專(zhuān)利名稱(chēng)：高光提取效率led電極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電子器件制造技術(shù)領(lǐng)域，具體有關(guān)于半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)的電極構(gòu)造。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體發(fā)光二極管(Light Emitting Diode，LED)的是一種以半導(dǎo)體將電能轉(zhuǎn)變成光能的光電子器件。具有體積小，壽命長(zhǎng)，光電轉(zhuǎn)換效率高，無(wú)污染，節(jié)能等特性，能夠適應(yīng)各種應(yīng)用設(shè)備的輕薄小型化的要求，廣泛應(yīng)用于各種交通標(biāo)志，LCD背光光源，打印，大屏幕顯示，通信，照明等方面。
構(gòu)成發(fā)光二極管的材料主要有各種化合物半導(dǎo)體材料如III-V族材料、II-VI族材料等?？梢园l(fā)出不同顏色的光，如紫，藍(lán)，綠，黃和紅。
公知的LED的構(gòu)造如圖1、圖2和圖3圖4。
傳統(tǒng)LED結(jié)構(gòu)中，不加反射鏡的LED有六個(gè)面可以出光。其中只有一個(gè)出光面可以被利用。如果不對(duì)其他幾個(gè)出光面加以利用，那么大部分光都損失掉。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)普通電極LED所帶高反鏡的一般為平面板式，只在一個(gè)平面上對(duì)光進(jìn)行反射，這樣相當(dāng)于有兩個(gè)出光面的光線被利用。其缺點(diǎn)是還有兩個(gè)出光面沒(méi)有被利用，很多光從LED臺(tái)的側(cè)面逸出。這些從側(cè)面逸出的光，只有一部分被封裝的反射杯反射，大部分光損失掉。于是又出現(xiàn)一種傳統(tǒng)倒金字塔結(jié)構(gòu)普通電極LED如圖5。這種傳統(tǒng)金字塔結(jié)構(gòu)普通電極的LED光提效率比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)普通電極LED高10％-20％。但這種傳統(tǒng)倒金字塔結(jié)構(gòu)普通電極LED側(cè)面沒(méi)有高反鏡。這種LED的好處是LED臺(tái)的側(cè)面與豎直面成這一定的角度，一般為器件發(fā)出光的臨界角。這樣射向側(cè)面的光線也被利用。但這種結(jié)構(gòu)也存在很多問(wèn)題，如這種倒金字塔結(jié)構(gòu)制備起來(lái)很難，需要用腐蝕液鉆蝕的辦法才能實(shí)現(xiàn)。而且傳統(tǒng)倒金字塔結(jié)構(gòu)普通電極LED臺(tái)的側(cè)面與豎直面所成的角度很難準(zhǔn)確地做成為光的臨界角，這樣很多光線依然沒(méi)有被利用上。即使其角度做成為光的臨界角，可是LED發(fā)出的光為各種同性，什么方向都有，依然有很多光得不到滿意地利用。如果光線不能從我們所要利用的出光面射出來(lái)，那么這些光就會(huì)經(jīng)過(guò)多次反射和吸收形成大量的熱，造成光提取效率低，熱可靠性差。傳統(tǒng)制備絕緣層過(guò)程中，絕緣層都是一次生長(zhǎng)完成，如果以傳統(tǒng)方法來(lái)制備透明絕緣層11很容易造成PN結(jié)漏電現(xiàn)象。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是在LED側(cè)面加上高反鏡來(lái)解決傳統(tǒng)LED側(cè)面出光，不能有效提取器件所發(fā)出的光的問(wèn)題，同時(shí)對(duì)LED側(cè)面PN結(jié)進(jìn)行保護(hù)，防止氧化，增加器件的可靠性。
