專利名稱：GaN基LED制造工藝中的一種背面金屬反射層陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LED (發(fā)光二極管)上的金屬反射層的制造方法，尤其是涉及一種GaN(氮化鎵)基LED制造工藝中的金屬反射層陣列的制作方法。
背景技術(shù)：
近來(lái)LED已大規(guī)模地用在移動(dòng)手機(jī)、數(shù)字照相機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、交通指揮燈、汽車等等中。由于發(fā)出的光的亮度對(duì)于用于這種應(yīng)用中的LED不夠充足，所以在LED可以用于其它應(yīng)用例如普通照明之前需要較高的亮度。目前藍(lán)光LED使用的都是基于GaN的III-V族化合物半導(dǎo)體材料；由于GaN外延 片的P型GaN層空穴濃度小，且P型GaN層厚度要小于O. 3 μ m，絕大部分發(fā)光從P型GaN層透出，而P型GaN層不可避免地對(duì)光有吸收作用，導(dǎo)致LED芯片外量子效率不髙，大大降低了 LED的發(fā)光效率。采用ITO層作為電流擴(kuò)展層的透射率較高，但導(dǎo)致LED電壓要高一些，壽命也受到影響。另外，在外加電壓下、由于存在電流擴(kuò)散不均勻，一些區(qū)域電流密度很大，影響LED壽命?？傊谕獠苛孔有史矫?，現(xiàn)有的GaN基LED還是顯得不足，一方面與電流非均勻分布有關(guān)，另一方面則是與當(dāng)光發(fā)射至電極會(huì)被電極本身所吸收有關(guān)。為了提高發(fā)光二極管的亮度和輸出功率，可以在GaN基LED的襯底背面制作背面反射層，例如通過如下方法(I)減薄后的背面直接蒸鍍金屬反射層；(2)減薄后的背面蒸鍍布拉格反射層(Bragg Reflector) ; (3)減薄后的背面蒸鍍布拉格反射層和金屬層組合。上述方法中，金屬反射層是相對(duì)于布拉格反射層較容易實(shí)現(xiàn)、成本更低的一種反光材料，因此，本發(fā)明主要針對(duì)方法(I)進(jìn)行改進(jìn)。已知的背面直接蒸鍍金屬反射層的方法為在減薄后的晶圓上直接蒸鍍金屬銀或者鋁等材料，但是，因?yàn)榻饘倥c藍(lán)寶石襯底的粘附效果不好，也有的工藝是在蒸鍍銀和鋁之前先蒸鍍薄薄的一層鎳、鉻或者透明氧化物層等，以提高粘附性。已知的這種背面直接蒸鍍金屬反射層的方法存在以下問題(1)金屬與藍(lán)寶石襯底粘附不好，在LED芯片倒膜到藍(lán)膜上時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)分選過后金屬反射層被粘在藍(lán)膜上的現(xiàn)象，即出現(xiàn)脫落現(xiàn)象；(2)加入鎳、鉻或者透明氧化物層后，金屬反射層的效果會(huì)明顯降低，達(dá)不到較好的增亮效果了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種GaN基LED制造工藝中的金屬反射層陣列的制作方法，能夠即達(dá)到反射光的目的，又保證LED芯片在與藍(lán)膜粘附的時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)金屬反射層脫落的現(xiàn)象。為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種GaN基LED制造工藝中的金屬反射層陣列的制作方法，所述GaN基LED包括襯底、外延層、透明電極層、金屬電極層和氧化物保護(hù)層，其中所述金屬反射層陣列的制作方法包括步驟
用光刻膠在襯底的、與所述外延層相對(duì)的另一面上制備陣列圖形掩模；通過刻蝕工藝，借助于所述陣列圖形掩模，在襯底上刻蝕出陣列圖形結(jié)構(gòu)；在所述陣列圖形結(jié)構(gòu)上形成金屬反射層；去除光刻膠以便對(duì)光刻膠表 面的金屬反射層進(jìn)行剝離，從而得到最終的金屬反射層。進(jìn)一步的，所述刻蝕工藝采用的是干法刻蝕工藝，所述干法刻蝕工藝采用的是ICP刻蝕設(shè)備。進(jìn)一步的，所述“用光刻膠在襯底的、與所述外延層相對(duì)的另一面上制備陣列圖形掩?！卑ú襟E在襯底的、與所述外延層相對(duì)的另一面上形成光刻膠層，其中所述形成光刻膠層進(jìn)一步包括涂膠和前烘；利用光刻掩模，通過對(duì)光刻膠層進(jìn)行曝光操作、顯影操作而制備陣列圖形掩模。進(jìn)一步的，所述襯底是藍(lán)寶石襯底，所述外延層包括N型GaN層、多量子阱層以及P型GaN層，所述金屬反射層是具有低吸收率和高反射率的金屬層，所述透明電極層是ITO電極層。進(jìn)一步的，所述金屬反射層由以下金屬材料或者以下金屬材料的合金而制成A1、Au、Ag、Ni、W、Ti和Pt ;所述金屬電極層由以下金屬材料或者以下金屬材料的合金而制成Ni、Au、Ti、Al。進(jìn)一步的，所述“在所述陣列圖形結(jié)構(gòu)上形成金屬反射層”的操作包括以下步驟通過蒸鍍工藝而在所述陣列圖形結(jié)構(gòu)上沉積金屬反射層，通過真空濺射工藝而在所述陣列圖形結(jié)構(gòu)上形成金屬反射層。對(duì)應(yīng)地,本發(fā)明還提出了一種GaN基LED,其包括襯底、夕卜延層、透明電極層、金屬電極層和氧化物保護(hù)層，其中在所述GaN基LED的襯底的、與所述外延層相對(duì)的另一面上具有按照上文所述的制作方法而制作的金屬反射層。