发光二极管及其制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种发光二极管及其制作方法，其中所述发光二极管依次包括：导电基板、高反射镜面层、发光外延叠层和电极，所述发光外延叠层包含第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述高反射镜面层由透光层和金属反射层构成，所述透光层内局部区域设有点状散射点，所述透光层的折射率小于所述点状散射点的折射率。本发明采用点状散射反射镜结构，形成超高反射率镜面系统，可使垂直方向的光散射至其他方向，避免重复反射吸光。
【专利说明】
发光二极管及其制作方法
技术领域
[0001] 本发明设及半导体照明领域，具体的说是一种具有高反射镜面层的发光二极管及 其制作方法。
【背景技术】
[0002] 近几年，发光二极管（light emitting diode,简称LED)得到了广泛的应用，在各 种显示系统、照明系统、汽车尾灯等领域起着越来越重要的作用。
[0003] 现有发光二极管之增光工艺，通常会借由键合工艺在忍片外延层与吸光基板之间 制作反射镜面，藉此避免忍片内发光被吸光基板吸收，并将其反射至出光面提升整体亮度。 镜面材质通常选用对于该忍片波长具有高反射率之金属材料，如红光常用Au/Ag镜，蓝绿光 常用Al/Ag镜;此外，也常见地将高反射率金属结合Si化，形成全方位反射镜面0DR结构。但 在遮光电极下的光线容易被吸收，损失亮度。
【发明内容】
[0004] 针对前述问题，本发明提出一种具有高反射镜面层的发光二极管结构及其制作方 法，其借由点状散射反射镜结构，可形成超高反射率/高热传导镜面系统，使垂直方向的光 散射至其他方向，避免重复反射吸光。
[0005] 本发明解决上述问题的技术方案为:发光二极管，依次包括:导电基板、高反射镜 面层、发光外延叠层和电极，所述发光外延叠层包含第一半导体层、有源层和第二半导体 层，其特征在于:所述高反射镜面层由透光层和金属反射层构成，所述透光层内局部区域设 有点状散射点，所述透光层的折射率小于所述点状散射点的折射率。
[0006] 优选地，所述高反射镜面层占整体发光面的80%~98%面积。
[0007] 优选地，所述点状散射点位于所述电极相应位置下方，可使垂直方向的光散射至 其他方向，避免重复反射吸光。
[000引优选地，所述透光层的热传导系数为lOw/mkW上。
[0009] 优选地，所述透光层为氣化儀层，所述点状散射点的材料为氧化铁，形成超高反射 率/高热传导镜面系统，提升发光二极管整体效率。
[0010] 优选地，所述点状散射点的面积大于所述电极面积的1.05倍。
[0011] 优选地，所述透光层由氣化儀层和氧化铁交替堆叠而成。在一个较佳实施例中，所 述透光层的厚度为渐进式分布，举例如下，第一氣化儀层的厚度为590nm，第二氣化儀层的 厚度为第一氣化儀层的0.25-0.6倍，W此类推；同理，第一氧化铁层的厚度为92nm，第一氧 化铁层的厚度为第一氧化铁层的之0.25-0.6倍，多层膜总厚度在1微米W下为佳。
[0012] 优选地，所述金属反射层可W为Au、Ag、A1等，厚度大于0.2微米为宜，较佳值为 0.25微米。
[0013] 本发明同时提供了一种发光二极管的制作方法，包括步骤：1)提供一发光外延叠 层，具有相对的第一表面和第二表面，包括第一半导体层、有源层和第二半导体层;2)在所 述发光外延叠层的第一表面上制作高反射镜面层，其由透光层和金属反射层构成，所述透 光层结构中局部区域设有点状散射点，所述透光层的折射率小于所述点状散射点的折射 率;3)提供一导电基板，将其与所述高反射镜面层粘接;4)在所述发光外延叠层的第二表面 上制作电极。
[0014] 优选地，所述步骤3)中包括：在所述发光外延叠层的第一表面定义欧姆接触区， 在所述欧姆接触区上依次沉积欧姆接触层和剥离层;在所述发光外延叠层的第一表面上沉 积第一厚度的透光层子层，其同时覆盖所述剥离层，在所述透光层子层上形成点状散射点， 继续沉积第二厚度的透光层子层，从而在透光层内形成点状散射点;剥离所述剥离 层，露出所述欧姆接触层;在所述透光层之上形成金属反射层。
