CN107039565A - 一种侧壁和底部具有金属反射层的led芯片结构及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种侧壁和底部具有金属反射层的LED芯片结构及其制作方法,其中制作方法包括:在衬底上沉积二氧化硅薄膜,利用光刻技术制备二氧化硅掩膜,在二氧化硅掩膜层上沉积金属反射层,接着依次生长缓冲层、N型半导体、有源层、P型半导体、绝缘层、金属反射层以及钝化层。采用光刻技术对外延片进行刻蚀至P型半导体层,制备透明导电层,接着采用光刻技术对外延片进一步刻蚀至N型半导体层,分别在N型半导体层和透明导电层上制备N型和P型电极。本发明兼顾目前的工艺生产流程,在常用LED器件结构中引入金属反射层,能够将常规LED不能利用的光线经多次反射后被利用,减小光线在衬底表面发生全反射的几率,进而提升LED芯片的发光效率。

Description

一种侧壁和底部具有金属反射层的LED芯片结构及其制作 方法
技术领域:
本发明属于发光器件制造领域,具体涉及一种侧壁和底部具有金属反射层的LED芯片结构及其制作方法。
背景技术:
半导体发光二极管相对传统照明光源而言,具有体积小、响应快、使用寿命长、节能环保等优点,在室内外照明、大屏显示、背光、交通信号灯、汽车灯等各个领域都具有广泛的应用。
LED的电光效率取决于电流注入效率、内量子效率和光提取率的乘积。目前,一般较好的芯片的电流注入效率可达90%甚至更高,内量子效率也能达到70%左右,但由于GaN材料较高的折射率,使得大部分光子由于全反射的原因被束缚在芯片内部直至被材料吸收,无法有效地利用,导致LED的光提取率较低。从而影响LED电光效率的进一步提升。
因此,如何提升LED芯片的发光效率,一直是本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。
发明内容:
本发明的目的是提供一种侧壁和底部具有金属反射层的LED芯片结构及其制作方法,在现有的工艺基础上就能实现该结构LED芯片的制备,并且能大幅度地提高光效率。
为解决上述问题,本发明提供了一种侧壁和底部具有金属反射层的LED芯片结构制作流程和方法,包括如下步骤:
提供衬底,可选的,蓝宝石材料衬底;
在所述衬底的正面沉积SiO2薄膜,并刻蚀形成凹槽结构;
在所述的凹形槽结构上依次沉积金属薄膜、缓冲层、N型半导体,有源层,P型半导体。优选的,所述金属薄膜为钛薄膜;
通过刻蚀的方法将上述外延片的金字塔结构刻蚀为柱状结构;
在上述柱状结构表面沉积一层金属氧化物绝缘层和钝化层,优选的,所述金属氧化物为Al2O3,钝化层为SiO2
将P型半导体表面的钝化层和金属氧化物绝缘层刻蚀除去,使得P型半导体裸露出来;
在P型半导体表面制备透明导电层,制备P型电极;
刻蚀除去边缘透明导电层、钝化层、缓冲层,在金属薄膜上制备N型电极。
附图说明
图1至图11是本发明LED芯片结构的制作方法一实施例中各个步骤的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种侧壁和底部具有金属反射层的LED芯片结构及其制作方法进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书,本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
首先请参考图1,提供衬底100,优选的,所述衬底材料为蓝宝石(Al2O3)衬底,但是本发明对所述衬底的材料并不进行限定,其材料也可以是硅片、尖晶石、碳化硅、砷化镓、氮化镓等其它衬底。
在所述衬底材料上沉积一定厚度的SiO2层101,参考的薄膜厚度约为100~200nm。
在这之后,可以采用CF4和O2刻蚀气体,标准光刻工艺和反应离子刻蚀制备图形化SiO2掩膜102,图2为掩膜102的剖面示意图,本发明对形成的图案不作限定。需要说明的是,本实例采用的刻蚀方法和工艺只是本发明的一个实例,本发明对制备所述SiO2掩膜102的方法不作限定。