進(jìn)一步的，所述襯底是藍(lán)寶石襯底，所述外延層包括N型GaN層、多量子阱層以及P型GaN層，所述金屬反射層是具有低吸收率和高反射率的金屬層，所述透明電極層是ITO電極層。進(jìn)一步的，所述金屬反射層由以下金屬材料或者以下金屬材料的合金而制成A1、Au、Ag、Ni、W、Ti 和 Pt。進(jìn)一步的，所述金屬電極層由以下金屬材料或者以下金屬材料的合金而制成Ni、Au、Ti、Al。本發(fā)明提出的GaN基LED制造工藝中的金屬反射層陣列的制作方法具有如下特點(diǎn)通過在襯底背面先進(jìn)行圖形化結(jié)構(gòu)的刻蝕，之后再把金屬反射層蒸鍍?cè)诖藞D形化結(jié)構(gòu)中，形成金屬反射層陣列，保證了 LED芯片在與藍(lán)膜粘附的時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)金屬層脫落現(xiàn)象。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的GaN基LED的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a_2d是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的GaN基LED制造工藝中的金屬反射層陣列的制作方法的各個(gè)分步驟示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的GaN基LED制造工藝中的金屬反射層陣列的制作流程圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的GaN基LED的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中的附圖標(biāo)記所分別指代的技術(shù)特征為10、GaN 基 LED ;11、襯底；12、N 型 GaN 層；13、多量子阱層;14、P 型 GaN 層;15、透明電極層15 ;16、金屬電極層；17、氧化物保護(hù)層；18、外延層；301、襯底；309、光刻掩模；310、光刻膠層；311、金屬反射層；40、GaN 基 LED ;41、襯底；42、N 型 GaN 層;43、多量子阱層；44、P 型 GaN 層;45、透明電極層；46、金屬電極層；47、氧化物保護(hù)層；48、外延層；49、金屬反射層。
具體實(shí)施例方式
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下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。可以理解的是，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明的限定。另外還需要說(shuō)明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部工藝或結(jié)構(gòu)。圖1-3示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的GaN基LED的結(jié)構(gòu)，如圖I所示，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例所述的GaN基LED 10包括襯底11、外延層18、透明電極層15、金屬電極層16和氧化物保護(hù)層17。根據(jù)第一實(shí)施例，所述外延層18包括N型GaN層12、多量子阱層13,以及P型GaN層14。優(yōu)選的,所述透明電極層15是ITO (Indium Tin Oxide)電極層。在本實(shí)施例中，所述襯底11是藍(lán)寶石襯底；在其它實(shí)施例中，所述襯底11還可以由其它材料制成，所述其它材料例如碳化硅或者硅片。在本實(shí)施例中，所述金屬電極層16可以由以下金屬材料或者以下金屬材料的合金而制成:Ni、Au、Ti、Al。優(yōu)選的，可以采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)方法在襯底上形成所述外延層18。圖2a_2d示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的GaN基LED制造工藝中的金屬反射層陣列的制作方法的各個(gè)分步驟，而圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的GaN基LED制造工藝中的金屬反射層陣列的制作流程。參見圖2a_2d以及圖3，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的金屬反射層陣列的制作方法包括以下步驟第一步制備陣列圖形掩模，如圖3的步驟31所示。參見圖2a，在本實(shí)施例中，用光刻膠在GaN基LED的襯底301的、與所述外延層相對(duì)的另一面上制備陣列圖形掩模。具體而言，本步驟可以如下進(jìn)行首先，在襯底301的、與所述外延層相對(duì)的另一面上形成光刻膠層310 ;接著，利用光刻掩模309，在光刻機(jī)上對(duì)光刻膠層310進(jìn)行曝光操作；在所述曝光操作之后，利用顯影液進(jìn)行顯影操作以便顯現(xiàn)出曝光后在光刻膠層310中形成的潛在陣列圖形從而制備陣列圖形掩模。