專利名稱：具有全方位反射鏡的發(fā)光二極管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管及其制作方法，更為具體地，涉及一種背鍍?nèi)轿环瓷溏R的氮化鎵基發(fā)光二極管及其制作方法。
背景技術(shù)：
近年來，以氮化鎵基寬帶隙半導(dǎo)體材料為代表的半導(dǎo)體照明技術(shù)得到飛速發(fā)展。氮化鎵基發(fā)光二極管器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用在顯示、指示、背光源和照明等多種領(lǐng)域。當(dāng)前，主流的氮化鎵基發(fā)光二極管芯片按結(jié)構(gòu)可以分為正裝、倒裝和垂直三種類型，其中以絕緣藍(lán)寶石為襯底的正裝結(jié)構(gòu)最為普遍，被業(yè)界所廣泛采用。對于正裝結(jié)構(gòu)LED，為了減少封裝環(huán)節(jié)中基板反射率不佳引起的取光效率降低，通常在藍(lán)寶石襯底背面加鍍一反射鏡以減少光損失。反射鏡的結(jié)構(gòu)，可以選擇高反射金屬層，諸如銀、鋁等高反射率金屬；或者是折射率呈高低周期性交替變化的透光介電層堆，如多層Si02/Ti02組成的分布式布拉格反射器 (Distributed Bragg reflector, DBR)。目前,最新的技術(shù)是將前面二者結(jié)合起來,組成所謂的全方位反射鏡(Omni-Direction Reflector, 0DR),由DBR部分反射小角度軸向光,而非軸向光則由高反金屬層反射，這樣可以獲得的平均反射率超過90%。對于藍(lán)光波段，ODR 結(jié)構(gòu)中，常見的透光介電層堆組合可以是Si02/Ti02等氧化物DBR，而高反金屬層則一般會(huì)選擇鋁。銀雖然在藍(lán)光波段具有極高的反射率，但銀與氧化硅、氧化鈦等常見透光介電材料的黏附極差，所以在現(xiàn)有的技術(shù)中，銀一直無法用于背鍍?nèi)轿环瓷溏R結(jié)構(gòu)。因此，需要改進(jìn)背鍍?nèi)轿环瓷溏R結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)的局限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種具有全方位反射鏡的氮化鎵基發(fā)光二極管及其制作方法，通過在銀與氧化物透光介電材料層之間插入一氧化鎵層，以解決兩者之間黏附不佳的問題。因氧化鎵與銀在退火后可以通過相互擴(kuò)散合金形成緊密結(jié)合，同時(shí)氧化鎵對于藍(lán)光波段是完全透明的，所以可以采用氧化鎵層作為中間黏附層構(gòu)造包含銀的背鍍?nèi)轿环瓷溏R，從而更進(jìn)一步地提高全方位反射鏡的反射率。根據(jù)實(shí)現(xiàn)上述目的的一種具有全方位反射鏡的氮化鎵基發(fā)光二極管，其結(jié)構(gòu)包括
藍(lán)寶石襯底；
氮化鎵基外延疊層，形成于該藍(lán)寶石襯底的第一表面，該氮化鎵基外延疊層包含N型氮化鎵基外延層、P型氮化鎵基外延層以及發(fā)光層介于前述兩者之間；
全方位反射鏡形成于相對于所述第一表面的所述藍(lán)寶石襯底的第二表面，并且自該第二表面起，該全方位反射鏡依次包含折射率呈高低周期性交替變化的復(fù)數(shù)層透光介電層堆、氧化鎵層和銀反射層。根據(jù)實(shí)現(xiàn)上述目的的一種具有全方位反射鏡的氮化鎵基發(fā)光二極管的制作方法， 包括步驟提供監(jiān)寶石襯底；
在該藍(lán)寶石襯底的第一表面外延生長氮化鎵基外延疊層，該氮化鎵基外延疊層包含N 型氮化鎵基外延層、P型氮化鎵基外延層以及發(fā)光層介于前述兩者之間；
在該藍(lán)寶石襯底的第二表面制作全方位反射鏡，從第二表面起，該全方位反射鏡依次包含折射率呈高低周期性交替變化的復(fù)數(shù)層透光介電層堆、氧化鎵層和銀反射層；
