CN103700742B - 具有高反射率电极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高反射率电极的发光二极管及其制作方法，涉及半导体器件技术领域。包括蓝宝石基板；位于蓝宝石基板上表面的N型层，所述N型层上设有凸台；位于N型层凸台上表面的发光层，位于凸台右侧的N型层上表面的N电极；位于发光层上表面的P型层，所述P型层的上表面设有圆柱形的布拉格反射层，所述布拉格反射层的上表面积小于P型层的表面积，所述布拉格反射层的外侧设有将其包裹并具有开孔的电流扩展层，在所述电流扩展层上设有P电极。所述发光二极管使用复合电极结构，可以有效地提高芯片的出光率，同时使用反射率较高的金属材料代替传统发光二极管中的电极材料大幅度降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件及其制作方法技术领域，尤其涉及一种具有高发射率电极的发光二极管及其制作方法。
背景技术
发光二极管（Light
Emitting Diode，简称LED），能将电能转化为光能。LED光源属于绿色光源，具有节能环保、寿命长、能耗低、安全系数高等优点，被广泛应用于照明和背光领域。目前，氮化镓（GaN）基LED发展迅速，但仍然存在发光效率低等问题。
蓝光LED主要由III-V族化合物半导体材料组成，GaN基蓝光LED在蓝宝石衬底上外延生长，由于P、N电极在蓝宝石的同侧，尤其是距离有源区近的P电极会因吸光而降低LED的发光效率，另外半导体材料和空气之间的折射率差较大也会导致光提取效率下降。通常情况，提高GaN基蓝光LED的方法主要有两方面：一是优化外延生长、减少外延层的位错密度，提高LED的内量子效率；二是通过优化芯片工艺来提高LED的外量子效率。
参考图2，传统的发光二极管结构中，主要包括蓝宝石基板100，由下往上为N 型层101、发光层102、P型层103、电流扩展层104、P电极105（包括金属粘附层106、金属隔离层107、金属电极层108）以及在N型层101上表面上的N电极109（与P电极的结构相同）。其中，P电极105中金属粘附层106为Cr，其在蓝光波段450-475nm的反射率只有30-40%，使得电极对光有吸收作用，造成芯片的出光率下降。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有高反射率电极的发光二极管及其制作方法，所述发光二极管使用复合电极结构，可以有效地提高芯片的出光率，同时使用反射率较高的金属材料代替传统发光二极管中的电极材料大幅度降低了生产成本。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种具有高反射率电极的发光二极管，包括蓝宝石基板；位于蓝宝石基板上表面的N型层，所述N型层上设有凸台；位于N型层凸台上表面的发光层，位于凸台右侧的N型层上表面的N电极；位于发光层上表面的P型层，其特征在于：所述P型层的上表面设有圆柱形的布拉格反射层，所述布拉格反射层的上表面积小于P型层的上表面积，所述布拉格反射层的外侧设有将其包裹并具有开孔的电流扩展层，在所述电流扩展层上设有P电极。
优选的，所述布拉格反射层从下到上依次为第一反射层、第二反射层和第三反射层。
优选的，所述第一反射层使用SiO2材料，其反射率为1.46-1.465，厚度为75nm±10nm；第二反射层使用TiO2材料，其反射率为2.1-2.2，厚度为54nm±10nm；第三反射层使用SiO2材料，其反射率为1.46-1.465，厚度为75nm±10nm。
优选的，所述布拉格反射层的直径为80-100um。
优选的，所述N电极和P电极从下到上依次为金属粘附层、金属反射层、金属隔离层以及金属电极层。
优选的，所述金属粘附层选用材料为Cr，厚度为2.5nm±0.5 nm；所述金属反射层选用材料为AlSi，厚度为300nm±30nm；所述金属隔离层选用材料为Ti，厚度为100nm±10nm；所述金属电极层选用材料为Au，厚度为1000nm±100nm。
优选的，电流扩展层的开孔直径为其开孔直径为70-90um。
一种具有高反射率电极的发光二极管的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）在蓝宝石基板上利用金属有机化合物化学气相沉淀外延层，其从下到上依次为N 型层、发光层和P 型层；
