253a暴露。
然后，形成连接件255以将第一发光单元S1的第一导电类型的半导体层225电连接到暴露于单元分隔区230a的透明欧姆接触层235。连接件255可利用剥离工艺形成。在形成连接件255的同时，可一起形成电极延伸部分(图14中示出的255a和255b)。
然后，可形成第二绝缘层257以覆盖第一发光单元S1、第二发光单元S2、连接件255和第一绝缘层253。第二绝缘层257可覆盖LED的除了电极焊盘(未示出)之外的顶表面。因此，能够保护LED免受外部环境因素的影响。
然后，通过分离工艺完成包括多个发光单元S1和S2的单独的LED。
根据本发明，能够提供一种LED及其制造方法，该LED能够通过防止形成金属蚀刻副产物来防止发光单元中的电短路。另外，采用DBR，从而与反射金属层相比，可提高朝基底发射的光的反射。另外，由于通过交替地堆叠折射率彼此不同的绝缘层(例如，SiO2/TiO2或SiO2/Nb2O5)，所以可防止DBR因氧化而变形。
另外，连接件埋置到LED中，从而可防止从发光表面发射的光因连接件而损失。
同时，如果利用透明欧姆接触层形成欧姆接触，则不需要单独地形成阻挡金属层来保护透明欧姆接触层。因此，可简化制造工艺，并且可提供具有高可靠性的LED。
另外，可将中间绝缘层形成为在蓝光、绿光和红光的宽的可见光区域中具有高反射率的DBR。在这种情况下，中间绝缘层对从外部发射到LED中的光具有高反射率，从而可在用于实现诸如白光的多色光的LED封装件中实现高的光效率。
虽然已经结合示例性实施例详细描述了本发明，但是本领域技术人员应当容易理解，在本发明的技术精神和范围内可以对示例性实施例进行各种修改和改变。还明显的是，这些修改和改变落入由权利要求限定的本发明的范围内。

Claims (37)

1.一种发光二极管，所述发光二极管包括：
基底；
半导体堆叠件，布置在基底上，半导体堆叠件包括具有第一导电类型的上半导体层、有源层以及具有第二导电类型的下半导体层；
隔离槽，将半导体堆叠件分为多个区域；
连接件，设置在基底和半导体堆叠件之间，连接件将所述多个区域彼此电连接；以及
分布式布拉格反射器，包括多层结构，分布式布拉格反射器设置在半导体堆叠件和连接件之间，
其中，连接件穿过分布式布拉格反射器电连接到半导体堆叠件，并且分布式布拉格反射器的一些部分设置在隔离槽和连接件之间。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其中，至少一个隔离槽穿过上半导体层、有源层和下半导体层。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其中，第一区域包括单个发光单元，连接件的第一连接件连接到上半导体层，并且连接件的第二连接件连接到单个发光单元的下半导体层。
4.如权利要求3所述的发光二极管，其中，第一连接件在第二区域中连接到下半导体层，第二连接件在第三区域中连接到上半导体层。
5.如权利要求1所述的发光二极管，其中，第一区域包括共用上半导体层的共发光单元，连接件连接到由共发光单元共用的上半导体层，连接件连接到共发光单元的下半导体层。
6.如权利要求5所述的发光二极管，其中，连接到上半导体层的连接件在第二区域中连接到下半导体层，连接到下半导体层的连接件中的至少一个连接件连接到相邻的共发光单元的下半导体层。
7.如权利要求1所述的发光二极管，所述发光二极管还包括：
结合金属，设置在基底和半导体堆叠件之间；以及
分隔绝缘层，将连接件与结合金属分隔开。
