具有全方位反射鏡的發(fā)光二極管及其相應(yīng)的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的具有全方位反射鏡的發(fā)光二極管及其相應(yīng)的制造方法，所述具有全方位反射鏡的發(fā)光二極管由下至上依次包括襯底、n型GaN層、n型GaN層上形成的n電極和有源層、所述有源層上形成的p型GaN層、所述p型GaN層上形成的ODR結(jié)構(gòu)，以及發(fā)光二極管還包括透明導(dǎo)電層，所述ODR結(jié)構(gòu)從下至上包括DBR反射結(jié)構(gòu)和p電極，所述透明導(dǎo)電層位于所述DBR反射結(jié)構(gòu)和p電極之間且延伸至未形成所述DBR反射結(jié)構(gòu)的p型GaN層上，n電極和p電極由反射金屬構(gòu)成，本發(fā)明解決了平行結(jié)構(gòu)LED芯片由于PN金屬電極吸光、電流擁擠而導(dǎo)致的光電轉(zhuǎn)換效率低的問題。
【專利說明】具有全方位反射鏡的發(fā)光二極管及其相應(yīng)的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)光二極管【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種具有全方位反射鏡的發(fā)光二極管及其相應(yīng)的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(Light Emitting Diode,LED)是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件,利用半導(dǎo)體PN結(jié)注入式電致發(fā)光原理制成。LED具有能耗低、體積小、壽命長、穩(wěn)定性好、響應(yīng)快和發(fā)光波長穩(wěn)定等好的光電性能，目前已經(jīng)在照明、家電、顯示屏、指示燈等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用。
[0003]傳統(tǒng)的LED器件制備工藝已日漸成熟，且LED芯片多以平行結(jié)構(gòu)為主。通常，平行結(jié)構(gòu)LED芯片中引入SiO2作為電流阻擋層(current blocking layer),這種電流阻擋層既能起到電流擴展作用，又能同時阻擋電流不從電極底下流過GaN基發(fā)光，而是讓更大比例的電子與空穴在透明薄膜下的量子阱位置處復(fù)合發(fā)光，以減少電極所吸收的光所占總體發(fā)光的比例。
[0004]但是，量子阱復(fù)合發(fā)出的光在GaN基中并非經(jīng)過一次或者兩次反射就可以全部被提取出，一是因為很多來自于量子阱發(fā)出的光在GaN基中易經(jīng)過多次全反射的作用而被損耗；二是很多來自于量子阱發(fā)出的光在GaN基中在經(jīng)過多次反射后，會有大量的光在反射過程中可以經(jīng)過電極與GaN基的界面時而被提取出來，如果電極不是高反射結(jié)構(gòu)，則這部分光就會被電極所吸收，從而降低外量子效率，最終反映出來的就是LED器件光電轉(zhuǎn)換效率低。
[0005]此外，近期很多廠家借用Ag (銀)、A1 (鋁)、Rh (銠)等金屬的反射性質(zhì)做電極，這種電極對光的反射可起到一定的作用，但是金屬的反射率有限，仍然有一些光被電極所吸收，并且這種電極對光的發(fā)射作用會受到來自于光的波長和入射角度的限制。
[0006]由此可見，平行結(jié)構(gòu)LED芯片由于光提取效率受到PN金屬電極吸光、電流擁擠(current crowding)的影響而降低。為了避開平行結(jié)構(gòu)LED芯片的不足，研發(fā)者所提出的倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片(Flip chip)或垂直結(jié)構(gòu)LED芯片均可減弱這些平行結(jié)構(gòu)LED芯片的不足，但由于倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片或垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制造需要高精尖的昂貴的設(shè)備、產(chǎn)品良率低、工藝復(fù)雜等弊端卻沒有被中國市場所認可。因此，本發(fā)明亟需提供一種無需昂貴設(shè)備制造、產(chǎn)品良率高、工藝簡單的發(fā)光二極管，以解決平行結(jié)構(gòu)LED芯片由于PN金屬電極吸光、電流擁擠而導(dǎo)致的光電轉(zhuǎn)換效率低的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種具有全方位反射鏡的發(fā)光二極管及其相應(yīng)的制造方法，以解決平行結(jié)構(gòu)LED芯片由于PN結(jié)金屬電極吸光、電流擁擠而導(dǎo)致的光電轉(zhuǎn)換效率低的問題。