退火以使得銀與氧化鎵層二者界面相互擴(kuò)散并形成合金。本發(fā)明的創(chuàng)新之處即在于采用氧化鎵作為銀與氧化物透光介電材料層的中間黏附層。氧化鎵與氧化物透光介電材料層的黏附性良好可靠，氧化鎵與銀則必須通過退火合金以形成緊密粘合，經(jīng)過高溫退火后，銀會(huì)擴(kuò)散并熔入氧化鎵層中，形成鎵銀氧化界面層， 鎵銀氧化界面層的形成則大大增強(qiáng)了銀與氧化鎵的黏附力。在本發(fā)明的制作方法中，退火可以在包含氮?dú)夂脱鯕獾姆諊羞M(jìn)行，退火溫度選擇介于300°C 800°C之間為宜。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)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(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。雖然在下文中將結(jié)合一些示例性實(shí)施及使用方法來描述本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，并不旨在將本發(fā)明限制于這些實(shí)施例。反之，旨在覆蓋包含在所附的權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)的所有替代品、修正及等效物。


附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)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。圖I是本發(fā)明實(shí)施例的具有全方位反射鏡的氮化鎵基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖。圖中部件符號說明
100:藍(lán)寶石襯底
101:緩沖層
102n-GaN 層
103:多量子阱層
104p-GaN 層
110:ΙΤ0透明導(dǎo)電層
111=P電極
112Ν電極
120 Ti02/Si02 DBR 130 :氧化鎵層 140 :鎵銀氧化層 150 :銀反射鏡。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)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(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合， 所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。如附圖I所示的一種具有全方位反射鏡的氮化鎵基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括藍(lán)寶石襯底100、緩沖層101、n-GaN層102、多量子阱有源層103、p-GaN層104、ITO透明導(dǎo)電層 110、P電極IlUN電極112、6對Ti02/Si02 DBR120、氧化鎵層130、鎵銀氧化層140、和銀反射鏡150。其中，藍(lán)寶石襯底100具有兩個(gè)主表面，正面和背面；緩沖層101形成于藍(lán)寶石襯底100的正面之上；n-GaN層102形成于緩沖層101之上；多量子阱有源層103形成于n_GaN 層102之上；p-GaN層104形成于多量子阱有源層103之上；ΙΤ0層110形成于ρ-GaN層104 之上；P電極111形成于ITO層110之上；N電極112形成于n_GaN層103之上；6對TiO2/ SiO2 DBR 120形成于藍(lán)寶石襯底100的背面，氧化鎵層130形成于Ti02/Si02 DBR 120之上， 其厚度為200埃；鎵銀氧化層140形成于氧化鎵層130之上，其厚度在500埃以內(nèi)，無固定組分；銀反射鏡150形成于鎵銀氧化層140之上，其材料為Ag/Ti/Pt/Au，首層材料為Ag。上述結(jié)構(gòu)的具有全方位反射鏡的氮化鎵基發(fā)光二極管，其制作方法包括步驟 第一步在藍(lán)寶石襯底100的正面外延生長氮化鎵基發(fā)光外延層，包括；緩沖層101、
n-GaN層102、多量子阱有源層103和p-GaN層104;
