發(fā)光二極管及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管及其制作方法，其中所述發(fā)光二極管依次包括：導(dǎo)電基板、高反射鏡面層、發(fā)光外延疊層和電極，所述發(fā)光外延疊層包含第一半導(dǎo)體層、有源層和第二半導(dǎo)體層，所述高反射鏡面層由透光層和金屬反射層構(gòu)成，所述透光層內(nèi)局部區(qū)域設(shè)有點狀散射點，所述透光層的折射率小于所述點狀散射點的折射率。本發(fā)明采用點狀散射反射鏡結(jié)構(gòu)，形成超高反射率鏡面系統(tǒng)，可使垂直方向的光散射至其他方向，避免重復(fù)反射吸光。
【專利說明】
發(fā)光二極管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及半導(dǎo)體照明領(lǐng)域，具體的說是一種具有高反射鏡面層的發(fā)光二極管及 其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近幾年，發(fā)光二極管（light emitting diode,簡稱LED)得到了廣泛的應(yīng)用，在各 種顯示系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、汽車尾燈等領(lǐng)域起著越來越重要的作用。
[0003] 現(xiàn)有發(fā)光二極管之增光工藝，通常會借由鍵合工藝在忍片外延層與吸光基板之間 制作反射鏡面，藉此避免忍片內(nèi)發(fā)光被吸光基板吸收，并將其反射至出光面提升整體亮度。 鏡面材質(zhì)通常選用對于該忍片波長具有高反射率之金屬材料，如紅光常用Au/Ag鏡，藍綠光 常用Al/Ag鏡;此外，也常見地將高反射率金屬結(jié)合Si化，形成全方位反射鏡面0DR結(jié)構(gòu)。但 在遮光電極下的光線容易被吸收，損失亮度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對前述問題，本發(fā)明提出一種具有高反射鏡面層的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)及其制作方 法，其借由點狀散射反射鏡結(jié)構(gòu)，可形成超高反射率/高熱傳導(dǎo)鏡面系統(tǒng)，使垂直方向的光 散射至其他方向，避免重復(fù)反射吸光。
[0005] 本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案為:發(fā)光二極管，依次包括:導(dǎo)電基板、高反射鏡 面層、發(fā)光外延疊層和電極，所述發(fā)光外延疊層包含第一半導(dǎo)體層、有源層和第二半導(dǎo)體 層，其特征在于:所述高反射鏡面層由透光層和金屬反射層構(gòu)成，所述透光層內(nèi)局部區(qū)域設(shè) 有點狀散射點，所述透光層的折射率小于所述點狀散射點的折射率。
[0006] 優(yōu)選地，所述高反射鏡面層占整體發(fā)光面的80%~98%面積。
[0007] 優(yōu)選地，所述點狀散射點位于所述電極相應(yīng)位置下方，可使垂直方向的光散射至 其他方向，避免重復(fù)反射吸光。
[000引優(yōu)選地，所述透光層的熱傳導(dǎo)系數(shù)為lOw/mkW上。
[0009] 優(yōu)選地，所述透光層為氣化儀層，所述點狀散射點的材料為氧化鐵，形成超高反射 率/高熱傳導(dǎo)鏡面系統(tǒng)，提升發(fā)光二極管整體效率。
[0010] 優(yōu)選地，所述點狀散射點的面積大于所述電極面積的1.05倍。
[0011] 優(yōu)選地，所述透光層由氣化儀層和氧化鐵交替堆疊而成。在一個較佳實施例中，所 述透光層的厚度為漸進式分布，舉例如下，第一氣化儀層的厚度為590nm，第二氣化儀層的 厚度為第一氣化儀層的0.25-0.6倍，W此類推；同理，第一氧化鐵層的厚度為92nm，第一氧 化鐵層的厚度為第一氧化鐵層的之0.25-0.6倍，多層膜總厚度在1微米W下為佳。
[0012] 優(yōu)選地，所述金屬反射層可W為Au、Ag、A1等，厚度大于0.2微米為宜，較佳值為 0.25微米。
