CN102610728A - 具有背镀反射层的发光二极管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有背镀反射层的发光二极管及其制作方法。具有背镀反射层的发光二极管，包括：透明衬底；半导体叠层，形成于该透明衬底的一第一表面，该半导体叠层包含一第一导电性半导体层、一第二导电性半导体层以及一发光层介于前述两者之间；背镀反射层形成于相对于所述第一表面的所述透明衬底的一第二表面，自该第二表面起，该背镀银反射层依次包含一黏附层和一金属反射层，并且所述黏附层材质为氮化镓基材料，以及所述金属反射层的首层材料为银。通过在蓝宝石衬底与反射层之间插入一氮化镓基材料层，以解决两者之间黏附不佳的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管及其制作方法，更为具体地，涉及一种具有背镀银反射层的发光二极管及其制作方法。
背景技术
近年来，以氮化镓基宽带隙半导体材料为代表的半导体照明技术得到飞速发展。氮化镓基发光二极管器件已经广泛应用在显示、指示、背光源和照明等多种领域。当前，主流的氮化镓基发光二极管芯片按结构可以分为正装、倒装和垂直三种类型，其中以绝缘蓝宝石为衬底的正装结构最为普遍，被业界所广泛采用。对于正装结构LED，为了减少封装环节中基板反射率不佳引起的取光效率降低，通常在减薄后的蓝宝石衬底背面镀上一高反射金属层以减少光损失。银在蓝绿光波段具有极高的反射率，是理想的反射层材料，但银与蓝宝石的黏附很差，不能直接用作背镀反射层。现有的做法是在银与蓝宝石之间加一薄层金属作为黏附层，诸如Cr、Ni等，其厚度一般控制在几个埃左右，以免造成反射率大幅降低。如附图1为一典型的采用现有背镀层技术的发光二极管结构示意图，其包括一蓝宝石衬底100、一n型氮化镓基外延层101、一发光层102、一p型氮化镓基外延层103、一薄铬层（厚度10埃）110和一银反射层120。薄铬层110的存在，使得银反射层120能够用于蓝宝石衬底100的背镀反射层，而且由于其厚度只有几个原子层，不会造成反射率明显降低。采用薄层金属层虽然可以解决银与蓝宝石的黏附差的问题，但其整体的反射率还是不如较纯银反射层，而且在生产制作上存在不易控制，重复性不佳等缺点。
因此，需要提供一全新的背镀反射层方案，以解决上述现有技术的局限。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种具有背镀银反射层的发光二极管及其制作方法，通过在蓝宝石衬底与反射层之间插入一氮化镓基材料层，以解决两者之间黏附不佳的问题。因氮化镓基材料层与银层在退火后可以形成紧密粘合，同时氮化镓基材料对于蓝、绿光波段是完全透明的，所以采用氮化镓基材料层作为黏附层相比于薄金属层可以提高背镀反射层的整体反射率。
根据实现上述目的的一种具有背镀反射层的发光二极管，其结构包括：
一透明衬底；
一半导体叠层，形成于该透明衬底的一第一表面，该半导体叠层包含一第一导电性半导体层、一第二导电性半导体层以及一发光层介于前述两者之间；
一背镀反射层形成于相对于所述第一表面的所述透明衬底的一第二表面，自该第二表面起，该背镀银反射层依次包含一黏附层和一金属反射层，并且所述黏附层材质为氮化镓基材料，以及所述金属反射层的首层材料为银。
根据实现上述目的的一种具有背镀反射层的发光二极管的制作方法，包括步骤：
提供一透明衬底；
在该透明衬底的第一表面外延生长半导体叠层，该半导体叠层包含一第一导电性半导体层、一第二导电性半导体层以及一发光层介于前述两者之间；
从相对于第一表面的该透明衬底的第二表面减薄并研磨该透明衬底；
在研磨后的透明衬底的第二表面外延生长一氮化镓基材料层作为黏附层；
在氮化镓基材料层上镀一金属反射层，其中首层材料为银；
退火以使得银与氮化镓基材料层形成紧密黏合。
本发明中，透明衬底的材质主要是蓝宝石；半导体叠层的材料为氮化镓基材料；黏附层的形成方式可以采用外延生长，包括金属有机化学气相沉积（MOCVD）、分子束外延（MBE）和氢化物气相外延（HVPE）等；综合透光率和黏附性考虑，氮化镓（GaN）是较为理想的黏附层材料；黏附层的厚度不宜太厚，500埃以内即可；在制作方法中，针对背镀反射层的退火可以在包含氮气和氧气的氛围中进行，并且退火的温度介于300℃~800℃之间为宜。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
虽然在下文中将结合一些示例性实施及使用方法来描述本发明，但本领域技术人员应当理解，并不旨在将本发明限制于这些实施例。反之，旨在覆盖包含在所附的权利要求书所定义的本发明的精神与范围内的所有替代品、修正及等效物。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1是现有技术的具有背镀反射层发光二极管芯片结构示意图。
图2是本发明实施例的具有背镀反射层的发光二极管芯片结构示意图。
图中部件符号说明：
100：蓝宝石衬底
101：n型氮化镓基外延层
102：发光层
103：p型氮化镓基外延层
110：薄铬层
120：银反射层
200：蓝宝石衬底
201：缓冲层
202：n-GaN层
203：多量子阱层
204：p-GaN层
210：ITO透明导电层
