CN102194940A

CN102194940A - 内置反光镜的发光二极管及其制备方法

Info

Publication number: CN102194940A
Application number: CN2010105490827A
Authority: CN
Inventors: 张建宝; 郑如定
Original assignee: HC Semitek Corp
Current assignee: HC Semitek Corp
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2011-09-21

Abstract

本发明提出了一种内置反光镜的发光二极管及其制备方法，包括：在衬底上用高熔点材料制备一层薄膜；通过光刻，刻蚀在衬底上用高熔点材料制备图形；在高熔点材料形成的图形上制作GaN基发光二极管外延层；放入腐蚀溶液，通过侧向腐蚀去除GaN外延层下面的高熔点材料，形成反光镜；制作发光二极管芯片。本发明的优点在于：更多的光从正面的透明电极e出射，提高发光二极管的抽取效率。在高熔点材料形成的图形上沉积GaN基发光二极管外延层，采用横向生长，也可以减少外延层的缺陷密度。整个工艺过程比较简单，容易控制，成本低，适用于大规模的商业生产。

Description

内置反光镜的发光二极管及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种发光二极管，尤其是一种内置反光镜的发光二极管及其制备方法。

背景技术

GaN基发光二极管，由于可以通过控制材料的组份来制作出各种颜色光的发光二极管，因此其相关技术成为近年来研究的焦点。对GaN基发光二极管的研究重点之一，是了解GaN基发光二极管的发光特性，进而提升其发光效率与亮度。GaN基发光二极管的发光效率，主要和二极管的内量子效率以及抽取效率有关。目前有研究者在芯片结构中加入反光镜，来提高GaN基发光二极管的抽取效率，制作方法有两种：

1、激光剥离技术，在P型GaN表面制备反射镜，然后通过激光剥离去除蓝宝石衬底，这样反射镜将量子阱发出的光发射后，从N型GaN表面出射，可以提高出光效率，但这种工艺非常复杂，成本也很高，目前还不能普遍用于商业生产。

2、在芯片的衬底减薄后，在衬底表面制作反射镜。可以提高光在衬底和封装材料界面处的反射率，增加芯片的正面出光率，但是由于减薄后的衬底表面比较粗糙，有很多划痕，而且划痕处留有减薄的残留物，使得反射镜的反射率有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内置反光镜的发光二极管，该发光二极管能提高光的抽取效率；本发明的另一目的是提供该发光二极管的制备方法。

本发明的技术方案为：一种内置反光镜的发光二极管，该发光二极管包括衬底、衬底上反光镜、及反光镜上方GaN基发光二极管。衬底是蓝宝石、SiC或Si的一种。衬底上反光镜是由空腔包围着岛状GaN基材料构成的，单个岛状GaN基材料可以是倒置的圆台形、棱台形、圆柱形或棱柱形，单个岛状GaN基材料上底直径为0.1～10.0微米之间，下底直径0.1～10.0微米之间，高为0.2～5.0微米之间，岛状GaN基材料上底之间的距离在0.1～10.0微米之间。空气上方GaN基发光二极管包括：N型GaN、量子阱、P型GaN、透明电极、P压焊点、N压焊点。N型GaN厚度在1～5微米之间；量子阱厚度在1～500纳米之间；P型GaN厚度在10～1000纳米之间。透明电极是ITO或NiAu。

内置反光镜的发光二极管制备方法，其步骤为：1)在衬底上用熔点大于600摄氏度的材料制备一层薄膜；2)通过光刻，刻蚀在衬底上用高熔点材料制备图形；3)在高熔点材料形成的图形上制作GaN基发光二极管外延层；4)放入腐蚀溶液，通过侧向腐蚀去除GaN外延层下面的高熔点材料，形成反光镜；5)制作发光二极管芯片。步骤1)所述的衬底是蓝宝石、SiC或Si。

