專利名稱：低接觸電阻、低光吸收、全角高反射的led電極的制作方法
技術領域：
本發(fā)明用于光電子器件制造技術領域，具體涉及到一種發(fā)光二極管(LED)電極的結構。
背景技術：
目前藍光(460nm)發(fā)光二極管(LED)發(fā)光器件上采用的傳統(tǒng)高反電極Ni/Au/Ag(參見圖1)、透明導電氧化物膜(TCO)外鍍銀高反鏡(參見圖2)等平板式電極。Ni/Au/Ag電極由摻雜半導體層1，Ni/Au歐姆接觸層2，銀高反鏡3和保護膜4構成。這種電極具有低的比接觸電阻，其比接觸電阻率可低至10-6Ω·cm2。但缺點是金屬接觸層對光的吸收嚴重，吸光系數(shù)K均大于1，并隨其厚度和面積的增加而增加。其造成光輸出功率損失嚴重，對于460nm的藍光吸收達20％-30％，透過率一般為74％。這些吸收掉的光轉變?yōu)闊崮埽蛊骷囟壬仙?，縮短器件壽命。TCO外鍍銀高反鏡電極由保護膜4，Ag高反鏡3，TCO膜5，摻雜半導體層1構成。這種電極光吸收小(10-4-10-6量級)，但缺點是比接觸電阻比金屬電極大，驅動電壓比較高且散熱不好，有熱量積累，熱可靠性不高，不適合大功率工作的情況。傳統(tǒng)全角高反ODRs電極等方式如圖3所示，由保護膜4，Ag高反鏡3，SiO2介質膜7，歐姆接觸層6和摻雜半導體層1構成。例如在GaN表面上鍍50的RuO2層，在RuO2層鍍一層四分之一光波長厚的SiO2介質膜。在SiO2介質膜刻出微形孔，最后在帶有微形孔的SiO2上鍍上一層200nm銀高反鏡。這種電極由于半導體、接觸層和高反鏡之間形成復數(shù)反射率高低高(HLH)結構，這樣的結構光波通過干涉疊加，提高了光提取效率，在0°-90°入射角的光平均反射率達到88％。這種電極缺點是在姆接觸層和其上鍍的一層氧化物膜7面積大，散熱不好，熱可靠性不高?，F(xiàn)存高反電極都不能同時具有低的比接觸電阻和低的光吸收特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是現(xiàn)有電極不能同時具有低接觸電阻和低光吸收特性的問題，獲得象金屬電極那樣的低接觸電阻又盡量減少光吸收以提高熱可靠性，即P-GaN高反電極需要解決的主要問題。
為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的低接觸電阻、低光吸收、全角高反射的LED電極結構，如附圖4、圖5所示第一層是摻雜的半導體層基底1，器件發(fā)出的光從該層到達高反電極層，光經(jīng)反射再從該層返回；第二層是位于半導體基底上的歐姆接觸層8；第三層是在歐姆接觸層上的一層銀高反鏡3；第四層是在銀高反鏡上的一層保護層4，其特征在于所述的歐姆接觸層8上帶有貫通的圓形微孔10，圓形微孔10內(nèi)鍍了透明膜9。該透明膜9通過圓形微孔與基底直接接觸相連成為一體。歐姆接觸層8是金屬或金屬組合所構成的層，也可以是金屬合金經(jīng)過退火與基底形成的歐姆層，為保證透光性好，總厚度為小于10nm。歐姆接觸層8及圓形微孔內(nèi)的透明膜都與其上覆蓋的銀高反鏡3緊密接觸。采用圓形微孔10可以減少接觸層金屬面積，從而減少對光的吸收。