[0015] 在一些实施例中，在所述透光层子层上直接沉积10~100埃的散射材料，其尚未成 膜状态，形成点状散射点。
[0016] 在另一些实施例中，在所述透光层子层上沉积散射材料层，其厚度大于100埃，再 采用黄光工艺形成点状散射点，其与所述发光外延叠层的第二表面上的电极位置相对应。
[0017] 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W及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0018] 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。
[0019] 图1为现有的一种垂直结构发光二极管忍片的侧面剖视图。
[0020] 图2为根据本发明实施的一种发光二极管忍片的侧面剖视图。
[0021] 图3~11为根据本发明实施的一种发光二极管忍片的制作过程示意图。
[0022] 图12和13为根据本发明实施的发光二极管忍片的电极示意图。
[0023] 图14显示了不同透光层结构的反射率对比图 图中标号： 100、200:导电基板； 110、110:金属键合层； 120、220:反射镜面层； 12U221:金属反射层； 122: Si化层 222:透光层； 123、223:欧姆接触层； 224:点状散射点； 130、 230:发光外延叠层； 131、 231:第一半导体层； 132、 232:有源层； 133、 233:第二半导体层； 14U241:焊盘电极； 142、242:扩展电极； 201:生长衬底； 202:剥罔用金属层。
【具体实施方式】
[0024] W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W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W及各实施例中的各个特征可W相互结合， 所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
[00巧]图1公开了一种具有全方位反射镜(Omni-Direct ional Ref lector，简称0DR)的发 光二极管，其具体结构包括:导电基板100、金属键合层110、反射镜面层120、第一半导体层 131、有源层132、第二半导体层133及电极141和142。其中，反射镜面层120-般由Si化层 122和金属反射层121构成。在此L邸结构中，由有源层向下发出的光部分经由Si化层全反射 回去，部分光经由高反射金属镜面层全反射回去，增加出光效率。然而，在顶面电极14U142 下方的光线容易被吸收，损失亮度。
[0026] 下面各实施例公开了一种发光二极管，其在反射镜面层内设有点状散射点，形成 超高反射率/高热传导镜面系统，使垂直方向的光散射至其他方向，避免重复反射吸光。
[0027] 参看图3,根据本发明实施的一种发光二极管，包括：导电基板200、金属键合层 210、反射镜面层220、发光外延叠层230、焊盘电极241和扩展电极241。其中反射镜面层220 包括金属反射层221、透光层222构成，其中透光层222的内部局部区域设有点状散射点224， 其在发光外延叠层230上的投影与焊盘电极241和扩展电极241对应。
[0028] 具体的，导电基板200可采用Si基板，发光外延叠层230包括第一半导体层231、有 源层232和第二半导体层233，反射镜面层220占整体发光的80%~98%面积为佳，其中金属反 射层221采用高反射率的金属材料，如Ag或A1等材料，透光层222采用具有低折射率、高热传 导率的介质材料，其热传导系数在lOw/mkW上为佳，点状散射点224的折射率大于透光层的 折射率，W使垂直方向的光散射至其他方向。在透光层222中还设有贯穿该层的欧姆接触层 223, W导通发光外延叠层230。在一个较佳实施例中，透光层222采用氣化儀，其折射率η为 1.38,热传导系数14~15 W/mk，点状散射点采用具有高折射率、高热传导率之透光材料并具 有散射效果的二氧化铁，其折射率η为2.6,热传导系数为11~12 W/mk，从而形成超高反射 率/高热传导镜面系统，提升发光二极管整体效率。