211：P电极
212：N电极
220：GaN黏附层
230：银反射镜。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
如附图2所示的一种具有背镀反射层的氮化镓基发光二极管芯片结构，包括蓝宝石衬底200、缓冲层201、n-GaN层202、多量子阱有源层203、p-GaN层204、ITO透明导电层210、P电极211、N电极212、GaN黏附层220、银反射镜230。
其中，蓝宝石衬底200具有两个主表面，正表面和背表面；缓冲层201形成于蓝宝石衬底200的正表面之上；n-GaN层202形成于缓冲层201之上；多量子阱有源层203形成于n-GaN层202之上；p-GaN层204形成于多量子阱有源层203之上；ITO层210形成于p-GaN层204之上；P电极211形成于ITO层210之上；N电极212形成于n-GaN层202之上；GaN黏附层220形成于蓝宝石衬底200的背表面，其厚度为200埃；银反射镜230形成于GaN黏附层220之上，其材料为Ag/Ti/Pt/Au，首层材料为Ag。
上述结构的具有背镀反射层的氮化镓基发光二极管，其制作方法包括步骤：
第一步：在蓝宝石衬底200的正表面上外延生长氮化镓基外延层，包括；缓冲层201、n-GaN层202、多量子阱有源层203和p-GaN层204；
第二步：制作电极，包括部分地蚀刻氮化镓基外延层以暴露出n-GaN层202，以及在p-GaN层204上制作ITO透明导电层210，在ITO层210之上制作P电极211和在n-GaN层202制作N电极212；
第三步：研磨蓝宝石衬底200的背表面，以达到减薄和抛光效果；
第四步：在研磨后的蓝宝石透明衬底200的背表面采用HVPE外延生长一厚度为200埃的GaN层220；
第五步：在GaN层220上镀银反射镜230，材料为Ag/Ti/Pt/Au，首层材料为Ag；
第六步：在氮气和氧气混合气体氛围中，温度480℃中进行快速热退火，以使得银反射镜层230中的银与GaN层220相互扩散并形成紧密黏合。
采用上述制作方法制作而成的发光二极管具有“蓝宝石/氮化镓/银”的背镀反射层结构，该结构相比于“蓝宝石/薄金属/银”结构具有更高的反射率，因此在提高发光二极管的取光效率上更为优越。
Claims (10)
1.具有背镀反射层的发光二极管，包括：
一透明衬底；
一半导体叠层，形成于该透明衬底的一第一表面，该半导体叠层包含一第一导电性半导体层、一第二导电性半导体层以及一发光层介于前述两者之间；
一背镀反射层形成于相对于所述第一表面的所述透明衬底的一第二表面，自该第二表面起，该背镀银反射层依次包含一黏附层和一金属反射层，并且所述黏附层材质为氮化镓基材料，以及所述金属反射层的首层材料为银。
2.根据权利要求1所述的具有背镀银反射层的发光二极管，其透明衬底为蓝宝石。
3.根据权利要求1所述的具有背镀银反射层的发光二极管，其半导体叠层为氮化镓基材料。
4.根据权利要求1所述的具有背镀银反射层的发光二极管，其黏附层材料为氮化镓。
5.根据权利要求1所述的具有背镀银反射层的发光二极管，其黏附层厚度小于500埃。
6.具有背镀反射层的发光二极管的制作方法，包括步骤
提供一透明衬底；
在该透明衬底的第一表面外延生长半导体叠层，该半导体叠层包含一第一导电性半导体层、一第二导电性半导体层以及一发光层介于前述两者之间；
从相对于第一表面的该透明衬底的第二表面减薄并研磨该透明衬底；
在研磨后的透明衬底的第二表面外延生长一氮化镓基材料层作为黏附层；
在氮化镓基材料层上镀一金属反射层，其中首层材料为银；
退火以使得银与氮化镓基材料层形成紧密粘合。
7.根据权利要求6所述的具有背镀银反射层的发光二极管的制作方法，其透明衬底为蓝宝石。
8.根据权利要求6所述的具有背镀银反射层的发光二极管的制作方法，其半导体叠层为氮化镓基材料。
9.根据权利要求6所述的具有背镀银反射层的发光二极管的制作方法，其退火的氛围包含氮气和氧气。
10.根据权利要求6所述的具有背镀银反射层的发光二极管的制作方法，其退火的温度介于300℃~800℃之间。
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Effective date of registration: 20231102 Address after: Yuanqian village, Shijing Town, Nan'an City, Quanzhou City, Fujian Province Patentee after: QUANZHOU SAN'AN SEMICONDUCTOR TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 361009 no.1721-1725, Luling Road, Siming District, Xiamen City, Fujian Province Patentee before: XIAMEN SANAN OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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