（2）在该外延层上，利用光刻、腐蚀和干蚀刻技术，从P 型层的 表面向下蚀刻出部分裸露的N 型层；
（3）在所述P 型层表面上利用溅射台溅射布拉格反射层；
（4）利用光刻、腐蚀技术，将布拉格反射层腐蚀成圆柱形，与P电极位置对应，其直径为80-100um。
（5）采用电子束蒸发、光刻、和腐蚀技术，在所述P 型层表面上形成具有开孔的ITO电流扩展层。
（6）采用光刻、电子束蒸发和金属剥离技术，在所述电流扩展层和裸露的N 型层上分别蒸发金属粘附层、金属反射层、金属隔离层以及金属电极层。
优选的，所述布拉格反射层从下到上依次为第一反射层、第二反射层和第三反射层；所述第一反射层使用SiO2材料，其反射率为1.46-1.465，厚度为75nm±10nm；第二反射层使用TiO2材料，其反射率为2.1-2.2，厚度为54nm±10nm；第三反射层使用SiO2材料，其反射率为1.46-1.465，厚度为75nm±10nm。
优选的，所述金属粘附层选用材料为Cr，厚度为1-3nm；所述金属反射层选用材料为AlSi，厚度为300-800nm；所述金属隔离层选用材料为Ti，厚度为50-100nm；所述金属电极层选用材料为Au，厚度为500-1000nm。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于： 所述发光二极管其主要包括蓝宝石基板，由下往上为N 型层、发光层、P型层、布拉格反射层，P电极下开孔的电流扩展层、P电极以及在N 型层上表面上的N电极，其中布拉格反射层、电流扩展层和P电极组合成复合电极结构。通过上述方法制备的LED电极在蓝光波段440-475nm的反射率达到95%以上，从而减小电极对光的吸收作用，有效地提高了芯片的出光率，同时使用反射率较高的金属材料代替传统发光二极管中的电极材料也可以大幅度降低生产成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明发光二极管的结构示意图；
图2是现有技术发光二极管的结构示意图；
其中：100 200、蓝宝石基板 ；101 201、N型层 ；102 202、发光层 ；103 203、P型层
；204、布拉格反射层； 205、第一反射层 ；206、第二反射层； 207、第三反射层 ；104 208、电流扩展层 ； 105 209、P电极
；106 210、金属粘附层 ；211、金属反射层 ；107 212、金属隔离层 ；108 213、金属电极层； 109 214、N电极。
具体实施方式
如图1所示，一种具有高反射率电极的发光二极管，包括蓝宝石基板200；位于蓝宝石基板200上表面的N型层201，所述N型层201上设有凸台；位于N型层201凸台上表面的发光层202，位于凸台右侧的N型层201上表面的N电极214；位于发光层202上表面的P型层203，所述P型层203的上表面设有圆柱形的布拉格反射层204，所述布拉格反射层204的直径为80-100um。所述布拉格反射层204从下到上依次为第一反射层205、第二反射层206和第三反射层207。所述第一反射层205使用SiO2材料，其反射率为1.46-1.465，厚度为75nm±10nm；第二反射层206使用TiO2材料，其反射率为2.1-2.2，厚度为54nm±10nm；第三反射层207使用SiO2材料，其反射率为1.46-1.465，厚度为75nm±10nm。
所述布拉格反射层204的上表面积小于P型层203的上表面积，所述布拉格反射层204的外侧设有将其包裹并具有开孔的电流扩展层208，电流扩展层208的开孔直径为其开孔直径为70-90um。在所述电流扩展层208上设有P电极209。所述N电极214和P电极209从下到上依次为金属粘附层210、金属反射层211、金属隔离层212以及金属电极层213。所述金属粘附层210选用材料为Cr，厚度为1-3nm；所述金属反射层211选用材料为AlSi，厚度为300-800nm；所述金属隔离层212选用材料为Ti，厚度为50-100nm；所述金属电极层213选用材料为Au，厚度为500-1000nm。
一种具有高反射率电极的发光二极管的制作方法，包括以下步骤：
（1）在蓝宝石基板200上利用金属有机化合物化学气相沉淀外延层，其从下到上依次为N 型层201、发光层202和P 型层203；
（2）在该外延层上，利用光刻、腐蚀和干蚀刻技术，从P 型层203的表面向下蚀刻出部分裸露的N 型层201；
（3）在所述P 型层203表面上利用溅射台溅射布拉格反射层204；