[0029] 下面结合图3~10及制作方法，对上述发光二极管进行详细说明，主要外延生长、审U 作高反射镜面层、基板转移和电极制作等步骤。
[0030] 一、外延生长 在生长衬底201上依次形成发光外延叠层230,该发光外延叠层至少包括第一半导体层 231、有源层232和第二半导体层233。生长衬底201的选取包括但不限于蓝宝石、氮化侣、氮 化嫁、娃、碳化娃，其表面结构可为平面结构或图案化图结构。当第一半导体层231为P型半 导体，第二半导体层232可为相异电性的η型半导体，反之，当第一半导体层231为η型半导 体，第二半导体层232可为相异电性的Ρ型半导体。有源层232可为中性、Ρ型或η型电性的半 导体。施W电流通过半导体发光叠层时，激发有源层232发光出光线。当有源层232W氮化物 为基础的材料时，会发出蓝或绿光；当W憐化侣铜嫁为基础的材料时，会发出红、澄、黄光的 班巧色系的光。在本实施例中，第一半导体层231为P型半导体、第二半导体层233为N型半导 体，有源层232采用憐化侣铜嫁系多量子阱结构，如图3所示。
[0031] 二、形成高反射镜面层230 如图4所示，在发光外延叠层230的第一表面230a上首先沉积一图形化的欧姆接触层 223，其材料要为AuSi、AuBe等。
[0032] 如图5所示，接着在欧姆接触区223的表面上沉积剥离层202,该剥离层2002可采用 活性金属，可为Ti或化。在一些变形实施例中，为避免使用活性金属作为剥离层容易产生蚀 刻不完全或金属残留所引起欧姆接触不佳导致电压高的问题，可使用氧化物材料作为剥离 层，如SiOx或SiNx等。
[0033] 如图6所示，在发光外延叠层的第一表面230a及金属层202上沉积透光层222。此过 程至少细分为Ξ个子步骤： (1) 先沉积透光层子层，其大约lOOnm厚； (2) 在第一透光层子层上形成散射材料层，其厚度为^lOOnm，并定义焊盘电极/扩展电 极下方区域及图形，形成点状散射点； (3) 继续沉积透光层子层，形成完整的透光层，其内部含有点状射散点224。
[0034] 关于步骤(2)中的点状散射点的形成方式，主要有两种方式，WTi化为例进行举例 说明： 第一种:沉积Ti化层，控制厚度为10~100埃，其尚未成膜状态，直接在焊盘电极/扩展电 极相应区域制作分布，如图12所示，其中虚线区域为点状散射点，所占面积大于电极面积的 1.05 倍。
[0035] 第二种:沉积Ti化层，控制厚度为100~1000埃，其已为成膜状态，在焊盘电极/扩展 电极相应区域中制作圆形的Ti化图案，直径为1微米W上，如图12所示，其中虚线区域为点 状散射点，所占面积大于电极面积的1.05倍。在另一些实施例中，也可制作方形图案，长宽 为1微米W上，或者任意形状(包含任意矩形/菱形/Ξ角形/多边形等），所占区域〉电极面积 的1.05倍。
[0036] 如图7所示，剥离金属层202，裸露出欧姆接触层223。
[0037] 如图8所示，在透光层222上沉积金属反射层221，至此完成高反射镜面层的制作。 该金属反射层221可W为Au、Ag、A1等，厚度为0.2微米W上，较佳值为0.25微米。
[0038] Ξ、转移基板、制作电极 提供一导电基板200,并在导电基板200和金属反射层的表面上形成金属键合层，进行 高溫键合，从而将导电基板与发光外延叠层粘接，并移除生长衬底201，裸露出发光外延叠 层的第二表面230b，在裸露出的外延叠层表面23化上制作焊盘电极241和扩展电极242,如 图9-11所示。
[0039] 作为上述实施例的一个变形，透光层222可为多层结构，由氣化儀层和氧化铁层交 替堆叠而成。在一个较佳实施例中，该透光层的厚度为渐进式分布，其中靠近外延叠层的厚 度最大，并呈递减分布，如:第一氣化儀层的厚度为590nm，第二氣化儀层的厚度为第一氣化 儀层的0.25-0.6倍，W此类推；同理，第一氧化铁层的厚度为92nm，第一氧化铁层的厚度为 第一氧化铁层的之ο. 25-0.6倍，多层膜总厚度在1微米w下为佳。
