高光提取效率LED电极的制备方法技术

本发明专利技术属于光电子器件领域。传统结构光提取效率低，热可靠性差，绝缘层一次生长完成，易造成ＰＮ结漏电。结构包括：Ｐ电极加厚电极（１），高反镜保护层（２），金属高反镜（３），Ｎ电极（４），Ｎ型半导体（５），多量子阱有源区ＭＱＷ（６），Ｐ型半导体（７），Ｐ电极欧姆接触层（８），Ｎ电极加厚电极（９），衬底（１０）；由Ｐ型半导体，多量子阱有源区ＭＱＷ，Ｎ型半导体构成ＬＥＤ台；其特征在于：ＬＥＤ台侧壁上有透明绝缘层（１１）；台上表面小于下表面面积；ＬＥＤ台侧壁与竖直面成锐角；金属高反镜覆盖在Ｐ电极欧姆接触层上，并延展覆盖在透明绝缘层上，但不与Ｎ电极接触；金属高反镜、透明绝缘层和ＬＥＤ台三者折射率大小排列为高低高。本发明专利技术解决了ＬＥＤ侧面出光，不能有效提取器件所发出的光问题，防止ＰＮ结氧化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电子器件制造
，具体有关于半导体发光二极管(LED)的电极构造。
技术介绍
半导体发光二极管(Light Emitting Diode，LED)的是一种以半导体将电能转变成光能的光电子器件。具有体积小，寿命长，光电转换效率高，无污染，节能等特性，能够适应各种应用设备的轻薄小型化的要求，广泛应用于各种交通标志，LCD背光光源，打印，大屏幕显示，通信，照明等方面。构成发光二极管的材料主要有各种化合物半导体材料如III-V族材料、II-VI族材料等。可以发出不同颜色的光，如紫，蓝，绿，黄和红。公知的LED的构造如图1、图2和图3图4。传统LED结构中，不加反射镜的LED有六个面可以出光。其中只有一个出光面可以被利用。如果不对其他几个出光面加以利用，那么大部分光都损失掉。传统结构普通电极LED所带高反镜的一般为平面板式，只在一个平面上对光进行反射，这样相当于有两个出光面的光线被利用。其缺点是还有两个出光面没有被利用，很多光从LED台的侧面逸出。这些从侧面逸出的光，只有一部分被封装的反射杯反射，大部分光损失掉。于是又出现一种传统倒金字塔结构普通电极LED如图5。这种传统金字塔结构普通电极的LED光提效率比传统结构普通电极LED高10％-20％。但这种传统倒金字塔结构普通电极LED侧面没有高反镜。这种LED的好处是LED台的侧面与竖直面成这一定的角度，一般为器件发出光的临界角。这样射向侧面的光线也被利用。但这种结构也存在很多问题，如这种倒金字塔结构制备起来很难，需要用腐蚀液钻蚀的办法才能实现。而且传统倒金字塔结构普通电极LED台的侧面与竖直面所成的角度很难准确地做成为光的临界角，这样很多光线依然没有被利用上。即使其角度做成为光的临界角，可是LED发出的光为各种同性，什么方向都有，依然有很多光得不到满意地利用。如果光线不能从我们所要利用的出光面射出来，那么这些光就会经过多次反射和吸收形成大量的热，造成光提取效率低，热可靠性差。传统制备绝缘层过程中，绝缘层都是一次生长完成，如果以传统方法来制备透明绝缘层11很容易造成PN结漏电现象。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是在LED侧面加上高反镜来解决传统LED侧面出光，不能有效提取器件所发出的光的问题，同时对LED侧面PN结进行保护，防止氧化，增加器件的可靠性。高光提取效率LED电极，其结构至少包括P电极加厚电极1，高反镜保护层2，金属高反镜3，N电极4，N型半导体5，多量子阱有源区MQW6，P型半导体7，P电极欧姆接触层8，N电极加厚电极9，衬底10；由P型半导体7，多量子阱有源区MQW6，N型半导体5自上而下构成LED的台；P电极欧姆接触层8位于LED台顶部的P型半导体7表面上；N电极4位于LED台底部的N型半导体5之上，与LED台的侧壁不相接触；其特征在于在LED台的侧壁上有一透明绝缘层11；台上表面面积小于下表面面积；LED台的侧壁与竖直平面成锐角角度；金属高反镜3覆盖在P电极欧姆接触层8上，并延展覆盖在透明绝缘层11之上，包围LED台的顶部和侧壁，但不与N电极4接触；金属高反镜3、透明绝缘层11和LED台三者之间折射率大小排列为高低高。