（4）利用光刻、腐蚀技术，将布拉格反射层204腐蚀成圆柱形，与P电极（209）位置对应，其直径为80-100um；
（5）采用电子束蒸发、光刻、和腐蚀技术，在所述P 型层203表面上形成具有开孔的ITO电流扩展层208；
（6）采用光刻、电子束蒸发和金属剥离技术，在所述电流扩展层208和裸露的N 型层201上分别蒸发金属粘附层210、金属反射层211、金属隔离层212以及金属电极层213构成复合式电极结构。
所述发光二极管其主要包括蓝宝石基板，由下往上为N 型层、发光层、P型层、布拉格反射层，P电极下开孔的电流扩展层、P电极以及在N 型层上表面上的N电极，其中布拉格反射层、电流扩展层和P电极组合成复合电极结构。通过上述方法制备的LED电极在蓝光波段440-475nm的反射率达到95%以上，从而减小电极对光的吸收作用，有效地提高了芯片的出光率，同时使用反射率较高的金属材料代替传统发光二极管中的电极材料也可以大幅度降低生产成本。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及其实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用来帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种具有高反射率电极的发光二极管，包括蓝宝石基板（200）；位于蓝宝石基板（200）上表面的N型层（201），所述N型层（201）上设有凸台；位于N型层（201）凸台上表面的发光层（202），位于凸台右侧的N型层（201）上表面的N电极（214）；位于发光层（202）上表面的P型层（203），其特征在于：所述P型层（203）的上表面设有圆柱形的布拉格反射层（204），所述布拉格反射层（204）的上表面积小于P型层（203）的上表面积，所述布拉格反射层（204）的外侧设有将其包裹并具有开孔的电流扩展层（208），在所述电流扩展层（208）上设有P电极（209）；
所述N电极（214）和P电极（209）从下到上依次为金属粘附层（210）、金属反射层（211）、金属隔离层（212）以及金属电极层（213）；所述金属粘附层（210）选用材料为Cr，厚度为1-3nm；所述金属反射层（211）选用材料为AlSi，厚度为300-800nm；所述金属隔离层（212）选用材料为Ti，厚度为50-100nm；所述金属电极层（213）选用材料为Au，厚度为500-1000nm。
2.根据权利要求1所述的具有高反射率电极的发光二极管，其特征在于：所述布拉格反射层（204）从下到上依次为第一反射层（205）、第二反射层（206）和第三反射层（207）。
3.根据权利要求1所述的具有高反射率电极的发光二极管，其特征在于：所述布拉格反射层（204）的直径为80-100um。
4.根据权利要求1所述的具有高反射率电极的发光二极管，其特征在于：电流扩展层（208）的开孔直径为70-90um。
5.一种具有高反射率电极的发光二极管的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）在蓝宝石基板（200）上利用金属有机化合物化学气相沉淀外延层，其从下到上依次为N 型层（201）、发光层（202）和P 型层（203）；
（2）在该外延层上，利用光刻、腐蚀和干蚀刻技术，从P 型层（203）的 表面向下蚀刻出部分裸露的N 型层（201）；
（3）在所述P 型层（203）表面上利用溅射台溅射布拉格反射层（204）；
（4）利用光刻、腐蚀技术，将布拉格反射层（204）腐蚀成圆柱形，与P电极（209）位置对应，其直径为80-100um；
（5）采用电子束蒸发、光刻、和腐蚀技术，在所述P 型层（203）表面上形成具有开孔的ITO电流扩展层（208）；
（6）采用光刻、电子束蒸发和金属剥离技术，在所述电流扩展层（208）和裸露的N 型层（201）上分别蒸发金属粘附层（210）、金属反射层（211）、金属隔离层（212）以及金属电极层（213）；
所述金属粘附层（210）选用材料为Cr，厚度为1-3nm；所述金属反射层（211）选用材料为AlSi，厚度为300-800nm；所述金属隔离层（212）选用材料为Ti，厚度为50-100nm；所述金属电极层（213）选用材料为Au，厚度为500-1000nm。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |