一种发光二极管芯片及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种发光二极管芯片及其制造方法，所述发光二极管芯片的特征在于：在衬底背面制备有复合结构的反射镜，所述复合结构的反射镜自衬底向下依次为折射率为1.1-1.6的电介质层、Al膜层及第二金属层，第二金属层优选为Ag膜层，该反射镜可采用涂敷、PECVD、电子束蒸镀或溅射的方法制备。本发明专利技术由于采用了SiO2/Al/Ag复合结构的反射镜，解决了在SiO2上直接镀Ag，造成Ag极易脱落的问题，并克服了Ag膜层在后序的打线工艺中由于加热容易产生金属团簇的现象，使芯片的出光效率提升25％以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发光二极管芯片及其制造方法，尤其是指在芯片背面镀有反射镜，可 提高芯片出光效率的发光二极管芯片及其制造方法。
技术介绍
发光二极管具有体积小、效率高和寿命长等优点，在交通指示、户外全色显示等领 域有着广泛的应用。尤其是利用大功率发光二极管可能实现半导体固态照明，引起人类照 明史的革命，从而逐渐成为目前电子学领域的研究热点。通常发光二极管的芯片为在蓝宝石等衬底上依次层叠了 η型半导体层、有源层、P 型半导体层的构造。另外，在P型半导体层上配置有P电极，在η型半导体层上配置有η电 极，如图1所示。为了获得高亮度的LED，关键需要提高器件的内量子效率和外量子效率，而芯片 光提取效率是限制器件外量子效率的主要因素，主要原因是外延材料、衬底材料以及空气 之间的折射率差别较大，导致有源区产生的光在不同折射率材料界面发生全反射而不能导 出芯片。现有技术中已经提出了几种提高芯片光提取效率的方法，包括1)采用诸如倒金 字塔等的结构改变芯片的几何外形，减少光在芯片内部的传播路程，降低光的吸收损耗；2) 采用诸如谐振腔或光子晶体等结构控制和改变自发辐射；幻采用表面粗化方法，使光在粗 化的半导体和空气界面发生漫射，增加其投射的机会；4)利用倒转焊技术等技术手段。其 中，现有粗化技术大多是仅针对N型半导体或P型半导体表面或边侧，以及通过背面蒸镀金 属反射镜层来提高发光效率。由单纯的金属组成的反射镜对亮度的提升很有限，有研究采用了由SiO2薄膜层及 金属膜层构成的双层结构金属反射镜，这种双层金属反射镜在一定程度上使LED的出光率 得到了提升。然而，在制备这种反射镜时，直接在S^2上镀金属层，往往会遇到金属层容易 脱落的问题，并且在金属层后序的打线工艺中由于加热容易产生金属团簇的现象，这些问 题使反射镜反射效率大大降低。因此，如何突破现有技术提高出光率实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供，提高芯片 的出光效率。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案一种发光二极管芯片，依次包括蓝宝石衬底、半导体外延层，所述半导体外延层至 少包括η型半导体层、位于η型半导体层上的有源层、以及位于有源层上的P型半导体层， 在所述η型半导体层上设有η电极，在ρ型半导体层上设有透明导电层和ρ电极，其特征在 于在衬底背面制备有复合结构的反射镜，所述复合结构的反射镜自衬底向下依次为电介质层、Al膜层及第二金属层，所述电介质层的折射率为1. 1-1. 6。进一步地，所述电介质层厚度为10-10000A,所述Al膜层厚度为10-20000 A,所 述第二金属层厚度为10-20000 L进一步地，所述电介质层为SiO2层或ITO(铟锡氧化物)层。较佳的，所述SiO2层厚度为100-5000A，所述Al膜层厚度为100-10000 L进一步地，所述第二金属层为Ag膜层。较佳的，所述Ag膜层厚度为100-10000 A0较佳的，所述Ag膜层和Al膜层的厚度比大于45作为本专利技术的优选方案之一，在所述复合结构的反射镜表面还包括一层保护层， 所述保护层为SiO2、Ti、Cr或Au膜层中的一种。