CN102185075A - 一种具有粘结反射层的发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有粘结反射层的发光二极管及其制造方法，其利用一超薄金属粘结层将一发光二极管叠层及一金属反射层粘结在一起，使得射向金属反射层的光线能够通过反射而被导出，以提高发光二极管的亮度。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光器件，特别是一种GaN基发光二极管及其制造方法，属于半导体照明技术领域。
背景技术
发光二极管的应用颇为广泛，例如，可应用于光学显示装置、交通标志、数据储存装置、通讯装置、照明装置、以及医疗装置。如何提高发光二极管的亮度，是在发光二极管的制造上的重要课题。
传统上增加氮化物发光元件亮度的方法为在透明基板上镀上氧化反射层，使得由发光叠层射向氧化反射层的光线能藉由该氧化反射层带出。然而该反射层的反射效果并非是全面的，仅能反射垂直射入及特定波长的光线，反射效率较差，另外在后续工艺中，氧化反射层常会因外力而剥离，使得反射效率大大降低。
另外，传统上常在透明基板上镀上金属层达到反射的功能，使得由发光叠层射向金属反射层的光线能藉由该金属反射层带出，其反射效率较氧化反射层佳，但是基板与金属之间的作用力不够强，金属附著效果差，为了提升其附着力，常在基板与金属反射层之间加上一层钦或铬，以提升其附着性，但是钦或铬会吸光，因此整体的反射率就大大降低。
专利号为ZL 03101507.7的发明专利《具有粘结反射层的发光二极管及其制造方法》和申请号为03156669.3的发明专利申请《具有粘贴反射层的氮化物发光元件》中介绍了具有粘结反射层的发光二极管，但是使用的粘结层材料为聚酞亚胺、苯并环丁烷或过氟环丁烷所构成的一组材料中的至少一种材料。上述材料不仅价格较贵并且制作工艺复杂，在制作的过程中需要破真空进行2次乃至3次蒸镀，降低了产品的良率。而本专利中使用的粘结层材料为金属，不仅成本低廉，而且制作工艺简单，可以与反射层金属同时蒸镀，一次蒸镀即可完成，大大降低了产品的成本，提高了产品的良率，适用于大规模的生产。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种发光二极管的制作方法，在其工艺中，藉使用一薄粘结层与反射层，使得光穿透该超薄粘贴层，射向反射层，其中，超薄粘附层可以提高机械强度，并且不降低反射层的反射率。该射向反射层的光线能够藉由反射带出，以提高发光元件的亮度。
一种具有粘结反射层的发光二极管发光二极管，其结构依次为：保护层、第二粘结层、反射层、第一粘结层、衬底、N-GaN层、活性层、P-GaN层、透明导电层、P电极和N电极；所述第一粘结层其材料选自In、Sn、AI、Au、Pt、Zn、Ge、Ag、Pb、Pd、Cu、AuBe、AuGe、Ni、Pbsn和AuZn中的至少一种，其厚度为
所述导电层材料选自Ni/Au、Ni/ITO、ITO中的一种或其组合，厚度在所述反射层材料选自In、Sn、AI、Au、Pt、Zn、Ge、Ag、Pb、Pd、Cu、AuBe、AuGe、Ni、Pbsn和AuZn中的至少一种，且厚度在所述第二粘结层材料选自In、Sn、AI、Au、Pt、Zn、Ge、Ag、Pb、Pd、Cu、AuBe、AuGe、Ni、Pbsn和AuZn中的至少一种，且厚度在
所述保护层材料选自In、Sn、AI、Au、Pt、Zn、Ge、Ag、Pb、Pd、Cu、AuBe、AuGe、Ni、Pbsn和AuZn中的至少一种，且厚度在
其中，所述的第一粘结层的材料优选为Ni或者Pt；所述第一粘结层的厚度优选为
反射层优选为Ag或者Al，厚度在
之间；第二粘结层优选为Ni或者Ti，厚度在之间；保护层优选为Au或者Pt，厚度在
一种具有粘结反射层的发光二极管发光二极管的制造方法，其步骤如下：
步骤一：在蓝宝石衬底上外延生长GaN基蓝光LED发光材料，发光材料依次包括n型GaN基半导体层、活性层和p型GaN基半导体层；
步骤二：在P型GaN基半导体层上沉积透明导电层；
步骤三：通过光刻、蚀刻工艺制作P、N电极；
步骤四：通过研磨抛光工艺将蓝宝石衬底减薄；减薄后蓝宝石衬底的厚度为100um～200um；
步骤五：通过蒸镀或溅射工艺在蓝宝石衬底减薄面依次制作第一粘结层、反射层、第二粘结层、保护层；第一粘结层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr 以上，蒸发速率在0.1A/s，蒸发功率为7W；反射层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在2A/s，蒸发功率为8W；第二粘结层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在0.5A/s，蒸发功率为9W；保护层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在2.5A/s，蒸发功率为8W；
