CN101872824A - 侧面具有双反射层的氮化镓基倒装发光二极管及其制备方法 - Google Patents

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林素慧
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Abstract

本发明公开了一种侧面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倒装发光二极管及其制备方法，缓冲层、N-GaN层、多量子阱层和P-GaN层依次层叠形成于蓝宝石基板上，透明导电层形成于P-GaN层上，分布布拉格反射层覆盖于外延层和透明导电层的侧面，金属反射层形成于分布布拉格反射层上，P电极欧姆接触金属层形成于合金金属反射层上，由N电极欧姆接触金属层形成于暴露的N-GaN层上，P电极欧姆接触金属层和N电极欧姆接触金属层通过合金金属导电层及金丝球焊点与散热基板粘合；LED芯片的倾斜侧面设置分布布拉格反射层与金属反射层相结合的双重反射结构，充分发挥反射层的优异反射性，提高发光二极管的出光效率。

Description

侧面具有双反射层的氮化镓基倒装发光二极管及其制备方法
技术领域
本发明涉及氮化镓基发光二极管，特别是一种侧面具有双反射层氮化镓基倒装发光二极管及其制备方法。
背景技术
随着功率型GaN基LED的效率不断提升，GaN基LED半导体灯替代现有的照明光源势不可挡；但受发光效率和生产成本的限制，半导体照明要普及推广应用仍然有较大困难；目前改善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。中国专利申请号为200410095820.X的发明专利申请公开了一种倒装芯片型发光器件及其制造方法，其倒装芯片型发光器件包括衬底、n型覆层、有源层、p型覆层、由掺杂了锑、氟、磷、砷中至少一种的氧化锡形成的欧姆接触层、以及由反射材料形成的反射层，通过应用具有低表面电阻率和高载流子浓度的导电氧化物电极结构，提高了电流-电压特性和耐久性；但该发明采用单一金属层作为出光反射层，金属膜仍然会吸收一部分光，限制光的出射，而且单一金属反射层只分布在芯片底面，侧面并无分布，所以反射层的光线反射率有限。
发明内容
为解决上述问题，本发明旨在提供一种侧面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倒装发光二极管及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：侧面具有双反射层的氮化镓基倒装发光二极管，包括：
一蓝宝石基板；
缓冲层、N-GaN层、多量子阱层和P-GaN层依次层叠形成于蓝宝石基板上；
透明导电层形成于P-GaN层上；
分布布拉格反射层覆盖于外延层和透明导电层的侧面；
Al/Ag合金金属反射层形成于分布布拉格反射层上；
Ti/Au合金制成的P电极欧姆接触金属层形成于Al/Ag合金金属反射层上；
由Ni/Au合金制成的N电极欧姆接触金属层形成于暴露的N-GaN层上；
P电极欧姆接触金属层和N电极欧姆接触金属层通过Ni/Au合金金属导电层及Au金丝球焊点与Si散热基板粘合。
上述侧面具有双反射层的氮化镓基倒装发光二极管的制备方法，其工艺步骤是：
1)在一蓝宝石基板上依次生长缓冲层、外延层，其中外延层包括N-GaN层、多量子阱层和P-GaN层；
2)在P-GaN层上形成一透明导电层；
3)通过光罩、蚀刻，将透明导电层所在的部分台面蚀刻至暴露出N-GaN层；
4)通过切割，使外延层和透明导电层的侧面成倾斜状；
5)在上述外延层和透明导电层的侧面形成与其覆盖分布布拉格反射层，分布布拉格反射层由交替的高折射率层和低折射层层叠构成；
6)在分布布拉格反射层上形成金属反射层；
7)在透明导电层上形成P电极欧姆接触金属层；
8)在上述暴露出的N-GaN层上形成N电极欧姆接触金属层；至此完成GaN基LED基片的制作；
9)提供一散热基板，并在其上制作出共晶焊的金属导电层及金丝球焊点；
10)将前述的GaN基LED基片焊接到散热基板上；
11)将蓝宝石基板减薄、抛光并切割成独立的LED芯粒。
本发明中，透明导电层选自ITO、ZnO、In掺杂ZnO、Al掺杂ZnO、Ga掺杂ZnO或前述的任意组合之一；N电极欧姆接触金属层材料选自Ni/Au、Cr/Pt/Au、Ti/Al/Ti/Au或前述的任意组合之一；P电极欧姆接触金属层材料选自Ti/Au、Pt/Au、Ti/Al/Ti/Au或前述的任意组合之一；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；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；金属反射层材料选自Al、Ag或前述的任意组合之一；金属导电层材料选自Al、Au、Ni或前述的任意组合之一；金丝球焊点材料为Au或Au的合金；GaN基LED基片与散热基板焊接方式采用共晶键合或熔融键合。
本发明的有益效果是：本发明在LED芯片的倾斜侧面设置分布布拉格反射层与金属反射层相结合的双重反射结构，可以充分发挥反射层的优异反射性，有效地提高发光二极管的出光效率。
附图说明
图1～图8是本发明氮化镓基倒装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.蓝宝石基板；    7.分布布拉格反射层；
2.缓冲层；        8.Al/Ag合金金属反射层；
3.N-GaN层；       9.P电极欧姆接触金属层；
4.多量子阱层；    10.N电极欧姆接触金属层；
5.P-GaN层；       11.散热基板
6.透明导电层；    12.Ni/Au合金金属导电层；
13.Au金丝球焊点。
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。
侧面具有双反射层的氮化镓基倒装发光二极管的制备方法，其步骤如下：
如图1所示，在一蓝宝石基板1上依次生长缓冲层2、外延层，其中外延层包括N-GaN层3、多量子阱层4和P-GaN层5；在P-GaN层5上形成一ITO透明导电层6；
如图2所示，通过光罩、蚀刻，将ITO透明导电层6所在的部分台面蚀刻至暴露出N-GaN层3；
如图3所示，通过切割，使外延层和ITO透明导电层6的侧面成倾斜状；
如图4所示，形成分布布拉格反射层7覆盖于外延层和ITO透明导电层6的倾斜侧面上，其中分布布拉格反射层7由交替的高折射率TiO2材料和低折射率的SiO2材料层叠构成；
如图5所示，在分布布拉格反射层7上形成Al/Ag合金金属反射层8；
如图6所示，形成P电极欧姆接触金属层9于Al/Ag合金金属反射层8上，P电极欧姆接触金属层9的材料选用Ti/Au合金；形成N电极欧姆接触金属层10于N-GaN层3上，N电极欧姆接触金属层10的材料选用Ni/Au合金，至此完成GaN基LED基片的制作；
如图7所示，取一Si散热基板11，并在Si散热基板11上制作出共晶焊的Ni/Au合金金属导电层12及Au金丝球焊点13；
如图8所示，采用共晶键合技术，将上述形成的GaN基LED基片焊接到Si散热基板11上，将蓝宝石基板1减薄、抛光并切割成独立的LED芯粒，至此完成本发明的制备工艺。
依上述工艺制备的氮化镓基倒装LED芯片，如图8所示，一蓝宝石基板1；缓冲层2、N-GaN层3、多量子阱层4和P-GaN层5依次层叠形成于蓝宝石基板上1；ITO透明导电层6形成于P-GaN层5上；分布布拉格反射层7覆盖于外延层和ITO透明导电层6的倾斜侧面上，其中分布布拉格反射层7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8形成于分布布拉格反射层7上；Ti/Au合金制成的P电极欧姆接触金属层9形成于Al/Ag合金金属反射层8上；由Ni/Au合金制成的N电极欧姆接触金属层10形成于暴露的N-GaN层3上；P电极欧姆接触金属层9和N电极欧姆接触金属层10通过Ni/Au合金金属导电层12及Au金丝球焊点13与Si散热基板11粘合。
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属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。

