專利名稱：一種氮化鎵基發(fā)光二極管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化鎵基發(fā)光二極管及其制作方法，尤其是涉及一種具有金屬反射層的氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管及其制作方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(英文為Light Emitting Diode,簡稱LED)是利用半導(dǎo)體的P-N結(jié)電致發(fā)光原理制成的一種半導(dǎo)體發(fā)光器件。LED具有無污染、亮度高、功耗小、壽命長、工作電壓低、易小型化等優(yōu)點。自20世紀(jì)90年代氮化鎵(GaN)基LED開發(fā)成功以來，隨著研究的不斷進(jìn)展，其發(fā)光亮度也不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣。目前，適合商用的藍(lán)綠光LED都是基于GaN的III-V族化合物半導(dǎo)體材料。由于GaN基LED外延片的P-GaN層空穴濃度小，且P型層厚度要小于0. 3Mm,絕大部分發(fā)光時從P型層透出。而P型層不可避免地對光有吸收作用，導(dǎo)致LED芯片外量子效率不高，大大降低了 LED的發(fā)光效率。為此，改善LED發(fā)光效率的研究較為活躍，主要技術(shù)有采用圖形襯底技術(shù)、分布電流阻隔層(也稱電流阻擋層)、分布布拉格反射層(英文為Distributed BraggReflector,簡稱DBR)結(jié)構(gòu)、透明襯底、表面粗化、光子晶體技術(shù)等。參見圖1，在常規(guī)正裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中，包括襯底100，由下往上堆疊的N型層101、發(fā)光區(qū)102、P型層103、電流擴(kuò)展層104、P電極105以及設(shè)置在N型層101裸露表面上的N電極106。由于P電極106 (通常為Cr/Pt/Au材料)對光有吸收作用，使得發(fā)光層發(fā)出的部分光線未能發(fā)射出來，造成光損失，影響芯片的發(fā)光效率，目前已有相關(guān)技術(shù)通過在金屬電極下方加入反射膜(如金屬膜或DBR)使得光線被反射重新進(jìn)入芯片內(nèi)部，然后通過 一次或多次折射發(fā)射出芯片表面，從而增加發(fā)光效率，其中通過增設(shè)金屬銀或鋁反射膜的形成的具有反射電極的芯片，往往在芯片的封裝老化中出現(xiàn)光衰異常的問題，尤其是在高溫高濕的環(huán)境下，Al、Ag等反射金屬更容易被氧化，造成光效下降，甚至失效。專利申請?zhí)枮?01010000448. 5的發(fā)明專利申請公開了一種發(fā)光二極管及其制造方法，所述發(fā)光二極管包括一基板單元、一發(fā)光單元、一反射單元、一第一電極及一第二電極。該反射單兀將射向該第一電極的光線反射，且該反射單兀包括一第一主體，該第一電極包括一個對應(yīng)地位于該第一主體的上方的第一電極主體，所述第一主體的幾何半徑大于該第一電極主體的幾何半徑。通過該反射單元的設(shè)計，其電流阻障效果良好而可使電流均勻擴(kuò)散，且該反射單元阻擋下方及外側(cè)光線直接射向該第一電極，并將光線反射，減少該第一電極的吸光現(xiàn)象，提高發(fā)光效率。但是本發(fā)明存在的不足有反射金屬會跟電流擴(kuò)展層(如ITO導(dǎo)電層)接觸，ITO導(dǎo)電層中的氧成分可能會與反射金屬作用導(dǎo)致金屬被氧化。而且在芯片制程中，電流擴(kuò)展層(如ITO導(dǎo)電層)一般需要經(jīng)過高溫熔合處理，如反射金屬與ITO導(dǎo)電層有接觸部分，導(dǎo)致被氧化失效幾率更大，不利于芯片制程的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有金屬反射層的GaN基高亮度LED及其制作方法。本發(fā)明通過在金屬反射層外包覆電流阻擋層，形成新型反射電極結(jié)構(gòu)，有效保護(hù)了金屬反射層，避免金屬反射層與空氣接觸，防止被氧化，提高抗高溫高濕能力；同時這種結(jié)構(gòu)又兼具電流阻擋的作用，減少芯片電極下方的電流積聚，進(jìn)一步提高了芯片的發(fā)光效率。根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，一種氮化鎵基發(fā)光二極管，包括襯底；外延層，形成于該襯底上，由P型層、發(fā)光區(qū)、N型層組成；金屬反射層，形成于外延層之上；電流阻擋層，形成于外延層之上，并完全包覆所述金屬反射層；電流擴(kuò)展層，形成于所述電流阻擋層之上，且至少部分區(qū)域與所述P型層接觸；P電極，形成于所述電流擴(kuò)展層之上；N電極，形成于N型層之上。