专利名称：具有双反射层的铝镓铟磷系发光二极管及其制备方法
技术领域：
本发明涉及四元系发光二极管，尤其是一种具有双反射层的铝镓铟磷系发光二极 管及其制备方法。
背景技术：
发光二极管(英文为Light Emitting Diode,简称LED)是半导体二极管的一种， 它能将电能转化为光能，发出黄、绿、蓝等各种颜色的可见光及红外和紫外不可见光。与小 白炽灯泡及氖灯相比，它具有工作电压和电流低、可靠性高、寿命长且可方便调节发光亮度 等优点。半导体红光发光二极管是最早采用液相外延生长技术做成的LED。自从金属有机 化学外延生长技术成功开发后，铝镓铟磷(AlGalnP)系材料发展迅速被用来制作高功率高 亮度红光及黄光LED。虽然现在用AlGalnP系材料制造的红光LED已经商业化生产，由于砷 化镓(GaAs)基板对红光的吸收，半导体材料的折射率造成的出射角过小，使AlGalnP红光 LED的出光效率很低，所以在商业化生产的同时，有关提高AlGalnP红光LED发光效率的研 究工作一直在进行。目前，改善红光LED发光效率的主要技术有加厚磷化镓(GaP)窗口层、在吸收红光 的GaAs基板前生长分布布拉格反射层(英文为Distributed BraggRef lector,简称DBR)， 用对红光透明的GaP材料代替对红光吸收的GaAs基板，以及加金属反射镜的倒装结构等。中国发明专利(CN1373522A)公开了一种镀有金属反射镜膜基板的发光二极管及 其制造方法，其以具金属反射面基板为永久基板的发光二极管，将LED组件结构成长于一 暂时性基板后，再将此LED组件黏贴至一当做永久性具反射镜的基板上，而后将先前会吸 光的暂时性基板去除，使得LED组件所发射的光能不被基板吸收，同时向基板方向的光可 被反射出表面以增强其发光亮度；但是该发明中金属对光的反射是有限的，一般在90%以 下，特别是单一金属反射层结构，金属与半导体直接接触，在一定温度下由于扩散效应甚至 形成某种合金，势必导致金属反射层反射率的急剧下降。中国发明专利(CN1897316A)公开了具有反射层的高亮度发光二极管结构，其包 括基板，以及在该基板上依序形成的金属层、非合金欧姆接触层与发光结构；该金属层作 为反射镜，且由于该金属层由纯金属或金属氮化物所形成，因此其能具有优异的反射性；该 非合金欧姆接触层夹在该金属层与该发光结构之间，以达到所需的欧姆接触；为了避免该 金属层与该非合金欧姆接触层彼此相混，且为了维持第一金属层反射表面的平坦性，将根 据需要的介电层夹在该金属层与该非合金欧姆接触层之间；但是该发明中非合金欧姆接触 层形成过程不易控制，且在基板与发光结构之间需要金属层、介电层、非合金欧姆接触层才 能充分发挥金属层的优良反射性。
发明内容
为解决上述发光二极管所存在的问题，本发明旨在提供具有双反射层的铝镓铟磷
3系发光二极管及其制备方法，具体说是一种兼具分布布拉格反射层和反射金属层的铝镓铟 磷系发光二极管及其制备方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是具有双反射层的铝镓铟磷系发光二 极管，其特征是外延层形成于第一电极上，呈网格状分布的分布布拉格反射层形成在外延 层上，反射金属层形成于分布布拉格反射层与外延层的顶面暴露部分上，永久基板形成于 反射金属层上，第二电极形成于永久基板上。具有双反射层的铝镓铟磷系发光二极管的制备方法，包括下列步骤1)提供一临时基板；2)在临时基板正面上形成外延层； 3)在外延层上形成分布布拉格反射层；4)在分布布拉格反射层中形成开口结构，使分布布拉格反射层呈网格状分布并部 分暴露出外延层顶面；5)在分布布拉格反射层上及暴露于开口结构的外延层上形成一反射金属层；6)选择一永久基板与反射金属层粘合；7)去除临时基板；8)在外延层底面、永久基板顶面分别形成第一电极、第二电极；9)切割得铝镓铟磷系发光二极管。本发明的临时基板选用GaAs基板；永久基板选用Si、GaP、SiC、Cu、Ni、Mo、AlN基 板或前述基板的组合之一；分布布拉格反射层由交替的高折射率和低折射率材料层组成， 分布布拉格反射层的高折射率层材料选自TiO、TiO2, Ti3O5, Ti203、Ta2O5, ZrO2或前述的任意 组合之一，分布布拉格反射层的低折射率层材料选自31版、3102或前述的任意组合之一；呈 网格状分布的分布布拉格反射层的图案形状为矩形、圆形或多边形；反射金属层材料选自 AU、Be/AU、AU/Zn、Pd或前述的任意组合之一；永久基板与反射金属层的粘合方式采用晶片 键合或电镀粘合。本发明的有益效果是分布布拉格反射层对垂直射入发光二极管光反射达到 99%，而对倾斜射入的光线反射不佳，因此通过分布布拉格反射层及反射金属层可将光充 分反射出来，并克服了反射金属层对光线的吸收问题，最大限度地发挥双反射层的优异反 射性，提高发光二极管的发光效率；且设于分布布拉格反射层与外延层的顶面暴露部分上 的反射金属层还兼做欧姆接触用金属，有效地简化了 LED的结构。