8.如权利要求1所述的发光二极管，所述发光二极管还包括穿过分布式布拉格反射器连接到下半导体层的欧姆接触层，其中，连接件通过欧姆接触层电连接到下半导体层。
9.如权利要求8所述的发光二极管，其中，欧姆接触层包括反射层或透明导电层。
10.如权利要求1所述的发光二极管，所述发光二极管还包括布置在半导体堆叠件上的保护绝缘层，其中，保护绝缘层覆盖半导体堆叠件。
11.如权利要求1所述的发光二极管，所述发光二极管还包括电极焊盘，
其中，每个电极焊盘布置在所述多个区域中的一个上并连接到上半导体层。
12.如权利要求11所述的发光二极管，其中，其上布置有电极焊盘的区域包括孔，所述孔穿过下半导体层和有源层，并且连接件穿过所述孔电连接到上半导体层。
13.如权利要求1所述的发光二极管，所述发光二极管还包括发光单元的串联阵列，其中，发光单元通过连接件串联地连接。
14.一种制造发光二极管的方法，所述方法包括：
在第一基底上形成半导体堆叠件，半导体堆叠件包括第一导电类型的半导体层、有源层和第二导电类型的半导体层；
将半导体堆叠件图案化以形成连接槽，从而暴露第一导电类型的半导体层，其中，连接槽彼此分隔开；
在半导体堆叠件上形成包括多层结构的分布式布拉格反射器，其中，分布式布拉格反射器包括暴露第二导电类型的半导体层的开口以及暴露第一导电类型的半导体层的开口；
形成将多个区域彼此电连接的连接件；
形成分隔绝缘层，以覆盖连接件；
在分隔绝缘层上结合第二基底；
通过去除第一基底暴露第一导电类型的半导体层；以及
将半导体堆叠件图案化，以暴露分布式布拉格反射器，其中，半导体堆叠件的图案化步骤形成将所述多个区域彼此隔开的隔离槽。
15.如权利要求14所述的方法，其中，每个区域包括连接槽，连接件电连接到第一导电类型的半导体层和第二导电类型的半导体层，所述多个区域彼此电连接。
16.如权利要求14所述的方法，所述方法还包括：在形成连接件之前，形成与第二导电类型的半导体层接触的欧姆接触层。
17.如权利要求15所述的方法，其中，欧姆接触层包括反射层或透明导电层。
18.如权利要求14所述的方法，所述方法还包括：在第一导电类型的半导体层上形成粗糙表面。
19.如权利要求14所述的方法，所述方法还包括：形成保护绝缘层，以覆盖第一导电类型的半导体层，其中，保护绝缘层布置在隔离槽中。
20.如权利要求14所述的方法，所述方法还包括：在第一导电类型的半导体层上形成电极焊盘，其中，每个电极焊盘分别布置在由隔离槽分隔的区域中的一个上，连接槽形成在形成有电极焊盘的每个区域中。
21.一种发光二极管，所述发光二极管包括：
基底；
第一发光单元和第二发光单元，第一发光单元和第二发光单元中的每个包括具有第一导电类型的上半导体层、有源层以及具有第二导电类型的下半导体层；
中间绝缘层，设置在基底与第一发光单元和第二发光单元之间，中间绝缘层包括分布式布拉格反射器，分布式布拉格反射器包括交替地堆叠的绝缘层，其中，交替地堆叠的绝缘层的折射率彼此不同；
透明欧姆接触层，设置在中间绝缘层与第一发光单元和第二发光单元之间，透明欧姆接触层与第一发光单元和第二发光单元中每个的下半导体层接触；以及
连接件，将第一发光单元的上半导体层与透明欧姆接触层电连接，
第二绝缘层，第二绝缘层覆盖连接件以及第一发光单元和第二发光单元。
22.如权利要求21所述的发光二极管，其中，透明欧姆接触层包括氧化铟锡。
23.如权利要求21所述的发光二极管，所述发光二极管还包括设置在中间绝缘层和基底之间的反射金属层。
24.如权利要求21所述的发光二极管，所述发光二极管还包括在第一发光单元和第二发光单元之间的单元分隔区，