本發(fā)明所述的一種低接觸電阻、低光吸收、全角度高反射的LED電極，其特征在于微孔均勻分布在P型電極歐姆接觸層上，為保證電流能夠擴展開，以防止形成暗區(qū)，微孔不能太大，圓形微孔的半徑為3～5μm，兩個相鄰圓形孔不能相連，中間是隔開的，其微孔中心間距大于或等于20μm，防止電流密度過大；電極的邊緣與離邊緣最近的微孔中心的距離大于20μm，以利于邊緣發(fā)光；所述的一種低接觸電阻、低光吸收、全角度高反射的LED電極，其特征在于透明膜9是折射率小于半導體基底8和銀高反鏡3的復折射率的氧化物膜(如SiO2膜)或透明導電氧化物膜(TCO)，如銦錫氧化物透明導電膜(ITO)、ZnO透明導電膜。導電透明膜對電流擴展有幫助，發(fā)光要比不導電的透明膜更均勻，但導電透明膜的折射率比SiO2膜要高，光提取效率不如SiO2膜。透明膜9的折射率小于半導體基底8和銀高反鏡3的復折射率，與基底和銀高反鏡3形成折射率高低高(HLH)的結構。
所述的一種低接觸電阻、低光吸收、全角度高反射的LED電極，其特征在于圓形孔內(nèi)的透明膜的光學厚度為藍光LED器件發(fā)光波長的四分之一即λ/4，透明膜與基底直接相接觸，連成為一體，呈圓柱狀。當透明膜的光學厚度為λ/4時為最佳，也可是非λ/4。
銀高反鏡覆蓋在歐姆接觸層和圓孔內(nèi)的透明膜之上，并緊密接觸，銀高反鏡的作用是充當高反鏡。銀高反鏡之上的保護膜一般采用金膜，其作用是保護銀高反鏡和加厚層。圓孔內(nèi)的柱狀透明膜會對高反鏡表面有一定的不平整，需要加厚高反鏡和保護層。但不會對整個電極有大的影響，因為這種不平整的高度差對整個電極厚度來說是很小的。
采用本發(fā)明的電極，同時滿足了低接觸電阻和低光吸收。當微孔的總面積是P型電極面積的四分之一時，可以減少吸收四分之一，如Ni/Au歐姆層吸收為20-30％，采用微孔結構則可以減少吸收5-7.5％。本發(fā)明的結構對于小角度入射到電極的光，可以提高光的提取效率，增大光的輸出功率。另外，大角度的光從半導體基底1射出后會遇到透明膜9，或從半導體基底1射出后進入接觸層8，再從接觸層8進入透明膜9，這樣的光經(jīng)過的材料的折射率都是從高到低。從8、9出射的光到達銀高反鏡3表面上時，這些光又從低折射率的材料入射到高折射率的材料。所以對于大角度的光，遇到的材料是從高折射率到低折射率再到高折射率，形成折射率高低高(HLH)的結構，有效地防止大角度的光從電極邊緣射出LED，減少了光功率損失。所以本發(fā)明的結構對0°-90°入射角的光提取效率增加了。


附圖1為傳統(tǒng)Ni/Au/Ag高反平板電極剖面圖4.保護膜，3.Ag高反鏡，2.Ni/Au歐姆接觸層，1.摻雜半導體層；附圖2為傳統(tǒng)TCO高反電極剖面圖4.保護膜，3.Ag高反鏡，5.TCO膜，1.摻雜半導體層；附圖3為傳統(tǒng)ODRs高反電極剖面圖4.保護膜，3.Ag高反鏡，7.SiO2介質，6.歐姆接觸層，1.摻雜半導體層；附圖4為本發(fā)明高反電極剖面圖4.保護層，3.Ag高反鏡，8.多孔歐姆接觸層，9.低折射率透明膜，1.摻雜半導體層；附圖5為本發(fā)明高反電極多孔歐姆接觸層俯視圖8.多孔歐姆接觸層，10.圓形微孔。
具體實施例方式
實施方案1如圖4所示，本電極由保護層Au膜4、Ag高反鏡3、多孔歐姆接觸層8、低折射率SiO2透明膜9、摻雜半導體1等構成，具體制作步驟如下1)用普通金屬有機化學汽相淀積(MOCVD)方法在sapphire上制備300μm×300μm的LED樣品，其P-GaN基底1厚為1.5μm，Mg摻雜為5×1017cm-3。
2)該樣品為用普遍化學清洗方法進行清洗HCl∶H2O為1∶1的溶液對P區(qū)GaN表面進行清洗5分鐘后，用去離子水沖洗再洗5遍。清洗后用干N2氣吹干。
3)用把樣品迅速放入到Denton Dicovery550蒸發(fā)臺反應室中，把反應室抽到10-5Pa以下的背景真空。
