一种发光二极管及发光装置的制作方法

电气元件制品的制造及其应用技术1.本发明涉及发光二极管芯片技术领域，特别涉及一种发光二极管及发光装置。背景技术：2.发光二极管(light emitting diode，简称led)为半导体发光元件，通常是由如gan、gaas、gap、gaasp、algainp等半导体制成，其核心是具有发光特性的pn结，在正向电压下，电子由n区注入p区，空穴由p区注入n区，进入对方区域的少数载流子一部分与多数载流子复合而发光。led具有发光强度大、效率高、体积小、使用寿命长等优点，被认为是当前最具有潜力的光源之一。3.现有技术中，发光二极管的电极结构的主体包括厚金属层与欧姆接触层，欧姆接触层用以形成金属电极结构与发光半导体外延层的半导体层之间的电性连接，也即形成欧姆接触。厚金属层用作打线垫便于后续的封装打线，具有保护作用，厚金属层通常采用金制成。但是在实践生产中发现，生产出的产品芯粒在打线验证时，频繁出现打线异常或者掉电极等情况。4.综上，本发明的目的在于提供一种具有抗打线异常性能强，且无其他劣势影响的电极结构。技术实现要素：5.为解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种发光二极管，其特征在于，包括：6.外延层，所述外延层从下至上依次包括第一半导体层、发光层和第二半导体层；7.电极结构，所述电极结构包含欧姆接触层和打线层，所述欧姆接触层设于所述外延层上；所述打线层设于所述欧姆接触层之上，所述打线层包括至少一强化结构和厚金属层，所述厚金属层设于所述强化结构之上，所述强化结构具有从下至上依次相叠的第一强化薄层、第一金属层和第二强化薄层；8.其中所述第一强化薄层和所述第二强化薄层的硬度大于所述厚金属层的硬度。9.在一些实施例中，所述第一强化薄层和所述第二强化薄层的硬度大于所述第一金属层的硬度。10.在一些实施例中，所述第一金属层和所述厚金属层包含相同的材料。11.在一些实施例中，所述第一强化薄层和第二强化薄层包含相同的材料组成或者相同的厚度。12.在一些实施例中，所述第一强化薄层和第二强化薄层包含不同的材料组成或者不同的厚度。13.在一些实施例中，所述强化结构还包括设于第二强化薄层之上的第四金属层以及设于第四金属层之上第三强化薄层。14.在一些实施例中，所述打线层包括至少两所述强化结构，相邻两所述强化结构之间设有过渡层，所述过渡层包含与所述厚金属层相同的材料。15.在一些实施例中，一所述强化结构的总厚度为所述打线层的总厚度的0.05-0.2或0.2-0.25或0.25-0.5倍。16.在一些实施例中，所述第一金属层的厚度是所述第一强化薄层的1-3或3-7或7-20倍。17.在一些实施例中，所述第一强化薄层或者第二强化薄层的厚度介于300-2000埃之间。18.在一些实施例中，所述第一强化薄层和第二强化薄层包含一材料选自钛ti、ni、w或cr。19.在一些实施例中，所述厚金属层包含一材料选自au、al、cu或alcu。20.在一些实施例中，所述打线层的总厚度为所述电极结构总厚度的0.55-0.8或0.8-0.9或0.9-0.97倍，所述打线层的总厚度介于10000-40000埃之间。21.在一些实施例中，所述欧姆接触层的厚度介于500-2000埃之间。22.在一些实施例中，所述发光二极管辐射波长为550-950nm的光。23.本发明还提供一种发光装置，采用如上任一所述的发光二极管。24.基于上述，与现有技术相比，本发明提供的一种发光二极管的优势在于通过强化结构分散打线时对于电极结构的单点集中力，使得打线冲击力均匀分布于pad表面，强化产品的电极打线抗脱落性能，减少打线异常的发生。25.本发明的其它特征和有益效果将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他有益效果可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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；在下面描述中附图所述的位置关系，若无特别指明，皆是图示中组件绘示的方向为基准。27.图1a为本发明提供的一种水平式发光二极管结构示意图；28.图1b为本发明提供的一种垂直式发光二极管结构示意图；29.图1c为本发明提供的一种水平式发光二极管另一实施例结构示意图；30.图1d为本发明提供的一种垂直式发光二极管另一实施例结构示意图；31.图2为本发明电极结构第一实施例示意图；32.图3为本发明电极结构第二实施例示意图；33.图4为本发明电极结构第三实施例示意图。34.附图标记：35.1水平式发光二极管ꢀꢀꢀꢀꢀ2垂直式发光二极管ꢀꢀꢀꢀꢀ90外延层36.91第一半导体层ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ92发光层ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ93第二半导体层37.94第一电极ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ95第二电极ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ10欧姆接触层38.20打线层ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ30粘着层ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ40阻障层39.21强化结构ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ22厚金属层ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ23第一金属层40.24a第一强化薄层ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ24b第二强化薄层ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ24c第三强化薄层41.25第四金属层ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ26过渡层ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ41第二金属层42.42第三金属层ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ3、4、5电极结构ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ80衬底43.81导电基板具体实施方式44.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；下面所描述的本发明不同实施方式中所设计的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。45.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、或以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。另外，术语“包括”及其任何变形，皆为“至少包含”的意思。46.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸的连接，或一体成型的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。47.为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。在附图或说明中，相似或相同的部分是使用相同的标号，并且在附图中，元件的形状或厚度可扩大或缩小。需特别注意的是，图中未绘示或描述的元件，可以是熟习此技术的人士所知的形式。48.为达所述优点至少其中之一或其他优点，本发明提供一种发光二极管，包括外延层90和电极结构1。49.请参见图1a，图1a是本发明一实施例的一种水平式发光二极管1的结构示意图，包含一衬底80和设于其上的外延层90。外延层90包括一具有第一极性的第一半导体层91，例如n型半导体层，第一半导体层91设置于衬底80之上；外延层90还包括一发光层92，发光层92设置在第一半导体层91上，发光层92可以为量子阱结构(quantum well，简称qw)，也可以为多重量子阱结构(multiple quantum well，简称mqw)，其中多重量子阱结构包括以重复的方式交替设置的多个量子阱层(well)和多个量子阻障层(barrier)；外延层90还包括一具有第二极性的第二半导体层93，例如p型半导体层，设置在发光层92上。其中衬底80可采用绝缘透明材料，例如采用蓝宝石衬底、gan、gaas、gap等。50.其中，第一半导体层91具有未被发光层92和第二半导体层93覆盖的部分表面s1，第一电极94位于表面s1上；第二电极95位于第二半导体层93之上。51.请参阅图1b，图1b是本发明另一实施例的一种垂直式发光二极管2结构示意图，区别于上述实施例，发光二极管2的外延层90生长完成后剥离原生长衬底，例如gaas衬底，然后将外延层90键合于一导电基板81上，以避免在一些发光二极管中原衬底材料对于光的吸收影响，第二电极95设置在导电基板81背离外延层90的一侧。其中导电基板81包含一金属材料例如cu、al、in、sn、zn、w或其组合，或者包含一半导体材料，例如si、sic、gan等。52.其中，第一半导体层91、发光层92以及第二半导体层93的材料包含ⅲ‑ⅴ族化合物半导体，例如gap、gaas或者gan等。此外，发光层92内的阱层的组成以及厚度决定生成的光的波长。在一些可选的实施例中，发光层92发出的光为红光，发光层92的材料包括algainp，发光二极管2为红光二极管。在一些可选的实施例中，发光层92发出的光为红外光，发光层92的材料包括algaas、ingaas等，发光二极管2为红外二极管。第一半导体层91、发光层92以及第二半导体层93可使用现有的外延方法制造，例如有机金属化学气相沉积法(mocvd)、分子束沉积法(mbe)或者氢化物气相沉积法(hvpe)。较佳地，如图1c和图1d所示，在一些实施例中，在上述实施例提供的发光二极管1和2的基础上，发光二极管1`和2`还包括透明导电层96。透明导电层96位于第二半导体层93与第二电极95之间，用于扩展电流，使得电流分布更为均匀，提升发光二极管1和2的出光性能。透明导电层96可采用透明导电材料，通过使用导电性氧化物的透明导电层30，可以提高发光二极管1和发光二极管2芯片的可靠性。作为示例，透明导电材料可包含铟锡氧化物(indium tin oxide，ito)、锌铟氧化物(indium zinc oxide，izo)、氧化铟(indium oxide，ino)、氧化锡(tin oxide，sno)、镉锡氧化物(cadmium tin oxide，cto)、锡锑氧化物(antimony tin oxide，ato)、铝锌氧化物(aluminum zinc oxide，azo)、锌锡氧化物(zinc tin oxide，zto)、氧化锌掺杂镓(gallium doped zinc oxide，gzo)、氧化铟掺杂钨(tungsten doped indium oxide，iwo)或者氧化锌(zinc oxide，zno)中的一种或多种，但本公开实施例并非以此为限。53.较佳地，在一些实施例中，发光二极管辐射波长为550-950nm的光。54.此外，为了解决发光二极管打线过程中的异常问题，对于例如上述实施例中的第一电极94和第二电极95的具体结构，通过以下具体实施例进行说明。55.第一实施例56.请参阅图2，图2是本发明对于上述实施例中第一电极94或第二电极95的电极结构第一实施例详细结构示意图。整体结构可采用蒸镀的方式制备，电极结构3包含一打线层20用以接合打线，一欧姆接触层10位于打线层20之下用以与外延层90连接形成欧姆接触。较佳地，在一些实施例中，还包括一粘着层30设于欧姆接触层10之下用以增加欧姆接触层10与外延层90之间的粘着力；以及一阻障层40设置于打线层20与欧姆接触层10之间，用于将打线层20与欧姆接触层10两层区隔开避免接触，并且可避免欧姆接触层10中的元素扩散至打线层20中。57.打线层20包括一厚金属层22和至少一强化结构21，打线层20优选总厚度介于12000-40000埃，具体可根据发光二极管自身尺寸以及打线受力程度选择相应的打线层厚度；优选地，打线层20占电极结构3总厚度的0.55-0.8或0.8-0.9或0.9-0.97倍，打线层20作为电极结构3中主要承受焊接打线推力的部分，打线层20较佳的占据电极结构3较大厚度比例。58.厚金属层22位于电极结构3的最上层，厚金属层22的厚度优选介于10000-30000埃，厚金属层22作为电极结构3直接承受外力以及直接外部接触的表面，优选的占据打线层20超过50％的厚度比例，较佳地，厚金属层22占据打线层20总厚度的75-80％；厚金属层22对于电极结构3的整体结构承担物理和化学双重保护作用，在具有较大厚度的同时应当选用例如au、al、cu或alcu等稳定性和延展性良好的材料。59.其中，强化结构21被加入到打线层20中用以增强打线层20的主体部分厚金属层22与位于其下的阻障层40之间的连接。如图2所示，强化结构21包括从下至上依次相叠的第一强化薄层24a、第一金属层23和第二强化薄层24b，其中第一强化薄层24a和第二强化薄层24b的硬度均大于厚金属层22的硬度，打线过程中通过电极结构3的主体结构厚金属层22承受推力并形变吸收的能量，通过硬度较高的强化结构21吸收厚金属层22局部较大形变并阻止其向下传递，以达到集中力的均匀分散作用，以降低单点力量集中对于电极结构3的破坏能力，从而强化产品的打线抗脱落性能。60.优选地，第一强化薄层24a和第二强化薄层24b的硬度均大于第一金属层23的硬度，通过第一强化薄层24a对于厚金属层22受到的集中力均匀化后再通过第一金属层23形变吸收能量之后再通过第二强化薄层24b降低形变量，以进一步增强强化结构21的强化打线能力。其中，第一强化薄层24a和第二强化薄层24b各自的厚度可以相同也可以不同，各自选用的材料可以相同也可以相异；第一金属层23与厚金属层22各自选用的材料可以相同也可以相异。较佳地，在一些实施例中，第一金属层23与厚金属层22采用相同的材料，第一强化薄层24a和第二强化薄层24b采用相同的材料以及相同的厚度，其中一强化结构21位于打线层20的最下侧与阻障层40连接。61.其中，强化结构21的总厚度与打线层20总厚度的比值介于0.05-0.2或0.2-0.25或0.25-0.5之间，优选强化结构21的总厚度为打线层20总厚度的0.2-0.25倍。第一强化薄层24a和第二强化薄层24b各自的厚度介于300-2000埃之间，第一金属层23的厚度是第一强化薄层24a或第二强化薄层24b的1-3或3-7或7-20倍，优选为3-7倍。由于第一强化薄层24a或者第二强化薄层24b采用的材料具有相对较高的活性，通过保持第一强化薄层24a和第二强化薄层24b的厚度比例在打线层20中为较低水平以提高电极结构3的整体稳定性。第一强化薄层24a和第二强化薄层24b各自包含一材料例如选自ti、ni、w或cr等较硬金属群组，形成的强化结构21例如为ti/au/ti、ti/al/ti、ti/cu/ti、ti/alcu/ti、ni/au/ni、ni/al/ni、ni/cu/ni、ni/alcu/ni、w/au/w、w/al/w、w/alcu/w、w/cu/w、cr/au/cr、cr/al/cr、cr/cu/cr、cr/alcu/cr、ti/au/ni、ti/al/w、ti/cu/cr、ti/alcu/cr、ni/au/ti、ni/al/w、ni/cu/cr或ni/alcu/cr等群组。62.在一些实施例中，欧姆接触层10包含一材料选自群组au、ge、ni、cr或者其中一群组的合金，欧姆接触层10的厚度介于500-2000埃之间。63.阻障层40用于将欧姆接触层10以及打线层20两层区相隔，以避免欧姆接触层10和打线层20各自的材料在两者之间交互扩散。阻障层40在欧姆接触层10和打线层20之间起到分隔作用的同时可增加粘着力。阻障层40包括一第二金属层41以及位于第二金属层41之上的第三金属层42，其中第二金属层41包含的材料与第三金属层42相异。第二金属层41的厚度较佳地是第三金属层42的1-3倍，第二金属层41的厚度介于500-5000埃之间，第三金属层42的厚度介于500-2000埃之间。第二金属层41和第三金属层42各包含一材料选自cr、pt、ti、al、cu、ni、w或au的群组。因此阻障层40包含至少两种材料形成结构例如选自cr/pt、cr/ti、cr/al、cr/cu、cr/ni、cr/w、cr/au、pt/ti、pt/al、pt/cu、pt/ni、pt/w、pt/au、au/cr、au/cr、au/cr、au/pt、au/al或au/ni的群组。64.粘着层30用于提升欧姆接触层10和外延层90之间的粘着力，粘着层30位于电极结构3中最接近外延层90处，粘着层30的厚度优选介于100-500埃之间，粘着层30包含一材料选自au、cr或者rh。65.对具有本第一实施例中的打线层20的产品x1以及现有产品x2进行打线测试，其中产品x2与产品x1的区别仅在于打线层的结构，产品x2的打线层仅包含一厚金属层，该厚金属层的材料与产品x1中的厚金属层22相同，且二者各自的打线层总厚度相等，打线类型为a+参数(推力＞18.4g)，测试结果如表一所示：66.表一：产品x1和x2打线数据对比67.产品类型测试颗数crack颗数异常率％x1500000x250003206.468.