專利名稱：發(fā)光二極管管芯及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種發(fā)光二極管管芯及其制造方法。
背景技術(shù)：
圖1所示為一個傳統(tǒng)的發(fā)光二極管管芯，該管芯具有襯底1a、第一緩沖層2a、N型半導體層3a、活性層4a、P型半導體層5a、N極電極6a和P極電極7a。發(fā)光二極管(也叫LED，即Light Emitting Diode)管芯的發(fā)光部分是設(shè)置在N型半導體層和P型半導體層之間的活性層(Active Layer)。當注入活性層中的非平衡少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復合時，就會以輻射光子的形式將多余的能量以光能的形式釋放出來。但是活性層發(fā)出的光是非定向的，即向各個方向有相同的發(fā)射幾率。一般的半導體材料與周圍空氣或者封裝材料相比較而言，具有較高的折射系數(shù)(典型的半導體材料的折射系數(shù)n＝2.2～3.8)。因此部分光將會在發(fā)射表面發(fā)生全反射，且有部分全反射光持續(xù)在發(fā)光二極管中反射，被晶體和其它材料轉(zhuǎn)換成熱能的形式吸收，這種現(xiàn)象可稱為全反射損失；另外有部分光從不同于發(fā)射表面的其它方向漏出，這種現(xiàn)象可稱為漏出損失。由于全反射損失和漏出損失，發(fā)光二極管的活動層中產(chǎn)生的光不會全部從發(fā)射表面發(fā)出，降低了發(fā)光效率(Luminous Efficiency)；且在光被二極管中的材料吸收的同時也帶來了發(fā)光二極管溫度增高的問題，增大了提高發(fā)光二極管發(fā)光效率的難度。
現(xiàn)有技術(shù)中為了減少發(fā)光二極管管芯的漏出損失和全反射損失，一種方法是在襯底和活性層之間設(shè)置布拉格反射層，布拉格反射層的優(yōu)點是反射率高，但是由于其必須為多層化結(jié)構(gòu)，且一般都為10～20層的結(jié)構(gòu)，導致了其制作工藝復雜，成本較高。另一種方法是在發(fā)光二極管管芯的與光的發(fā)射面相對的另一側(cè)的管芯表面上，設(shè)置一層金屬反射層，該金屬反射層也可以減少漏出損失和全反射損失，但是效果不佳，因為活性層發(fā)出的照射到金屬反射層而被金屬反射層反射到發(fā)射表面的光，要經(jīng)歷兩次被管芯材料吸收的過程。這方面的專利申請有中國專利申請02146423.5公開了一種白光發(fā)光二極管的制造方法及其發(fā)光裝置，該白光發(fā)光二極管在基板底部設(shè)置一金屬反射層，該申請還提出了具有共振腔的結(jié)構(gòu)，從而可以使發(fā)光的色度較好并增加發(fā)光效率。
半導體光電器件工藝主要包括外延、光刻、刻蝕、濺射、合金、淀積絕緣膜和光學鍍膜等工藝。
半導體以晶體形態(tài)在晶格常數(shù)基本匹配的襯底上沉積或生長的過程叫做外延生長。它與普通的光學鍍膜不同，沉積的原子會在生長表面自動排列整齊并與下方襯底原子鍵合，是單晶襯底原子排列的直接延續(xù)。主要的外延方法有分子束外延(MBE)、金屬有機物化學氣相沉積外延(MOCVD)和液相外延(LPE)等類型。最早發(fā)展起來的是液相外延技術(shù)，它利用過飽和溶液析出結(jié)晶來進行材料生長，因其生長速度過快，材料組分比較難控制和調(diào)整，已經(jīng)逐漸被金屬有機物化學氣相沉積外延方法和分子束外延方法所取代；金屬有機物化學氣相沉積外延方法利用金屬有機化合物氣體和相應烷類氣體的化學反應進行外延，控制生長厚度的精度達1微米，正是因為金屬有機物化學氣相沉積外延方法的出現(xiàn)，才使得多重量子阱(Multi-Quantum Well，MQW)技術(shù)實用化，并廣泛應用在半導體激光器等產(chǎn)品上；分子束外延方法借助分子束掃描進行外延生長，與金屬有機物化學氣相沉積外延方法技術(shù)相比，生長速率慢，但可以更精確的控制外延層的厚度和組分，所以金屬有機物化學氣相沉積外延技術(shù)更多的用于生產(chǎn)，分子束外延技術(shù)則更多的用于科研。
