CN101840985A - 具有双反射层的氮化镓基垂直发光二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的具有双反射层的氮化镓基垂直发光二极管及其制备方法，在永久基板上形成第二焊接金属；在氮化镓基外延层上形成氧化铟锡导电层，呈网格状分布的分布布拉格反射层形成于氧化铟锡导电层上，在分布布拉格反射层及氧化铟锡导电层的表面暴露部分形成金属反射层，在金属反射层上形成第一焊接金属；氮化镓基外延层通过第一焊接金属、第二焊接金属与永久基板粘合；第一电极形成于氮化镓基外延层顶面，第二电极形成于永久基板底面。本发明采用分布布拉格反射层和金属反射层的双反射层结构，可充分发挥反射层的优异反射性，有效地提高发光二极管的发光效率，有效地避免传统垂直发光二极管中金属反射层与其他金属电极的扩散现象。
Description
技术领域
本发明涉及氮化镓基发光二极管，尤其是一种具有双反射层的氮化镓基垂直发光二极管及其制备方法。
背景技术
现有改善LED发光效率的方法主要有采用图形基板、透明基板、分布布拉格反射层(英文为Distributed Bragg Reflector，简称DBR)结构、表面微结构、倒装芯片、芯片键合、激光剥离技术等。
中国专利(CN101599522A)公开的一种采用绝缘介质阻挡层的垂直发光二极管及其制备方法，在一散热基板下表面形成下电极，上表面形成下焊接金属；在GaN基外延下表面形成P型欧姆接触金属反射膜；在反射金属膜下表面部分区域覆盖绝缘介质膜；在绝缘介质膜下表面及裸露的部分反射金属膜下表面形成上焊接金属；GaN基外延通过上焊接金属与散热基板下焊接金属连接散热基板；GaN基外延上表面形成上电极。反射镜Ag表面采用绝缘介质膜而非金属材料作为阻挡层，避免Ag被其它金属热扩散影响，且简易的导电孔设计即可实现垂直方向电学导通，实现垂直结构二极管较低的P接触压降，这种发明方法制造的垂直结构二极管同采用金属阻挡层的垂直结构二极管相比具有更低的正向工作电压及更高的发光效率；但该发明采用单一金属膜作为出光反射层，金属膜仍然会吸收一部分光，限制光的出射，而且绝缘介质膜作为阻挡层仍可能产生反射金属膜与其他电极金属之间的扩散效应，导致金属反射层上的反射率降低。
发明内容
为解决上述发光二极管的所存在的问题，本发明旨在提供一种具有双反射层的氮化镓基垂直发光二极管及其制备方法，具体是一种兼具分布布拉格反射层和金属反射层的双反射层氮化镓基垂直发光二极管及其制备方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：具有双反射层的氮化镓基垂直发光二极管，其特征在于：在永久基板上形成第二焊接金属；在氮化镓基外延层上形成氧化铟锡导电层，呈网格状分布的分布布拉格反射层形成于氧化铟锡导电层上，在分布布拉格反射层及氧化铟锡导电层的表面暴露部分形成金属反射层，在金属反射层上形成第一焊接金属；氮化镓基外延层通过第一焊接金属、第二焊接金属与永久基板粘合；第一电极形成于氮化镓基外延层顶面，第二电极形成于永久基板底面。
制备上述具有双反射层的氮化镓基垂直发光二极管的制备方法，其工艺步骤如下：
1)提供一临时基板，并在临时基板上形成氮化镓基外延层；
2)在氮化镓基外延层上形成氧化铟锡导电层；
3)在氧化铟锡导电层上形成布布拉格反射层；
4)在分布布拉格反射层中形成开口结构，使分布布拉格反射层呈网格状分布并暴露出氧化铟锡导电层表面的一部分；
5)在分布布拉格反射层与氧化铟锡导电层的表面暴露部分上形成金属反射层，并填满上述开口结构；
6)在金属反射层上形成第一焊接金属；
7)选择一永久基板，在永久基板上形成第二焊接金属；