高光提取效率LED電極，其結(jié)構(gòu)至少包括P電極加厚電極1，高反鏡保護(hù)層2，金屬高反鏡3，N電極4，N型半導(dǎo)體5，多量子阱有源區(qū)MQW6，P型半導(dǎo)體7，P電極歐姆接觸層8，N電極加厚電極9，襯底10；由P型半導(dǎo)體7，多量子阱有源區(qū)MQW6，N型半導(dǎo)體5自上而下構(gòu)成LED的臺(tái)；P電極歐姆接觸層8位于LED臺(tái)頂部的P型半導(dǎo)體7表面上；N電極4位于LED臺(tái)底部的N型半導(dǎo)體5之上，與LED臺(tái)的側(cè)壁不相接觸；其特征在于在LED臺(tái)的側(cè)壁上有一透明絕緣層11；臺(tái)上表面面積小于下表面面積；LED臺(tái)的側(cè)壁與豎直平面成銳角角度；金屬高反鏡3覆蓋在P電極歐姆接觸層8上，并延展覆蓋在透明絕緣層11之上，包圍LED臺(tái)的頂部和側(cè)壁，但不與N電極4接觸；金屬高反鏡3、透明絕緣層11和LED臺(tái)三者之間折射率大小排列為高低高。
透明絕緣層11的折射率小于金屬高反鏡3，同時(shí)也比N型半導(dǎo)體5、多量子阱有源區(qū)6、P型半導(dǎo)體7的折射率都要小。透明絕緣層11厚度可以是器件發(fā)出光的四分之一光學(xué)波長(zhǎng)，也可以是非四分之一光學(xué)波長(zhǎng)，最佳為四分之一的光學(xué)波長(zhǎng)。
而且金屬高反鏡3、透明絕緣層11和LED臺(tái)三者之間折射率關(guān)系構(gòu)成高低高的結(jié)構(gòu)，使光線相干疊加，從而有利于提高各種光的反射效率。LED臺(tái)的側(cè)壁與豎直平面成銳角角度，該角度的方向能使器件射向側(cè)面的光線經(jīng)金屬高反鏡3反射后從出光面射出。有了金屬高反鏡3后，即使LED的側(cè)面與豎直面所成的角度不是器件所發(fā)光線的臨界角，射向側(cè)面的光線也能被很好地反射到出光面。同時(shí)透明絕緣層11可以對(duì)裸露的PN結(jié)進(jìn)行保護(hù)，防止氧化退化提高器件可靠性。出光面為襯底10。
高光提取效率LED電極的制備方法，其制備方法包括1)在一塊生長(zhǎng)好LED結(jié)構(gòu)晶圓上，用普通光刻法在晶圓上用光刻膠掩膜出LED的臺(tái)結(jié)構(gòu)圖型，然后用離子刻蝕系統(tǒng)ICP刻出LED臺(tái)；刻出LED臺(tái)后剝離去掉光刻膠；2)樣品用王水清洗后，用普通光刻法掩膜，用濺射或蒸發(fā)的方法在LED臺(tái)頂部的P半導(dǎo)體7上鍍一層P電極歐姆接觸層8；3)對(duì)P電極歐姆接觸層8進(jìn)行合金；4)利用普通光刻法對(duì)P電極歐姆接觸層8和LED臺(tái)的側(cè)壁進(jìn)行膠保護(hù)，用濺射金屬或蒸發(fā)金屬的方法在LED臺(tái)的底部N型半導(dǎo)體5上沉積N電極4；N電極4不與LED臺(tái)的側(cè)壁相接觸；剝離光刻膠；
5)利用普通光刻法遮擋，然后用濺射或蒸發(fā)的方法在P電極歐姆層8和LED臺(tái)的側(cè)壁沉積一層金屬高反鏡3，金屬高反鏡3覆蓋P電極歐姆層8的表面以及由P型半導(dǎo)體7、多量子阱有源區(qū)6、N型半導(dǎo)體5構(gòu)成的LED臺(tái)的側(cè)壁；6)在金屬高反鏡3上用濺射金屬或蒸發(fā)金屬的方法鍍一層金屬形成高反鏡保護(hù)層2；或是用薄膜生長(zhǎng)的方法生長(zhǎng)一層絕緣層，再用光刻腐蝕方法，形成高反鏡保護(hù)層2；7)在P電極歐姆接觸層8的區(qū)域上方及N電極4上同時(shí)鍍上金屬，形成P電極加厚電極1和N電極加厚電極9；8)解理，把兩個(gè)器件間相連的N型半導(dǎo)體5和襯底10用激光劃開(kāi)得到如圖5所示的LED的臺(tái)；其特征在于在步驟1)刻出LED臺(tái)之后，在步驟2)制備P電極歐姆接觸層8之前，在LED臺(tái)的側(cè)壁上先制備一層透明絕緣層11；透明絕緣層11是用二步生長(zhǎng)法進(jìn)行第一次在LED臺(tái)的側(cè)壁生長(zhǎng)透明絕緣層后，用去離子水超聲，露出透明絕緣層的針孔和空洞，然后在第一次生長(zhǎng)的透明絕緣層表面再生長(zhǎng)一層透明絕緣層，填補(bǔ)先前生長(zhǎng)的透明絕緣層表面的針孔和空洞，形成透明絕緣層11。