4)在70℃下鍍以2/s的速率鍍2.5nm的Ni和6nm的Au，用卡爾休斯(KarlSuss)光刻機，普通的光刻工藝和腐蝕工藝在Ni/Au層上做出半徑為5μm的微孔10。微孔10與P-GaN相通。相鄰微孔中心相距20μm。電極邊緣保留20μm。得到接觸層8。
5)在60℃下以5/s的速率在微孔內(nèi)鍍上一層四分之一光學波長厚的SiO2膜。
6)常規(guī)的卡爾休斯(Karl Suss)光刻機，光刻出掩膜圖形，用普通腐蝕工藝去微孔外的SiO2膜，得到透明膜9。
7)涂膠保護P電極以外的部分，在70℃下，以8/s的速率在SiO2上和Ni/Au上鍍400nm的銀高反鏡。
8)在70℃下，以10/s的速率在銀高反鏡上鍍上一層500nm的金屬金作為保護層。
9)去膠后在普遍高溫爐中500℃空氣中退火2分鐘得到本電極。
10)用傳統(tǒng)環(huán)形傳輸線法(CTLM法)測得其接觸電阻率為5.3×10-6Ω·cm2；用日立4100分光光度計測得電極在0°-90°平均反射率為93.4％。
實施方案2如圖4所示，本電極由保護層Au膜4、Ag高反鏡3、多孔歐姆接觸層8、低折射率銦錫氧化物膜9、摻雜半導體1等構成，具體制作步驟如下1)用普通金屬有機化學汽相淀積(MOCVD)方法在sapphire上制備300μm×300μm的LED樣品，其P-GaN基底厚為1.5μm，Mg摻雜為5×1017cm-3。
2)該樣品為用普遍化學清洗方法進行清洗HCl∶H2O為1∶1的溶液對P區(qū)GaN表面進行清洗5分鐘后，用去離子水沖洗再洗5遍。清洗后用干N2氣吹干。
3)用把樣品迅速放入到Denton Dicovery550蒸發(fā)臺反應室中，把反應室抽到10-5Pa以下的真空。
4)在70℃下鍍以3/s的速率鍍4nm的Ni。
5)用卡爾休斯(Karl Suss)光刻機，普通的光刻工藝和腐蝕工藝在Ni層上做出半徑為4μm的微孔。微孔與P-GaN相通。相鄰微孔中心相距20μm。電極邊緣保留25μm。
6)在60℃下以5/s的速率在微孔內(nèi)鍍上一層非四分之一光學波長厚40nm的銦錫氧化物膜(ITO膜)。常規(guī)的卡爾休斯(Karl Suss)光刻機，光刻出掩膜圖形，用普通腐蝕工藝去微孔外的ITO膜。
7)在普通高溫爐中空氣氛圍中500℃退火2分鐘。
8)涂膠保護P電極以外的部分。
9)在70℃下，以8/s的速率在ITO和Ni層鍍上400nm的銀高反鏡。
10)在75℃下，以10/s的速率在銀高反鏡上鍍上一層500nm的金屬金作為保護層。
11)去膠后在普遍高溫爐中450℃空氣中合金5分鐘得到本電極。
12)用傳統(tǒng)環(huán)形傳輸線法(CTLM法)測得其接觸電阻率為7.8×10-6Ω·cm2；用日立4100分光光度計測得電極在0°-90°平均反射率為90％。
實施方案31)用普通金屬有機化學汽相淀積(MOCVD)方法制備300μm×300μm的LED樣品，其P-GaN基底厚為1.5μm，Mg摻雜為5×1017cm-3。
2)該樣品為用普遍化學清洗方法進行清洗HCl∶H2O為1∶1的溶液對P區(qū)GaN表面進行清洗5分鐘后，用去離子水沖洗再洗5遍。清洗后用于N2氣吹干。
3)用把樣品迅速放入到Denton Dicovery550蒸發(fā)臺反應室中，把反應室抽到10-5Pa以下的真空。
4)在70℃下鍍以3/s的速率鍍2nm的Ni和2nm的Pt。
5)用卡爾休斯(Karl Suss)光刻機，普通的光刻工藝和腐蝕工藝在Ni/Pt層上做出半徑為3μm的微孔。微孔與P-GaN相通。相鄰微孔中心相距22μm。電極邊緣保留20μm。