步骤六：通过激光切割劈裂工艺后，即得到GaN基发光二极管；
本发明的有益效果：
金属反射层的粘附性主要取决于反射层刚开始生长时的金属薄膜质量，本发明在金属反射层前加入了一层粘附层，为具有良好粘附性的超薄的金属层，不仅可以避免由于一般粘附层导致的反射率下降的缺点，同时可以大幅提高反射层的粘附性，不会在后续的工艺中脱落；反射层背面的保护层也有利于反射层在空气中的保存，避免产生剥离等问题，提高了生产的良率。另外亦可以在保护层另一面继续电镀金属散热层，以达到散热的效果，提高发光二极管的热稳定性。
附图说明
图1为一示意图：显示依本发明所实施的一种高亮度GaN基发光二极管附图中的附图标记如下
101保护层 108活性层
102第二粘附层 109P-GaN基半导体层
104反射层 110透明导电层
105第一粘附层 111P电极
106衬底 112N电极
107N-GaN基半导体层
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进一步说明：
实施例1
一种发光二极管包括保护层101、第二粘附层102、反射层104、第一粘附层105、衬底106、N-GaN基半导体层107、活性层108、P-GaN基半导体层109、透明导电层110、P电极111、N电极112。其中保护层的材料为In，厚度为
第一粘附层的材料为Ni，厚度为
第二粘附层的材料为Sn，厚度为
反射层的材料为Al，厚度为
其制作方法为：
步骤一：在蓝宝石衬底上外延生长GaN基蓝光LED发光材料，发光材料依次包括n型GaN基半导体层、活性层和p型GaN基半导体层；
步骤二：在P型GaN基半导体层上沉积透明导电层；
步骤三：通过光刻、蚀刻工艺制作P、N电极；
步骤四：通过研磨抛光工艺将蓝宝石衬底减薄；
步骤五：通过蒸镀或溅射工艺在蓝宝石衬底减薄面依次制作第一粘附层、反射层、第二粘附层、保护层；其中第一粘附层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在0.1A/s，蒸发功率为7W；反射层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在2A/s，蒸发功率为8W；第二粘附层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在0.5A/s，蒸发功率为9W；保护层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在2.5A/s，蒸发功率为8W；
步骤六：通过激光切割劈裂工艺后，即得到GaN基发光二极管；
实施例2
一种发光二极管包括保护层101、第二粘附层102、反射层104、第一粘附层105、衬底106、N-GaN基半导体层107、活性层108、P-GaN基半导体层109、透明导电层110、P电极111、N电极112。其中保护层的材料为Sn，厚度为
第一粘附层的材料为Pt，厚度为
第二粘附层的材料为Pb，厚度为
反射层的材料为Ag，厚度为
其制作方法为：
步骤一：在蓝宝石衬底上外延生长GaN基蓝光LED发光材料，发光材料依次包括n型GaN基半导体层、活性层和p型GaN基半导体层；
步骤二：在P型GaN基半导体层上沉积透明导电层；
步骤三：通过光刻、蚀刻工艺制作P、N电极；
步骤四：通过研磨抛光工艺将蓝宝石衬底减薄；
步骤五：通过蒸镀或溅射工艺在蓝宝石衬底减薄面依次制作第一粘附层、反射层、第二粘附层、保护层；其中第一粘附层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在0.1A/s，蒸发功率为7W；反射层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在2A/s，蒸发功率为8W；第二粘附层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在0.5A/s，蒸发功率为9W；保护层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在2.5A/s，蒸发功率为8W；
步骤六：通过激光切割劈裂工艺后，即得到GaN基发光二极管；
实施例3