光刻工藝是把設(shè)計好的幾何圖形轉(zhuǎn)移到半導體晶片表面的對光照敏感的一薄層材料(也叫光致抗蝕劑、光刻膠)上去的工藝過程。
刻蝕是把光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠下面的半導體材料薄層上去的工藝過程。半導體材料的刻蝕工藝主要分為濕法刻蝕和干法兩種。濕法刻蝕使用液態(tài)化學試劑進行腐蝕，損傷小，但對環(huán)境比較敏感，加工精度低；干法刻蝕使用氣態(tài)的化學試劑在微波和等離子體的共同作用下對半導體材料進行刻蝕，主要的技術(shù)有反應離子刻蝕技術(shù)(RIE)和等離子體微波耦合刻蝕技術(shù)(ICP)兩種，干法刻蝕的優(yōu)點是控制精度高，大面積刻蝕均勻性好，利用等離子體微波耦合刻蝕技術(shù)還可以刻蝕垂直度和光潔度都非常好的鏡面；實際加工中，往往兩種刻蝕方法配合使用。
半導體光電器件工藝中還包括濺射、合金、淀積絕緣膜和光學鍍膜等工藝，這些工藝也非常重要。濺射和合金的主要功能是制作良好的金屬與半導體接觸；淀積絕緣膜也可稱為掩模層，主要用來做刻蝕掩膜和控制器件電流注入的區(qū)域，常見的絕緣材料是Si02及Si3N4，使用等離子體增強化學氣相沉積技術(shù)(PECVD)的方法淀積，這種方法的優(yōu)點是膜層致密，折射率和厚度可以控制得很好；光學鍍膜的功能是調(diào)節(jié)器件的光電特性，在半導體光放大器和超輻射發(fā)光二極管的制作中是主要的工藝難點之一。
在制造發(fā)光二極管的電極方面，中國專利申請03120597.6公開了一種氮化鎵基發(fā)光二極管管芯的制作方法，在襯底背面制備N電極。中國專利申請03106434.5公開了一種氮化鎵基發(fā)光二極管N型層歐姆接觸電極的制作方法，在以藍寶石為襯底上的氮化鎵基發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)上用干法刻蝕或濕法腐蝕的方法得到一個刻蝕孔直到N型接觸層，再在所露出的N型層上制備N型電極。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以在工作時較好地減少漏出損失和全反射損失從而提高發(fā)光效率的發(fā)光二極管管芯及其制造方法。
本發(fā)明的總的技術(shù)構(gòu)思是在發(fā)光二極管管芯中設(shè)置專門的金屬反射鏡層，在工作時可以由該反射鏡層來定向反射發(fā)光二極管管芯的活性層發(fā)射至反射鏡層的光，以減少漏出損失和全反射損失，從而提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
實現(xiàn)本發(fā)明目的中提供一種發(fā)光二極管管芯的技術(shù)方案是本發(fā)光二極管管芯具有襯底、第一緩沖層、N型半導體層、活性層、P型半導體層、N極電極和P極電極；第一緩沖層設(shè)置在襯底上，活性層設(shè)置在N型半導體層上，P型半導體層設(shè)置在活性層上，N極電極位于N型半導體層上，P極電極位于P型半導體層上；其特征在于還具有反射鏡層和第二緩沖層；反射鏡層設(shè)置在第一緩沖層上，反射鏡層由具有微孔陣列的金屬基底層和沉積在金屬基底層的表面上及微孔陣列的微孔中的金屬反射層組成；第二緩沖層設(shè)置在反射鏡層與N型半導體層之間。