在本發(fā)明的第一個優(yōu)選實施例中，所述電流阻擋層完全包裹所述金屬反射層。在本發(fā)明的第二個優(yōu)選實施例中，所述電流阻擋層完全覆蓋所述金屬反射層。進(jìn)一步地，上述金屬反射層位于P電極正下方且金屬反射層橫向截面積大于或者等于P電極橫向截面積且小于電流阻擋層橫向截面積。進(jìn)一步地，上述金屬反射層材料可選用鋁(Al)或者是銀(Ag)或者是鎳(Ni)等。進(jìn)一步地，上述襯底材料可選用藍(lán)寶石(Al2O3)或者是碳化硅(SiC)等。進(jìn)一步地，上述電流阻擋層材料可選用二氧化硅(Si02)、氮化硅(SiNx)或氧化鋁(Al2O3)中的一種或其組合。進(jìn)一步地，上述電流擴(kuò)展層材料可選用鎳/金合金(Ni/Au)或鎳/氧化銦錫合金(Ni/ITO)或氧化銦錫(ITO)或氧化鋅(ZnO)或In摻雜ZnO或Al摻雜ZnO或Ga摻雜ZnO中的一種或其組合。根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，一種氮化鎵基發(fā)光二極管的制作方法，其步驟如下
1)提供一襯底，在其上外延生長外延層，其至上而下包括P型層、發(fā)光區(qū)和n型層；
2)在所述外延層的部分區(qū)域上形成金屬反射層和電流阻擋層光；
3)在所述外延層上形成電流阻擋層，其完全包覆所述金屬反射層；
4)在所述電流阻擋層上形成電流擴(kuò)展層，其至少部分區(qū)域與所述p型層接觸；
5)分別在所述電流擴(kuò)展層上和所述N型層上制作P電極和N電極。其中，步驟3)所述電流阻擋層完全包覆所述金屬反射層，即使得金屬反射層位于P電極正下方，金屬反射層橫向截面積大于或者等于P電極橫向截面積且小于電流阻擋層橫向截面積。根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，一種氮化鎵基發(fā)光二極管的制作方法，其步驟如下
I)提供一襯底，在其上外延生長外延層，其至上而下包括P型層、發(fā)光區(qū)和n型層；
2 )在所述外延層的形成電流阻擋層，其內(nèi)部包裹一金屬反射層；
3)在所述電流阻擋層上形成電流擴(kuò)展層，其至少部分區(qū)域與所述p型層接觸；
4)分別在所述電流擴(kuò)展層上和所述N型層上制作P電極和N電極。其中，步驟2)所述電流阻擋層完全包覆所述金屬反射層，即使得金屬反射層位于P電極正下方，金屬反射層橫向截面積大于或者等于P電極橫向截面積且小于電流阻擋層橫向截面積。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
(I)通過在常規(guī)LED芯片電極結(jié)構(gòu)中，增設(shè)金屬反射層，減少金屬電極對光的吸收作用，從而提聞芯片發(fā)光效率。(2)增設(shè)的金屬反射膜外完全披覆電流阻擋層結(jié)構(gòu)，即金屬反射層橫向截面積小于電流阻擋層橫向截面積，從而避免反射金屬與空氣接觸，有效地保護(hù)其反射性能，提高發(fā)光效率。(3)電流阻擋層結(jié)構(gòu)又兼具電流阻擋的作用，可以減少芯片電極下方的電流積聚，進(jìn)一步提高了芯片的發(fā)光效率。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。雖然在下文中將結(jié)合一些示例性實施及使用方法來描述本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，并不旨在將本發(fā)明限制于這些實施例。反之，旨在覆蓋包含在所附的權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)的所有替代品、修正及等效物。


附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。圖I是常規(guī)正裝發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明第一個實施例制作氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管的剖面示意圖。圖3是本發(fā)明第二個實施例制作氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管的剖面示意圖。圖中部件符號說明
100:藍(lán)寶石襯底
101:N型層
102:發(fā)光區(qū)
103P型層