[0013] 本發(fā)明同時提供了一種發(fā)光二極管的制作方法，包括步驟：1)提供一發(fā)光外延疊 層，具有相對的第一表面和第二表面，包括第一半導(dǎo)體層、有源層和第二半導(dǎo)體層;2)在所 述發(fā)光外延疊層的第一表面上制作高反射鏡面層，其由透光層和金屬反射層構(gòu)成，所述透 光層結(jié)構(gòu)中局部區(qū)域設(shè)有點狀散射點，所述透光層的折射率小于所述點狀散射點的折射 率;3)提供一導(dǎo)電基板，將其與所述高反射鏡面層粘接;4)在所述發(fā)光外延疊層的第二表面 上制作電極。
[0014] 優(yōu)選地，所述步驟3)中包括：在所述發(fā)光外延疊層的第一表面定義歐姆接觸區(qū)， 在所述歐姆接觸區(qū)上依次沉積歐姆接觸層和剝離層;在所述發(fā)光外延疊層的第一表面上沉 積第一厚度的透光層子層，其同時覆蓋所述剝離層，在所述透光層子層上形成點狀散射點， 繼續(xù)沉積第二厚度的透光層子層，從而在透光層內(nèi)形成點狀散射點;剝離所述剝離 層，露出所述歐姆接觸層;在所述透光層之上形成金屬反射層。
[0015] 在一些實施例中，在所述透光層子層上直接沉積10~100埃的散射材料，其尚未成 膜狀態(tài)，形成點狀散射點。
[0016] 在另一些實施例中，在所述透光層子層上沉積散射材料層，其厚度大于100埃，再 采用黃光工藝形成點狀散射點，其與所述發(fā)光外延疊層的第二表面上的電極位置相對應(yīng)。
[0017] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利 要求書W及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0018] 附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實 施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按 比例繪制。
[0019] 圖1為現(xiàn)有的一種垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管忍片的側(cè)面剖視圖。
[0020] 圖2為根據(jù)本發(fā)明實施的一種發(fā)光二極管忍片的側(cè)面剖視圖。
[0021] 圖3~11為根據(jù)本發(fā)明實施的一種發(fā)光二極管忍片的制作過程示意圖。
[0022] 圖12和13為根據(jù)本發(fā)明實施的發(fā)光二極管忍片的電極示意圖。
[0023] 圖14顯示了不同透光層結(jié)構(gòu)的反射率對比圖 圖中標(biāo)號： 100、200:導(dǎo)電基板； 110、110:金屬鍵合層； 120、220:反射鏡面層； 12U221:金屬反射層； 122: Si化層 222:透光層； 123、223:歐姆接觸層； 224:點狀散射點； 130、 230:發(fā)光外延疊層； 131、 231:第一半導(dǎo)體層； 132、 232:有源層； 133、 233:第二半導(dǎo)體層； 14U241:焊盤電極； 142、242:擴展電極； 201:生長襯底； 202:剝罔用金屬層。
【具體實施方式】
[0024] W下將結(jié)合附圖及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用 技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)W實施。需要說明 的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個實施例W及各實施例中的各個特征可W相互結(jié)合， 所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[00巧]圖1公開了一種具有全方位反射鏡(Omni-Direct ional Ref lector，簡稱0DR)的發(fā) 光二極管，其具體結(jié)構(gòu)包括:導(dǎo)電基板100、金屬鍵合層110、反射鏡面層120、第一半導(dǎo)體層 131、有源層132、第二半導(dǎo)體層133及電極141和142。其中，反射鏡面層120-般由Si化層 122和金屬反射層121構(gòu)成。在此L邸結(jié)構(gòu)中，由有源層向下發(fā)出的光部分經(jīng)由Si化層全反射 回去，部分光經(jīng)由高反射金屬鏡面層全反射回去，增加出光效率。然而，在頂面電極14U142 下方的光線容易被吸收，損失亮度。
