技术领域
[0001] 本
发明涉及一种复合绝缘层及制备方法，主要用于发光
二极管的复合绝缘层及其制造。
背景技术
[0002]
发光二极管(LED or LEDs)作为重要的将
电能转化为光电固态
半导体器件，一般由半导体材料有缘层，以及在两侧的n型和p型参杂半导体层组成。当向半导体通入
电流时，
电子和空穴在有缘层复合，进而产生光，光从有缘层发光并到达LED的各个表面发出。发光二极管其具有更长寿命，更低能耗等有优势，因而作为取代
白炽灯及节能灯的下一代
光源越来越引起重视。
[0003] 发光二极管从器件结构上可以分为传统
水平结构，倒装结构和垂直结构，对于传统水平结构器件，封装时需要打线，增加了封装成本，而且在较高电流
密度注入时会产生电流拥挤现象。倒装结构器件P/N
电极位于器件底部，在封装时无需打线，电极排布可以降低了电流拥挤效应，另外倒装结构器件可以用金属材料直接与
基板连接，有利于器件工作时的热量传导和电流扩展。
[0004] 现有的倒装结构发光二极管在电极连接处的示意图如图1所示，
外延层堆10包括N型外延层10a，P型外延层10c，以及中间夹层多
量子阱层10b。在P型外延层10c表面形成金属反射层20，反射从多量子阱层10b发出的光，通常金属反射层20是具有较高反射率的金属，如
铝(Al)、
银(Ag)等金属或者其
合金。在器件表面形成导电层21，包括P型阻挡层21a和N型电极层21b。其中P型阻挡层21a
覆盖在金属反射层20上面用于防止金属扩散，而且有利于电流扩展。而N型电极层21b形成于外延层堆10的mesa区域，与N型外延层10a
接触用于N型接触及电流扩展。绝缘层31形成于器件表面用于分离P/N电极分离，而且通常绝缘层31的透光性很好，在P型阻挡层21a和N型电极层21b中间区域31a(虚线包围区域)造成了光反射的盲区，不能形成良好的光反射，使得光取出效率降低；另外一般绝缘层31在形成过程中由于生长条件和应
力(产生在器件与基板连接时)的作用容易形成裂痕，产生漏电影响器件性能。N型焊垫41与N型电极层21b接触用与基板连接。
[0005] 与上述技术涉及的美国
专利US 7,250,638,7,282,741，7,759,670，7,928,465等有所介绍。但上述文献均未解决部分区域低反射率(如P/N电极间)的问题)。
发明内容
[0006] 本发明技术解决问题：克服
现有技术的不足，提供一种用于发光二极管的复合绝缘层及制备方法，以解决现有技术中部分区域低反射率以及由绝缘层
应力而产生裂痕的问题。
[0007] 本发明技术解决方案：一种用于发光二极管的复合绝缘层，包括：第一绝缘层、
中间层和第二绝缘层；其中第一绝缘层和第二绝缘层起到分离P/N电极以及绝缘的作用，第一绝缘层和第二绝缘层的材料由
氧化
硅(SiO2)、氧化
钛(TiOx)、氧化钽(Ta2O5)、氧化铌(Nb2O5)、氮化硅(SiNx)、氧化铝(Al2O3)
单层或多层化合物组成；中间层具有较高的反射率，反射P型阻挡层和N型电极层之间的光线，另外由于
热膨胀系数的差异以及多层膜的效果，减少在形成过程中由于生长条件和应力的作用而形成的裂痕；中间层的材料为金属或是具有布拉格反射(DBR)结构的多层膜。
[0008] 所述中间层的金属为铝(Al)、银(Ag)、钯(Pd)、铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)。
[0009] 所述中间层的具有布拉格反射(DBR)结构的多层膜的材料由氧化硅(SiO2)、氧化钛(TiOx)、氧化钽(Ta2O5)、氧化铌(Nb2O5)单层或多层化合物组成。
[0010] 所述中间层比第一绝缘层和第二绝缘层的图形略小，或与第一绝缘层图形相同；或与第二绝缘层图形相同。
[0011] 所述中间层是不连续的或者是图形化的
薄膜；对于中间层为图形化的薄膜时，覆盖在部分区域，特别是在P/N电极的连接区域，有效地提高其与第一绝缘层和第二绝缘层的
附着力，而且进一步提高发光二极管的
稳定性。
[0012] 所述中间层与第一绝缘层和第二绝缘层具有相同的图形。
[0013] 所述第一绝缘层、中间层和第二绝缘层的厚度单层从100nm至2000nm；对于多层，中间层视器件发光
波长因素进行选择，从200nm至5000nm，第一绝缘层和第二绝缘层的厚度从100nm至3000nm。
[0014] 一种制备复合绝缘层的方法，实现步骤如下：
[0015] (1)先制作所述第一绝缘层，制作工艺可以是
电子束蒸发、
等离子体加强
化学气相沉积(PECVD)、离子
镀膜；