由于二次生長(zhǎng)法去掉透明絕緣層11中的針孔和空洞，這樣金屬層覆蓋在其上面時(shí)不會(huì)產(chǎn)生漏電現(xiàn)象，而由傳統(tǒng)方法一次性生長(zhǎng)出的絕緣層很容易產(chǎn)生漏電現(xiàn)象。由于透明絕緣層11生長(zhǎng)的溫度不高于LED的P型摻雜劑激活溫度，所以分二步生長(zhǎng)透明絕緣層11不會(huì)對(duì)器件可靠性產(chǎn)生不利影響。
圖1為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)普通電極LED的剖面圖P電極加厚電極1，高反鏡保護(hù)層2，金屬高反鏡3，N電極4，N型半導(dǎo)體5，有源區(qū)多量子阱(MQW)6，P型半導(dǎo)體7，P電極歐姆接觸層8，N電極加厚電極9，襯底10；圖2為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)普通電極LED的俯視圖P電極加厚電極1，高反鏡保護(hù)層2，N型半導(dǎo)體5，N電極加厚電極9圖3為倒金字塔結(jié)構(gòu)普通電極LED的剖面圖P電極加厚電極1，N電極4，N型半導(dǎo)體5，有源區(qū)多量子阱(MQW)6，P型半導(dǎo)體7，P電極歐姆接觸層8，N電極加厚電極9，襯底10圖4為倒金字塔結(jié)構(gòu)普通電極LED的俯視圖P電極加厚電極1，高反鏡保護(hù)層2，N型半導(dǎo)體5，N電極加厚電極9
圖5為本發(fā)明電極結(jié)構(gòu)LED的剖面圖P電極加厚電極4，高反鏡保護(hù)層2，金屬高反鏡3，N電極4，N型半導(dǎo)體5，有源區(qū)多量子阱(MQW)6，P型半導(dǎo)體7，P電極歐姆接觸層8，N電極加厚電極9，襯底10，透明絕緣層11圖6為本發(fā)明電極結(jié)構(gòu)LED的俯視圖P電極加厚電極1，高反鏡保護(hù)層2，N型半導(dǎo)體5，N電極加厚電極9，透明絕緣層1具體實(shí)施方式
如圖5所示，本發(fā)明電極結(jié)構(gòu)實(shí)施如下1、加厚電極1和9的金屬為T(mén)i/Au膜系組合，也可是其他金屬組合如Ti/Al/Ti/Au。Ti膜作為N電極4和Au膜的連接層，厚度為100-400，較佳厚度為200。Au膜的厚度為3000-10000。Al膜的厚度為為2000-5000。
2、金屬高反鏡3覆蓋在P電極歐姆層8表面與LED臺(tái)的側(cè)壁的透明絕緣層11上。金屬高反鏡3在側(cè)壁上的厚度為1500-5000。金屬高反鏡可以是Al鏡或是Ag鏡。
3、在金屬高反鏡3的外部的高反鏡保護(hù)層2可以是不活潑金屬Au，也可以是其他不活潑金屬?；蛘邽榻^緣層SiO2，SiNx等。高反鏡保護(hù)層2在LED側(cè)壁上的厚度范圍為1000-5000。高反鏡保護(hù)層2如果是絕緣體膜，在金屬高反鏡3與加厚電極1之間的接觸區(qū)域沒(méi)有絕緣體層，金屬高反鏡3與P電極加厚電極1直接接觸。
4、N電極4為T(mén)i/Al金屬膜系組合。Ti膜作為N型半導(dǎo)體5與Al膜的連接層，厚度為100-400。Al膜的厚度為2000-5000。N電極4與LED臺(tái)的側(cè)壁相距10-30μm。
5、P電極歐姆接觸層8可以是金屬Ni/Au，也可以是其他金屬組合或者為透明導(dǎo)電膜如銦錫氧化物ITO膜等。Ni/Au金屬或其他金屬組合構(gòu)成的P電極歐姆接觸層8的總厚度為50-200；透明導(dǎo)電膜厚度為1000-4000。
6、襯底10可以是藍(lán)寶石，砷化鎵，硅，或是碳化硅。
7、N型半導(dǎo)體5是N型GaN，P型半導(dǎo)體7是P型GaN。
8、透明絕緣層11可以是SiO2，也可以是SiNx等。透明絕緣層11在LED側(cè)壁上的厚度范圍為200-5000，最佳厚度為L(zhǎng)ED器件所發(fā)光波長(zhǎng)的光學(xué)厚度的四分之一。透明絕緣層11僅覆蓋P型半導(dǎo)體7的邊緣部分，范圍為4-10μm。