[0026] 下面各實施例公開了一種發(fā)光二極管，其在反射鏡面層內(nèi)設(shè)有點狀散射點，形成 超高反射率/高熱傳導(dǎo)鏡面系統(tǒng)，使垂直方向的光散射至其他方向，避免重復(fù)反射吸光。
[0027] 參看圖3,根據(jù)本發(fā)明實施的一種發(fā)光二極管，包括：導(dǎo)電基板200、金屬鍵合層 210、反射鏡面層220、發(fā)光外延疊層230、焊盤電極241和擴展電極241。其中反射鏡面層220 包括金屬反射層221、透光層222構(gòu)成，其中透光層222的內(nèi)部局部區(qū)域設(shè)有點狀散射點224， 其在發(fā)光外延疊層230上的投影與焊盤電極241和擴展電極241對應(yīng)。
[0028] 具體的，導(dǎo)電基板200可采用Si基板，發(fā)光外延疊層230包括第一半導(dǎo)體層231、有 源層232和第二半導(dǎo)體層233，反射鏡面層220占整體發(fā)光的80%~98%面積為佳，其中金屬反 射層221采用高反射率的金屬材料，如Ag或A1等材料，透光層222采用具有低折射率、高熱傳 導(dǎo)率的介質(zhì)材料，其熱傳導(dǎo)系數(shù)在lOw/mkW上為佳，點狀散射點224的折射率大于透光層的 折射率，W使垂直方向的光散射至其他方向。在透光層222中還設(shè)有貫穿該層的歐姆接觸層 223, W導(dǎo)通發(fā)光外延疊層230。在一個較佳實施例中，透光層222采用氣化儀，其折射率η為 1.38,熱傳導(dǎo)系數(shù)14~15 W/mk，點狀散射點采用具有高折射率、高熱傳導(dǎo)率之透光材料并具 有散射效果的二氧化鐵，其折射率η為2.6,熱傳導(dǎo)系數(shù)為11~12 W/mk，從而形成超高反射 率/高熱傳導(dǎo)鏡面系統(tǒng)，提升發(fā)光二極管整體效率。
[0029] 下面結(jié)合圖3~10及制作方法，對上述發(fā)光二極管進行詳細說明，主要外延生長、審U 作高反射鏡面層、基板轉(zhuǎn)移和電極制作等步驟。
[0030] 一、外延生長 在生長襯底201上依次形成發(fā)光外延疊層230,該發(fā)光外延疊層至少包括第一半導(dǎo)體層 231、有源層232和第二半導(dǎo)體層233。生長襯底201的選取包括但不限于藍寶石、氮化侶、氮 化嫁、娃、碳化娃，其表面結(jié)構(gòu)可為平面結(jié)構(gòu)或圖案化圖結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體層231為P型半 導(dǎo)體，第二半導(dǎo)體層232可為相異電性的η型半導(dǎo)體，反之，當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體層231為η型半導(dǎo) 體，第二半導(dǎo)體層232可為相異電性的Ρ型半導(dǎo)體。有源層232可為中性、Ρ型或η型電性的半 導(dǎo)體。施W電流通過半導(dǎo)體發(fā)光疊層時，激發(fā)有源層232發(fā)光出光線。當(dāng)有源層232W氮化物 為基礎(chǔ)的材料時，會發(fā)出藍或綠光；當(dāng)W憐化侶銅嫁為基礎(chǔ)的材料時，會發(fā)出紅、澄、黃光的 班巧色系的光。在本實施例中，第一半導(dǎo)體層231為P型半導(dǎo)體、第二半導(dǎo)體層233為N型半導(dǎo) 體，有源層232采用憐化侶銅嫁系多量子阱結(jié)構(gòu)，如圖3所示。
[0031] 二、形成高反射鏡面層230 如圖4所示，在發(fā)光外延疊層230的第一表面230a上首先沉積一圖形化的歐姆接觸層 223，其材料要為AuSi、AuBe等。