104:電流擴(kuò)展層
105P電極
106N電極
200:藍(lán)寶石襯底
201:N型層
202:發(fā)光區(qū)
203P型層
204:金屬反射層
205:電流阻擋層
206電流擴(kuò)展層
207P電極
208N電極
300:藍(lán)寶石襯底
301:N型層302:發(fā)光區(qū)
303P型層
304:金屬反射層
305:電流阻擋層
306電流擴(kuò)展層
307P電極
308N電極。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖及實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明·的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。實施例一
請參看附圖2，一種氮化鎵基發(fā)光二極管，包括藍(lán)寶石襯底200、N型層201、發(fā)光區(qū)202、P型層203、金屬反射層204、電流阻擋層205、電流擴(kuò)展層206、P電極207和N電極208。其中，最底層為藍(lán)寶石襯底200 ；N型層201，形成于藍(lán)寶石襯底200上；發(fā)光區(qū)202，形成于N型層201上；P型層203，形成于發(fā)光區(qū)202上；金屬反射層204，形成于P型層201上，其材料一般選擇高反射率的材料，如鋁(Al)或者是銀(Ag)或者是鎳(Ni )，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，選用銀作為金屬反射層；電流阻擋層205，完全覆蓋在金屬反射層204上，其材料可選用二氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiNx)或氧化鋁(Al2O3),在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，選用SiO2作為電流阻擋層；電流擴(kuò)展層206，完全包覆在電流阻擋層205上，其材料可選用鎳/金合金(Ni/Au)或鎳/氧化銦錫合金(Ni/ITO)或氧化銦錫(IT0)或氧化鋅(ZnO)或In摻雜ZnO或Al摻雜ZnO或Ga摻雜ZnO中的一種或其組合，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，選用ITO作為電流擴(kuò)展層；P電極207，形成于電流擴(kuò)展層206上；N電極208，形成于裸露的N型層201上；其中金屬反射層204位于P電極207正下方,其橫向截面積大于P電極207橫向截面積且小于電流阻擋層205橫向截面積。上述具有金屬反射層結(jié)構(gòu)的氮化鎵基發(fā)光二極管，其制作方法包括步驟
第一步在藍(lán)寶石襯底200上外延生長氮化鎵基發(fā)光外延層，包括；N型層201、發(fā)光區(qū)
202、P 型層 203 ；
第二步在P型層203上，通過濺鍍方式，形成金屬反射層204，其材料可選用鋁(Al)或者是銀(Ag)或者是鎳(Ni)；
第三步在金屬反射層204上，通過化學(xué)氣相沉積方式，形成電流阻擋層205，并且完全包覆在金屬反射層204之上，其材料可選用二氧化硅(Si02)、氮化硅(SiNx)或氧化鋁(Al2O3)；
第四步在電流阻擋層205上，通過蒸鍍方式，形成ITO電流擴(kuò)展層206，并且完 全包覆在電流阻擋層205之上；
第五步通過光罩、蝕刻工藝，分別在ITO電流擴(kuò)展層206上和裸露的N型層201上制作P電極207和N電極208。實施例二
請參看附圖3，本發(fā)明發(fā)光二極管的第二較佳實施例與該第一較佳實施例大致相同，不同的地方在于金屬反射層304被電流阻擋層305完全包裹，金屬反射層材料選用Ag，電流阻擋層材料選用氧化鋁(Al2O3X上述具有金屬反射層結(jié)構(gòu)的氮化鎵基發(fā)光二極管，其制作方法包括步驟
第一步在藍(lán)寶石襯底300上外延生長氮化鎵基發(fā)光外延層，包括；N型層301、發(fā)光區(qū)
302、P 型層 303 ； 第二步在P型層303上，通過化學(xué)氣相沉積方式，形成電流阻擋層底部；
第三步，通過濺鍍方式，在電流阻擋層底部上形成金屬反射層304，其材料可選用鋁(Al)或者是銀(Ag)或者是鎳(Ni)；
第四步繼續(xù)通過化學(xué)氣相沉積方式，在金屬反射層304上形成電流阻擋層頂部，至此電流阻擋層305完全包裹金屬反射層304 ；
第五步在電流阻擋層305上，通過蒸鍍方式，形成ITO電流擴(kuò)展層306，并且完全包覆在電流阻擋層305之上；