實(shí)施例1
如圖5所示，本發(fā)明LED電極制備步驟如下1)在一塊生長(zhǎng)好LED結(jié)構(gòu)晶圓上，先用卡爾休斯(Karl Suss)光刻機(jī)，普通光刻法在晶圓上用光刻膠掩膜出300μm×300μm面積的LED的臺(tái)結(jié)構(gòu)圖型。光刻膠厚4μm。然后用ICP等離子刻蝕系統(tǒng)刻出LED的臺(tái)來(lái)。臺(tái)高從P-GaN到N-GaN共700nm左右。刻出臺(tái)后用丙酮超聲剝離去掉光刻膠。臺(tái)的側(cè)面與豎直面自然形成20度角度。
2)用離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積PECVD薄膜沉積技術(shù)在LED臺(tái)的側(cè)壁上300度分二步生長(zhǎng)80nm(藍(lán)光460的四分之一光學(xué)波長(zhǎng)厚度)的SiO2(460nm光處，折射率為1.46)。先生長(zhǎng)40nm SiO2后，把樣品用水超聲2分鐘。然后再生長(zhǎng)40nm。最后用普通光刻腐蝕法去掉LED臺(tái)的側(cè)面以外的SiO2。得到透明絕緣層11。
3)樣品用王水清洗5分鐘后，用Denton Explorer-14濺射臺(tái)濺射的方法，每秒2的速率，在LED臺(tái)頂部的P半導(dǎo)體層7上鍍一層50的Ni膜和50的Au膜用作歐姆接觸層8，用丙酮超聲剝離光刻膠。
4)把樣品在快速退火爐中合金，得到P電極歐姆接觸層8。合金條件為500度1分鐘，N2∶O2＝2L∶0.5L。
5)利用普通光刻法對(duì)P電極區(qū)和LED臺(tái)的側(cè)面進(jìn)行膠保護(hù)，用DentonExplorer-14濺射臺(tái)濺射的方法，在LED臺(tái)的底部的N型半導(dǎo)體5上濺射Ti/Al金屬膜用為N電極4。N電極與LED臺(tái)的側(cè)壁相距20μm。Ti膜的厚度200，濺射速率為每秒2；Al膜的厚度為2000，濺射速率為每秒3。
6)利用普通光刻法對(duì)N電極遮擋，然后用Denton Explorer-14濺射的方法在P電極歐姆接觸層8和LED臺(tái)的側(cè)面沉積一層5000的Ag金屬，得到金屬高反鏡3。
7)用Denton Explorer-14濺射的方法在金屬高反鏡3上沉積Ti/Au金屬層，高反鏡金屬保護(hù)層2。Ti的厚度為200，Au的厚度為3000。金屬高反鏡3與高反鏡保護(hù)層2與N電極保持10μm的距離。Ti的濺射速率為每秒2，Au的濺射速率為每秒4。
8)在P電極區(qū)，同時(shí)在高反鏡保護(hù)層2上和N電極4上濺射200/5000的Ti/Au加厚金屬電極，同時(shí)得到P電極加厚電極1和N電極加厚電極9。Ti的濺射速率為每秒2，Au的濺射速率為每秒4。
9)解理。用激光劃開(kāi)兩個(gè)器件間N型半導(dǎo)體5和襯底10相連的部分，得到如圖5所示的LED。
用杭州遠(yuǎn)方PMS-50(PLUS)UV光功率儀器對(duì)兩種結(jié)構(gòu)的LED封裝后測(cè)試，本發(fā)明結(jié)構(gòu)的LED光總輻射功率為4.77mW，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的LED光總輻射功率為3.95mW。本發(fā)明結(jié)構(gòu)的LED比相同設(shè)備制備的傳統(tǒng)倒金字塔結(jié)構(gòu)普通電極LED光功率高20.7％。兩種LED測(cè)試條件同為20mA恒流下測(cè)得。
實(shí)施例2如圖5所示，本發(fā)明LED電極制備步驟如下1)在一塊生長(zhǎng)好LED結(jié)構(gòu)晶圓上，先用卡爾休斯(Karl Suss)光刻機(jī)，普通光刻法在晶圓上用光刻膠掩膜出300μm×300μm面積的LED的臺(tái)結(jié)構(gòu)圖型。光刻膠厚3μm。然后用ICP等離子刻蝕系統(tǒng)刻出LED的臺(tái)來(lái)。臺(tái)高從P-GaN到N-GaN共700nm左右?？坛雠_(tái)后用丙酮超聲剝離去掉光刻膠。臺(tái)的側(cè)面與豎直面自然形成18度左右的角度。