其中，透明欧姆接触层朝单元分隔区延伸。
25.如权利要求24所述的发光二极管，其中，连接件的第一端与第一发光单元的上半导体层接触，连接件沿第一发光单元的侧表面延伸，并且连接件的第二端与在单元分隔区中的透明欧姆接触层接触。
26.如权利要求25所述的发光二极管，所述发光二极管还包括设置在连接件和第一发光单元的侧表面之间的第一绝缘层，其中，第一绝缘层使连接件与第一发光单元的侧表面绝缘。
27.如权利要求21所述的发光二极管，其中，第一发光单元和第二发光单元中每个的上半导体层包括粗糙表面，第二绝缘层覆盖上半导体层的粗糙表面，第二绝缘层的表面包括与上半导体层的粗糙表面对应的不平坦形状。
28.一种制造发光二极管的方法，所述方法包括：
在第一基底上生长第一导电类型的半导体层、有源层和第二导电类型的半导体层；
在第二导电类型的半导体层上形成透明欧姆接触层，透明欧姆接触层彼此分开；
在透明欧姆接触层上交替地堆叠绝缘层，以形成分布式布拉格反射器的中间绝缘层，交替地堆叠的绝缘层具有彼此不同的折射率，分布式布拉格反射器覆盖透明欧姆接触层；
在中间绝缘层上结合第二基底；
去除第一基底，以暴露第一导电类型的半导体层；
通过蚀刻第一导电类型的半导体层、有源层和第二导电类型的半导体层来形成单元分隔区，以限定第一发光单元和第二发光单元，其中，透明欧姆接触层的一部分在单元分隔区中暴露；
形成第一绝缘层，以覆盖第一发光单元和第二发光单元的侧表面的一部分；以及
形成连接件，以将第一发光单元的第一导电类型的半导体层电连接到透明欧姆接触层的暴露的部分，
形成第二绝缘层，以覆盖连接件以及第一发光单元和第二发光单元。
29.如权利要求28所述的方法，其中，透明欧姆接触层包括氧化铟锡。
30.如权利要求28所述的方法，所述方法还包括：在结合第二基底之前，在中间绝缘层上形成反射金属层。
31.如权利要求28所述的方法，所述方法还包括：在暴露的第一导电类型的半导体层上形成粗糙表面。
32.如权利要求31所述的方法，其中，第二绝缘层与第一导电类型的半导体层的粗糙表面对应并具有不平坦形状。
33.一种发光二极管，所述发光二极管包括：
基底；
半导体堆叠件，布置在基底上；
隔离槽，将半导体堆叠件分隔为多个区域；以及
连接件，设置在基底和半导体堆叠件之间，连接件将所述多个区域以第一串联阵列和第二串联阵列彼此电连接，
其中，第一串联阵列和第二串联阵列反向并联连接，第一串联阵列在交流电源的第一半周期期间发光，第二串联阵列在交流电源的第二半周期期间发光。
34.如权利要求33所述的发光二极管，所述发光二极管还包括具有多层结构的分布式布拉格反射器，分布式布拉格反射器设置在半导体堆叠件和连接件之间，
其中，连接件穿过分布式布拉格反射器电连接到半导体堆叠件，分布式布拉格反射器的一些部分直接设置在隔离槽和连接件之间。
35.如权利要求33所述的发光二极管，其中，半导体堆叠件包括：
第一半导体层，具有第一导电类型；
有源层；以及
第二半导体层，具有第二导电类型。
36.如权利要求34所述的发光二极管，其中，所述多个区域中的第一区域和第二区域均包括第一串联阵列的部分和第二串联阵列的部分，第一串联阵列和第二串联阵列通过分布式布拉格反射器分隔开。
37.如权利要求34所述的发光二极管，其中，所述多个区域中的第三区域包括未被分布式布拉格反射器分隔开的第一串联阵列的一部分和第二串联阵列的一部分。
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