[0032] 如圖5所示，接著在歐姆接觸區(qū)223的表面上沉積剝離層202,該剝離層2002可采用 活性金屬，可為Ti或化。在一些變形實施例中，為避免使用活性金屬作為剝離層容易產(chǎn)生蝕 刻不完全或金屬殘留所引起歐姆接觸不佳導(dǎo)致電壓高的問題，可使用氧化物材料作為剝離 層，如SiOx或SiNx等。
[0033] 如圖6所示，在發(fā)光外延疊層的第一表面230a及金屬層202上沉積透光層222。此過 程至少細分為Ξ個子步驟： (1) 先沉積透光層子層，其大約lOOnm厚； (2) 在第一透光層子層上形成散射材料層，其厚度為^lOOnm，并定義焊盤電極/擴展電 極下方區(qū)域及圖形，形成點狀散射點； (3) 繼續(xù)沉積透光層子層，形成完整的透光層，其內(nèi)部含有點狀射散點224。
[0034] 關(guān)于步驟(2)中的點狀散射點的形成方式，主要有兩種方式，WTi化為例進行舉例 說明： 第一種:沉積Ti化層，控制厚度為10~100埃，其尚未成膜狀態(tài)，直接在焊盤電極/擴展電 極相應(yīng)區(qū)域制作分布，如圖12所示，其中虛線區(qū)域為點狀散射點，所占面積大于電極面積的 1.05 倍。
[0035] 第二種:沉積Ti化層，控制厚度為100~1000埃，其已為成膜狀態(tài)，在焊盤電極/擴展 電極相應(yīng)區(qū)域中制作圓形的Ti化圖案，直徑為1微米W上，如圖12所示，其中虛線區(qū)域為點 狀散射點，所占面積大于電極面積的1.05倍。在另一些實施例中，也可制作方形圖案，長寬 為1微米W上，或者任意形狀(包含任意矩形/菱形/Ξ角形/多邊形等），所占區(qū)域〉電極面積 的1.05倍。
[0036] 如圖7所示，剝離金屬層202，裸露出歐姆接觸層223。
[0037] 如圖8所示，在透光層222上沉積金屬反射層221，至此完成高反射鏡面層的制作。 該金屬反射層221可W為Au、Ag、A1等，厚度為0.2微米W上，較佳值為0.25微米。
[0038] Ξ、轉(zhuǎn)移基板、制作電極 提供一導(dǎo)電基板200,并在導(dǎo)電基板200和金屬反射層的表面上形成金屬鍵合層，進行 高溫鍵合，從而將導(dǎo)電基板與發(fā)光外延疊層粘接，并移除生長襯底201，裸露出發(fā)光外延疊 層的第二表面230b，在裸露出的外延疊層表面23化上制作焊盤電極241和擴展電極242,如 圖9-11所示。
[0039] 作為上述實施例的一個變形，透光層222可為多層結(jié)構(gòu)，由氣化儀層和氧化鐵層交 替堆疊而成。在一個較佳實施例中，該透光層的厚度為漸進式分布，其中靠近外延疊層的厚 度最大，并呈遞減分布，如:第一氣化儀層的厚度為590nm，第二氣化儀層的厚度為第一氣化 儀層的0.25-0.6倍，W此類推；同理，第一氧化鐵層的厚度為92nm，第一氧化鐵層的厚度為 第一氧化鐵層的之ο. 25-0.6倍，多層膜總厚度在1微米w下為佳。
[0040] 下面分別采用不同的材料/結(jié)構(gòu)制作透光層，并對其反射率進行測試。第一種采用 單層Si化作為透光層，其厚度為200nm;第二種采用單層MgF2作為透光層，其厚度200nm;第Ξ 種采用MgF2/Ti〇2，厚度固定，取2.5周期，具體厚度參照下表1;第四種采用MgF2/Ti〇2，厚度 漸變，具體厚度參照下表2。
[0041] 表1:
圖14顯示了上述四種不同透光層結(jié)構(gòu)的反射率比對圖，從圖中可看出相對于固定厚度 多層膜或者單層氧化層之鏡面結(jié)構(gòu)，厚度漸進式結(jié)構(gòu)得最佳反射率。
[0042] 很明顯地，本發(fā)明的說明不應(yīng)理解為僅僅限制在上述實施例，而是包括利用本發(fā) 明構(gòu)思的所有可能的實施方式。
【主權(quán)項】
