[發(fā)明專利]一種發(fā)光二極管芯片及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910199405.1
• 申請(qǐng)日: 2009-11-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102082216A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張楠;朱廣敏;潘堯波;郝茂盛;齊勝利;陳志忠;張國(guó)義
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海藍(lán)光科技有限公司;彩虹集團(tuán)公司;北京大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L33/10
• 分類號(hào): H01L33/10
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所 31219
• 代理人: 余明偉;尹麗云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及發(fā)光二極管芯片及其制造方法，尤其是指在芯片背面鍍有反射鏡，可提高芯片出光效率的發(fā)光二極管芯片及其制造方法。

背景技術(shù)

發(fā)光二極管具有體積小、效率高和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在交通指示、戶外全色顯示等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。尤其是利用大功率發(fā)光二極管可能實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體固態(tài)照明，引起人類照明史的革命，從而逐漸成為目前電子學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

通常發(fā)光二極管的芯片為在藍(lán)寶石等襯底上依次層疊了n型半導(dǎo)體層、有源層、p型半導(dǎo)體層的構(gòu)造。另外，在p型半導(dǎo)體層上配置有p電極，在n型半導(dǎo)體層上配置有n電極，如圖1所示。

為了獲得高亮度的LED，關(guān)鍵需要提高器件的內(nèi)量子效率和外量子效率，而芯片光提取效率是限制器件外量子效率的主要因素，主要原因是外延材料、襯底材料以及空氣之間的折射率差別較大，導(dǎo)致有源區(qū)產(chǎn)生的光在不同折射率材料界面發(fā)生全反射而不能導(dǎo)出芯片。現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)提出了幾種提高芯片光提取效率的方法，包括：1)采用諸如倒金字塔等的結(jié)構(gòu)改變芯片的幾何外形，減少光在芯片內(nèi)部的傳播路程，降低光的吸收損耗；2)采用諸如諧振腔或光子晶體等結(jié)構(gòu)控制和改變自發(fā)輻射；3)采用表面粗化方法，使光在粗化的半導(dǎo)體和空氣界面發(fā)生漫射，增加其投射的機(jī)會(huì)；4)利用倒轉(zhuǎn)焊技術(shù)等技術(shù)手段。其中，現(xiàn)有粗化技術(shù)大多是僅針對(duì)N型半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體表面或邊側(cè)，以及通過(guò)背面蒸鍍金屬反射鏡層來(lái)提高發(fā)光效率。

由單純的金屬組成的反射鏡對(duì)亮度的提升很有限，有研究采用了由SiO₂薄膜層及金屬膜層構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)金屬反射鏡，這種雙層金屬反射鏡在一定程度上使LED的出光率得到了提升。然而，在制備這種反射鏡時(shí)，直接在SiO₂上鍍金屬層，往往會(huì)遇到金屬層容易脫落的問(wèn)題，并且在金屬層后序的打線工藝中由于加熱容易產(chǎn)生金屬團(tuán)簇的現(xiàn)象，這些問(wèn)題使反射鏡反射效率大大降低。

因此，如何突破現(xiàn)有技術(shù)提高出光率實(shí)已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種發(fā)光二極管芯片及其制造方法，提高芯片的出光效率。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種發(fā)光二極管芯片，依次包括藍(lán)寶石襯底、半導(dǎo)體外延層，所述半導(dǎo)體外延層至少包括n型半導(dǎo)體層、位于n型半導(dǎo)體層上的有源層、以及位于有源層上的p型半導(dǎo)體層，在所述n型半導(dǎo)體層上設(shè)有n電極，在p型半導(dǎo)體層上設(shè)有透明導(dǎo)電層和p電極，其特征在于：在襯底背面制備有復(fù)合結(jié)構(gòu)的反射鏡，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)的反射鏡自襯底向下依次為電介質(zhì)層、Al膜層及第二金屬層，所述電介質(zhì)層的折射率為1.1-1.6。

進(jìn)一步地，所述電介質(zhì)層厚度為所述Al膜層厚度為所述第二金屬層厚度為

進(jìn)一步地，所述電介質(zhì)層為SiO₂層或ITO(銦錫氧化物)層。

較佳的，所述SiO₂層厚度為所述Al膜層厚度為

進(jìn)一步地，所述第二金屬層為Ag膜層。

較佳的，所述Ag膜層厚度為

較佳的，所述Ag膜層和Al膜層的厚度比大于45

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，在所述復(fù)合結(jié)構(gòu)的反射鏡表面還包括一層保護(hù)層，所述保護(hù)層為SiO₂、Ti、Cr或Au膜層中的一種。

本發(fā)明還提供一種發(fā)光二極管芯片的制造方法，包括以下步驟：

步驟A、在藍(lán)寶石襯底一表面上制備半導(dǎo)體外延層，該層至少包括n型半導(dǎo)體層、位于n型半導(dǎo)體層上的有源層、以及位于有源層上的p型半導(dǎo)體層；并制作處于所述n型半導(dǎo)體層表面的n電極及處于所述p型半導(dǎo)體層表面的透明導(dǎo)電層和p電極；

步驟B、在所述藍(lán)寶石襯底經(jīng)研磨拋光后在藍(lán)寶石的另一表面制備有復(fù)合結(jié)構(gòu)的反射鏡，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)的反射鏡自襯底向下依次為電介質(zhì)層、Al膜層及第二金屬層，其中，所述反射鏡的制造方法為：采用涂敷、電子束蒸鍍或PECVD(等離子體化學(xué)氣相沉積法)工藝在所述藍(lán)寶石襯底的另一表面制備一層厚度為的電介質(zhì)層，再采用電子束蒸鍍方式或?yàn)R射方式在所述電介質(zhì)層表面制備一層厚度為的Al膜層，最后在所述Al膜層表面制備一層厚度為的第二金屬層。

進(jìn)一步地，所述第二金屬層為Ag膜層。

較佳的，所述Ag膜層厚度為

進(jìn)一步地，所述電介質(zhì)層為SiO₂層或ITO層。

較佳的，所述SiO₂層厚度為所述Al膜層厚度為

較佳的，在制備所述Ag膜層和Al膜層時(shí)，使它們的厚度比大于45。