8)将步骤1)至6)形成的氮化镓基外延层通过第一焊接金属、第二焊接金属与永久基板粘合；
9)去除临时基板；
10)分别在去除临时基板后的氮化镓基外延层顶面、永久基板底面形成第一电极、第二电极；
11)切割得氮化镓基垂直发光二极管。
本发明中，临时基板选用蓝宝石、SiC基板或前述的组合之一；永久基板选用Si、SiC、Cu、Ni基板或前述的组合之一；分布布拉格反射层由交替的高折射率和低折射率材料层组成，高折射率层材料选自TiO、TiO2、Ti3O5、Ti2O3、Ta2O5、ZrO2或前述的任意组合之一，低折射率层材料选自SiO2、SiNX、Al2O3或前述的任意组合之一；呈网格状分布的分布布拉格反射层的图案形状为矩形、圆形或多边形；金属层材料选用Al、Ag或前述的任意组合之一；第一焊接金属及第二焊接金属选用Au或Au的合金；氮化镓基外延层与永久基板粘合方式选用共晶键合或熔融键合；临时基板的去除方式采用激光剥离、机械研磨、湿法腐蚀或前述任意两种方式的结合之一。
本发明的有益效果是：本发明采用分布布拉格反射层与金属反射层相结合的双重反射结构，可充分发挥反射层的优异反射性，有效地提高发光二极管的发光效率；此外，在分布布拉格反射层中制作开口结构用于填充金属反射层，形成导电功能，同时避免传统垂直发光二极管中金属反射层与其它金属电极的扩散现象的产生。
附图说明
图1～图7是本发明氮化镓基垂直发光二极管芯片制备过程的截面示意图。
图中附图标识如下：
1.临时基板；2.外延层；3.氧化铟锡导电层；4.分布布拉格反射层；41.蚀刻后的分布布拉格反射层；5.金属反射层；6.第一焊接金属；7.第二焊接金属；8.永久基板；9.第一电极；10.第二电极。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
兼具分布布拉格反射层和金属反射层的双反射层的氮化镓基垂直发光二极管的制备工艺，其工艺步骤如下：
如图1所示，先提供蓝宝石临时基板1，供后续生长氮化镓基外延层用；在蓝宝石临时基板1上生长氮化镓基外延层2；在氮化镓基外延层2上形成氧化铟锡导电层3；利用沉积方式在氧化铟锡导电层3上形成分布布拉格反射层4；
如图2所示，利用光罩与蚀刻方式，形成开口结构42于分布布拉格反射层41中，使蚀刻后的分布布拉格反射层41图案为矩形且呈网格状分布，并暴露出氧化铟锡导电层2表面的一部分，其中分布布拉格反射层41由交替的高折射率TiO2材料和低折射率的SiO2材料组成；
如图3所示，形成Al/Ag合金金属反射层5设于分布布拉格反射层41与氧化铟锡导电层3表面暴露部分上，并填满上述开口结构42；
如图4所示，形成Au/Sn第一焊接金属6于Al/Ag合金金属反射层5上；
如图5所示，选择Si永久基板8，并形成Au/Sn第二焊接金属7于Si永久基板8上；采用晶片键合技术，将上述形成的氮化镓基外延层2通过与Au/Sn第一焊接金属6、Au/Sn第二焊接金属7与永久基板8粘合；
如图6所示，去除蓝宝石临时基板1；
如图7所示，分别在去除临时基板后的氮化镓基外延层2顶面、Si永久基板8底面形成第一电极9、第二电极10；切割得氮化镓基垂直发光二极管。
依上述工艺制备的氮化镓基垂直LED芯片，如图7所示，Au/Sn第二焊接金属7形成于Si永久基板8上；氧化铟锡导电层3形成于氮化镓基外延层2上；分布布拉格反射层41呈网格状分布形成在氧化铟锡导电层3上，其中分布布拉格反射层41由交替的高折射率TiO2材料和低折射率的SiO2材料组成；Al/Ag合金金属反射层5形成于分布布拉格反射层41与氧化铟锡导电层3表面暴露部分上；Au/Sn第一焊接金属6形成于Al/Ag合金金属反射层5上；氮化镓基外延层2通过与Au/Sn第一焊接金属6、Au/Sn第二焊接金属7与Si永久基板8粘合；第一电极9形成于氮化镓基外延层2顶面；第二电极10形成于Si永久基板8底面。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化，因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。