優(yōu)選的，所述“形成光刻膠層310”的操作可以如下進(jìn)行首先，采用旋涂法、利用勻膠機(jī)在襯底上均勻地旋涂光刻膠(例如聚酰亞胺)，例如，所述勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速為3700轉(zhuǎn)/分；接著，將涂有光刻膠的產(chǎn)品放入烘箱內(nèi)進(jìn)行前烘操作，例如，所述前烘操作的條件是在170°C的溫度下烘烤時(shí)間30分鐘。第二步在襯底上刻蝕出陣列圖形結(jié)構(gòu)，如圖3的步驟32所示。參見圖2b，通過刻蝕工藝，借助于所述陣列圖形掩模(即顯影后的光刻膠層310)，在襯底301上刻蝕出陣列圖形結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，所述刻蝕工藝采用的是干法刻蝕工藝，例如采用ICP (inductively coupled plasma)刻蝕設(shè)備來(lái)在襯底上刻蝕出所述陣列圖形結(jié)構(gòu)。在其它實(shí)施例中，還可以采用其它刻蝕方法，例如濕法刻蝕方法。優(yōu)選的，還可以對(duì)ICP刻蝕程序進(jìn)行調(diào)整，在保證一定速率的情況下，減少刻蝕過程中光刻膠層310受到的損傷。第三步形成金屬反射層，如圖3的步驟33所示。參見圖2c，在本實(shí)施例中，通過蒸鍍工藝而在所述陣列圖形結(jié)構(gòu)上沉積金屬反射 層311。其中，所述金屬反射層311是具有低吸收率和高反射率的金屬層。作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述金屬反射層311由以下金屬材料或者以下金屬材料的合金而制成A1、Au、Ag、Ni、W、Ti和Pt。作為另一種優(yōu)選實(shí)施方式，可以通過真空濺射工藝來(lái)在所述陣列圖形結(jié)構(gòu)上形成金屬反射層311。當(dāng)然，顯而易見的是，還可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的其它工藝在所述陣列圖形結(jié)構(gòu)上形成金屬反射層311。第四步去除光刻膠，形成最終的金屬反射層，如圖3的步驟34所示。參見圖2d，在本實(shí)施例中，采用濕法去膠工藝，即把形成金屬反射層311后的所述GaN基LED產(chǎn)品浸泡在去膠液中，去除光刻膠層以便對(duì)光刻膠層表面的金屬反射層進(jìn)行剝離，從而得到最終的金屬反射層。作為另一種優(yōu)選實(shí)施方式，還可以采用干法去膠工藝，去除光刻膠層以及剝離光刻膠層表面的金屬反射層，從而得到最終的金屬反射層。至此，完成了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例所述的GaN基LED制造工藝中的金屬反射層陣列的制作。圖4示出了本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖4為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的GaN基LED的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，本實(shí)施例所述的GaN基LED 40包括襯底41、外延層48、透明電極層45、金屬電極層46和氧化物保護(hù)層47，其中在所述GaN基LED的襯底41的、與所述外延層48相對(duì)的另一面上具有按照第一實(shí)施例所述的制作方法而制作的金屬反射層49。在第二實(shí)施例中，所述襯底41是藍(lán)寶石襯底；在其它實(shí)施例中，所述襯底41還可以由其它材料制成，所述其它材料例如碳化硅或者硅片。在本實(shí)施例中，所述外延層48包括N型GaN層42、多量子阱層43，以及P型GaN層44 ;所述透明電極層45是ITO電極層。優(yōu)選的，所述金屬反射層49是具有低吸收率和高反射率的金屬層。其中，所述金屬反射層49可以由以下金屬材料或者以下金屬材料的合金而制成Al、Au、Ag、Ni、W、Ti和Pt。優(yōu)選的，所述金屬電極層46由以下金屬材料或者以下金屬材料的合金而制成Ni、Au、Ti、Al。
優(yōu)選的，采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)方法在襯底上形成所述外延層48。與現(xiàn)有技術(shù)的GaN基LED制造工藝中的金屬反射層的制作方法相比，本發(fā)明所提出的金屬反射層陣列的制作方法通過在襯底背面先進(jìn)行圖形化結(jié)構(gòu)的刻蝕，之后再把金屬反射層蒸鍍?cè)诖藞D形化結(jié)構(gòu)中，形成金屬反射層陣列，即達(dá)到了金屬反射層的光反射效果，又保證了 LED芯片在與藍(lán)膜粘附的時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)金屬層脫落現(xiàn)象。此外，通過控制金屬反射層陣列結(jié)構(gòu)的 深寬比和間隔距離，可以達(dá)到正常背面全部蒸鍍金屬反射層所達(dá)到的反射率。