[0040] 下面分别采用不同的材料/结构制作透光层，并对其反射率进行测试。第一种采用 单层Si化作为透光层，其厚度为200nm;第二种采用单层MgF2作为透光层，其厚度200nm;第Ξ 种采用MgF2/Ti〇2，厚度固定，取2.5周期，具体厚度参照下表1;第四种采用MgF2/Ti〇2，厚度 渐变，具体厚度参照下表2。
[0041] 表1:
图14显示了上述四种不同透光层结构的反射率比对图，从图中可看出相对于固定厚度 多层膜或者单层氧化层之镜面结构，厚度渐进式结构得最佳反射率。
[0042] 很明显地，本发明的说明不应理解为仅仅限制在上述实施例，而是包括利用本发 明构思的所有可能的实施方式。
【主权项】
1. 发光二极管，依次包括:导电基板、高反射镜面层、发光外延叠层和电极，所述发光外 延叠层包含第一半导体层、有源层和第二半导体层，其特征在于:所述高反射镜面层由透光 层和金属反射层构成，所述透光层内局部区域设有点状散射点，所述透光层的折射率小于 所述点状散射点的折射率。2. 根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于:所述高反射镜面层占整体发光面的 80%~98%面积。3. 根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于:所述点状散射点位于所述电极相应 位置下方。4. 根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于:所述透光层的热传导系数为10w/mk 以上。5. 根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于:所述透光层为氟化镁层，所述点状 散射点的材料为氧化钛。6. 根据权要求1所述的发光二极管，其特征在于:所述点状散射点的面积大于所述电极 面积的1.05倍。7. 根据权要求1所述的发光二极管，其特征在于:所述透光层为多层结构，由氟化镁层 和氧化钛层交替堆叠而成。8. 根据权要求7所述的发光二极管，其特征在于:所述透光层的厚度为渐进式分布，邻 近发光外延叠层的厚度最大，并呈递减变化。9. 根据权要求8所述的发光二极管，其特征在于:所述透光层具有η层氟化镁层，其中第 η氟化镁层的厚度0"与第η-1氟化镁层的厚度Dm的关系为:Dn=(0.25~0.6。10. 根据权要求8所述的发光二极管，其特征在于:所述透光层具有m层氧化钛层，其中 第m氧化钛层的厚度0"与第m-1氧化钛层的厚度Dh的关系为:D m=(0.25~0.。11. 发光二极管的制作方法，包括步骤： 1) 提供一发光外延叠层，具有相对的第一表面和第二表面，包括第一半导体层、有源层 和第二半导体层； 2) 在所述发光外延叠层的第一表面上制作高反射镜面层，其由透光层和金属反射层构 成，所述透光层结构中局部区域设有点状散射点，所述透光层的折射率小于所述点状散射 点的折射率； 3 )提供一导电基板，将其与所述高反射镜面层粘接； 4)在所述发光外延叠层的第二表面上制作电极。12. 根据权利要求11所述的发光二极管的制作方法，其特征在于:所述步骤3)中包括： 在所述发光外延叠层的第一表面定义欧姆接触区，在所述欧姆接触区上依次沉积欧姆 接触层和剥离层； 在所述发光外延叠层的第一表面上沉积第一厚度的透光层子层，其同时覆盖所述剥离 层，在所述透光层子层上形成点状散射点，继续沉积第二厚度的透光层子层，从而在透光层 内形成点状散射点； 剥离所述剥离层，露出所述欧姆接触层； 在所述透光层之上形成金属反射层。13. 根据权利要求12所述的发光二极管的制作方法，其特征在于:在所述透光层子层上 直接沉积10~100埃的散射材料，其尚未成膜状态，形成点状散射点。14.根据权利要求12所述的发光二极管的制作方法，其特征在于:在所述透光层子层上 沉积散射材料层，其厚度大于100埃，再采用黄光工艺形成点状散射点，其与所述发光外延 叠层的第二表面上的电极位置相对应。
【文档编号】H01L33/46GK105870290SQ201610460045
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】卢怡安, 蒙成, 郦挺, 吴俊毅, 王笃祥
【申请人】天津三安光电有限公司