專利名稱：內置反光鏡的發光二極管及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種發光二極管，尤其是一種內置反光鏡的發光二極管及其制備方法。
背景技術：
GaN基發光二極管，由于可以通過控制材料的組份來制作出各種顏色光的發光二極管，因此其相關技術成為近年來研究的焦點。對GaN基發光二極管的研究重點之一，是了解GaN基發光二極管的發光特性，進而提升其發光效率與亮度。GaN基發光二極管的發光效率，主要和二極管的內量子效率以及抽取效率有關。目前有研究者在芯片結構中加入反光鏡，來提高GaN基發光二極管的抽取效率，制作方法有兩種1、激光剝離技術，在P型GaN表面制備反射鏡，然后通過激光剝離去除藍寶石襯底，這樣反射鏡將量子阱發出的光發射后，從N型GaN表面出射，可以提高出光效率，但這種工藝非常復雜，成本也很高，目前還不能普遍用于商業生產。2、在芯片的襯底減薄后，在襯底表面制作反射鏡。可以提高光在襯底和封裝材料界面處的反射率，增加芯片的正面出光率，但是由于減薄后的襯底表面比較粗糙，有很多劃痕，而且劃痕處留有減薄的殘留物，使得反射鏡的反射率有限。
發明內容
本發明的目的在于提供一種內置反光鏡的發光二極管，該發光二極管能提高光的抽取效率；本發明的另一目的是提供該發光二極管的制備方法。本發明的技術方案為一種內置反光鏡的發光二極管，該發光二極管包括襯底、襯底上反光鏡、及反光鏡上方GaN基發光二極管。襯底是藍寶石、SiC或Si的一種。襯底上反光鏡是由空腔包圍著島狀GaN基材料構成的，單個島狀GaN基材料可以是倒置的圓臺形、 棱臺形、圓柱形或棱柱形，單個島狀GaN基材料上底直徑為0. 1 10. 0微米之間，下底直徑 0. 1 10. 0微米之間，高為0. 2 5. 0微米之間，島狀GaN基材料上底之間的距離在0. 1 10. 0微米之間。空氣上方GaN基發光二極管包括N型GaN、量子阱、P型GaN、透明電極、P 壓焊點、N壓焊點。N型GaN厚度在1 5微米之間；量子阱厚度在1 500納米之間；P型 GaN厚度在10 1000納米之間。透明電極是ITO或NiAu。內置反光鏡的發光二極管制備方法，其步驟為1)在襯底上用熔點大于600攝氏度的材料制備一層薄膜；幻通過光刻，刻蝕在襯底上用高熔點材料制備圖形；幻在高熔點材料形成的圖形上制作GaN基發光二極管外延層；4)放入腐蝕溶液，通過側向腐蝕去除GaN 外延層下面的高熔點材料，形成反光鏡力)制作發光二極管芯片。步驟1)所述的襯底是藍寶石、SiC或Si。步驟1)所述的高熔點材料可以為Si02、SiC、SiNx, Ti02，薄膜厚度在0. 1 4. 0 微米之間；薄膜制備方法可以為PECVD、電子束蒸發、濺射或旋涂法。步驟2~)是通過干法刻蝕或濕法腐蝕高熔點材料制作圖形，圖形是高熔點材料中含有相互獨立的孔洞，孔洞的下方露出襯底材料，孔洞可以是倒置的圓臺形、棱臺形、圓柱或棱柱形，孔洞上底直徑為0.1 10. 0微米之間，下底直徑0. 1 10. 0微米之間，高為 0. 2 5. 0微米之間，孔洞上底之間的距離在0. 1 10. 0微米之間。步驟；3)在圖形襯底上制作的GaN基發光二極管外延層包括N型GaN、量子阱、P型 GaN，N型GaN，厚度在1 5微米之間；量子阱，厚度在1 500納米之間；P型GaN，厚度在 10 1000納米之間。步驟4)側向腐蝕去除GaN外延層下面的高熔點材料，是先去除部分區域，如劃片道處的外延層，露出高熔點材料，然后放入腐蝕溶液，通過側向腐蝕將其余外延層下面的高熔點材料全部去除。