第二步制作電極，包括部分地蝕刻氮化鎵基外延層以暴露出n-GaN層102，以及在 P-GaN層104上制作ITO透明導(dǎo)電層110，在ITO層110之上制作P電極111和在n_GaN層 102制作N電極112 ；
第三步研磨藍(lán)寶石襯底100的背面，以達(dá)到減薄和拋光效果；
第四步在研磨后的藍(lán)寶石透明襯底100的背面采用電子束蒸發(fā)先沉積一 6對TiO2/ SiO2 DBR組合120，對應(yīng)中心波長460nm ;接著繼續(xù)同腔沉積一厚度為200埃的氧化鎵層 130 ；
第五步在氧化鎵層130上鍍銀反射鏡150，其材料為Ag/Ti/Pt/Au ；
第六步在含有氮?dú)夂脱鯕饣旌蠚怏w的氛圍中，溫度480°C條件下進(jìn)行快速熱退火，以使得銀反射鏡層150中的銀與氧化鎵層130相互擴(kuò)散熔合形成鎵銀氧化界面層140，從而使得前二者緊密黏合。采用上述制作方法制作而成的發(fā)光二極管具有“藍(lán)寶石/DBR/氧化鎵/銀”的背鍍?nèi)轿环瓷溏R結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)結(jié)合了高反射銀層，可以大大提高全方位反射鏡的整體反射率。
權(quán)利要求
1.具有全方位反射鏡的氮化鎵基發(fā)光二極管，包括藍(lán)寶石襯底；氮化鎵基外延疊層，形成于該藍(lán)寶石襯底的一第一表面，該氮化鎵基外延疊層包含N 型氮化鎵基外延層、P型氮化鎵基外延層以及發(fā)光層介于前述兩者之間；全方位反射鏡形成于相對于所述第一表面的所述藍(lán)寶石襯底的一第二表面，并且自該第二表面起，該背鍍?nèi)轿环瓷溏R依次包含折射率呈高低周期性交替變化的復(fù)數(shù)層透光介電層堆、氧化鎵層和銀反射層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有全方位反射鏡的氮化鎵基發(fā)光二極管，其還包括鎵銀氧化界面層形成于所述氧化鎵層和銀反射層之間。
3.具有全方位反射鏡的氮化鎵基發(fā)光二極管的制作方法，包括步驟提供監(jiān)寶石襯底；在該藍(lán)寶石襯底的第一表面外延生長氮化鎵基外延疊層，該氮化鎵基外延疊層包含N 型氮化鎵基外延層、P型氮化鎵基外延層以及發(fā)光層介于前述兩者之間；在該藍(lán)寶石襯底的第二表面制作背鍍?nèi)轿环瓷溏R，從第二表面起，該背鍍?nèi)轿环瓷溏R依次包含折射率呈高低周期性交替變化的復(fù)數(shù)層透光介電層堆、氧化鎵層和銀反射層；退火以使得銀與氧化鎵層二者界面相互擴(kuò)散并形成合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有全方位反射鏡的氮化鎵基發(fā)光二極管的制作方法，其退火的氛圍包含氮?dú)夂脱鯕狻?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有全方位反射鏡的氮化鎵基發(fā)光二極管的制作方法，其退火的溫度介于300°C 800°C之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有全方位反射鏡的氮化鎵基發(fā)光二極管及其制作方法。具有全方位反射鏡的氮化鎵基發(fā)光二極管，包括藍(lán)寶石襯底；氮化鎵基外延疊層，形成于該藍(lán)寶石襯底的一第一表面，該氮化鎵基外延疊層包含N型氮化鎵基外延層、P型氮化鎵基外延層以及發(fā)光層介于前述兩者之間；全方位反射鏡形成于相對于所述第一表面的所述藍(lán)寶石襯底的一第二表面，并且自該第二表面起，該背鍍?nèi)轿环瓷溏R依次包含折射率呈高低周期性交替變化的復(fù)數(shù)層透光介電層堆、氧化鎵層和銀反射層。通過在銀與氧化物透光介電材料層之間插入一氧化鎵層，以解決兩者之間黏附不佳的問題。
文檔編號H01L33/10GK102610720SQ20121007448
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者潘群峰 申請人:廈門市三安光電科技有限公司