CN102856459B - 发光二极管反射电极的钝化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一发光二极管反射电极的钝化保护方法，包括步骤：在一基板上形成发光外延层，其至下而上包括第一半导体层、发光层和第二半导体层；在所述发光外延层上形成反射金属电极结构，包括金属反射层、金属隔离层和金属电极层；采用化学溶液对所述金属反射层的四周侧壁进行金属钝化，完成金属电极结构的钝化保护。

Description

发光二极管反射电极的钝化方法
技术领域
本发明涉及一种反射电极的制作方法，更具体地是发光二极管反射电极的钝化方法。
背景技术
发光二极管（英文为Light Emitting Diode，简称LED）是半导体二极管的一种，它能将电能转化为光能，发出黄、绿、蓝等各种颜色的可见光及红外和紫外不可见光。与小白炽灯泡及氖灯相比，它具有工作电压和电流低、可靠性高、寿命长且可方便调节发光亮度等优点。自20世纪90年代氮化镓（GaN）基LED开发成功以来，随着研究的不断进展，其发光亮度也不断提高，应用领域也越来越广。
目前，适合商用的蓝绿光LED都是基于GaN的III-V族化合物半导体材料。由于GaN基LED外延片的P-GaN层空穴浓度小，且P-GaN厚度较薄，绝大部分发光时从P-GaN透出。而P-GaN不可避免地对光有吸收作用，导致LED芯片外量子效率不高，大大降低了LED的发光效率。为此，改善LED发光效率的研究较为活跃，主要技术有采用图形衬底技术、分布电流阻挡层、分布布拉格反射层（英文为Distributed Bragg Reflector，简称DBR）结构、透明衬底、表面粗化、光子晶体技术等。
参见图1，在常规正装发光二极管结构中，包括衬底100，由下往上堆叠的N型层101、发光层102、P型层103、电流扩展层104、P电极105（包括第一金属隔离层107、第二金属隔离层108和金属表面层109）以及设置在N型层101裸露表面上的N电极106（包括第一金属隔离层110、第一金属隔离层111和金属表面层112）。由于P电极105中的第一金属隔离层一般选用Cr在蓝光波段440~475nm的反射率低，只有35%左右的反射率，所以电极对光有吸收作用，使得发光层发出的部分光线未能发射出来，造成光损失，影响芯片的发光效率，目前已有相关技术通过在金属电极下方加入金属反射膜（Al或Ag高反金属），由于Al或Ag在蓝光波段440~475nm的反射率比Cr高，达到80%以上的反射率，这样使得光线被反射重新进入芯片内部，然后通过一次或多次折射发射出芯片表面，从而增加发光效率，其中通过增设金属银或铝反射膜的形成的具有反射电极的发光二极管（参见图2），包括衬底200，由下往上堆叠的N型层201、发光层202、P型层203、电流扩展层204、P电极205（包括金属反射层207、第一金属隔离层208、第二金属隔离层209和金属表面层210）以及设置在N型层201裸露表面上的N电极206（包括金属反射层211、第一金属隔离层212、第二金属隔离层213和金属表面层214）。这种结构的发光二极管往往会在封装老化中出现光衰异常等问题，尤其是在高温高湿的环境下，Al或Ag等金属反射层不稳定，更容易与环境中的Cl、O等元素反应而被氧化，造成光效下降，电极鼓泡、起皮甚至导致掉电极，从而导致发光二极管失效。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出发光二极管反射电极的钝化保护方法。
本发明解决上述问题的技术方案为：发光二极管反射电极的钝化保护方法，包括步骤：
在一基板上形成发光外延层，其至下而上包括第一半导体层、发光层和第二半导体层；
在所述发光外延层上形成反射金属电极结构，包括金属反射层、金属隔离层和金属电极层；
采用化学溶液对所述金属反射层的四周侧壁进行金属钝化，完成金属电极结构的钝化保护。
在本发明中，优选地，所述化学溶液为浓硫酸、浓盐酸中的至少一种溶液。
优选地，还可以在形成发光外延层后，在所述发光外延层上形成透明导电层。
优选地，还可以在形成发光外延层后，在所述发光外延层上形成电流阻挡层。
优选地，所述金属反射层为Al、Ag中的至少一种金属，其厚度为5~100nm。
优选地，所述金属隔离层为Cr、Pt、W中的至少一种金属，其厚度为5~200nm。
优选地，所述金属电极层为Au，其厚度为50~3000nm。
优选地，所述金属隔离层为多层结构。
本发明的有益效果：采用化学溶液对所述金属反射层的四周侧壁进行金属钝化，形成钝化膜，便可以将金属反射层完全保护住，使其不与外界接触，提高发光二极管的可靠性，同时又能保证金属电极的附著力。进一步地，由于化学溶液不与金属隔离层、金属电极层、发光外延层发生化学反应，所以在做金属钝化之前，不需要特别的保护处理，只要将晶片浸入化学溶液即可，有效地简化了工艺流程，节省制作成本。
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。
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为常规正装的氮化镓基LED芯片的结构示意图。
图2为改进正装的氮化镓基LED芯片的结构示意图。
图3为根据本发明实施的发光二极管反射电极的钝化制作截面示意图。
图中各标号表示：
100，200，300：基板；
101，201，301：N型层；
102，202，302：发光层；
103，203，303：P型层；
104，204，304：电流扩展层；
105，205，305：P电极；
106，206，306：N电极；
107，110，208，212，308，312：第一金属隔离层；
108，111，209，213，309，313：第二金属隔离层；
109，112，210，214，310，314：金属电极层；
207，211，307，311：金属反射层；
315，316：钝化膜。
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，本发明中实施例及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保护范围之内。
如图3所示，前述具有包裹式电极的发光二极管可通过下面步骤制备而成。
（1）在蓝宝石基板300上采用金属有机化合物化学气相沉淀（英文缩写为MOCVD）外延发光层，其至下而上依次包括N型层301、发光层302、P型层303。
（2）在所述发光外延层，采用开光罩和干蚀刻技术，从P型层303表面往下蚀刻出部分裸露的N型层301。
（3）在所述外延发光层材料P型层303表面上形成ITO透明导电层304。
（4）采用开光罩和金属剥离技术，在所述ITO透明导电层304和裸露的N型层301上分别依次形成金属反射层、第一金属隔离层、第二金属隔离层以及金属电极层，即构成反射金属电极结构；其中ITO透明导电层304上的金属反射层307选用材料为Al，厚度为50nm；第一金属隔离层308选用材料为Cr，厚度为50nm；第二金属隔离层309选用材料为Pt，厚度为50nm；金属电极层310选用材料为Au，厚度为50nm；裸露的N型层301上的反射金属电极结构各对应金属层材料和厚度与ITO透明导电层304上反射金属电极结构均相同。
（4）采用浓硫酸对所述金属反射层307和311的四周侧壁进行金属钝化，由于浓硫酸具有强氧化性，会与Al金属反射层发生钝化作用，使金属反射层表面形成致密的钝化膜315和316，起到隔绝反应物的作用，保护金属反射层膜内Al纯金属，避免与外界的环境中的Cl、O等元素反应，从而完成金属电极结构的钝化保护。