透明绝缘层11的折射率小于金属高反镜3，同时也比N型半导体5、多量子阱有源区6、P型半导体7的折射率都要小。透明绝缘层11厚度可以是器件发出光的四分之一光学波长，也可以是非四分之一光学波长，最佳为四分之一的光学波长。而且金属高反镜3、透明绝缘层11和LED台三者之间折射率关系构成高低高的结构，使光线相干叠加，从而有利于提高各种光的反射效率。LED台的侧壁与竖直平面成锐角角度，该角度的方向能使器件射向侧面的光线经金属高反镜3反射后从出光面射出。有了金属高反镜3后，即使LED的侧面与竖直面所成的角度不是器件所发光线的临界角，射向侧面的光线也能被很好地反射到出光面。同时透明绝缘层11可以对裸露的PN结进行保护，防止氧化退化提高器件可靠性。出光面为衬底10。高光提取效率LED电极的制备方法，其制备方法包括1)在一块生长好LED结构晶圆上，用普通光刻法在晶圆上用光刻胶掩膜出LED的台结构图型，然后用离子刻蚀系统ICP刻出LED台；刻出LED台后剥离去掉光刻胶；2)样品用王水清洗后，用普通光刻法掩膜，用溅射或蒸发的方法在LED台顶部的P半导体7上镀一层P电极欧姆接触层8；3)对P电极欧姆接触层8进行合金；4)利用普通光刻法对P电极欧姆接触层8和LED台的侧壁进行胶保护，用溅射金属或蒸发金属的方法在LED台的底部N型半导体5上沉积N电极4；N电极4不与LED台的侧壁相接触；剥离光刻胶； 5)利用普通光刻法遮挡，然后用溅射或蒸发的方法在P电极欧姆层8和LED台的侧壁沉积一层金属高反镜3，金属高反镜3覆盖P电极欧姆层8的表面以及由P型半导体7、多量子阱有源区6、N型半导体5构成的LED台的侧壁；6)在金属高反镜3上用溅射金属或蒸发金属的方法镀一层金属形成高反镜保护层2；或是用薄膜生长的方法生长一层绝缘层，再用光刻腐蚀方法，形成高反镜保护层2；7)在P电极欧姆接触层8的区域上方及N电极4上同时镀上金属，形成P电极加厚电极1和N电极加厚电极9；8)解理，把两个器件间相连的N型半导体5和衬底10用激光划开得到如图5所示的LED的台；其特征在于在步骤1)刻出LED台之后，在步骤2)制备P电极欧姆接触层8之前，在LED台的侧壁上先制备一层透明绝缘层11；透明绝缘层11是用二步生长法进行第一次在LED台的侧壁生长透明绝缘层后，用去离子水超声，露出透明绝缘层的针孔和空洞，然后在第一次生长的透明绝缘层表面再生长一层透明绝缘层，填补先前生长的透明绝缘层表面的针孔和空洞，形成透明绝缘层11。由于二次生长法去掉透明绝缘层11中的针孔和空洞，这样金属层覆盖在其上面时不会产生漏电现象，而由传统方法一次性生长出的绝缘层很容易产生漏电现象。由于透明绝缘层11生长的温度不高于LED的P型掺杂剂激活温度，所以分二步生长透明绝缘层11不会对器件可靠性产生不利影响。附图说明图1为传统结构普通电极LED的剖面图P电极加厚电极1，高反镜保护层2，金属高反镜3，N电极4，N型半导体5，有源区多量子阱(MQW)6，P型半导体7，P电极欧姆接触层8，N电极加厚电极9，衬底10；图2为传统结构普通电极LED的俯视图P电极加厚电极1，高反镜保护层2，N型半导体5，N电极加厚电极9图3为倒金字塔结构普通电极LED的剖面图P电极加厚电极1，N电极4，N型半导体5，有源区多量子阱(MQW)6，P型半导体7，P电极欧姆接触层8，N电极加厚电极9，衬底10图4为倒金字塔结构普通电极LED的俯视图P电极加厚电极1，高反镜保护层2，N型半导体5，N电极加厚电极9 图5为本专利技术电极结构LED的剖面图P电极加厚电极4，高反镜保护层2，金属高反镜3，N电极4，N型半导体5，有源区多量子阱(MQW)6，P型半导体7，P电极欧姆接触层8，N电极加厚电极9，衬底10，透明绝缘层11图6为本专利技术电极结构LED的俯视图P电极加厚电极1，高反镜保护层2，N型半导体5，N电极加厚电极9，透明绝缘层1具体实施方式如图5所示，本专利技术电极结构实施如下1、加厚电极1和9的金属为Ti/Au膜系组合，也可是其本文档来自技高网...