上述第二緩沖層為半導體單層、或多重量子阱層、或半導體單層與多重量子阱層的復合結(jié)構(gòu)層，第二緩沖層為生長N型半導體層的過渡層。
上述第二緩沖層為單層結(jié)構(gòu)的本征氮化鎵層、或單層結(jié)構(gòu)的本征氮化鎵層與多重量子阱層的復合結(jié)構(gòu)層且多重量子阱層設(shè)置在本征氮化鎵層上。
上述襯底為藍寶石、碳化硅或硅；第一緩沖層為本征氮化鎵，第一緩沖層的厚度為1.0μm～2.0μm；N型半導體層為N型氮化鎵層，P型半導體層為P型氮化鎵層，活性層為InGaN/GaN多重量子阱的活性層。
上述反射鏡層的金屬基底層的金屬為銀或銅，金屬基底層的厚度為1.5μm～3μm；反射鏡層的金屬反射層的金屬為銀或鋁，金屬反射層的厚度為0.05μm～0.08μm；金屬基底層的微孔陣列中的微孔均勻排布，且行與行之間錯開；微孔陣列中每個微孔的形狀都相同，為圓形或正多邊形。
上述金屬基底層的微孔陣列中的相鄰的微孔之間的間距為2.8μm～3μm；每個微孔的孔徑為1.3μm～2.6μm，每個微孔的深度為0.8μm～1.2μm。
實現(xiàn)本發(fā)明目的中的提供一種發(fā)光二極管管芯的制造方法的技術(shù)方案具有以下步驟①采用金屬有機物化學氣相沉積外延或分子束外延方法在襯底上生成第一緩沖層；②在第一緩沖層上采用金屬有機物化學氣相沉積外延或分子束外延方法沉積金屬介質(zhì)層；③在金屬介質(zhì)層上采用等離子體增強化學氣相沉積方法沉積一層氮化硅或二氧化硅或硅作為掩膜層；④采用光刻與濕法刻蝕結(jié)合的方法或光刻與干法刻蝕結(jié)合的方法在金屬介質(zhì)層生成微孔陣列而使金屬介質(zhì)層成為金屬基底層；然后用腐蝕劑洗去掩模層；⑤采用金屬有機物化學氣相沉積外延或分子束外延方法在金屬基底層的微孔陣列上沉積金屬薄層以形成金屬反射層，從而由金屬基底層和金屬反射層組成反射鏡層；⑥在反射鏡層上采用金屬有機物化學氣相沉積外延或分子束外延方法生成第二緩沖層，第二緩沖層為半導體單層、或多重量子阱層、或半導體單層與多重量子阱層的復合結(jié)構(gòu)層；⑦在第二緩沖層上依次外延生成N型半導體層、活性層和P型半導體層；⑧采用濺鍍的方法在P型半導體層上生成P極電極，采用蝕刻和濺鍍的方法在N型半導體層上生成N極電極，從而得到發(fā)光二極管芯片；⑨用切割法或劃片法沿設(shè)計好的發(fā)光二極管芯片的分割道將芯片分割成單個管芯。
上述步驟①中襯底為藍寶石、碳化硅或硅，沉積的第一緩沖層為本征氮化鎵層，本征氮化鎵層的厚度為1.0μm～2.0μm；步驟②中沉積的金屬介質(zhì)層為銀或銅的金屬薄層；步驟⑤中沉積的金屬反射層為銀或鋁的金屬薄層；步驟⑥中生長的第二緩沖層為單層結(jié)構(gòu)的本征氮化鎵層、或多重量子阱層；步驟⑦生成的N型半導體層為N型氮化鎵層，P型半導體層為P型氮化鎵層，活性層為InGaN/GaN多重量子阱的活性層。
上述步驟②中，金屬基底層的厚度為1.5μm～3μm。
上述步驟④的蝕刻過程中，生成的微孔陣列中的微孔均勻排布在金屬介質(zhì)層中，且行與行之間錯開；每個微孔的形狀相同，為圓形或正多邊形，相鄰的微孔之間的間距為2.8μm～3μm；每個微孔的孔徑為1.3μm～2.6μm，每個微孔的深度為0.8μm～1.2μm。步驟⑤中，金屬反射層的厚度為0.5μm～0.8μm。