第六步通過光罩、剝離工藝，分別在ITO電流擴(kuò)展層306上和裸露的N型層301上制作P電極307和N電極308。上述發(fā)光二極管采用氧化鋁(Al2O3)阻擋層包裹Ag金屬反射層，可以克服Ag與P-GaN層直接接觸附著性不好的問題，再加上氧化鋁(Al2O3)阻擋層具有透明且不導(dǎo)電的特性，可以使得從發(fā)光層發(fā)出的光線避免被P電極307吸收，進(jìn)而減少光損失，提高發(fā)光二極管的光取出效率。
權(quán)利要求
1.一種氮化鎵基發(fā)光二極管，包括襯底；外延層，形成于該襯底上，由P型層、發(fā)光區(qū)、N型層組成；金屬反射層，形成于外延層之上；電流阻擋層，形成于外延層之上，并完全包覆所述金屬反射層；電流擴(kuò)展層，形成于所述電流阻擋層之上，且至少部分區(qū)域與所述P型層接觸；P電極，形成于所述電流擴(kuò)展層之上；N電極，形成于N型層之上。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的一種氮化鎵基發(fā)光二極管，其特征在于所述金屬反射層位于所述P電極正下方且所述金屬反射層橫向截面積大于或者等于所述P電極橫向截面積且小于所述電流阻擋層橫向截面積。
3.根據(jù)權(quán)利I所述的一種氮化鎵基發(fā)光二極管，其特征在于所述電流阻擋層完全包裹所述金屬反射層。
4.根據(jù)權(quán)利I所述的一種氮化鎵基發(fā)光二極管，其特征在于所述電流阻擋層完全覆蓋所述金屬反射層。
5.根據(jù)權(quán)利I所述的一種氮化鎵基發(fā)光二極管，其特征在于所述電流阻擋層的材料選用二氧化硅、氮化硅或氧化鋁中的一種或其組合。
6.根據(jù)權(quán)利I所述的一種氮化鎵基發(fā)光二極管，其特征在于所述電流擴(kuò)展層的材料選用鎳/金合金、鎳/氧化銦錫合金、氧化銦錫、氧化鋅、In摻雜氧化鋅、Al摻雜氧化鋅、Ga摻雜氧化鋅中的一種或其組合。
7.一種氮化鎵基發(fā)光二極管的制作方法，其步驟如下 1)提供一襯底，在其上外延生長外延層，其至上而下包括P型層、發(fā)光區(qū)和η型層； 2)在所述外延層的部分區(qū)域上形成金屬反射層和電流阻擋層光； 3)在所述外延層上形成電流阻擋層，其完全包覆所述金屬反射層； 4)在所述電流阻擋層上形成電流擴(kuò)展層，其至少部分區(qū)域與所述P型層接觸； 5)分別在所述電流擴(kuò)展層上和所述N型層上制作P電極和N電極。
8.根據(jù)權(quán)利7所述的一種氮化鎵基發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于步驟3)所述金屬反射層位于所述P電極正下方且所述金屬反射層橫向截面積大于或者等于所述P電極橫向截面積但小于所述電流阻擋層橫向截面積。
9.一種氮化鎵基發(fā)光二極管的制作方法，其步驟如下 I)提供一襯底，在其上外延生長外延層，其至上而下包括P型層、發(fā)光區(qū)和η型層； 2 )在所述外延層的形成電流阻擋層，其內(nèi)部包裹一金屬反射層； 3)在所述電流阻擋層上形成電流擴(kuò)展層，其至少部分區(qū)域與所述P型層接觸； 4)分別在所述電流擴(kuò)展層上和所述N型層上制作P電極和N電極。
10.根據(jù)權(quán)利9所述的一種氮化鎵基發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于步驟3)所述金屬反射層位于所述P電極正下方且所述金屬反射層橫向截面積大于或者等于所述P電極橫向截面積但小于所述電流阻擋層橫向截面積。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有金屬反射層的氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管及其制作方法，其特征在于包括襯底；外延層，形成于該襯底上，其中外延層由P型層、發(fā)光區(qū)、N型層組成；金屬反射層，形成于外延層上；電流阻擋層，完全包覆在金屬反射層上；電流擴(kuò)展層，完全包覆在電流阻擋層上；P電極，形成于電流擴(kuò)展層上；N電極，形成于N型層上。本發(fā)明通過在金屬反射層外包覆電流阻擋層，形成新型反射電極結(jié)構(gòu)，有效保護(hù)了金屬反射層，避免金屬反射層與空氣接觸，防止被氧化，提高抗高溫高濕能力；同時這種結(jié)構(gòu)又兼具電流阻擋的作用，進(jìn)一步提高了芯片的發(fā)光效率。
文檔編號H01L33/46GK102683540SQ201210183838
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月6日
發(fā)明者何安和, 劉傳桂, 彭康偉, 林瀟雄, 林素慧, 鄭建森 申請人:安徽三安光電有限公司