请参考图3,在所述掩膜102上沉积金属反射膜,优选的,采用银薄膜103。但是本发明对所述的金属薄膜的材料不进行限定,但要具有良好的导电性,便于制备电极。需要说明的是,本发明对金属薄膜的数量和层数也不作限定,也可以为钛薄膜和银薄膜的堆叠结构。
在这之后,请参考图4,在所述的金属薄膜103上沉积缓冲层、N型半导体、有源层、P型半导体。具体的,在实施例中,所述的缓冲层为未掺杂的GaN层104,所述的N型半导体为N型GaN层105,所述有源层为InGaN层和GaN层交替堆叠形成的多量子阱层(MQWs)106,所述P型半导体层为P型GaN层107。本实例中LED的发光波长可以通过调节多量子阱层106的In组分来实现。
请参考图5,刻蚀P型GaN层107、InGaN/GaN多量子阱层106、N型GaN层105形成柱状结构。
继续参考图6,在裸露的柱状结构表面沉积绝缘层以及金属反射层,优选的,所选的绝缘层为Al2O3108,金属反射层为Ag109。
在这之后,在金属反射层109表面沉积钝化层。请参考图7,优选的,钝化层所选材料为SiO2110。
请继续参考图8,刻蚀至P型半导体上表面,在所述的P型半导体表面形成透明导电层111,如图9所示。
接着参考图10,刻蚀钝化层110、金属反射层109、钝化层108、缓冲层104至金属反射层103表面。最后参考图11,在金属导电层103上制备N型电极112,在透明导电层111上制备P型电极113。本发明对电极所选的材料不作任何限定,电极112和113可以是镍、铬、铝、钦、铂、金、锡等金属材料中的一种或者多种。
此外,需要说明的是,虽然本发明披露如上,但本发明并非限定于此。本发明的LED芯片结构可以但不限于采用上述的制作方法得到。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种改动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种侧壁和底部具有金属反射层的LED芯片结构及其制作方法,包括:
提供衬底,在衬底正面沉积SiO2层;
利用光刻等技术制备SiO2掩膜;
在所述的SiO2掩膜上依次沉积金属反射层、缓冲层、N型半导体、有源层、P型半导体、绝缘层、金属反射层、钝化层;
刻蚀所述的钝化层、金属反射层和绝缘层,形成与P型半导体层电连接的透明导电层和P型电极;
刻蚀所述的钝化层、金属反射层、绝缘层、形成与N型半导体层电连接的N型电极;
2.根据权利要求1所述的LED芯片结构及其制作方法,其特征在于:所述LED芯片的衬底选自蓝宝石、硅、氮化镓、砷化镓、氮化铝和尖晶石中的一种。
3.根据权利要求1所述的LED芯片结构及其制作方法,其特征在于:所述的SiO2薄膜上形成开口,便于沉积金属反射层和横向外延过生长GaN薄膜。
4.根据权利要求1所述的LED芯片结构及其制作方法,其特征在于:在所述的LED芯片的底部和侧壁形成一层金属反射层,优选的,所述的金属反射层为Ag薄膜。
5.根据权利要求1所述的LED芯片结构及其制作方法,其特征在于:在所述的Ag薄膜层上至下而上依次形成缓冲层、N型半导体、有源层、P型半导体层、绝缘层、金属反射层和钝化层。
6.根据权利要求1所述的LED芯片结构及其制作方法,其特征在于:对外延层进行刻蚀,刻蚀停止在所述的P型半导体层中。
7.根据权利要求1所述的LED芯片结构及其制作方法,其特征在于:在所述P型半导体层中沉积透明导电层,制备P型电极。
8.根据权利要求1所述的LED芯片结构及其制作方法,其特征在于:对外延层进行刻蚀,刻蚀停止在所述的金属反射层,制备N型电极。
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