从表一中可知，具有本实施例结构的产品x1与现有产品x2在具有相同电极结构，即具有相同的粘着层、欧姆接触层、阻障层以及打线层叠加结构以及厚度分布，其中打线层的厚度也相同，区别之处仅在于产品x1中的打线层具有本实施例中强化结构21，在相同实验条件下，发光二极管的打线异常率得到了大幅度降低，换言之，本实施例中由于在打线层20中加入强化结构21使得产品的打线性能大幅度提升。69.为了进一步强化打线抗掉落性能，本发明通过以下第二实施例和第三实施例进行说明。第二实施例和第三实施例具有与第一实施例相同的粘着层30、欧姆接触层10以及阻障层40等结构，以下仅就打线层20的区别之处进行详细说明。70.第二实施例71.请参阅图3，图3是本发明电极结构第二实施例示意图，电极结构4与电极结构3的区别之处在于本实施例中强化结构21包括从下至上依次相叠的第一强化薄层24a、第一金属层23、第二强化薄层24b、第四金属层25以及第三强化薄层24c。其中第一强化薄层24a、第二强化薄层24b以及第三强化薄层24c的硬度均大于厚金属层22的硬度。72.第一强化薄层24a、第二强化薄层24b和第三强化薄层24c的硬度均大于第一金属层23和第四金属层25的硬度，本实施例中通过第一强化薄层24a、第一金属层23、第二强化薄层24b、第四金属层25以及第三强化薄层24c的叠层结构多次对单点集中力造成的形变和能量进行化解和吸收，以进一步增强电极结构4的打线抗掉落性能。其中，第一强化薄层24a、第二强化薄层24b和第三强化薄层24c各自的厚度可以相同也可以不同，各自选用的材料可以相同也可以相异；第一金属层23、第四金属层25与厚金属层22各自选用的材料可以相同也可以相异。较佳地，在一些实施例中，第一金属层23和第四金属层25与厚金属层22均采用相同的材料，且第一金属层23和第四金属层25具有相同的厚度，第一强化薄层24a、第二强化薄层24b和第三强化薄层24c采用相同的材料以及相同的厚度；换言之，电极结构4中的强化结构21为电极结构3中的两个强化结构的叠加，且由二者共用一强化薄层形成。其中一强化结构21位于打线层20的最下侧与阻障层40连接。73.第一强化薄层24a、第二强化薄层24b和第三强化薄层24c各自包含一材料例如选自ti、ni、w或cr等较硬金属群组，形成的强化结构21例如为ti/au/ti/au/ti、ti/al/ti/al/ti、ti/cu/ti/cu/ti、ti/alcu/ti/alcu/ti、ni/au/ni/au/ni、ni/al/ni/al/ni、ni/cu/ni/cu/ni、ni/alcu/ni/alcu/ni、w/au/w/au/w、w/al/w/al/w、w/alcu/w/alcu/w、w/cu/w/cu/w、cr/au/cr/au/cr、cr/al/cr/al/cr、cr/cu/cr/cu/cr、cr/alcu/cr/alcu/cr、ti/au/ni/al/ni、ti/al/w/cu/cr、ti/cu/cr/alcu/w、ti/alcu/cr/cu/w、ni/au/ti/al/ni、ni/al/w/al/cr、ni/cu/cr/cu/cr或ni/alcu/cr/au/ti等群组。74.第三实施例75.请参阅图4，图4是本发明电极结构第三实施例示意图，电极结构5与电极结构3的区别之处在于本实施例中打线层20包括至少两强化结构21，相邻的两强化结构21之间填充有过渡层26，过渡层26包含与厚金属层22相同的材料。较佳地，过渡层26的厚度为一强化结构21总厚度的1-2倍。本实施例中，将强化结构21作为单元使用，采用强化结构21、过渡层26以及强化结构21的叠加结构形成了新的加强结构，以进一步增强电极结构5的打线抗掉落性能。76.本发明还提供一种发光装置，采用如上任一所述的发光二极管。77.综上所述，与现有技术相比，本发明提供的一种发光二极管的优势在于通过强化结构21分散打线时对于电极结构的单点集中力，使得打线冲击力均匀分布于pad表面，强化产品的电极打线抗脱落性能，减少打线异常的发生。78.另外，本领域技术人员应当理解，尽管现有技术中存在许多问题，但是，本发明的每个实施例或技术方案可以仅在一个或几个方面进行改进，而不必同时解决现有技术中或者背景技术中列出的全部技术问题。本领域技术人员应当理解，对于一个权利要求中没有提到的内容不应当作为对于该权利要求的限制。79.尽管本文中较多的使用了诸如欧姆接触层10、打线层20、强化结构21、厚金属层22以及第一强化薄层24a等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。









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