注意，上述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例及所運(yùn)用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，本發(fā)明不限于這里所述的特定實(shí)施例，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)能夠進(jìn)行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會(huì)脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，雖然通過以上實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了較為詳細(xì)的說(shuō)明，但是本發(fā)明不僅僅限于以上實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的情況下，還可以包括更多其他等效實(shí)施例，而本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。
權(quán)利要求
1.一種GaN基LED制造工藝中的金屬反射層陣列的制作方法，所述GaN基LED包括襯底、外延層、透明電極層、金屬電極層和氧化物保護(hù)層，其中所述金屬反射層陣列的制作方法包括步驟 用光刻膠在襯底的、與所述外延層相對(duì)的另一面上制備陣列圖形掩模； 通過刻蝕工藝，借助于所述陣列圖形掩模，在襯底上刻蝕出陣列圖形結(jié)構(gòu)； 在所述陣列圖形結(jié)構(gòu)上形成金屬反射層； 去除光刻膠以便對(duì)光刻膠表面的金屬反射層進(jìn)行剝離，從而得到最終的金屬反射層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于，所述刻蝕工藝采用的是干法刻蝕工藝，所述干法刻蝕工藝采用的是ICP刻蝕設(shè)備。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于，所述“用光刻膠在襯底的、與所述外延層相對(duì)的另一面上制備陣列圖形掩?！卑ú襟E 在襯底的、與所述外延層相對(duì)的另一面上形成光刻膠層，其中所述形成光刻膠層進(jìn)一步包括涂膠和前烘； 利用光刻掩模，通過對(duì)光刻膠層進(jìn)行曝光操作、顯影操作而制備陣列圖形掩模。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于，所述襯底是藍(lán)寶石襯底，所述外延層包括N型GaN層、多量子阱層以及P型GaN層，所述金屬反射層是具有低吸收率和高反射率的金屬層，所述透明電極層是ITO電極層。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于，所述金屬反射層由以下金屬材料或者以下金屬材料的合金而制成A1、Au、Ag、Ni、W、Ti和Pt ;所述金屬電極層由以下金屬材料或者以下金屬材料的合金而制成Ni、Au、Ti、Al。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于，所述“在所述陣列圖形結(jié)構(gòu)上形成金屬反射層”的操作包括以下步驟通過蒸鍍工藝而在所述陣列圖形結(jié)構(gòu)上沉積金屬反射層，通過真空濺射工藝而在所述陣列圖形結(jié)構(gòu)上形成金屬反射層。
7.—種GaN基LED，包括襯底、外延層、透明電極層、金屬電極層和氧化物保護(hù)層，其中在所述GaN基LED的襯底的、與所述外延層相對(duì)的另一面上具有按照權(quán)利要求I所述的制作方法而制作的金屬反射層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的GaN基LED，其特征在于，所述襯底是藍(lán)寶石襯底，所述外延層包括N型GaN層、多量子阱層以及P型GaN層，所述金屬反射層是具有低吸收率和高反射率的金屬層，所述透明電極層是ITO電極層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的GaN基LED，其特征在于，所述金屬反射層由以下金屬材料或者以下金屬材料的合金而制成A1、Au、Ag、Ni、W、Ti和Pt。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的GaN基LED，其特征在于，所述金屬電極層由以下金屬材料或者以下金屬材料的合金而制成Ni、Au、Ti、Al。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種GaN基LED制造工藝中的金屬反射層陣列的制作方法，所述GaN基LED包括襯底、外延層、透明電極層、金屬電極層和氧化物保護(hù)層，其中所述金屬反射層陣列的制作方法包括步驟用光刻膠在襯底的、與所述外延層相對(duì)的另一面上制備陣列圖形掩模；通過刻蝕工藝，借助于所述陣列圖形掩模，在襯底上刻蝕出陣列圖形結(jié)構(gòu)；在所述陣列圖形結(jié)構(gòu)上形成金屬反射層；去除光刻膠以便對(duì)光刻膠表面的金屬反射層進(jìn)行剝離，從而得到最終的金屬反射層。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102931300SQ20121047286
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者王強(qiáng), 李國(guó)琪, 計(jì)建新 申請(qǐng)人:無(wú)錫華潤(rùn)華晶微電子有限公司