【技术保护点】
高光提取效率ＬＥＤ电极，其结构至少包括：Ｐ电极加厚电极（１），高反镜保护层（２），金属高反镜（３），Ｎ电极（４），Ｎ型半导体（５），多量子阱有源区ＭＱＷ（６），Ｐ型半导体（７），Ｐ电极欧姆接触层（８），Ｎ电极加厚电极（９），衬底（１０）；由Ｐ型半导体（７），多量子阱有源区ＭＱＷ（６），Ｎ型半导体５自上而下构成ＬＥＤ台；Ｐ电极欧姆接触层（８）位于ＬＥＤ台顶部的Ｐ型半导体（７）表面上；Ｎ电极（４）位于ＬＥＤ台底部的Ｎ型半导体（５）之上，与ＬＥＤ台的侧壁不相接触；其特征在于：在ＬＥＤ台的侧壁上有一透明绝缘层（１１）；台上表面面积小于下表面面积；ＬＥＤ台的侧壁与竖直平面成锐角角度；金属高反镜（３）覆盖在Ｐ电极欧姆接触层（８）上，并延展覆盖在透明绝缘层（１１）之上，包围ＬＥＤ台的顶部和侧壁，但不与Ｎ电极（４）接触；金属高反镜（３）、透明绝缘层（１１）和ＬＥＤ台三者之间折射率大小排列为高低高。

【技术特征摘要】
1.高光提取效率LED电极，其结构至少包括P电极加厚电极(1)，高反镜保护层(2)，金属高反镜(3)，N电极(4)，N型半导体(5)，多量子阱有源区MQW(6)，P型半导体(7)，P电极欧姆接触层(8)，N电极加厚电极(9)，衬底(10)；由P型半导体(7)，多量子阱有源区MQW(6)，N型半导体5自上而下构成LED台；P电极欧姆接触层(8)位于LED台顶部的P型半导体(7)表面上；N电极(4)位于LED台底部的N型半导体(5)之上，与LED台的侧壁不相接触；其特征在于在LED台的侧壁上有一透明绝缘层(11)；台上表面面积小于下表面面积；LED台的侧壁与竖直平面成锐角角度；金属高反镜(3)覆盖在P电极欧姆接触层(8)上，并延展覆盖在透明绝缘层(11)之上，包围LED台的顶部和侧壁，但不与N电极(4)接触；金属高反镜(3)、透明绝缘层(11)和LED台三者之间折射率大小排列为高低高。2.根据权利要求1所述的高光提取效率LED电极，其特征为透明绝缘层(11)的厚度是LED台发出光波长的四分之一光学厚度。3.根据权利要求1所述的高光提取效率LED电极的制备方法，包括以下步骤1)在一块生长好LED结构晶圆上，用普通光刻法在晶圆上用光刻胶掩膜出LED的台结构图型，然后用离子刻蚀系统ICP刻出LED台；刻出LED台后剥离去掉光刻胶；2)样品用王水清洗后，用普通光刻法掩膜，用溅射或蒸发的方法在LED台顶部的...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈光地，朱彦旭，梁庭，达小丽，徐晨，郭霞，李秉臣，董立闽，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]