[0016] (2)然后制作中间层，制作工艺可以是等离子体加强化学气相沉积(PECVD)、
电子束蒸发物理气相沉积工艺；
[0017] (3)最后制作第二绝缘层131c，制作工艺是等离子体加强化学气相沉积(PECVD)、电子束蒸发物理气相沉积工艺。
[0018] 该复合绝缘层主要由第一绝缘层、中间层和第二绝缘层组成，以解决现有技术中部分区域低反射率以及由绝缘层应力而产生裂痕的问题。
[0019] 本发明与现有技术相比的优点在于：本发明解决现有技术中部分区域低反射率的问题，如P/N电极间的区域；解决绝缘层应力而产生裂痕的问题。现有技术主要关注发光二极管主要面积的光反射问题，随着发光二极管效率的不断提高，更多细节需要关注。本发明重点关注了局部区域的低反射率问题，比如P/N电极间的区域，通过复合绝缘层的设计，提高了局部区域的反射率，最终图提高了发光二级管的
发光效率，此处正是本发明的创新点与优点，也是其他专利与文献忽略的地方；这种多层膜的复合绝缘层，客观上可以降低应力，避免出现裂痕，提高了产品的可靠性。
附图说明
[0020] 图1为现有的倒装结构发光二极管在电极连接处的示意图；
[0021] 图2A-2D为具有复合绝缘层的倒装结构发光二极管在电极连接处的示意图；
[0022] 图3为图2A所示实施实例的具有复合绝缘层的倒装结构发光二极管的俯视图；
[0023] 图4为图2A所示实施实例的具有复合绝缘层的倒装结构发光二极管的剖面图。
具体实施方式
[0024] 本发明所示的具有复合绝缘层的倒装结构发光二极管在电极连接处的示意图如图2A所示，发光二极管外延层堆110可以包括N型外延层110a，P型外延层110c，以及中间夹层多量子阱层110b。在P型外延层110c上面形成金属反射层120，反射从多量子阱层110b发出的光，通常金属反射层120是具有较高反射率(60％以上)的金属，如铝(Al)、银(Ag)等金属或者其合金。在发光二极管器件表面形成导电层121，由P型阻挡层121a和N型电极层121b组成。其中P型阻挡层121a覆盖在金属反射层120上面用于防止金属扩散，而且起到有利于电流扩展的作用。而N型电极层121b形成于外延层堆110的mesa区域，与N型外延层110a形成良好
欧姆接触并用于电流扩展。导电层121与外延层堆110接触的材料主要是反射率较高((60％以上)的金属组成如铝(Al)、银(Ag)、钯(Pd)、铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)等金属，也可以是
导电性良好的化合物，如氧化铟
锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟(In2O3)、氧化锡(SnO2)等，为增加与其他材料的附着力，可以在表面加入镍(Ni)、钛(Ti)、铬(Cr)等金属，在与复合绝缘层130接触的部分通常所用材料为镍(Ni)、钛(Ti)、钽(Ta)、金(Au)、钨钛合金(TiW)、钯(Pd)、铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)、铬(Cr)等单层或多层金属。
[0025] 本发明主要涉及到的复合绝缘层131主要由三部分组成，包括第一绝缘层131a、中间层131b和第二绝缘层131c。其中第一绝缘层131a和第二绝缘层131c主要起到分离P/N电极以及绝缘的作用，材料可以由氧化硅(SiO2)、氧化钛(TiOx)、氧化钽(Ta2O5)、氧化铌(Nb2O5)、氮化硅(SiNx)、氧化铝(Al2O3)等单层或多层化合物组成。中间层131b可以具有较高的反射率，可以反射P型阻挡层121a和N型电极层121b之间的光线，另外由于
热膨胀系数的差异以及多层膜的效果，可以减少在形成过程中由于生长条件和应力(产生在器件与基板连接时)的作用而形成的裂痕。中间层131b通常比第一绝缘层131a和第二绝缘层131c的图形略小，如图2A所示。其材料可以是金属材料如铝(Al)、银(Ag)、钯(Pd)、铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)等金属，也可以是具有布拉格反射(DBR)结构的多层膜，材料可以由氧化硅(SiO2)、氧化钛(TiOx)、氧化钽(Ta2O5)、氧化铌(Nb2O5)等单层或多层化合物组成。N型焊垫141与N型电极层121b接触用与基板连接。另外中间层可以是不连续的或者是图形化的薄膜，如图2B所示，中间层131b是图形化的薄膜，覆盖在部分区域，特别是在P/N电极的连接区域，这样可以有效地提高其与第一绝缘层131a和第二绝缘层131c的附着力，而且可以进一步提高器件的稳定性。关于中间层131b与第一绝缘层131a和第二绝缘层131c的图形