6)在60℃下以5/s的速率在孔內(nèi)鍍上一層四分之一光學波長厚的ZnO氧化物膜。用普遍腐蝕工藝去掉孔外的ZnO。
8)在普通高溫爐中空氣氛圍中400℃退火10分鐘。
9)涂膠保護P電極以外的部分。
10)在70℃下，以8/s的速率在ZnO和Ni/Pt層鍍上400nm的銀高反鏡。
11)在75℃下，以10/s的速率在銀高反鏡上鍍上一層500nm的金屬金作為保護層。
12)去膠后在普遍高溫爐中500℃空氣中合金5分鐘得到本電極。
13)用傳統(tǒng)環(huán)形傳輸線法(CTLM法)測得其接觸電阻率為5.7×10-6Ω·cm2；用日立4100分光光度計測得電極在0°-90°平均反射率為91.3％。
權利要求
1.一種低接觸電阻、低光吸收、全角度高反射的LED電極，第一層是摻雜的半導體層基底(1)；第二層是位于半導體基底上的歐姆接觸層(8)；第三層是在歐姆接觸層上的一層銀高反鏡(3)；第四層是在銀高反鏡上的一層保護層(4)，其特征在于所述的歐姆接觸層(8)上帶有貫通的圓形微孔(10)，圓形微孔(10)內(nèi)鍍了透明膜(9)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種低接觸電阻、低光吸收、全角度高反射的LED電極，其特征在于歐姆接觸層(8)是金屬或金屬組合所構成的層，總厚度小于10nm，歐姆接觸層(8)及圓形微孔內(nèi)的透明膜(9)都與其上覆蓋的銀高反鏡(3)緊密接觸。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種低接觸電阻、低光吸收、全角度高反射的LED電極，其特征在于圓形微孔(10)均勻分布在P區(qū)歐姆接觸層上，微孔的半徑為3～5μm，兩個相鄰圓形孔中間是隔開的，其微孔中心間距大于或等于20μm，電極的邊緣與離邊緣最近的微孔中心的距離大于20μm。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種低接觸電阻、低光吸收、全角度高反射的LED電極，其特征在于透明膜(9)是氧化物膜或透明導電氧化物膜，透明膜(9)的折射率小于半導體基底(8)和銀高反鏡(3)的復折射率，與基底和銀高反鏡(3)形成折射率高低高的結構。
5.根據(jù)權利要求1或4所述的一種低接觸電阻、低光吸收、全角度高反射的LED電極，其特征在于圓形孔內(nèi)的透明膜(9)的光學厚度為器件發(fā)光波長的四分之一即λ/4，透明膜(9)與基底直接相接觸，連成為一體，呈圓柱狀。
全文摘要
本發(fā)明的低接觸電阻、低光吸收、全角高反射的LED電極屬于光電子器件制造技術領域。該電極的結構為第一層是摻雜的半導體層基底(1)；第二層是位于半導體基底上的歐姆接觸層(8)；第三層是在歐姆接觸層上的一層銀高反鏡(3)；第四層是在銀高反鏡上的一層保護層(4)，其特征在于所述的歐姆接觸層(8)上帶有貫通的圓形微孔(10)，圓形微孔(10)內(nèi)鍍了透明膜(9)。透明膜的最佳光學厚度為器件發(fā)光波長的四分之一，透明膜(9)的折射率小于半導體基底(8)和銀高反鏡(3)的復折射率，形成了折射率高低高的結構。本發(fā)明的LED電極達到了接觸電阻低、光吸收少，同時又提高了熱可靠性的效果。
文檔編號H01L33/00GK1622353SQ20041010124
公開日2005年6月1日 申請日期2004年12月17日 優(yōu)先權日2004年12月17日
發(fā)明者沈光地, 朱彥旭, 李秉臣, 郭霞, 董立閩 申請人:北京工業(yè)大學