专利名称：具有全方位反射镜的发光二极管及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管及其制作方法，更为具体地，涉及一种背镀全方位反射镜的氮化镓基发光二极管及其制作方法。
背景技术：
近年来，以氮化镓基宽带隙半导体材料为代表的半导体照明技术得到飞速发展。氮化镓基发光二极管器件已经广泛应用在显示、指示、背光源和照明等多种领域。当前，主流的氮化镓基发光二极管芯片按结构可以分为正装、倒装和垂直三种类型，其中以绝缘蓝宝石为衬底的正装结构最为普遍，被业界所广泛采用。对于正装结构LED，为了减少封装环节中基板反射率不佳引起的取光效率降低，通常在蓝宝石衬底背面加镀一反射镜以减少光损失。反射镜的结构，可以选择高反射金属层，诸如银、铝等高反射率金属；或者是折射率呈高低周期性交替变化的透光介电层堆，如多层Si02/Ti02组成的分布式布拉格反射器 (Distributed Bragg reflector, DBR)。目前,最新的技术是将前面二者结合起来,组成所谓的全方位反射镜(Omni-Direction Reflector, 0DR),由DBR部分反射小角度轴向光,而非轴向光则由高反金属层反射，这样可以获得的平均反射率超过90%。对于蓝光波段，ODR 结构中，常见的透光介电层堆组合可以是Si02/Ti02等氧化物DBR，而高反金属层则一般会选择铝。银虽然在蓝光波段具有极高的反射率，但银与氧化硅、氧化钛等常见透光介电材料的黏附极差，所以在现有的技术中，银一直无法用于背镀全方位反射镜结构。因此，需要改进背镀全方位反射镜结构设计，以解决上述现有技术的局限。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种具有全方位反射镜的氮化镓基发光二极管及其制作方法，通过在银与氧化物透光介电材料层之间插入一氧化镓层，以解决两者之间黏附不佳的问题。因氧化镓与银在退火后可以通过相互扩散合金形成紧密结合，同时氧化镓对于蓝光波段是完全透明的，所以可以采用氧化镓层作为中间黏附层构造包含银的背镀全方位反射镜，从而更进一步地提高全方位反射镜的反射率。根据实现上述目的的一种具有全方位反射镜的氮化镓基发光二极管，其结构包括
蓝宝石衬底；
氮化镓基外延叠层，形成于该蓝宝石衬底的第一表面，该氮化镓基外延叠层包含N型氮化镓基外延层、P型氮化镓基外延层以及发光层介于前述两者之间；
全方位反射镜形成于相对于所述第一表面的所述蓝宝石衬底的第二表面，并且自该第二表面起，该全方位反射镜依次包含折射率呈高低周期性交替变化的复数层透光介电层堆、氧化镓层和银反射层。根据实现上述目的的一种具有全方位反射镜的氮化镓基发光二极管的制作方法， 包括步骤提供监宝石衬底；
在该蓝宝石衬底的第一表面外延生长氮化镓基外延叠层，该氮化镓基外延叠层包含N 型氮化镓基外延层、P型氮化镓基外延层以及发光层介于前述两者之间；
在该蓝宝石衬底的第二表面制作全方位反射镜，从第二表面起，该全方位反射镜依次包含折射率呈高低周期性交替变化的复数层透光介电层堆、氧化镓层和银反射层；
退火以使得银与氧化镓层二者界面相互扩散并形成合金。本发明的创新之处即在于采用氧化镓作为银与氧化物透光介电材料层的中间黏附层。氧化镓与氧化物透光介电材料层的黏附性良好可靠，氧化镓与银则必须通过退火合金以形成紧密粘合，经过高温退火后，银会扩散并熔入氧化镓层中，形成镓银氧化界面层， 镓银氧化界面层的形成则大大增强了银与氧化镓的黏附力。在本发明的制作方法中，退火可以在包含氮气和氧气的氛围中进行，退火温度选择介于300°C 800°C之间为宜。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。虽然在下文中将结合一些示例性实施及使用方法来描述本发明，但本领域技术人员应当理解，并不旨在将本发明限制于这些实施例。反之，旨在覆盖包含在所附的权利要求书所定义的本发明的精神与范围内的所有替代品、修正及等效物。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。图I是本发明实施例的具有全方位反射镜的氮化镓基发光二极管结构示意图。图中部件符号说明
100:蓝宝石衬底
101:缓冲层
102n-GaN 层
103:多量子阱层
104p-GaN 层
110:ΙΤ0透明导电层
111=P电极
112Ν电极
120 Ti02/Si02 DBR 130 :氧化镓层 140 :镓银氧化层 150 :银反射镜。