一种发光二极管包括保护层101、第二粘附层102、反射层104、第一粘附层105、衬底106、N-GaN基半导体层107、活性层108、P-GaN基半导体层109、透明导电层110、P电极111、N电极112。其中保护层的材料为In、Au合金，总厚度为
第一粘附层的材料为AuBe，厚度为
第二粘附层的材料为Ni，厚度为
反射层的材料为Pt，厚度为
其制作方法为：
步骤一：在蓝宝石衬底上外延生长GaN基蓝光LED发光材料，发光材料依次包括n型GaN基半导体层、活性层和p型GaN基半导体层；
步骤二：在P型GaN基半导体层上沉积透明导电层；
步骤三：通过光刻、蚀刻工艺制作P、N电极；
步骤四：通过研磨抛光工艺将蓝宝石衬底减薄；
步骤五：通过蒸镀或溅射工艺在蓝宝石衬底减薄面依次制作第一粘附层、反射层、第二粘附层、保护层；其中第一粘附层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在0.1A/s，蒸发功率为7W；反射层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在2A/s，蒸发功率为8W；第二粘附层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在0.5A/s，蒸发功率为9W；保护层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在2.5A/s，蒸发功率为8W；
步骤六：通过激光切割劈裂工艺后，即得到GaN基发光二极管；
实施例4
一种发光二极管包括保护层101、第二粘附层102、反射层104、第一粘附层105、衬底106、N-GaN基半导体层107、活性层108、P-GaN基半导体层109、透明导电层110、P电极111、N电极112。其中保护层的材料为AuZn，厚度为
第一粘附层的材料为Ag，厚度为
第二粘附层的材料为Sn，厚度为
反射层的材料为Pt，厚度为
其制作方法为：
步骤一：在蓝宝石衬底上外延生长GaN基蓝光LED发光材料，发光材料依次包括n型GaN基半导体层、活性层和p型GaN基半导体层；
步骤二：在P型GaN基半导体层上沉积透明导电层；
步骤三：通过光刻、蚀刻工艺制作P、N电极；
步骤四：通过研磨抛光工艺将蓝宝石衬底减薄；
步骤五：通过蒸镀或溅射工艺在蓝宝石衬底减薄面依次制作第一粘附层、反射层、第二粘附层、保护层；其中第一粘附层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在0.1A/s，蒸发功率为7W；反射层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在2A/s，蒸发功率为8W；第二粘附层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在0.5A/s，蒸发功率为9W；保护层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在2.5A/s，蒸发功率为8W；
步骤六：通过激光切割劈裂工艺后，即得到GaN基发光二极管；
实施例5
一种发光二极管包括保护层101、第二粘附层102、反射层104、第一粘附层105、衬底106、N-GaN基半导体层107、活性层108、P-GaN基半导体层109、透明导电层110、P电极111、N电极112。其中保护层的材料为Au，厚度为
第一粘附层的材料为Ni，厚度为第二粘附层的材料为Ni，厚度为
反射层的材料为Ag，厚度为
其制作方法为：
步骤一：在蓝宝石衬底上外延生长GaN基蓝光LED发光材料，发光材料依次包括n型GaN基半导体层、活性层和p型GaN基半导体层；
步骤二：在P型GaN基半导体层上沉积透明导电层；
步骤三：通过光刻、蚀刻工艺制作P、N电极；
步骤四：通过研磨抛光工艺将蓝宝石衬底减薄；
步骤五：通过蒸镀或溅射工艺在蓝宝石衬底减薄面依次制作第一粘附层、反射层、第二粘附层、保护层；其中第一粘附层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在0.1A/s，蒸发功率为7W；反射层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在2A/s，蒸发功率为8W；第二粘附层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在0.5A/s，蒸发功率为9W；保护层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在2.5A/s，蒸发功率为8W；
步骤六：通过激光切割劈裂工艺后，即得到GaN基发光二极管；