2)用離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積PECVD薄膜沉積技術(shù)在LED臺(tái)的側(cè)壁上300度分二步生長(zhǎng)57.5nm(藍(lán)光460的四分之一光學(xué)波長(zhǎng)厚度)的SiNx(460nm處，SiNx折射率約為2)。先生長(zhǎng)30nmSiNx后，把樣品用水超聲2分鐘。然后再生長(zhǎng)27.5nm。得到透明絕緣層11。
3)樣品用王水清洗5分鐘后，用Denton Explorer-14濺射臺(tái)濺射的方法，每秒2的速率，在LED臺(tái)頂部的P半導(dǎo)體層7上鍍一層20的Ni膜和60的Au膜用作歐姆接觸層8，用丙酮超聲剝離光刻膠。
4)把樣品在快速退火爐中合金，得到P電極歐姆接觸層8。合金條件為500度1分鐘，N2∶O2＝2L∶0.5L。
5)利用普通光刻法對(duì)P電極區(qū)和LED臺(tái)的側(cè)面進(jìn)行膠保護(hù)，用DentonExplorer-14濺射臺(tái)濺射的方法，在LED臺(tái)的底部的N型半導(dǎo)體5上濺射Ti/Al金屬膜用為N電極4。N電極與LED臺(tái)的側(cè)壁相距10μm。Ti膜的厚度200，濺射速率為每秒2；Al膜的厚度為5000，濺射速率為每秒3。
6)利用普通光刻法對(duì)N電極遮擋，然后用Denton Explorer-14濺射的方法在P電極歐姆接觸層8和LED臺(tái)的側(cè)面沉積一層1500的Al金屬，得到金屬高反鏡3。
7)利用離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積PECVD在金屬高反鏡3上低溫120度生長(zhǎng)4000SiO2薄膜，用光刻腐蝕方法去掉金屬高反鏡3以外的所有SiO2，并用樣方法去掉在金屬高反鏡3正上方的SiO2，留出一個(gè)通孔，以便金屬高反鏡3與P電極加厚電極1接觸。這樣得到高反鏡保護(hù)層2。
8)在P電極歐姆接觸層正上方區(qū)域的高反鏡保護(hù)層2上和N電極4上濺射200/10000的Ti/Au加厚金屬電極，同時(shí)得到P電極加厚電極1和N電極加厚電極9。Ti的濺射速率為每秒2，Au的濺射速率為每秒4。
9)解理。用激光劃開(kāi)兩個(gè)器件間N型半導(dǎo)體5和襯底10相連的部分，得到如圖5所示的LED。
用杭州遠(yuǎn)方PMS-50(PLUS)UV光功率儀器對(duì)兩種結(jié)構(gòu)的LED封裝后測(cè)試，本發(fā)明結(jié)構(gòu)的LED光總輻射功率為4.65mW，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的LED光總輻射功率為3.93mW。本發(fā)明結(jié)構(gòu)的LED比相同設(shè)備制備的傳統(tǒng)倒金字塔結(jié)構(gòu)普通電極LED光功率高18.3％。兩種LED測(cè)試條件同為20mA恒流下測(cè)得。
實(shí)施例3如圖5所示，本發(fā)明LED電極制備步驟如下1)在一塊生長(zhǎng)好LED結(jié)構(gòu)晶圓上，先用卡爾休斯(Karl Suss)光刻機(jī)，普通光刻法在晶圓上用光刻膠掩膜出300μm×300μm面積的LED的臺(tái)結(jié)構(gòu)圖型。光刻膠厚5μm。然后用ICP等離子刻蝕系統(tǒng)刻出LED的臺(tái)來(lái)。臺(tái)高從P-GaN到N-GaN共700nm左右?？坛雠_(tái)后用丙酮超聲剝離去掉光刻膠。臺(tái)的側(cè)面與豎直面自然形成30度角度。