通過側向腐蝕將其余外延層下面的高熔點材料全部去除的腐蝕溶液可以腐蝕高熔點材料，不腐蝕GaN晶體。步驟5)制作發光二極管芯片包括通過光刻、刻蝕、蒸發、剝離等工藝在發光二極管上表面制作透明電極，P壓焊點及N壓焊點。發光二極管上表面制作的透明電極，可以是 ITO 或 NiAu。本發明的優點在于襯底上空腔的折射率為1. 0，GaN基材料的折射率為2. 4，由于折射率的比值達到2. 4，空腔對于從外延層發出的光形成了反射鏡，使得更多的光從正面的透明電極e出射，提高發光二極管的抽取效率。在高熔點材料形成的圖形上沉積GaN基發光二極管外延層，采用橫向生長，也可以減少外延層的缺陷密度。整個工藝過程比較簡單， 容易控制，成本低，適用于大規模的商業生產。
圖1為在襯底上用高熔點(大于600攝氏度)材料制備一層薄膜示意圖，含有條紋狀矩形表示襯底，黑色的矩形表示高熔點材料形成的薄膜；圖2是在襯底上用高熔點材料制作的圖形的俯視圖，黑色區域表示高熔點材料， 白色區域表示去掉高熔點材料后形成的孔洞；圖3是在襯底上用高熔點材料制作的圖形的橫截面示意圖，黑色區域表示高熔點材料；圖4是襯底上沉積GaN外延層后的示意圖；圖5是去除GaN外延層下面的高熔點材料后，形成空腔的示意圖；圖6是最終的高效率發光二極管示意圖。其中a為襯底，b為N型GaN，c為量子阱，d為P型GaN，e為透明電極，f為P壓焊點，g為N壓焊點。
具體實施例方式下面采用藍寶石襯底為例，說明內置反光鏡的發光二極管及其制備方法，步驟為1、使用PECVD在藍寶石襯底上制備一層Si02薄膜，厚度1. 6微米，如圖1所示。2、通過光刻，刻蝕去掉部分Si02，形成孔洞，如圖2、圖3所示。孔洞形狀為倒置的圓臺，孔洞上底直徑為3. 0微米之間，下底直徑1. 0微米之間，高為1. 8微米之間。孔洞上底之間的距離為0.5微米。
3、在圖形襯底上沉積GaN外延層，如圖4所示，其中b為N型GaN ;c為量子阱；d 為P型GaN04、去除劃片道處GaN外延層，露出Si02。5、用BOE超聲側向腐蝕去掉其余外延層下的Si02，形成空腔，如圖5所示。6、通過光刻、刻蝕、蒸發、剝離等工藝制作透明電極e，P壓焊點f ；N壓焊點g，形成高效率的發光二極管，其中透明電極材料為ΙΤ0，壓焊點材料為CrAL。雖然己說明且描述了本發明的特定形式，但可在不脫離本發明之精神及范疇的情況下進行各種修改。相應的，本發明的范圍由所附權利要求書限定。
權利要求
1.一種內置反光鏡的發光二極管，其特征在于該發光二極管包括襯底、襯底上反光鏡、及反光鏡上方GaN基發光二極管。
2.根據權利要求1所述內置反光鏡的發光二極管，其特征在于所述的襯底是藍寶石、 SiC或Si的一種。
3.根據權利要求1所述內置反光鏡的發光二極管，其特征在于所述的襯底上反光鏡是由空腔包圍著島狀GaN基材料構成的，單個島狀GaN基材料可以是倒置的圓臺形、棱臺形、圓柱形或棱柱形，單個島狀GaN基材料上底直徑為0. 1 10.0微米之間，下底直徑 0. 1 10. 0微米之間，高為0. 2 5. 0微米之間，島狀GaN基材料上底之間的距離在0. 1 10.0微米之間。
4.根據權利要求1所述內置反光鏡的發光二極管，其特征在于所述的空氣上方GaN 基發光二極管包括N型GaN、量子阱、P型GaN、透明電極、P壓焊點、N壓焊點。
5.根據權利要求4所述內置反光鏡的發光二極管，其特征在于所述的N型GaN，厚度在1 5微米之間；量子阱，厚度在1 500納米之間；P型GaN，厚度在10 1000納米之間。