本發(fā)明具有積極的效果(1)本發(fā)明的發(fā)光二極管管芯中用于反射光波的是反射鏡層，其中的金屬反射層采用的金屬優(yōu)選鋁或銀，在理論上，表面平滑的鋁金屬反射層對波長在400nm到800nm之間的光的平均反射率大于90％，而表面平滑的銀金屬反射層對波長在400nm到20000nm之間的光的平均反射率則大于95％，所以本發(fā)明中的反射鏡層具有良好的反射效果。(2)本發(fā)明的發(fā)光二極管管芯中的反射鏡層的金屬基底層中具有微孔陣列，該微孔中沉積的金屬薄層與位于金屬基底層表面上的金屬薄層連接成一個整體，形成一個連續(xù)的金屬反射層；這種具有凹孔形狀的金屬反射層可以較好地定向反射活性層發(fā)射至反射鏡層的光，可以有效減少發(fā)光二極管管芯中光的漏出損失和全反射損失，提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率。(3)本發(fā)明的發(fā)光二極管管芯中的反射鏡層的制造工藝與布拉格反射層的制造工藝相比，其制造工藝較為簡單、因而制造成本較低；采用本發(fā)明的發(fā)光二極管管芯的發(fā)光二極管在使用時，其漏出損失和全反射損失少于在襯底底部設(shè)置光滑的金屬反射層的發(fā)光二極管。


圖1是一種傳統(tǒng)的發(fā)光二極管管芯的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是實施例1的發(fā)光二極管管芯的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是圖2中反射鏡層的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是圖3中金屬基底層上微孔陣列的示意圖。
圖5是實施例2中掩模層的位置示意圖。
圖6是另一種發(fā)光二極管管芯的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是具有圖6結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的相對光強度——波長圖。
圖8是具有圖2結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的相對光強度——波長圖。
具體實施例方式
(實施例1、發(fā)光二極管管芯)見圖2至圖4，本實施例的發(fā)光二極管管芯具有襯底1、第一緩沖層2、反射鏡層3、、第二緩沖層4、N型半導體層51、活性層52、P型半導體層53、N極電極6和P極電極7。反射鏡層3由具有微孔陣列的金屬基底層31和沉積在金屬基底層31的表面上及微孔陣列的微孔31-1中的金屬反射層32組成。第一緩沖層2設(shè)置在襯底1上，反射鏡層3設(shè)置在第一緩沖層2上，第二緩沖層4設(shè)置在反射鏡層3上，N型半導體層51設(shè)置在第二緩沖層4上，活性層52設(shè)置在N型半導體層51上，P型半導體層53設(shè)置在活性層52上，N極電極6位于N型半導體層51上，P極電極7位于P型半導體層53上。
第二緩沖層4為單層結(jié)構(gòu)的本征氮化鎵層，第二緩沖層4為生長N型半導體層51的過渡層。
本實施例的襯底1為藍寶石、碳化硅或硅；第一緩沖層2為本征氮化鎵，第一緩沖層2的厚度為1.1μm，第二緩沖層4的厚度為1.0μm；N型半導體層51為N型氮化鎵層，P型半導體層53為P型氮化鎵層，活性層52為InGaN/GaN多重量子阱的活性層。
反射鏡層3的金屬基底層31的金屬為銀或銅，金屬基底層31的厚度為1.5μm。反射鏡層3的金屬反射層32的金屬為銀或鋁，金屬反射層32的厚度為0.08μm；金屬基底層31的微孔陣列中的微孔31-1均勻排布，且行與行之間錯開；微孔陣列中每個微孔31-1的形狀都相同，為圓形。金屬基底層31的微孔31-1陣列中的相鄰的微孔31-1之間的間距為2.8μm～3μm；每個微孔的孔徑(當微孔形狀為正多邊形時，為正多邊形外接圓的直徑，此處的正多邊形可以是正四邊形、正五邊形或正六邊形)為1.3μm～2.6μm，每個微孔的深度為0.8μm～1.2μm。
(實施例2、制造發(fā)光二極管管芯的方法)見見圖2至圖5，實施例1的發(fā)光二極管管芯的制造方法具有以下步驟①采用金屬有機物化學氣相沉積外延方法在襯底1上生成第一緩沖層2；在金屬有機物化學氣相沉積外延系統(tǒng)(美國EMCORE公司GS3200型)中，以藍寶石作為襯底1，以國產(chǎn)高純TMGa及NH3作為源材料，以H2作為MO(即金屬有機化合物，下同)源的攜帶氣體，以高純N2作為生長區(qū)的調(diào)節(jié)氣體，在藍寶石襯底1上生長一層氮化鎵(GaN)晶體作為第一緩沖層2；相關(guān)生長工藝參數(shù)生長溫度為560℃，NH3加入速率為3.1L/min；TMGa加入速率為20μmol/min；N2加入速率為3.8L/min；H2加入速率為2.1L/min；生長時間為2min；最后得到厚1.1μm的氮化鎵晶體的第一緩沖層2。
②在第一緩沖層2上采用金屬有機物化學氣相沉積外延沉積金屬介質(zhì)層30；在金屬有機物化學氣相沉積外延系統(tǒng)(美國EMCORE公司GS3200型)中，以Cu-TMOD作為源材料，以H2作為MO源的攜帶氣體，以高純CO2作為生長區(qū)的調(diào)節(jié)氣體，在緩沖層2上生長金屬介質(zhì)層30；相關(guān)工藝參數(shù)生長溫度為380℃，CO2加入速率為2.8L/min；Cu-TMOD加入速率為65μmol/min；H2加入速率為2.1L/min；生長時間為10min；最后得到厚1.5μm的銅金屬介質(zhì)層30。
③在金屬介質(zhì)層30上采用等離子體增強化學氣相沉積方法沉積一層氮化硅或二氧化硅或硅作為掩膜層33；在等離子體增強化學氣相沉積系統(tǒng)(英國CEVP公司PECVD1000C)中，在金屬介質(zhì)層30上沉積氮化硅作為掩膜層33；沉積條件射頻功率為80W；沉積溫度為280℃；He的加入速率為50sccm(ml/min，20℃標準溫度，1個標準大氣壓條件下)；SiH4的加入速率為1sccm；NH3的加入速率為30sccm；沉積時間為20min；最后得到厚0.025μm的氮化硅掩膜層33。
④采用光刻與濕法刻蝕結(jié)合的方法或光刻與干法刻蝕結(jié)合的方法在金屬介質(zhì)層30生成微孔陣列而使金屬介質(zhì)層30成為金屬基底層31；然后用腐蝕劑洗去掩模層33；在掩膜層33上涂覆厚度為0.8μm的光刻膠(型號為Shipley 6112)，然后在光刻系統(tǒng)(德國Karl Suss公司MA6)采用單面接觸式對準光刻方式在光刻膠層上經(jīng)曝光、顯影刻出均勻排列的圓孔陣列圖形；接著在離子刻蝕系統(tǒng)(法國Alcatel公司Nextral 100)中，以SF6和O2作為刻蝕氣體，在氮化硅掩膜層33上刻蝕微孔31-1；刻蝕的工藝參數(shù)反應室壓力為1.0Pa；射頻功率為500W；偏壓為80V；SF6加入速率為50cm3/s；O2加入速率為80cm3/s；刻蝕速率為5nm/min；刻蝕時間為20min；微孔陣列刻蝕好后，接著用丙酮剝離殘留的部分光刻膠，再用KOH腐蝕液洗去殘留的部分氮化硅掩模層33，得到具有微孔陣列的金屬基底層31。微孔陣列中的微孔31-1均勻排布在金屬基底層31中，且行與行之間錯開；微孔31-1為圓形，相鄰的微孔31-1之間的間距為2.8μm；每個微孔31-1的孔徑為1.3μm，每個微孔31-1的深度為0.8μm。
⑤采用金屬有機物化學氣相沉積外延或分子束外延方法在金屬基底層31的微孔陣列上沉積金屬薄層以形成金屬反射層32，從而由金屬基底層31和金屬反射層32組成反射鏡層3；在金屬有機物化學氣相沉積外延系統(tǒng)(美國EMCORE公司GS3200型)中，以Ag-TMOD作為源材料，以H2作為MO源的攜帶氣體，以高純CO2作為生長區(qū)的調(diào)節(jié)氣體，在金屬基底層31的微孔陣列上沉積金屬銀以形成金屬反射層32；沉積工藝參數(shù)沉積溫度為320℃，CO2加入速率為3.2L/min，H2加入速率為2.5L/min，Ag-TMOD加入速率為25μmol/min，生長時間為10min，最后得到厚度為0.08μm的銀金屬反射層32，從而使金屬基底層31和金屬反射層32形成了反射鏡層3。
⑥在反射鏡層3上采用金屬有機物化學氣相沉積外延或分子束外延方法生成厚1.0μm的單層的氮化鎵作為第二緩沖層4。
⑦在第二緩沖層4上采用金屬有機物化學氣相沉積外延或分子束外延方法依次外延生成N型氮化鎵半導體層51、InGaN/GaN多重量子阱的活性層52和P型氮化鎵半導體層53。
⑧采用濺鍍的方法在P型半導體層53上生成P極電極7，然后在P極電極層上采用金屬有機物化學氣相沉積外延或分子束外延方法生成掩模層，接著采用蝕刻的方法去除部分的掩模層、P型半導體層53、活性層52和N型半導體層51，使N型半導體層51暴露出來，接著在暴露出來的部分N型半導體層51上采用濺鍍的方法在N型半導體層51上生成N極電極6，從而得到發(fā)光二極管芯片。
⑨用切割法或劃片法沿設(shè)計好的發(fā)光二極管芯片的分割道將芯片分割成單個管芯。
(實施例3、發(fā)光二極管管芯)其余與實施例1相同，不同之處在于第一緩沖層2的厚度為1.2μm；第二緩沖層4為多重量子阱層，其厚度為1.5μm；金屬基底層31的厚度為2.2μm。微孔陣列的圓形微孔的深度為1.0μm，直徑為2.6μm，相鄰的微孔31-1之間的間距為3μm。
(實施例4、制造發(fā)光二極管管芯的方法)
本實施例為實施例3的發(fā)光二極管管芯的制造方法，其余與實施例2相同，不同之處在于步驟①中，生長溫度為545℃，NH3的加入速率為2.9L/min，N2的加入速率為3.9L/min；最后得到的氮化鎵晶體緩沖層2的厚度為1.2μm。步驟②中，生長溫度為390℃，CO2的加入速率為2.9L/min；最后得到的金屬介質(zhì)層30的厚度為2.2μm。步驟③中，沉積溫度為270℃。步驟④中，控制圓形微孔31-1的直徑為2.6μm，微孔31-1的深度為1.2μm，相鄰的微孔31-1之間的間距為3μm。步驟⑤中，生長溫度為300℃，CO2加入速率為3.0L/min；步驟⑥中，在反射鏡層3上采用金屬有機物化學氣相沉積外延或分子束外延方法生成第二緩沖層4，第二緩沖層4為多重量子阱層。
(實施例5、發(fā)光二極管管芯)其余與實施例1相同，不同之處在于第二緩沖層4為氮化鎵半導體單層與InGaN/GaN多重量子阱層的復合結(jié)構(gòu)層；氮化鎵半導體單層位于下方，多重量子阱層位于上方。
(實施例6、制造發(fā)光二極管管芯的方法)本實施例為實施例5的發(fā)光二極管管芯的制造方法，其余與實施例2相同，不同之處在于步驟⑥中，在反射鏡層3上采用金屬有機物化學氣相沉積外延或分子束外延方法生成第二緩沖層4，第二緩沖層4為氮化鎵半導體單層與InGaN/GaN多重量子阱層的復合結(jié)構(gòu)層，且InGaN/GaN多重量子阱層在氮化鎵半導體層之上生成。
(試驗例1)圖6所示為一種傳統(tǒng)的發(fā)光二極管的管芯結(jié)構(gòu)，該發(fā)光二極管和具有實施例4管芯結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管相比，不同之處僅在于缺少反射鏡層。
對具有圖6所示的發(fā)光二極管管芯的發(fā)光二極管進行測試，所用設(shè)備為LED全光譜光電色綜合性能測試系統(tǒng)(臺灣儀嘉科技公司)，測試電壓為3.3V，測試電流為20mA；得到圖7所示的相對光強度——波長圖。對具有實施例4的發(fā)光二極管管芯結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管進行測試，測試設(shè)備及條件與上述設(shè)備及條件相同，得到圖8所示的相對光強度——波長圖。