实施例6
一种发光二极管包括保护层101、第二粘附层102、反射层104、第一粘附层105、衬底106、N-GaN基半导体层107、活性层108、P-GaN基半导体层109、透明导电层110、P电极111、N电极112。其中保护层的材料为In，厚度为
第一粘附层的材料为AuZn，厚度为
第二粘附层的材料为Sn，厚度为
反射层的材料为AuGe，厚度为
其制作方法为：
步骤一：在蓝宝石衬底上外延生长GaN基蓝光LED发光材料，发光材料依次包括n型GaN基半导体层、活性层和p型GaN基半导体层；
步骤二：在P型GaN基半导体层上沉积透明导电层；
步骤三：通过光刻、蚀刻工艺制作P、N电极；
步骤四：通过研磨抛光工艺将蓝宝石衬底减薄；
步骤五：通过蒸镀或溅射工艺在蓝宝石衬底减薄面依次制作第一粘附层、反射层、第二粘附层、保护层；其中第一粘附层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在0.1A/s，蒸发功率为7W；反射层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在2A/s，蒸发功率为8W；第二粘附层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在0.5A/s，蒸发功率为9W；保护层蒸镀条件为：真空度要求在2×10-6torr以上，蒸发速率在2.5A/s，蒸发功率为8W；
步骤六：通过激光切割劈裂工艺后，即得到GaN基发光二极管；
虽然本发明的发光二极管已以实例公开，但是本发明的范围并不限于所述实例，应以所述权利要求所确定的为准。因此本领域技术人员在不脱离本发明的权利要求及公知常识的情况下，可做适当改变。
Claims (9)
1.一种具有粘结反射层的发光二极管，其结构为：保护层、第二粘结层、反射层、衬底、N-GaN层、活性层、P-GaN层、透明导电层、P电极和N电极；其特征在于，在反射层与衬底之间还有第一粘结层，其材料选自In、Sn、AI、Au、Pt、Zn、Ge、Ag、Pb、Pd、Cu、AuBe、AuGe、Ni、Pbsn和AuZn中的至少一种，其厚度为
2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述的第一粘结层的材料为Ni或者Pt。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一粘结层的厚度为 
4.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于导电层材料选自Ni/Au、Ni/ITO、ITO中的一种或其组合。
5.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于反射层材料选自In、Sn、AI、Au、Pt、Zn、Ge、Ag、Pb、Pd、Cu、AuBe、AuGe、Ni、Pbsn和AuZn中的至少一种，厚度为
6.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于第二粘结层材料选自In、Sn、AI、Au、Pt、Zn、Ge、Ag、Pb、Pd、Cu、AuBe、AuGe、Ni、Pbsn和AuZn中的至少一种，厚度为
7.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于保护层材料选自In、Sn、AI、Au、Pt、Zn、Ge、Ag、Pb、Pd、Cu、AuBe、AuGe、Ni、Pbsn和AuZn中的至少一种，厚度为
8.如权利要求1-7任意一项所述的发光二极管的制造方法，其步骤如下：
步骤一：在蓝宝石衬底上外延生长GaN基蓝光LED发光材料，发光材料依次包括n型GaN基半导体层、活性层和p型GaN基半导体层；
步骤二：在P型GaN基半导体层上沉积透明导电层；
步骤三：通过光刻、蚀刻工艺制作P、N电极；
步骤四：通过研磨抛光工艺将蓝宝石衬底减薄；
步骤五：通过蒸镀或溅射工艺在蓝宝石衬底减薄面依次制作第一粘结层、反射层、第二粘结层、保护层；
步骤六：通过激光切割劈裂工艺后，即得到GaN基发光二极管；
其特征在于，步骤五中第一粘结层蒸镀条件为：真空度为至少2×10-6托，蒸发速率为
蒸发功率为7W。
9.如权利要求8所述的发光二极管的制造方法，其特征在于步骤四中蓝宝石衬底减薄后的厚度为100um～200um。
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Application publication date: 20110914 |