2)用離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積PECVD薄膜沉積技術(shù)在LED臺(tái)的側(cè)壁上300度分兩步生長(zhǎng)262nm(綠光510的四分之三光學(xué)波長(zhǎng)厚度)的SiO2(510nm處SiO2折射率為1.47)。先生長(zhǎng)132nm SiO2后，把樣品用水超聲2分鐘。然后再生長(zhǎng)130nm。最后用普通光刻腐蝕法去掉LED臺(tái)的側(cè)面以外的SiO2。得到絕緣層11。
3)樣品用王水清洗5分鐘后，用Denton Discovery 550蒸發(fā)臺(tái)蒸發(fā)的方法，每秒2的速率，在LED臺(tái)頂部的P型半導(dǎo)體7表面350度蒸發(fā)ITO膜，膜厚度為2000。
4)把樣品在快速退火爐中合金，得到P電極歐姆接觸層8。合金條件為500度1分鐘，N2∶O2＝2L∶0.5L。
5)利用普通光刻法對(duì)P電極區(qū)和LED臺(tái)的側(cè)面進(jìn)行膠保護(hù)，用DentonDiscovery 550蒸發(fā)臺(tái)蒸發(fā)的方法，在LED臺(tái)的底部的N型半導(dǎo)體5上蒸發(fā)Ti/Al金屬膜用為N電極4。N電極與LED臺(tái)的側(cè)壁相距15μm。Ti膜的厚度150，蒸發(fā)速率為每秒2；Al膜的厚度為3000，蒸發(fā)速率為每秒3。
6)利用普通光刻法對(duì)N電極遮擋，然后用Denton Discovery 550蒸發(fā)臺(tái)蒸發(fā)的方法在P電極歐姆接觸層8和透明絕緣層沉積11上蒸發(fā)一層2000的Ag金屬，得到金屬高反鏡3。
7)用Denton Discovery 550蒸發(fā)臺(tái)蒸發(fā)的方法在金屬高反鏡3上沉積Ti/Au金屬層，得到高反鏡金屬保護(hù)層2。Ti的厚度為200，Au的厚度為4000。金屬高反鏡3與高反鏡保護(hù)層2與N電極保持20μm的距離。Ti的蒸發(fā)速率為每秒2，Au的蒸發(fā)速率為每秒4。
8)在P電極區(qū)，同時(shí)在高反鏡保護(hù)層2上和N電極4上蒸發(fā)200/2000/300/7000的Ti/Al/Ti/Au加厚金屬電極，同時(shí)得到P電極加厚電極1和N電極加厚電極9。Ti的蒸發(fā)速率為每秒2，Au的蒸發(fā)速率為每秒4。
9)解理。用激光劃開(kāi)兩個(gè)器件間N型半導(dǎo)體5和襯底10相連的部分，得到如圖5所示的LED。
用杭州遠(yuǎn)方PMS-50(PLUS)UV光功率儀器對(duì)兩種結(jié)構(gòu)的LED封裝后測(cè)試，本發(fā)明結(jié)構(gòu)的LED光總輻射功率為3.04mW，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的LED光總輻射功率為2.45mW。本發(fā)明結(jié)構(gòu)的LED比相同設(shè)備制備的傳統(tǒng)倒金字塔結(jié)構(gòu)普通電極LED光功率高24％。兩種LED測(cè)試條件同為20mA恒流下測(cè)得。
實(shí)施例4如圖5所示，本發(fā)明LED電極制備步驟如下1)在一塊生長(zhǎng)好LED結(jié)構(gòu)晶圓上，先用卡爾休斯(Karl Suss)光刻機(jī)，普通光刻法在晶圓上用光刻膠掩膜出300μm×300μm面積的LED的臺(tái)結(jié)構(gòu)圖型。光刻膠厚4μm。然后用ICP等離子刻蝕系統(tǒng)刻出LED的臺(tái)來(lái)。LED臺(tái)高從P-GaN到N-GaN共700nm左右?？坛雠_(tái)后用丙酮超聲剝離去掉光刻膠。臺(tái)的側(cè)面與豎直面自然形成20度角度。
2)用離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積PECVD薄膜沉積技術(shù)在LED臺(tái)的側(cè)壁上300度分二步生長(zhǎng)240nm(藍(lán)光460的四分之三光學(xué)波長(zhǎng)厚度)的SiO2(460nm光處，折射率為1.46)。先生長(zhǎng)120nm SiO2后，把樣品用水超聲2分鐘。然后再生長(zhǎng)120nm。最后用普通光刻腐蝕法去掉LED臺(tái)的側(cè)面以外的SiO2。得到透明絕緣層11。