Claims (7)

1.发光二极管反射电极的钝化方法，其包括步骤：
在一基板上形成发光外延层，其至下而上包括第一半导体层、发光层和第二半导体层；
在所述发光外延层上形成反射金属电极结构，包括金属反射层、金属隔离层和金属电极层；
采用化学溶液对所述金属反射层的四周侧壁进行金属钝化，完成金属电极结构的钝化保护，其中所述化学溶液为浓硫酸、浓盐酸中的至少一种溶液；所述金属反射层为Al、Ag中的至少一种金属。
2.根据权利要求1所述的发光二极管反射电极的钝化方法，其特征在于：在形成发光外延层后，在所述发光外延层上形成透明导电层。
3.根据权利要求1所述的发光二极管反射电极的钝化方法，其特征在于：在形成发光外延层后，在所述发光外延层上形成电流阻挡层。
4.根据权利要求1所述的发光二极管反射电极的钝化方法，其特征在于：所述金属反射层厚度为5~100nm。
5.根据权利要求1所述的发光二极管反射电极的钝化方法，其特征在于：所述金属隔离层为Cr、Pt、W中的至少一种金属，其厚度为5~200nm。
6.根据权利要求1所述的发光二极管反射电极的钝化方法，其特征在于：所述金属电极层为Au，其厚度为50~3000nm。
7.根据权利要求1所述的发光二极管反射电极的钝化方法，其特征在于：所述金属隔离层为多层结构。
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