[0008]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種具有全方位反射鏡的發(fā)光二極管，包括:由下至上依次包括襯底、η型GaN層、η型GaN層上形成的η電極和有源層、所述有源層上形成的P型GaN層、所述P型GaN層上形成的ODR結(jié)構(gòu)，以及發(fā)光二極管還包括透明導(dǎo)電層，所述ODR結(jié)構(gòu)從下至上包括DBR反射結(jié)構(gòu)和ρ電極，所述透明導(dǎo)電層位于所述DBR反射結(jié)構(gòu)和P電極之間且延伸至未形成所述DBR反射結(jié)構(gòu)的ρ型GaN層上，其中，所述ρ電極由反射金屬構(gòu)成。
[0009]進一步的，所述DBR反射結(jié)構(gòu)采用蒸發(fā)鍍膜或濺射鍍膜方式制作。
[0010]進一步的，所述DBR反射結(jié)構(gòu)由兩種不同折射率材料交替組合構(gòu)成。
[0011]優(yōu)選的，兩種所述不同折射率材料是Si02、Ti305、Al2O3或MgF2中的任意兩種。
[0012]進一步的，所述η電極和P電極還包括一保護金屬，所述保護金屬對位于其下的反射金屬進行保護。
[0013]優(yōu)選的，所述反射金屬是Ag、Al或Rh中的任意一種，與所選的反射金屬搭配的保護金屬所使用的材料為Cr、N1、Pt、Au、W或Ti中的至少一種。
[0014]進一步的，所述具有全方位反射鏡的發(fā)光二極管還包括:覆蓋在上述結(jié)構(gòu)表面但除所述η電極和ρ電極的部分區(qū)域之外的一絕緣層，所述絕緣層使用的材料為Si02、Si0N或Si3N4中的任意一種。
[0015]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種具有全方位反射鏡的發(fā)光二極管的制造方法，包括如下步驟:
[0016]在一襯底上由下至上依次生長η型GaN層、有源層、ρ型GaN層；
[0017]從頂部的部分ρ型 GaN層刻蝕至η型GaN層,形成η型GaN臺面；
[0018]在所述P型GaN層上形成DBR反射結(jié)構(gòu)；
[0019]在所述DBR反射結(jié)構(gòu)和ρ型GaN層上沉積一透明導(dǎo)電層；
[0020]運用負光刻膠并采用剝離技術(shù)，在所述DBR反射結(jié)構(gòu)上的透明導(dǎo)電層和η型GaN臺面上，分別形成由反射金屬構(gòu)成的P電極和η電極,所述DBR反射結(jié)構(gòu)與P電極形成ODR結(jié)構(gòu)。
[0021]進一步的，所述DBR反射結(jié)構(gòu)采用蒸發(fā)鍍膜或濺射鍍膜方式制作。
[0022]進一步的，所述DBR反射結(jié)構(gòu)由兩種不同折射率材料交替組合構(gòu)成。
[0023]優(yōu)選的，兩種所述不同折射率材料是Si02、Ti3O5^Al2O3或MgF2中的任意兩種。
[0024]進一步的，運用負光刻膠并采用剝離技術(shù)，在所述DBR反射結(jié)構(gòu)上的透明導(dǎo)電層和η型GaN臺面上,分別形成ρ電極和η電極的步驟包括:
[0025]在所述透明導(dǎo)電層和η型GaN臺面上形成一負光刻膠；
[0026]在所述負光刻膠中形成P窗口和η窗口，所述ρ窗口暴露出位于所述DBR反射結(jié)構(gòu)上的透明導(dǎo)電層的表面，所述η窗口暴露出所述η型GaN臺面的表面；
[0027]淀積反射金屬后，采用剝離技術(shù)剝離多余的金屬并去除所述負光刻膠，以在所述ρ窗口和η窗口中分別形成P電極和η電極。
[0028]進一步的，所述η電極和P電極還包括一保護金屬，所述保護金屬對位于其下的反射金屬進行保護。
[0029]優(yōu)選的，所述反射金屬是Ag、Al或Rh中的任意一種，與所選的反射金屬搭配的保護金屬所使用的材料為Cr、N1、Pt、Au、W或Ti中的至少一種。
[0030]進一步的，所述具有全方位反射鏡的發(fā)光二極管的制造方法還包括:在上述結(jié)構(gòu)表面但除所述η電極和ρ電極的部分區(qū)域之外覆蓋一絕緣層，所述絕緣層使用的材料為SiO2, SiON或Si3N4中的任意一種。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在一襯底上由下至上依次生長η型GaN層、有源層、ρ型GaN層；從頂部的部分ρ型GaN層刻蝕至η型GaN層，形成η型GaN臺面；在所述ρ型GaN層上形成DBR反射結(jié)構(gòu)；在所述DBR反射結(jié)構(gòu)和ρ型GaN層沉積一透明導(dǎo)電層；運用負光刻膠并采用剝離技術(shù)，在所述DBR反射結(jié)構(gòu)上的透明導(dǎo)電層和η型GaN臺面上，分別形成ρ電極和η電極，所述DBR反射結(jié)構(gòu)與ρ電極形成ODR結(jié)構(gòu)，其中，所述η電極和ρ電極由反射金屬構(gòu)成，由于本發(fā)明提出的ODR結(jié)構(gòu)作為反射P電極，一方面可以在很寬的波段內(nèi)，在更大的入射角度范圍內(nèi)達到更高的反射率，有利于電流擴展，提高了平行結(jié)構(gòu)LED芯片的光提取效率，優(yōu)化了注入P型GaN層的電流擴展，增大LED器件的光電轉(zhuǎn)換效率；另一方面減少了光的吸收，降低了 LED器件熱的產(chǎn)生，有利于LED器件壽命的延長。同時本發(fā)明不依賴于昂貴的設(shè)備，不需要復(fù)雜的工藝，也能獲得產(chǎn)品良率高、工藝簡單的發(fā)光二極管。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明一實施例中的具有全方位反射鏡的發(fā)光二極管及其相應(yīng)的制造方法的流程示意圖；
[0033]圖2a至圖2e為本發(fā)明一實施例中的具有全方位反射鏡的發(fā)光二極管及其相應(yīng)的制造方法的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0034]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0035]在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。
[0036]圖2e示出了本發(fā)明優(yōu)選實施例中具有全方位反射鏡的發(fā)光二極管的截面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2e所示，所述具有全方位反射鏡的發(fā)光二極管包括:
[0037]由下至上依次包括襯底100、n型GaN層102、n型GaN層102上形成的η電極116和有源層104、所述有源層104上形成的ρ型GaN層106、所述ρ型GaN層106上形成的ODR結(jié)構(gòu)118，以及發(fā)光二極管還包括透明導(dǎo)電層112，所述ODR結(jié)構(gòu)118從下至上包括DBR反射結(jié)構(gòu)110和ρ電極114，所述透明導(dǎo)電層112位于所述DBR反射結(jié)構(gòu)110和ρ電極114之間且延伸至未形成所述DBR反射結(jié)構(gòu)110的ρ型GaN層106上，其中，所述η電極116和ρ電極114由反射金屬構(gòu)成。
[0038]以圖1所示的制造流程為例，結(jié)合圖2a至圖2e，對本發(fā)明提供的一種具有全方位反射鏡的發(fā)光二極管的制造方法進行詳細說明。
[0039]在步驟SI中，參見圖2a，在一襯底100上由下至上依次生長η型GaN層102、有源層104、ρ型GaN層106。所述襯底100為藍寶石襯底。
[0040]在步驟S2中，參見圖2b，采用等離子體從頂部的部分ρ型GaN層106開始選擇性刻蝕，直至露出所述η型GaN層102的表面，形成η型GaN臺面108。所述等離子體可以為BCl3 (氯化三硼)、C12 (氯氣)或Ar (氬氣)等氣體中的至少一種。[0041]在步驟S3中，參見圖2c，采用電子束蒸發(fā)、離子輔助電子束蒸發(fā)或者磁控濺射的鍍膜方法在所述P型GaN層106上形成DBR反射結(jié)構(gòu)110。
[0042]其中，所述DBR反射結(jié)構(gòu)110由兩種不同折射率材料交替組合構(gòu)成，且兩種不同折射率材料交替組合的周期的數(shù)量可以根據(jù)工藝要求設(shè)定不同的值，在本發(fā)明最佳實施例中，所述DBR反射結(jié)構(gòu)110采用的材料體系為Si02/Ti305、Si02/Al203、Si02/MgF2中的一種，但并不僅限于以上幾種材料組合，所以所述DBR反射結(jié)構(gòu)110不導(dǎo)電，可以作為電流阻擋層使用。
[0043]在步驟S4中，參見圖2d，在所述DBR反射結(jié)構(gòu)110和p型GaN層106上沉積一透明導(dǎo)電層112。所述透明導(dǎo)電層112可以為氧化銦錫（Indium Tin Oxides, ITO)或鋁摻雜氧化鋅（Aluminum doped Zinc Oxid, AZO)等材料中的一種。所述透明導(dǎo)電層112可以作為電流擴展層使用。
[0044]在步驟S5中，參見圖2e，首先，在所述透明導(dǎo)電層112和η型GaN臺面108上形成一負光刻膠（圖中未不）；其次，刻蝕所述負光刻膠，在所述負光刻膠中形成P窗口和η窗口，所述P窗口暴露出位于所述DBR反射結(jié)構(gòu)110上的透明導(dǎo)電層112的表面,所述η窗口暴露出所述η型GaN臺面108的表面；然后,淀積反射金屬，所述反射金屬形成在所述P窗口內(nèi)和η窗口內(nèi)以及所述負光刻膠上，采用剝離技術(shù)（lift-off)去除所述負光刻膠，去除所述負光刻膠的同時一并剝離位于所述光刻膠上的反射金屬，從而分別在形成所述P窗口的位置處形成P電極114、在所述η窗口的位置處形成η電極116，此時所述DBR反射結(jié)構(gòu)110 與 P 電極 114 形成全方位反射鏡（omni-directional reflector, ODR)結(jié)構(gòu) 118。
[0045]為了對所述反射金屬進行保護，在淀積所述反射金屬后，再淀積一保護金屬位于所述反射金屬的表面上，通過所述保護金屬對其下的所述反射金屬進行保護，因此所述η電極和P電極還可以由所述反射金屬和保護金屬構(gòu)成。
[0046]其中，所述反射金屬是Ag (銀)、Α1 (招)或Rh (銠沖的任意一種，與所選的反射金屬搭配的保護金屬所使用的材料為Cr (鉻)、Ni (鎳)、Pt (鉬)、Au (金)、W (鎢）或Ti (鈦）中的至少一種。
[0047]進一步的，在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，本實施例可以對具有全方位反射鏡的發(fā)光二極管進行多種常規(guī)改進，包括：在上述結(jié)構(gòu)表面但除所述η電極116和P電極114的部分區(qū)域之外形成一絕緣層，所述絕緣層使用的材料為Si02、SiON或Si3N4中的任意一種；在所述有源層104與所述P型GaN層106間插入電子阻擋層；所述襯底100采用圖形襯底。
[0048]因此，在傳統(tǒng)的發(fā)光二極管中，被P型GaN層吸收的光或經(jīng)過一次或多次全反射后被損耗的光，在本發(fā)明的具有全方位反射鏡的發(fā)光二極管中，由于所述ODR結(jié)構(gòu)作為反射P電極，當(dāng)光經(jīng)過DBR反射結(jié)構(gòu)后，由P電極發(fā)出，因此一方面可以在很寬的波段內(nèi)，在更大的入射角度范圍內(nèi)達到更高的反射率，有利于電流擴展，提高了平行結(jié)構(gòu)LED芯片的光提取效率，優(yōu)化了注入P型GaN層的電流擴展，增大LED器件的光電轉(zhuǎn)換效率；另一方面減少了光的吸收，降低了 LED器件熱的產(chǎn)生，有利于LED器件壽命的延長。同時本發(fā)明不依賴于昂貴的設(shè)備，不需要復(fù)雜的工藝，也能獲得產(chǎn)品良率高、工藝簡單的發(fā)光二極管。
[0049]本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定權(quán)利要求，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種具有全方位反射鏡的發(fā)光二極管，其特征在于:由下至上依次包括襯底、η型GaN層、η型GaN層上形成的η電極和有源層、所述有源層上形成的P型GaN層、所述ρ型GaN層上形成的ODR結(jié)構(gòu)，以及發(fā)光二極管還包括透明導(dǎo)電層，所述ODR結(jié)構(gòu)從下至上包括DBR反射結(jié)構(gòu)和ρ電極，所述透明導(dǎo)電層位于所述DBR反射結(jié)構(gòu)和ρ電極之間且延伸至未形成所述DBR反射結(jié)構(gòu)的ρ型GaN層上,其中，所述η電極和ρ電極由反射金屬構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的具有全方位反射鏡的發(fā)光二極管，其特征在于:所述DBR反射結(jié)構(gòu)采用蒸發(fā)鍍膜或濺射鍍膜方式制作。
3.如權(quán)利要求1所述的具有全方位反射鏡的發(fā)光二極管，其特征在于:所述DBR反射結(jié)構(gòu)由兩種不同折射率材料交替組合構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求3所述的具有全方位反射鏡的發(fā)光二極管，其特征在于:兩種所述不同折射率材料是SiO2、Ti3O5, Al2O3或MgF2中的任意兩種。
5.如權(quán)利要求1所述的具有全方位反射鏡的發(fā)光二極管，其特征在于:所述η電極和ρ電極還包括一保護金屬，所述保護金屬對位于其下的反射金屬進行保護。
6.如權(quán)利要求5所述的具有全方位反射鏡的發(fā)光二極管，其特征在于:所述反射金屬是Ag、Al或Rh中的任意一種，與所選的反射金屬搭配的保護金屬所使用的材料為Cr、N1、Pt、Au、W或Ti中的至少一種。
7.如權(quán)利要求1所述的具有全方位反射鏡的發(fā)光二極管，其特征在于，還包括:覆蓋在上述結(jié)構(gòu)表面但除所述η電極和ρ電極的部分區(qū)域之外的一絕緣層，所述絕緣層使用的材料為SiO2、SiON或Si3N4中的任意一種；` 位于除所述η電極和ρ電極之外的部分或全部透明導(dǎo)電層的表面上。`
8.一種具有全方位反射鏡的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，包括如下步驟: 在一襯底上由下至上依次生長η型GaN層、有源層、ρ型GaN層； 從頂部的部分P型GaN層刻蝕至η型GaN層,形成η型GaN臺面； 在所述P型GaN層上形成DBR反射結(jié)構(gòu)； 在所述DBR反射結(jié)構(gòu)和ρ型GaN層上沉積一透明導(dǎo)電層； 運用負光刻膠并采用剝離技術(shù)，在所述DBR反射結(jié)構(gòu)上的透明導(dǎo)電層和η型GaN臺面上，分別形成由反射金屬構(gòu)成的P電極和η電極,所述DBR反射結(jié)構(gòu)與P電極形成ODR結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于:所述DBR反射結(jié)構(gòu)采用蒸發(fā)鍍膜或濺射鍍膜方式制作。
10.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于:所述DBR反射結(jié)構(gòu)由兩種不同折射率材料交替組合構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求10所述的制造方法，其特征在于:兩種所述不同折射率材料是Si02、Ti305、Al2O3或MgF2中的任意兩種。
12.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于:運用負光刻膠并采用剝離技術(shù)，在所述DBR反射結(jié)構(gòu)上的透明導(dǎo)電層和η型GaN臺面上，分別形成ρ電極和η電極的步驟包括: 在所述透明導(dǎo)電層和η型GaN臺面上形成一負光刻膠； 在所述負光刻膠中形成P窗口和η窗口，所述ρ窗口暴露出位于所述DBR反射結(jié)構(gòu)上的透明導(dǎo)電層的表面，所述η窗口暴露出所述η型GaN臺面的表面； 淀積反射金屬后，采用剝離技術(shù)剝離多余的金屬并去除所述負光刻膠，以在所述P窗口和η窗口中分別形成ρ電極和η電極。
13.如權(quán)利要求8至12中任意一項所述的制造方法，其特征在于:所述η電極和ρ電極還包括一保護金屬，所述保護金屬對位于其下的反射金屬進行保護。
14.如權(quán)利要求13所述的制造方法，其特征在于:所述反射金屬是Ag、Al或Rh中的任意一種，與所選的反射金屬搭配的保護金屬所使用的材料為Cr、N1、Pt、Au、W或Ti中的至少一種。
15.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于:還包括:在上述結(jié)構(gòu)表面但除所述η電極和P電極的部分區(qū)域之外覆蓋一絕緣層，所述絕緣層使用的材料為Si02、SiON或Si3N4中的任意一種。`
【文檔編號】H01L33/00GK103489977SQ201310455672
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】李智勇 申請人:映瑞光電科技(上海)有限公司