3)樣品用王水清洗5分鐘后，用Denton Explorer-14濺射臺(tái)濺射的方法，每秒2的速率，在LED臺(tái)頂部的P半導(dǎo)體層7上鍍一層20的Ni，50的Pt和50的Au膜用作歐姆接觸層8，用丙酮超聲剝離光刻膠。
4)把樣品在快速退火爐中合金，得到P電極歐姆接觸層8。合金條件為500度3分鐘，N2∶O2＝2L∶0.5L。
5)利用普通光刻法對(duì)P電極區(qū)和LED臺(tái)的側(cè)面進(jìn)行膠保護(hù)，用DentonExplorer-14濺射臺(tái)濺射的方法，在LED臺(tái)的底部的N型半導(dǎo)體5上濺射Ti/Al金屬膜用為N電極4。N電極與LED臺(tái)的側(cè)壁相距20μm。Ti膜的厚度200，濺射速率為每秒2；Al膜的厚度為3500，濺射速率為每秒3。
6)利用普通光刻法對(duì)N電極遮擋，然后用Denton Explorer-14濺射的方法在P電極歐姆接觸層8和LED臺(tái)的側(cè)面沉積一層5000的Al金屬，得到金屬高反鏡3。
7)用Denton Explorer-14濺射的方法在金屬高反鏡3上沉積Ti/Au金屬層，高反鏡金屬保護(hù)層2。Ti的厚度為200，Au的厚度為3000。金屬高反鏡3與高反鏡保護(hù)層2與N電極保持10μm的距離。Ti的濺射速率為每秒2，Au的濺射速率為每秒4。
8)在P電極區(qū)，同時(shí)在高反鏡保護(hù)層2上和N電極4上濺射200/5000/300/3000的Ti/Al/Ti/Au加厚金屬電極，同時(shí)得到P電極加厚電極1和N電極加厚電極9。Ti的濺射速率為每秒2，Al的濺射速率為每秒3，Au的濺射速率為每秒4。
9)解理。用激光劃開(kāi)兩個(gè)器件間N型半導(dǎo)體5和襯底10相連的部分，得到如圖5所示的LED。
用杭州遠(yuǎn)方PMS-50(PLUS)UV光功率儀器對(duì)兩種結(jié)構(gòu)的LED封裝后測(cè)試，本發(fā)明結(jié)構(gòu)的LED光總輻射功率為4.38mW，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的LED光總輻射功率為3.75mW。本發(fā)明結(jié)構(gòu)的LED比相同設(shè)備制備的傳統(tǒng)倒金字塔結(jié)構(gòu)普通電極LED光功率高16.8％。兩種LED測(cè)試條件同為20mA恒流下測(cè)得。
權(quán)利要求
1.高光提取效率LED電極，其結(jié)構(gòu)至少包括P電極加厚電極(1)，高反鏡保護(hù)層(2)，金屬高反鏡(3)，N電極(4)，N型半導(dǎo)體(5)，多量子阱有源區(qū)MQW(6)，P型半導(dǎo)體(7)，P電極歐姆接觸層(8)，N電極加厚電極(9)，襯底(10)；由P型半導(dǎo)體(7)，多量子阱有源區(qū)MQW(6)，N型半導(dǎo)體5自上而下構(gòu)成LED臺(tái)；P電極歐姆接觸層(8)位于LED臺(tái)頂部的P型半導(dǎo)體(7)表面上；N電極(4)位于LED臺(tái)底部的N型半導(dǎo)體(5)之上，與LED臺(tái)的側(cè)壁不相接觸；其特征在于在LED臺(tái)的側(cè)壁上有一透明絕緣層(11)；臺(tái)上表面面積小于下表面面積；LED臺(tái)的側(cè)壁與豎直平面成銳角角度；金屬高反鏡(3)覆蓋在P電極歐姆接觸層(8)上，并延展覆蓋在透明絕緣層(11)之上，包圍LED臺(tái)的頂部和側(cè)壁，但不與N電極(4)接觸；金屬高反鏡(3)、透明絕緣層(11)和LED臺(tái)三者之間折射率大小排列為高低高。