從圖7和圖8可以得知具有本發(fā)明結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，其發(fā)光強度明顯增加，證明了本發(fā)明的發(fā)光二極管管芯能夠在工作時較好地減少漏出損失和全反射損失從而提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管管芯，具有襯底(1)、第一緩沖層(2)、N型半導體層(51)、活性層(52)、P型半導體層(53)、N極電極(6)和P極電極(7)；第一緩沖層(2)設(shè)置在襯底(1)上，活性層(52)設(shè)置在N型半導體層(51)上，P型半導體層(53)設(shè)置在活性層(52)上，N極電極(6)位于N型半導體層(51)上，P極電極(7)位于P型半導體層(53)上；其特征在于還具有反射鏡層(3)和第二緩沖層(4)；反射鏡層(3)設(shè)置在第一緩沖層(2)上，反射鏡層(3)由具有微孔陣列的金屬基底層(31)和沉積在金屬基底層(31)的表面上及微孔陣列的微孔(31-1)中的金屬反射層(32)組成；第二緩沖層(4)設(shè)置在反射鏡層(3)與N型半導體層(51)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管管芯，其特征在于第二緩沖層(4)為半導體單層、或多重量子阱層、或半導體單層與多重量子阱層的復合結(jié)構(gòu)層，第二緩沖層(4)為生長N型半導體層(51)的過渡層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管管芯，其特征在于第二緩沖層(4)為單層結(jié)構(gòu)的本征氮化鎵層、或單層結(jié)構(gòu)的本征氮化鎵層與多重量子阱層的復合結(jié)構(gòu)層且多重量子阱層設(shè)置在本征氮化鎵層上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管管芯，其特征在于襯底(1)為藍寶石、碳化硅或硅；第一緩沖層(2)為本征氮化鎵，第一緩沖層(2)的厚度為1.0μm～2.0μm；N型半導體層(51)為N型氮化鎵層，P型半導體層(53)為P型氮化鎵層，活性層(52)為InGaN/GaN多重量子阱的活性層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管管芯，其特征在于反射鏡層(3)的金屬基底層(31)的金屬為銀或銅，金屬基底層(31)的厚度為1.5μm～3μm；反射鏡層(3)的金屬反射層(32)的金屬為銀或鋁，金屬反射層(32)的厚度為0.05μm～0.08μm；金屬基底層(31)的微孔陣列中的微孔(31-1)均勻排布，且行與行之間錯開；微孔陣列中每個微孔(31-1)的形狀都相同，為圓形或正多邊形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管管芯，其特征在于金屬基底層(31)的微孔(31-1)陣列中的相鄰的微孔(31-1)之間的間距為2.8μm～3μm；每個微孔的孔徑為1.3μm～2.6μm，每個微孔的深度為0.8μm～1.2μm。