图1 图6是本发明铝镓铟磷系发光二极管芯片制备过程的截面示意图。图中1.临时基板；2.外延层；3.分布布拉格反射层；31.蚀刻后的分布布拉格反 射层；32.开口结构；4.反射金属层；5.永久基板；6.第一电极；7.第二电极。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。具有双反射层的铝镓铟磷系发光二极管的制作工艺，其步骤如下如图1所示，先提供GaAs临时基板1，供后续生长外延层用；在GaAs临时基板1上生长外延层2 ；利用沉积方式在外延层2上形成分布布拉格反射层3 ；如图2所示，利用光罩与蚀刻方式，形成开口结构32于分布布拉格反射层3中，使 蚀刻后的分布布拉格反射层31图案为矩形且呈网格状分布，并暴露出外延层2顶面的一部 分，其中分布布拉格反射层31由交替的高折射率TiO2材料和低折射率的SiO2材料组成；如图3所示，形成Be/Au反射金属层4设于蚀刻后的分布布拉格反射层31与外延 层2的顶面暴露部分上，并填满上述开口结构32 ；如图4所示，通过晶片键合技术，将Si永久基板5与Be/Au反射金属层4连接；如图5所示，去除GaAs临时基板1 ； 如图6所示，分别在外延层2底面、Si永久基板5顶面形成第一电极6、第二电极 7，切割得铝镓铟磷系发光二极管；依上述工艺制备的铝镓铟磷系LED芯片，如图6所示，从下至上依次包括最底层 为第一电极6 ；外延层2形成于第一电极6上；蚀刻后的分布布拉格反射层31呈网格状分 布并形成在外延层2上，其中蚀刻后的分布布拉格反射层31由交替的高折射率TiO2材料 和低折射率的SiO2材料组成；Be/Au反射金属层4形成于蚀刻后的分布布拉格反射层31与 外延层2的顶面暴露部分上；Si永久基板5形成于Be/Au反射金属层4上；第二电极7形 成于Si永久基板5上。分布布拉格反射层对于垂直射入光反射率可达95%以上，穿透光再通过反射金属 层再反射，使得整体反射率可达99%以上，依上述工艺制备的镓铟磷系LED芯片的亮度可 以提升20%以上。以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，本技术领域的普通技术 人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化；因此，所有等 同技术方案也应该属于本发明的范畴，由各权利要求限定。
权利要求
具有双反射层的铝镓铟磷系发光二极管，其特征是外延层形成于第一电极上，呈网格状分布的分布布拉格反射层形成在外延层上，反射金属层形成于分布布拉格反射层与外延层的顶面暴露部分上，永久基板形成于反射金属层上，第二电极形成于永久基板上。
2.具有双反射层的铝镓铟磷系发光二极管的制备方法，包括下列步骤1)提供一临时基板；2)在临时基板正面上形成外延层；3)在外延层上形成分布布拉格反射层；4)在分布布拉格反射层中形成开口结构，使分布布拉格反射层呈网格状分布并部分暴 露出外延层顶面；5)在分布布拉格反射层上及暴露于开口结构的外延层上形成一反射金属层；6)选择一永久基板与反射金属层粘合；7)去除临时基板；8)在外延层底面、永久基板顶面分别形成第一电极、第二电极；9)切割得铝镓铟磷系发光二极管。
3.如权利要求2所述的具有双反射层的铝镓铟磷系发光二极管的制备方法，其特征在 于临时基板选用GaAs基板。
4.如权利要求2所述的具有双反射层的铝镓铟磷系发光二极管的制备方法，其特征在 于永久基板选用Si、GaP、SiC、Cu、Ni、Mo、AlN基板或前述基板的组合之一。
5.如权利要求2所述的具有双反射层的铝镓铟磷系发光二极管的制备方法，其特征在 于分布布拉格反射层由交替的高折射率和低折射率材料层组成。
6.如权利要求2所述的具有双反射层的铝镓铟磷系发光二极管的制备方法，其特征在 于分布布拉格反射层的高折射率层材料选自TiO、Ti02、Ti305、Ti203、Ta205、Zr02或前述的 任意组合之一。
7.如权利要求2所述的具有双反射层的铝镓铟磷系发光二极管的制备方法，其特征在 于分布布拉格反射层的低折射率层材料选自SiNx、Si02或前述的任意组合之一。
8.如权利要求5、6或7所述的具有双反射层的铝镓铟磷系发光二极管的制备方法，其 特征在于呈网格状分布的分布布拉格反射层的图案形状为矩形、圆形或多边形。
9.如权利要求2所述的具有双反射层的铝镓铟磷系发光二极管的制备方法，其特征 是反射金属层材料选自Au、Be/Au、Au/Zn、Pd或前述的任意组合之一。
10.如权利要求2所述的具有双反射层的铝镓铟磷系发光二极管的制备方法，其特征 在于永久基板与反射金属层的粘合方式采用晶片键合或电镀粘合。
全文摘要
本发明公开的具有双反射层的铝镓铟磷系发光二极管及其制备方法，包括以下工艺步骤提供一临时基板；形成于临时基板正面上的外延层；形成于外延层上的分布布拉格反射层；形成开口结构于分布布拉格反射层中，使分布布拉格反射层呈网格状分布并暴露出外延层顶面的一部分；形成金属层设于分布布拉格反射层与外延层的顶面暴露部分上，并填满上述开口结构；选择一永久基板与金属层粘合；去除临时基板；分别在外延层底面、永久基板顶面形成第一电极、第二电极；切割得铝镓铟磷系发光二极管；采用本发明制作兼具分布布拉格反射层和金属反射层的铝镓铟磷系发光二极管，可最大限度地发挥反射层的优异反射性，有效地提高铝镓铟磷系发光二极管的发光效率。
文档编号H01L33/44GK101859860SQ20101017093
公开日2010年10月13日 申请日期2010年5月4日 优先权日2010年5月4日
发明者尹灵峰, 林科闯, 林素慧, 蔡家豪, 郑建森 申请人:厦门市三安光电科技有限公司