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高光提取效率LED電極，其特征為透明絕緣層(11)的厚度是LED臺(tái)發(fā)出光波長(zhǎng)的四分之一光學(xué)厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高光提取效率LED電極的制備方法，包括以下步驟1)在一塊生長(zhǎng)好LED結(jié)構(gòu)晶圓上，用普通光刻法在晶圓上用光刻膠掩膜出LED的臺(tái)結(jié)構(gòu)圖型，然后用離子刻蝕系統(tǒng)ICP刻出LED臺(tái)；刻出LED臺(tái)后剝離去掉光刻膠；2)樣品用王水清洗后，用普通光刻法掩膜，用濺射或蒸發(fā)的方法在LED臺(tái)頂部的P半導(dǎo)體(7)上鍍一層P電極歐姆接觸層(8)；3)對(duì)P電極歐姆接觸層(8)進(jìn)行合金；4)利用普通光刻法對(duì)P電極歐姆接觸層(8)和LED臺(tái)的側(cè)壁進(jìn)行膠保護(hù)，用濺射金屬或蒸發(fā)金屬的方法在LED臺(tái)的底部N型半導(dǎo)體5上沉積N電極(4)；N電極(4)不與LED臺(tái)的側(cè)壁相接觸；剝離光刻膠；5)利用普通光刻法遮擋，然后用濺射或蒸發(fā)的方法在P電極歐姆層(8)和LED臺(tái)的側(cè)壁沉積一層金屬高反鏡(3)，金屬高反鏡(3)覆蓋P電極歐姆層(8)的表面以及由P型半導(dǎo)體(7)、多量子阱有源區(qū)(6)、N型半導(dǎo)體5構(gòu)成的LED臺(tái)的側(cè)壁；6)在金屬高反鏡(3)上用濺射金屬或蒸發(fā)金屬的方法鍍一層金屬形成高反鏡保護(hù)層2；或是用薄膜生長(zhǎng)的方法生長(zhǎng)一層絕緣層，再用光刻腐蝕方法，形成高反鏡保護(hù)層2；7)在P電極歐姆接觸層(8)的區(qū)域上方及N電極(4)上同時(shí)鍍上金屬，形成P電極加厚電極1和N電極加厚電極9；8)解理，把兩個(gè)器件間相連的N型半導(dǎo)體5和襯底10用激光劃開(kāi)得到LED臺(tái)；其特征在于在步驟1)刻出LED臺(tái)之后，在步驟2)制備P電極歐姆接觸層(8)之前，在LED臺(tái)的側(cè)壁上先制備一層透明絕緣層(11)；透明絕緣層(11)是用二步生長(zhǎng)法進(jìn)行第一次在LED臺(tái)的側(cè)壁生長(zhǎng)透明絕緣層后，用去離子水超聲，露出透明絕緣層的針孔和空洞，然后在第一次生長(zhǎng)的透明絕緣層表面再生長(zhǎng)一層透明絕緣層，填補(bǔ)先前生長(zhǎng)的透明絕緣層表面的針孔和空洞，形成透明絕緣層(11)。
全文摘要
本發(fā)明屬于光電子器件領(lǐng)域。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)光提取效率低，熱可靠性差，絕緣層一次生長(zhǎng)完成，易造成PN結(jié)漏電。結(jié)構(gòu)包括P電極加厚電極(1)，高反鏡保護(hù)層(2)，金屬高反鏡(3)，N電極(4)，N型半導(dǎo)體(5)，多量子阱有源區(qū)MQW(6)，P型半導(dǎo)體(7)，P電極歐姆接觸層(8)，N電極加厚電極(9)，襯底(10)；由P型半導(dǎo)體，多量子阱有源區(qū)MQW，N型半導(dǎo)體構(gòu)成LED臺(tái)；其特征在于LED臺(tái)側(cè)壁上有透明絕緣層(11)；臺(tái)上表面小于下表面面積；LED臺(tái)側(cè)壁與豎直面成銳角；金屬高反鏡覆蓋在P電極歐姆接觸層上，并延展覆蓋在透明絕緣層上，但不與N電極接觸；金屬高反鏡、透明絕緣層和LED臺(tái)三者折射率大小排列為高低高。本發(fā)明解決了LED側(cè)面出光，不能有效提取器件所發(fā)出的光問(wèn)題，防止PN結(jié)氧化。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1812146SQ20051013211
公開(kāi)日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2005年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月16日
發(fā)明者沈光地, 朱彥旭, 梁庭, 達(dá)小麗, 徐晨, 郭霞, 李秉臣, 董立閩 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)