具体实施例方式以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合， 所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。如附图I所示的一种具有全方位反射镜的氮化镓基发光二极管结构，包括蓝宝石衬底100、缓冲层101、n-GaN层102、多量子阱有源层103、p-GaN层104、ITO透明导电层 110、P电极IlUN电极112、6对Ti02/Si02 DBR120、氧化镓层130、镓银氧化层140、和银反射镜150。其中，蓝宝石衬底100具有两个主表面，正面和背面；缓冲层101形成于蓝宝石衬底100的正面之上；n-GaN层102形成于缓冲层101之上；多量子阱有源层103形成于n_GaN 层102之上；p-GaN层104形成于多量子阱有源层103之上；ΙΤ0层110形成于ρ-GaN层104 之上；P电极111形成于ITO层110之上；N电极112形成于n_GaN层103之上；6对TiO2/ SiO2 DBR 120形成于蓝宝石衬底100的背面，氧化镓层130形成于Ti02/Si02 DBR 120之上， 其厚度为200埃；镓银氧化层140形成于氧化镓层130之上，其厚度在500埃以内，无固定组分；银反射镜150形成于镓银氧化层140之上，其材料为Ag/Ti/Pt/Au，首层材料为Ag。上述结构的具有全方位反射镜的氮化镓基发光二极管，其制作方法包括步骤 第一步在蓝宝石衬底100的正面外延生长氮化镓基发光外延层，包括；缓冲层101、
n-GaN层102、多量子阱有源层103和p-GaN层104;
第二步制作电极，包括部分地蚀刻氮化镓基外延层以暴露出n-GaN层102，以及在 P-GaN层104上制作ITO透明导电层110，在ITO层110之上制作P电极111和在n_GaN层 102制作N电极112 ；
第三步研磨蓝宝石衬底100的背面，以达到减薄和抛光效果；
第四步在研磨后的蓝宝石透明衬底100的背面采用电子束蒸发先沉积一 6对TiO2/ SiO2 DBR组合120，对应中心波长460nm ;接着继续同腔沉积一厚度为200埃的氧化镓层 130 ；
第五步在氧化镓层130上镀银反射镜150，其材料为Ag/Ti/Pt/Au ；
第六步在含有氮气和氧气混合气体的氛围中，温度480°C条件下进行快速热退火，以使得银反射镜层150中的银与氧化镓层130相互扩散熔合形成镓银氧化界面层140，从而使得前二者紧密黏合。采用上述制作方法制作而成的发光二极管具有“蓝宝石/DBR/氧化镓/银”的背镀全方位反射镜结构，该结构结合了高反射银层，可以大大提高全方位反射镜的整体反射率。
权利要求
1.具有全方位反射镜的氮化镓基发光二极管，包括蓝宝石衬底；氮化镓基外延叠层，形成于该蓝宝石衬底的一第一表面，该氮化镓基外延叠层包含N 型氮化镓基外延层、P型氮化镓基外延层以及发光层介于前述两者之间；全方位反射镜形成于相对于所述第一表面的所述蓝宝石衬底的一第二表面，并且自该第二表面起，该背镀全方位反射镜依次包含折射率呈高低周期性交替变化的复数层透光介电层堆、氧化镓层和银反射层。
2.根据权利要求I所述的具有全方位反射镜的氮化镓基发光二极管，其还包括镓银氧化界面层形成于所述氧化镓层和银反射层之间。
3.具有全方位反射镜的氮化镓基发光二极管的制作方法，包括步骤提供监宝石衬底；在该蓝宝石衬底的第一表面外延生长氮化镓基外延叠层，该氮化镓基外延叠层包含N 型氮化镓基外延层、P型氮化镓基外延层以及发光层介于前述两者之间；在该蓝宝石衬底的第二表面制作背镀全方位反射镜，从第二表面起，该背镀全方位反射镜依次包含折射率呈高低周期性交替变化的复数层透光介电层堆、氧化镓层和银反射层；退火以使得银与氧化镓层二者界面相互扩散并形成合金。
4.根据权利要求3所述的具有全方位反射镜的氮化镓基发光二极管的制作方法，其退火的氛围包含氮气和氧气。
5.根据权利要求3所述的具有全方位反射镜的氮化镓基发光二极管的制作方法，其退火的温度介于300°C 800°C之间。
全文摘要
本发明公开了一种具有全方位反射镜的氮化镓基发光二极管及其制作方法。具有全方位反射镜的氮化镓基发光二极管，包括蓝宝石衬底；氮化镓基外延叠层，形成于该蓝宝石衬底的一第一表面，该氮化镓基外延叠层包含N型氮化镓基外延层、P型氮化镓基外延层以及发光层介于前述两者之间；全方位反射镜形成于相对于所述第一表面的所述蓝宝石衬底的一第二表面，并且自该第二表面起，该背镀全方位反射镜依次包含折射率呈高低周期性交替变化的复数层透光介电层堆、氧化镓层和银反射层。通过在银与氧化物透光介电材料层之间插入一氧化镓层，以解决两者之间黏附不佳的问题。
文档编号H01L33/10GK102610720SQ20121007448
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月21日 优先权日2012年3月21日
发明者潘群峰 申请人:厦门市三安光电科技有限公司