位置关系，可以有其他可能，如图2C所示，中间层131b与第一绝缘层131a和第二绝缘层131c具有相同的图形(虚线框132所示)这种情况下，为了防止漏电，中间层131b的材料只可能是是具有布拉格反射(DBR)结构的多层氧化膜结构。另外中间层131b可以与第一绝缘层131a图形相同，而第二绝缘层131c的图形比前两者略大(虚线框133所示)，如图2D所示。
[0026] 图3和图4是根据本发明提供的具有复合绝缘层的倒装结构发光二极管器件实施实例，其中图3是器件的俯视图，而图4是沿AA’方向的器件剖面图。如图4所示，发光二极管器件外延层堆210由N型外延层210a，P型外延层210c，以及中间夹层多量子阱层210b组成。发光二极管器件外延层堆210可以生长在特定的衬底200上，如蓝
宝石(Al2O3)衬底、硅(Si)衬底或是
碳化硅(SiC)衬底，衬底200与外延层堆210接触的介面一般有规则的或者不规则的图形200a，可以提升光提取效率。在外延层堆210表面需要形成mesa台阶，使得部分区域的N型外延层210a暴露出来。
[0027] 在P型外延层210c上面形成金属反射层220，反射从多量子阱层210b发出的光，通常金属反射层120是具有较高反射率的金属，如铝(Al)、银(Ag)等金属或者其合金。为了起到保护以及粘附的作用，金属反射层120也可能引入其他材料如镍(Ni)、钛(Ti)、金(Au)、钨钛合金(TiW)、铂(Pt)等单一或者多种金属，其厚度一般在0.01～1μm。然后在器件表面形成导电层221，该层可以由P型阻挡层221a和N型电极层221b组成。其中P型阻挡层221a覆盖在金属反射层220上面起到保护和防止扩散到目的，而且有利于电流扩展的作用。而N型电极层221b形成于外延层堆210的mesa区域，与N型外延层210a形成良好欧姆接触并用于电流扩展。导电层221与外延层堆210接触的材料主要是反射率较高的金属组成如铝(Al)、银(Ag)、钯(Pd)、铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)等金属，也可以是导电性良好的化合物，如氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟(In2O3)、氧化锡(SnO2)等，为增加与其他材料的附着力，可以在表面加入镍(Ni)、钛(Ti)、铬(Cr)等金属，在与复合绝缘层232接触的部分通常所用材料为镍(Ni)、钛(Ti)、钽(Ta)、金(Au)、钨钛合金(TiW)、钯(Pd)、铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)、铬(Cr)等单层或多层金属，导电层221的厚度一般在0.01～3μm。
[0028] 在发光二极管器件表面形成复合绝缘层232主要由三部分组成，包括第一绝缘层232a、中间层232b和第二绝缘层232c。其中第一绝缘层232a和第二绝缘层232c主要起到分离P型焊垫241a和N型焊垫241b，其薄膜
质量以及台阶覆盖程度直接决定了器件的漏电情况，材料可以由氧化硅(SiO2)、氧化钛(TiOx)、氧化钽(Ta2O5)、氧化铌(Nb2O5)、氮化硅(SiNx)、氧化铝(Al2O3)等单层或多层化合物组成。中间层232b可以具有较高的反射率，可以反射P型阻挡层221a和N型电极层221b之间的光线，而且可以起到减少裂痕的作用，其材料可以是金属材料如铝(Al)、银(Ag)、钯(Pd)、铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)、镍(Ni)、钛(Ti)、铬(Cr)等金属，也可以是具有布拉格反射(DBR)结构的多层膜，材料可以由氧化硅(SiO2)、氧化钛(TiOx)、氧化钽(Ta2O5)、氧化铌(Nb2O5)等单层或多层化合物组成。
[0029] 器件焊垫241主要由P型焊垫241a和N型焊垫241b组成，用于在发光二极管器件应用时与基板连接，其中P型焊垫241a通过P型通孔251a(没有在图4中显示)与P型阻挡层221a接触，N型焊垫241b通过N型通孔251b与N型电极层221b接触。
[0030] 提供以上
实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附
权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和
修改，均应涵盖在本发明的范围之内。