本专利技术还提供一种发光二极管芯片的制造方法，包括以下步骤步骤A、在蓝宝石衬底一表面上制备半导体外延层，该层至少包括η型半导体层、 位于η型半导体层上的有源层、以及位于有源层上的P型半导体层；并制作处于所述η型半 导体层表面的η电极及处于所述ρ型半导体层表面的透明导电层和P电极；步骤B、在所述蓝宝石衬底经研磨抛光后在蓝宝石的另一表面制备有复合结构的 反射镜，所述复合结构的反射镜自衬底向下依次为电介质层、Al膜层及第二金属层，其中， 所述反射镜的制造方法为采用涂敷、电子束蒸镀或PECVD (等离子体化学气相沉积法)工 艺在所述蓝宝石衬底的另一表面制备一层厚度为ι ο-ι οοοοΑ的电介质层，再采用电子束蒸 镀方式或溅射方式在所述电介质层表面制备一层厚度为10-20000 A的Al膜层，最后在所 述Al膜层表面制备一层厚度为10-20000 A的第二金属层。进一步地，所述第二金属层为Ag膜层。较佳的，所述Ag膜层厚度为100-10000 L进一步地，所述电介质层为SW2层或ITO层。较佳的，所述SiO2层厚度为100-5000Α，所述A1膜层厚度为100-10000 A。较佳的，在制备所述Ag膜层和Al膜层时，使它们的厚度比大于45。较佳的，在步骤B之前还包括将蓝宝石衬底另一表面减薄、抛光的步骤。作为本专利技术的优选方案之一，在步骤B之后还包括采用涂敷、电子束蒸镀或PECVD 工艺在所述复合结构的反射镜表面制备一层保护层，所述保护层为Si02、Ti、Cr或Au膜层 中的一种。相较于现有技术，本专利技术的有益效果在于本专利技术提供的发光二极管芯片及其制造方法，在芯片衬底的背面制备复合结构的 金属反射镜，由于金属反射镜采用了 Si02/Al/Ag的复合结构，解决了在SW2上直接镀Ag， 造成Ag极易脱落的问题，并克服了 Ag膜层在后序的打线工艺中由于加热容易产生金属团 簇的现象，而相对于布式布拉格反射镜(distributed Bragg reflector, DBR)而言，DBR的 反射率会受到入射角度的影响.而ODR反射率对入射角的要求便没有那么苛刻，它在0° 85°的范围内反射率都很高，而且该反射镜技术可以选择电解质，金属的种类较多，使金属 反射镜的反射效率得到提高。本专利技术提供的技术方案通过优化各膜层厚度，能提高芯片整体的出光效率，使芯片的亮度和毫瓦数均比常规工艺芯片提升25%以上。 附图说明图1是常规的发光二极管芯片的剖面示意图；图2是本专利技术所述发光二极管芯片的剖面示意图。图中标记说明10蓝宝石衬底11电介质层12 Al 膜层13第二金属层21 η型半导体层22有源层23ρ型半导体层30透明导电层40 η 电极50 ρ 电极具体实施例方式下面结合附图进一步说明本专利技术的具体实施步骤，为了示出的方便附图并未按照 比例绘制。请参看图2，一种发光二极管芯片，依次包括蓝宝石衬底10、半导体外延层，所述 半导体外延层至少包括η型半导体层21、位于η型半导体层21上的有源层22、以及位于有 源层22上的ρ型半导体层23，在所述η型半导体层21上设有η电极40，在ρ型半导体层 23上设有透明导电层30 (ΙΤ0层或Ni/Au层)和ρ电极50，其特征在于在衬底10背面制 备有复合结构的反射镜，所述复合结构的反射镜自衬底向下依次为电介质层11、Α1膜层12 及第二金属层13。所述电介质层厚度为10-10000Α，所述Al膜层厚度为10-20000 Α,所 述第二金属层厚度为10-20000 L其中，所述第二金属层13的材料可以为复折射率的金属Ag、Au等，本实施例中，所 述第二金属层13优选为Ag膜层，厚度为100-10000 L所述电介质层11可以采用Si02、ITO或其他低折射率的电介质材料，其折射率的 范围应为1.1-1.6。本实施例中，电介质层Ii优选为SiO2层，其厚度为100-5000A,所述Al 膜层12的厚度优选为100-10000 A0其中，性能较佳的芯片，所述Ag膜层13和Al膜层12的厚度比大于45。作为本专利技术的优选方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管芯片，依次包括蓝宝石衬底、半导体外延层，所述半导体外延层至少包括ｎ型半导体层、位于ｎ型半导体层上的有源层、以及位于有源层上的ｐ型半导体层，在所述ｎ型半导体层上设有ｎ电极，在ｐ型半导体层上设有透明导电层和ｐ电极，其特征在于：在衬底背面制备有复合结构的反射镜，所述复合结构的反射镜自衬底向下依次为电介质层、Ａｌ膜层及第二金属层，所述电介质层的折射率为１．１－１．６。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张楠，朱广敏，潘尧波，郝茂盛，齐胜利，陈志忠，张国义，
申请(专利权)人：上海蓝光科技有限公司，彩虹集团公司，北京大学，
类型：发明
国别省市：31