Claims (12)
1.具有双反射层的氮化镓基垂直发光二极管，其特征在于：在永久基板上形成第二焊接金属；在氮化镓基外延层上形成氧化铟锡导电层，呈网格状分布的分布布拉格反射层形成于氧化铟锡导电层上，在分布布拉格反射层及氧化铟锡导电层的表面暴露部分形成金属反射层，在金属反射层上形成第一焊接金属；氮化镓基外延层通过第一焊接金属、第二焊接金属与永久基板粘合；第一电极形成于氮化镓基外延层顶面，第二电极形成于永久基板底面。
2.具有双反射层的氮化镓基垂直发光二极管的制备方法，其步骤如下：
1)提供一临时基板，并在临时基板上形成氮化镓基外延层；
2)在氮化镓基外延层上形成氧化铟锡导电层；
3)在氧化铟锡导电层上形成布布拉格反射层；
4)在分布布拉格反射层中形成开口结构，使分布布拉格反射层呈网格状分布并暴露出氧化铟锡导电层表面的一部分；
5)在分布布拉格反射层与氧化铟锡导电层的表面暴露部分上形成金属反射层，并填满上述开口结构；
6)在金属反射层上形成第一焊接金属；
7)选择一永久基板，在永久基板上形成第二焊接金属；
8)将步骤1)至6)形成的氮化镓基外延层通过第一焊接金属、第二焊接金属与永久基板粘合；
9)去除临时基板；
10)分别在去除临时基板后的氮化镓基外延层顶面、永久基板底面形成第一电极、第二电极；
11)切割得氮化镓基垂直发光二极管。
3.如权利要求2所述的具有双反射层的氮化镓基垂直发光二极管的制备方法，其特征在于：临时基板选用蓝宝石、SiC基板或前述的组合之一。
4.如权利要求2所述的具有双反射层的氮化镓基垂直发光二极管的制备方法，其特征在于：永久基板选用Si、SiC、Cu、Ni基板或前述的组合之一。
5.如权利要求2所述的具有双反射层的氮化镓基垂直发光二极管的制备方法，其特征在于：分布布拉格反射层由交替的高折射率和低折射率材料层组成。
6.如权利要求2所述的具有双反射层的氮化镓基垂直发光二极管的制备方法，其特征在于：分布布拉格反射层的高折射率层材料选自TiO、TiO2、Ti3O5、Ti2O3、Ta2O5、ZrO2或前述的任意组合之一。
7.如权利要求2所述的具有双反射层的氮化镓基垂直发光二极管的制备方法，其特征在于：分布布拉格反射层的低折射率层材料选自SiO2、SiNX、Al2O3或前述的任意组合之一。
8.如权利要求5、6或7所述的具有双反射层的氮化镓基垂直发光二极管的制备方法，其特征在于：呈网格状分布的分布布拉格反射层的图案形状为矩形、圆形或多边形。
9.如权利要求2所述的具有双反射层的氮化镓基垂直发光二极管的制备方法，其特征在于：金属反射层材料选用Al、Ag或前述的任意组合之一。
10.如权利要求2所述的具有双反射层的氮化镓基垂直发光二极管的制备方法，其特征在于：第一焊接金属及第二焊接金属选用Au或Au的合金。
11.如权利要求2所述的具有双反射层的氮化镓基垂直发光二极管的制备方法，其特征是：氮化镓基外延层与永久基板粘合方式选用共晶键合或熔融键合。
12.如权利要求2所述的具有双反射层的氮化镓基垂直发光二极管的制备方法，其特征在于：临时基板的去除方式采用激光剥离、机械研磨、湿法腐蚀或前述任意两种方式的结合之一。
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