1. 發(fā)光二極管，依次包括:導(dǎo)電基板、高反射鏡面層、發(fā)光外延疊層和電極，所述發(fā)光外 延疊層包含第一半導(dǎo)體層、有源層和第二半導(dǎo)體層，其特征在于:所述高反射鏡面層由透光 層和金屬反射層構(gòu)成，所述透光層內(nèi)局部區(qū)域設(shè)有點狀散射點，所述透光層的折射率小于 所述點狀散射點的折射率。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述高反射鏡面層占整體發(fā)光面的 80%~98%面積。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述點狀散射點位于所述電極相應(yīng) 位置下方。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述透光層的熱傳導(dǎo)系數(shù)為10w/mk 以上。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述透光層為氟化鎂層，所述點狀 散射點的材料為氧化鈦。6. 根據(jù)權(quán)要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述點狀散射點的面積大于所述電極 面積的1.05倍。7. 根據(jù)權(quán)要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述透光層為多層結(jié)構(gòu)，由氟化鎂層 和氧化鈦層交替堆疊而成。8. 根據(jù)權(quán)要求7所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述透光層的厚度為漸進式分布，鄰 近發(fā)光外延疊層的厚度最大，并呈遞減變化。9. 根據(jù)權(quán)要求8所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述透光層具有η層氟化鎂層，其中第 η氟化鎂層的厚度0"與第η-1氟化鎂層的厚度Dm的關(guān)系為:Dn=(0.25~0.6。10. 根據(jù)權(quán)要求8所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述透光層具有m層氧化鈦層，其中 第m氧化鈦層的厚度0"與第m-1氧化鈦層的厚度Dh的關(guān)系為:D m=(0.25~0.。11. 發(fā)光二極管的制作方法，包括步驟： 1) 提供一發(fā)光外延疊層，具有相對的第一表面和第二表面，包括第一半導(dǎo)體層、有源層 和第二半導(dǎo)體層； 2) 在所述發(fā)光外延疊層的第一表面上制作高反射鏡面層，其由透光層和金屬反射層構(gòu) 成，所述透光層結(jié)構(gòu)中局部區(qū)域設(shè)有點狀散射點，所述透光層的折射率小于所述點狀散射 點的折射率； 3 )提供一導(dǎo)電基板，將其與所述高反射鏡面層粘接； 4)在所述發(fā)光外延疊層的第二表面上制作電極。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于:所述步驟3)中包括： 在所述發(fā)光外延疊層的第一表面定義歐姆接觸區(qū)，在所述歐姆接觸區(qū)上依次沉積歐姆 接觸層和剝離層； 在所述發(fā)光外延疊層的第一表面上沉積第一厚度的透光層子層，其同時覆蓋所述剝離 層，在所述透光層子層上形成點狀散射點，繼續(xù)沉積第二厚度的透光層子層，從而在透光層 內(nèi)形成點狀散射點； 剝離所述剝離層，露出所述歐姆接觸層； 在所述透光層之上形成金屬反射層。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于:在所述透光層子層上 直接沉積10~100埃的散射材料，其尚未成膜狀態(tài)，形成點狀散射點。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于:在所述透光層子層上 沉積散射材料層，其厚度大于100埃，再采用黃光工藝形成點狀散射點，其與所述發(fā)光外延 疊層的第二表面上的電極位置相對應(yīng)。
【文檔編號】H01L33/46GK105870290SQ201610460045
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】盧怡安, 蒙成, 酈挺, 吳俊毅, 王篤祥
【申請人】天津三安光電有限公司