7.由權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管管芯的制造方法，具有以下步驟①采用金屬有機物化學氣相沉積外延或分子束外延方法在襯底(1)上生成第一緩沖層(2)；②在第一緩沖層(2)上采用金屬有機物化學氣相沉積外延或分子束外延方法沉積金屬介質(zhì)層(30)；③在金屬介質(zhì)層(30)上采用等離子體增強化學氣相沉積方法沉積一層氮化硅或二氧化硅或硅作為掩膜層(33)；④采用光刻與濕法刻蝕結(jié)合的方法或光刻與干法刻蝕結(jié)合的方法在金屬介質(zhì)層(30)生成微孔陣列而使金屬介質(zhì)層(30)成為金屬基底層(3 1)；然后用腐蝕劑洗去掩模層(33)；⑤采用金屬有機物化學氣相沉積外延或分子束外延方法在金屬基底層(31)的微孔陣列上沉積金屬薄層以形成金屬反射層(32)，從而由金屬基底層(31)和金屬反射層(32)組成反射鏡層(3)；⑥在反射鏡層(3)上采用金屬有機物化學氣相沉積外延或分子束外延方法生成第二緩沖層(4)，第二緩沖層(4)為半導體單層、或多重量子阱層、或半導體單層與多重量子阱層的復合結(jié)構(gòu)層；⑦在第二緩沖層(4)上依次外延生成N型半導體層(51)、活性層(52)和P型半導體層(53)；⑧采用濺鍍的方法在P型半導體層(53)上生成P極電極(7)，采用蝕刻和濺鍍的方法在N型半導體層(51)上生成N極電極(6)，從而得到發(fā)光二極管芯片；⑨用切割法或劃片法沿設(shè)計好的發(fā)光二極管芯片的分割道將芯片分割成單個管芯。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管管芯的制造方法，其特征在于步驟①中襯底(1)為藍寶石、碳化硅或硅，沉積的第一緩沖層(2)為本征氮化鎵層，本征氮化鎵層的厚度為1.0μm～2.0μm；步驟②中沉積的金屬介質(zhì)層(30)為銀或銅的金屬薄層；步驟⑤中沉積的金屬反射層(32)為銀或鋁的金屬薄層；步驟⑥中生長的第二緩沖層(4)為單層結(jié)構(gòu)的本征氮化鎵層、或多重量子阱層；步驟⑦生成的N型半導體層(51)為N型氮化鎵層，P型半導體層(53)為P型氮化鎵層，活性層(52)為InGaN/GaN多重量子阱的活性層。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管管芯的制造方法，其特征在于步驟②中，金屬基底層(31)的厚度為1.5μm～3μm。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管管芯的制造方法，其特征在于步驟④的蝕刻過程中，生成的微孔陣列中的微孔均勻排布在金屬介質(zhì)層中，且行與行之間錯開；每個微孔的形狀相同，為圓形或正多邊形，相鄰的微孔之間的間距為2.8μm～3μm；每個微孔的孔徑為1.3μm～2.6μm，每個微孔的深度為0.8μm～1.2μm。步驟⑤中，金屬反射層(32)的厚度為0.5μm～0.8μm。
全文摘要
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管管芯及其制造方法。該發(fā)光二極管管芯具有襯底、第一緩沖層、反射鏡層、第二緩沖層、N型半導體層、活性層、P型半導體層、N極電極、P極電極；反射鏡層由金屬基底層和金屬反射層組成。該發(fā)光二極管管芯的制造方法是在襯底上依次生成第一緩沖層、金屬介質(zhì)層、掩膜層，然后在金屬介質(zhì)層生成微孔陣列，并用腐蝕劑洗去掩模層；然后在微孔陣列上沉積金屬反射層；再依次生成第二緩沖層、N型半導體層、活性層和P型半導體層、P極電極和N極電極，從而得到發(fā)光二極管芯片；最后將芯片分割成管芯。本發(fā)明的發(fā)光二極管管芯的優(yōu)點是在工作時可以較好地減少漏出損失和全反射損失從而提高發(fā)光效率。
文檔編號H01L33/00GK1645637SQ20051000866
公開日2005年7月27日 申請日期2005年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月3日
發(fā)明者胡家琪, 駱錦嘉, 邊樹仁 申請人:樂清市億昊科技發(fā)展有限公司