步骤1)所述的高熔点材料可以为SiO2、SiC、SiNx、TiO2，薄膜厚度在0.1～4.0微米之间；薄膜制备方法可以为PECVD、电子束蒸发、溅射或旋涂法。

步骤2)是通过干法刻蚀或湿法腐蚀高熔点材料制作图形，图形是高熔点材料中含有相互独立的孔洞，孔洞的下方露出衬底材料，孔洞可以是倒置的圆台形、棱台形、圆柱或棱柱形，孔洞上底直径为0.1～10.0微米之间，下底直径0.1～10.0微米之间，高为0.2～5.0微米之间，孔洞上底之间的距离在0.1～10.0微米之间。

步骤3)在图形衬底上制作的GaN基发光二极管外延层包括N型GaN、量子阱、P型GaN，N型GaN，厚度在1～5微米之间；量子阱，厚度在1～500纳米之间；P型GaN，厚度在10～1000纳米之间。

步骤4)侧向腐蚀去除GaN外延层下面的高熔点材料，是先去除部分区域，如划片道处的外延层，露出高熔点材料，然后放入腐蚀溶液，通过侧向腐蚀将其余外延层下面的高熔点材料全部去除。通过侧向腐蚀将其余外延层下面的高熔点材料全部去除的腐蚀溶液可以腐蚀高熔点材料，不腐蚀GaN晶体。

步骤5)制作发光二极管芯片包括：通过光刻、刻蚀、蒸发、剥离等工艺在发光二极管上表面制作透明电极，P压焊点及N压焊点。发光二极管上表面制作的透明电极，可以是ITO或NiAu。

本发明的优点在于：衬底上空腔的折射率为1.0，GaN基材料的折射率为2.4，由于折射率的比值达到2.4，空腔对于从外延层发出的光形成了反射镜，使得更多的光从正面的透明电极e出射，提高发光二极管的抽取效率。在高熔点材料形成的图形上沉积GaN基发光二极管外延层，采用横向生长，也可以减少外延层的缺陷密度。整个工艺过程比较简单，容易控制，成本低，适用于大规模的商业生产。

附图说明

图1为在衬底上用高熔点(大于600摄氏度)材料制备一层薄膜示意图，含有条纹状矩形表示衬底，黑色的矩形表示高熔点材料形成的薄膜；

图2是在衬底上用高熔点材料制作的图形的俯视图，黑色区域表示高熔点材料，白色区域表示去掉高熔点材料后形成的孔洞；

图3是在衬底上用高熔点材料制作的图形的横截面示意图，黑色区域表示高熔点材料；

图4是衬底上沉积GaN外延层后的示意图；

图5是去除GaN外延层下面的高熔点材料后，形成空腔的示意图；

图6是最终的高效率发光二极管示意图。

其中a为衬底，b为N型GaN，c为量子阱，d为P型GaN，e为透明电极，f为P压焊点，g为N压焊点。

具体实施方式

下面采用蓝宝石衬底为例，说明内置反光镜的发光二极管及其制备方法，步骤为：

1、使用PECVD在蓝宝石衬底上制备一层SiO2薄膜，厚度1.6微米，如图1所示。

2、通过光刻，刻蚀去掉部分SiO2，形成孔洞，如图2、图3所示。孔洞形状为倒置的圆台，孔洞上底直径为3.0微米之间，下底直径1.0微米之间，高为1.8微米之间。孔洞上底之间的距离为0.5微米。

3、在图形衬底上沉积GaN外延层，如图4所示，其中b为N型GaN；c为量子阱；d为P型GaN。

4、去除划片道处GaN外延层，露出SiO2。

5、用BOE超声侧向腐蚀去掉其余外延层下的SiO2，形成空腔，如图5所示。

6、通过光刻、刻蚀、蒸发、剥离等工艺制作透明电极e，P压焊点f；N压焊点g，形成高效率的发光二极管，其中透明电极材料为ITO，压焊点材料为CrAL。

虽然己说明且描述了本发明的特定形式，但可在不脱离本发明之精神及范畴的情况下进行各种修改。相应的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims

1.一种内置反光镜的发光二极管，其特征在于：该发光二极管包括衬底、衬底上反光镜、及反光镜上方GaN基发光二极管。

2.根据权利要求1所述内置反光镜的发光二极管，其特征在于：所述的衬底是蓝宝石、SiC或Si的一种。

3.根据权利要求1所述内置反光镜的发光二极管，其特征在于：所述的衬底上反光镜是由空腔包围着岛状GaN基材料构成的，单个岛状GaN基材料可以是倒置的圆台形、棱台形、圆柱形或棱柱形，单个岛状GaN基材料上底直径为0.1～10.0微米之间，下底直径0.1～10.0微米之间，高为0.2～5.0微米之间，岛状GaN基材料上底之间的距离在0.1～10.0微米之间。

4.根据权利要求1所述内置反光镜的发光二极管，其特征在于：所述的空气上方GaN基发光二极管包括：N型GaN、量子阱、P型GaN、透明电极、P压焊点、N压焊点。

5.根据权利要求4所述内置反光镜的发光二极管，其特征在于：所述的N型GaN，厚度在1～5微米之间；量子阱，厚度在1～500纳米之间；P型GaN，厚度在10～1000纳米之间。

6.根据权利要求4所述内置反光镜的发光二极管，其特征在于：所述的透明电极，可以是ITO或NiAu。

7.内置反光镜的发光二极管制备方法，其步骤为：

1)在衬底上用熔点大于600摄氏度的材料制备一层薄膜；

2)通过光刻，刻蚀在衬底上用高熔点材料制备图形；

3)在高熔点材料形成的图形上制作GaN基发光二极管外延层；

4)放入腐蚀溶液，通过侧向腐蚀去除GaN外延层下面的高熔点材料，形成反光镜；

5)制作发光二极管芯片。

8.如权利要求7所述的内置反射镜的发光二极管制备方法，其特征在于：步骤1)所述的衬底是蓝宝石、SiC或Si。

9.如权利要求7所述的内置反射镜的发光二极管制备方法，其特征在于：步骤1)所述的高熔点材料可以为SiO2、SiC、SiNx、TiO2。

10.如权利要求7所述的内置反射镜的发光二极管制备方法，其特征在于：步骤1)所述的薄膜厚度在0.1～4.0微米之间。

11.如权利要求7所述的内置反射镜的发光二极管制备方法，其特征在于：步骤1)所述的薄膜制备方法可以为PECVD、电子束蒸发、溅射或旋涂法。

12.如权利要求7所述的内置反射镜的发光二极管制备方法，其特征在于：步骤2)是通过干法刻蚀或湿法腐蚀高熔点材料制作图形，图形是高熔点材料中含有相互独立的孔洞，孔洞的下方露出衬底材料，孔洞可以是倒置的圆台形、棱台形、圆柱或棱柱形，孔洞上底直径为0.1～10.0微米之间，下底直径0.1～10.0微米之间，高为0.2～5.0微米之间，孔洞上底之间的距离在0.1～10.0微米之间。

13.如权利要求7所述的内置反射镜的发光二极管制备方法，其特征在于：步骤3)在图形衬底上制作的GaN基发光二极管外延层包括N型GaN、量子阱、P型GaN，N型GaN，厚度在1～5微米之间；量子阱，厚度在1～500纳米之间；P型GaN，厚度在10～1000纳米之间。

14.如权利要求7所述的内置反射镜的发光二极管制备方法，其特征在于：步骤4)侧向腐蚀去除GaN外延层下面的高熔点材料，是先去除部分区域，如划片道处的外延层，露出高熔点材料，然后放入腐蚀溶液，通过侧向腐蚀将其余外延层下面的高熔点材料全部去除。

15.如权利要求14所述的内置反射镜的发光二极管制备方法，其特征在于：所述的通过侧向腐蚀将其余外延层下面的高熔点材料全部去除的腐蚀溶液可以腐蚀高熔点材料，不腐蚀GaN晶体。

16.如权利要求7所述的内置反射镜的发光二极管制备方法，其特征在于：步骤5)制作发光二极管芯片包括：通过光刻、刻蚀、蒸发、剥离等工艺在发光二极管上表面制作透明电极，P压焊点及N压焊点。

17.如权利要求16所述的内置反射镜的发光二极管制备方法，其特征在于：发光二极管上表面制作的透明电极，可以是ITO或NiAu。