6.根據權利要求4所述內置反光鏡的發光二極管，其特征在于所述的透明電極，可以是 ITO 或 NiAu。
7.內置反光鏡的發光二極管制備方法，其步驟為1)在襯底上用熔點大于600攝氏度的材料制備一層薄膜；2)通過光刻，刻蝕在襯底上用高熔點材料制備圖形；3)在高熔點材料形成的圖形上制作GaN基發光二極管外延層；4)放入腐蝕溶液，通過側向腐蝕去除GaN外延層下面的高熔點材料，形成反光鏡；5)制作發光二極管芯片。
8.如權利要求7所述的內置反射鏡的發光二極管制備方法，其特征在于步驟1)所述的襯底是藍寶石、SiC或Si。
9.如權利要求7所述的內置反射鏡的發光二極管制備方法，其特征在于步驟1)所述的高熔點材料可以為Si02、SiC、SiNx、Ti02。
10.如權利要求7所述的內置反射鏡的發光二極管制備方法，其特征在于步驟1)所述的薄膜厚度在0. 1 4. 0微米之間。
11.如權利要求7所述的內置反射鏡的發光二極管制備方法，其特征在于步驟1)所述的薄膜制備方法可以為PECVD、電子束蒸發、濺射或旋涂法。
12.如權利要求7所述的內置反射鏡的發光二極管制備方法，其特征在于步驟2)是通過干法刻蝕或濕法腐蝕高熔點材料制作圖形，圖形是高熔點材料中含有相互獨立的孔洞，孔洞的下方露出襯底材料，孔洞可以是倒置的圓臺形、棱臺形、圓柱或棱柱形，孔洞上底直徑為0. 1 10. 0微米之間，下底直徑0. 1 10. 0微米之間，高為0. 2 5. 0微米之間， 孔洞上底之間的距離在0. 1 10. 0微米之間。
13.如權利要求7所述的內置反射鏡的發光二極管制備方法，其特征在于步驟3)在圖形襯底上制作的GaN基發光二極管外延層包括N型GaN、量子阱、P型GaN，N型GaN，厚度在1 5微米之間；量子阱，厚度在1 500納米之間；P型GaN，厚度在10 1000納米之間。
14.如權利要求7所述的內置反射鏡的發光二極管制備方法，其特征在于步驟4)側向腐蝕去除GaN外延層下面的高熔點材料，是先去除部分區域，如劃片道處的外延層，露出高熔點材料，然后放入腐蝕溶液，通過側向腐蝕將其余外延層下面的高熔點材料全部去除。
15.如權利要求14所述的內置反射鏡的發光二極管制備方法，其特征在于所述的通過側向腐蝕將其余外延層下面的高熔點材料全部去除的腐蝕溶液可以腐蝕高熔點材料，不腐蝕GaN晶體。
16.如權利要求7所述的內置反射鏡的發光二極管制備方法，其特征在于步驟5)制作發光二極管芯片包括通過光刻、刻蝕、蒸發、剝離等工藝在發光二極管上表面制作透明電極，P壓焊點及N壓焊點。
17.如權利要求16所述的內置反射鏡的發光二極管制備方法，其特征在于發光二極管上表面制作的透明電極，可以是ITO或NiAu。
全文摘要
本發明提出了一種內置反光鏡的發光二極管及其制備方法，包括在襯底上用高熔點材料制備一層薄膜；通過光刻，刻蝕在襯底上用高熔點材料制備圖形；在高熔點材料形成的圖形上制作GaN基發光二極管外延層；放入腐蝕溶液，通過側向腐蝕去除GaN外延層下面的高熔點材料，形成反光鏡；制作發光二極管芯片。本發明的優點在于更多的光從正面的透明電極e出射，提高發光二極管的抽取效率。在高熔點材料形成的圖形上沉積GaN基發光二極管外延層，采用橫向生長，也可以減少外延層的缺陷密度。整個工藝過程比較簡單，容易控制，成本低，適用于大規模的商業生產。
文檔編號H01L33/10GK102194940SQ20101054908
公開日2011年9月21日 申請日期2010年11月16日 優先權日2010年11月16日
發明者張建寶, 鄭如定 申請人:華燦光電股份有限公司