Claims (11)

1.侧面具有双反射层的氮化镓基倒装发光二极管，包括：
一蓝宝石基板；
缓冲层、N-GaN层、多量子阱层和P-GaN层依次层叠形成于蓝宝石基板上；
透明导电层形成于P-GaN层上；
分布布拉格反射层覆盖于外延层和透明导电层的侧面；
Al/Ag合金金属反射层形成于分布布拉格反射层上；
Ti/Au合金制成的P电极欧姆接触金属层形成于Al/Ag合金金属反射层上；
由Ni/Au合金制成的N电极欧姆接触金属层形成于暴露的N-GaN层上；
P电极欧姆接触金属层和N电极欧姆接触金属层通过Ni/Au合金金属导电层及Au金丝球焊点与Si散热基板粘合。
2.侧面具有双反射层的氮化镓基倒装发光二极管的制备方法，其工艺步骤是：
1)在一蓝宝石基板上依次生长缓冲层、外延层，其中外延层包括N-GaN层、多量子阱层和P-GaN层；
2)在P-GaN层上形成一透明导电层；
3)通过光罩、蚀刻，将透明导电层所在的部分台面蚀刻至暴露出N-GaN层；
4)通过切割，使外延层和透明导电层的侧面成倾斜状；
5)在上述外延层和透明导电层的侧面形成与其覆盖分布布拉格反射层，分布布拉格反射层由交替的高折射率层和低折射层层叠构成；
6)在分布布拉格反射层上形成金属反射层；
7)在透明导电层上形成P电极欧姆接触金属层；
8)在上述暴露出的N-GaN层上形成N电极欧姆接触金属层；至此完成GaN基LED基片的制作；
9)提供一散热基板，并在其上制作出共晶焊的金属导电层及金丝球焊点；
10)将前述的GaN基LED基片焊接到散热基板上；
11)将蓝宝石基板减薄、抛光并切割成独立的LED芯粒。
3.如权利要求2所述的侧面具有双反射层的氮化镓基倒装发光二极管的制备方法，其特征在于：透明导电层选自ITO、ZnO、In掺杂ZnO、Al掺杂ZnO、Ga掺杂ZnO或前述的任意组合之一。
4.如权利要求2所述的侧面具有双反射层的氮化镓基倒装发光二极管的制备方法，其特征在于：N电极欧姆接触金属层材料选自Ni/Au、Cr/Pt/Au、Ti/Al/Ti/Au或前述的任意组合之一。
5.如权利要求2所述的侧面具有双反射层的氮化镓基倒装发光二极管的制备方法，其特征在于：P电极欧姆接触金属层材料选自Ti/Au、Pt/Au、Ti/Al/Ti/Au或前述的任意组合之一。
6.如权利要求2所述的侧面具有双反射层的氮化镓基倒装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所述的侧面具有双反射层的氮化镓基倒装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2所述的侧面具有双反射层的氮化镓基倒装发光二极管的制备方法，其特征是：金属反射层材料选自Al、Ag或前述的任意组合之一。
9.如权利要求2所述的侧面具有双反射层的氮化镓基倒装发光二极管的制备方法，其特征是：金属导电层材料选自Al、Au、Ni或前述的任意组合之一。
10.如权利要求2所述的侧面具有双反射层的氮化镓基倒装发光二极管的制备方法，其特征在于：金丝球焊点材料为Au或Au的合金。
11.如权利要求2所述的侧面具有双反射层的氮化镓基倒装发光二极管的制备方法，其特征在于：GaN基LED基片与散热基板焊接方式采用共晶键合或熔融键合。
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